Einfluss des Wachstumsfaktors Insulin-like growth factor-I (IGF-I) auf das Follikelwachstum beim Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) Aus dem Veterinär-Physiologisch-Chemischen Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im September 2010 (86 S., 16 Abb., 9 Tab., 225 Lit., 4 S. Anhang) Schlüsselwörter: Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I), Granulosazellen, Steroidhormone (Östradiol, Progesteron), Gonadotropine (FSH, hCG) In der vorliegenden Studie wurde die Rolle von IGF-I und das Zusammenwirken mit den Gonadotropinen (FSH, hCG) auf die Sekretion der Steroidhormone (Progesteron, Östradiol) kultivierter Granulosazellen von 13 Weißbüschelaffen untersucht, um zu prüfen, ob und wie weit IGF-I die Sekretion und Reifung der Granulosazellen beeinflusst. Für die in vitro-Experimente wurden Zellkulturen mit Granulosazellen kleiner ( 0,5 - 1 mm) und präovulatorischer Follikel ( > 2 mm) von Ovarien am 7. Tag der Follikelphase verwendet. Vor jedem Versuch wurde das Wachstum der Follikel durch zwei Ultraschalluntersuchungen kontrolliert. Während der Kultur wurden drei Inkubationsintervalle von je 48 h durchgeführt. Die Zellen wurden mit IGF-I allein oder in Kombination mit FSH bzw. hCG stimuliert. Zum Teil wurden die Gonadotropine auch zur Prästimulation verwendet. Das Signifikanzniveau der Hormoneffekte lag bei p<0,05. Bei den Granulosazellen kleiner Follikel lässt sich durch die alleinige Gabe von IGF-I nur am Ende der Kultur (144 h) eine signifikante Erhöhung der Progesteronsekretion feststellen. Bei einer Kombinationsgabe von IGF-I und FSH findet sich schon am Anfang (48 h) ein signifikanter Einfluss auf die Sekretion von Progesteron und Östradiol. Bei der Progesteronsekretion ist der Effekt der Kombination signifikant höher als bei Einzelgabe beider Hormone. Dagegen ist bei der Östradiolsekretion der Effekt der Kombination zwar nicht höher als bei einer alleinigen Gabe von FSH, aber die Zellen reagieren wesentlich schneller auf IGF-I, wenn sie zusammen mit FSH stimuliert werden. Keine signifikante Wirkung in der Steroidhormonsekretion ruft die Hormonkombination IGF-I und hCG im Vergleich zur alleinigen Gabe der beiden Hormone hervor. Bei dem Vergleich beider Gonadotropine ist eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion nur bei alleiniger Gabe von FSH zu beobachten. Bei den Experimenten mit Prästimulationen (FSH oder hCG) lässt sich nur bei der FSH-Prästimulation mit einer nachfolgenden Kombinationsgabe von hCG und IGF-I eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion feststellen. Dies bedeutet, dass FSH die kleinen Granulosazellen auf die Wirkung von hCG sensibilisiert, wobei IGF-I diesen Vorgang unterstützt. Im Gegensatz zu den kleinen Follikeln lässt sich bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel ein signifikanter Effekt von verschiedenen Hormonstimulationen schon früh beobachten. Durch alleinige IGF-I-Gabe lässt sich bereits am Anfang der Kultur (48 h) eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion feststellen. Eine Kombinationsgabe von IGF-I und der Gonadotropine (FSH oder hCG) zeigt, dass die Kombination mit FSH zu einer signifikanten Erhöhung beider Steroide im Vergleich zur Kontrolle führt. Dagegen zeigt sich bei einer Kombination von IGF-I und hCG eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion schon ab 48 h sowohl im Vergleich zur Kontrolle als auch zur alleinigen Gabe dieser Hormone. Bei der Untersuchung des Effekts beider Gonadotropine (FSH oder hCG) ist schon ab 48 h ein signifikanter Effekt auf beide Steroidhormone zu erkennen. Beide Gonadotropinprästimulationen (FSH oder hCG) mit nachfolgender Hormonkombination (hCG und IGF-I) führen bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel zu einer signifikant geringeren Steroidhormonsekretion im Vergleich zur Gabe von hCG und IGF-I ohne Prästimulation. Die Zellen reagieren offenbar in dieser Art und Weise, um eine mögliche übermäßige Steroidgenese, und somit eine pathologische Situation, zu verhindern. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass IGF-I bei den kleinen und präovulatorischen Follikeln unterschiedliche Wirkungen hervorruft. Es scheint, dass IGF-I die Sekretion von Progesteron und Östradiol auf unterschiedliche Art und Weise beeinflusst, und dass die Granulosazellen der Weißbüschelaffen erst während der Follikelentwicklung die Fähigkeit erwerben, auf IGFI entsprechend zu reagieren. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass IGF-I bei den Granulosazellen der kleinen Follikel eine eher unterstützende Rolle für die Gonadotropine spielt, und dass IGF-I mit den Gonadotropinen bei der Reifung und der Differenzierung der Follikel mitwirkt. Möglicherweise spielt IGF-I auch während der Entwicklung und des Wachstums des präovulatorischen Follikels sowie bei der Regulierung der Progesteronsekretion eine Rolle. Die vorliegenden Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass IGF-I zusammen mit hCG die Zelldifferenzierung bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel fördert. Außerdem kann vermutet werden, dass bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel IGF-I zusammen mit FSH in unabhängiger Weise wirkt. Abschließend kann gesagt werden, dass ein Zusammenwirken zwischen den Gonadotropinen und IGF-I in Bezug auf die Bildung des präovulatorischen Follikels und die darauffolgende Ovulation existiert, dies gilt es auch bei pathologischen Situationen der Follikelreifung und Ovulation zu berücksichtigen.

Advanced maternal age has been shown to influence follicular and luteal dynamics in bovine ovary resulting in reduced fertility. The overall objective of the four studies presented in this thesis is to identify the maternal age-associated transcriptional changes in granulosa cells of the dominant follicles during follicle development. In the first study, mRNA expression levels of housekeeping genes were measured by real–time quantitative PCR (RT-qPCR) in granulosa cells of dominant follicles and FSH-stimulated follicles to select and validate suitable reference genes for relative gene expression analyses during maternal and follicular aging. Stability of six reference genes (GAPDH, ACTB, EIF2B2, UBE2D2, SF3A1 and RNF20) was analyzed using GeNorm, DeltaCT and NormFinder programs and comprehensive ranking order was determined based on these programs. Geometric mean of multiple genes (UBE2D2, EIF2B2, GAPDH and SF3A1) was more appropriate reference control than individual genes for the comparison of relative gene expression among dominant and FSH-stimulated follicles during maternal and/or follicular aging studies. In the second study, maternal age-associated changes in the transcriptome of granulosa cells recovered at the time of selection of the dominant follicle from aged (n=3) and young cows (n=3) were determined by EmbryoGENE bovine oligo-microarrays (EMBV3, Agilent Technology). The mRNA expression of five transcripts (CYP19A1, PCNA, GJA1, TPM2, and VNN1) was confirmed in a different set of granulosa cell samples by RT-qPCR to validate microarray data. A total of 169 genes/isoforms were differentially expressed (≥ 2-fold-change; P ≤ 0.05) in aged cows vs. young cows. These transcripts revealed inefficient 1) control of gonadotropins, and gonadotropin-induced changes in the cytoskeleton and extracellular matrix, 2) lipid metabolism and steroidogenesis 3) cell proliferation, cell cycle control and intercellular communication, and 4) higher oxidative stress responses in aged cows vs. young cows. In the third study, changes in the transcriptome of granulosa cells of the preovulatory follicle 24 h after LH treatment from aged (n= 3) and young (n=3) were determined. A total of 1340 genes were expressed differentially (≥ 2-fold change; P ≤ 0.05) in aged cows vs. young cows. The mRNA expression of five transcripts (RGS2, PTGS2, TNFAIP6, VNN1, NR5A2 and GADD45B) was confirmed in a different set of granulosa cell samples to validate microarray data. These transcripts were related to delayed 1) response to LH treatment 2) cellular differentiation and luteinization and 3) progesterone synthesis. Intra-follicle levels of progesterone were lower (P < 0.05) in aged cows compared to young and mid-aged cows. The fourth study compared the aged-associated changes in the transcriptome of granulosa cells during follicle development from the time of dominant follicle selection to preovulatory stage (24 h after LH). In comparison to young cows, aged cows expressed fewer differentially expressed genes/isoforms (1206 vs. 2260, respectively) at ≥ 2-fold-change (P ≤ 0.05) in the granulosa cells of the preovulatory (24 h after LH treatment) vs. the dominant follicle at selection. These transcripts in aged cows were related to late and inefficient 1) organization of cytoskeleton and cytoplasm, 2) differentiation, 3) lipid and cholesterol metabolism, 4) proliferation and 5) higher response to oxidative stress and free radical scavenging in the preovulatory follicles vs. the dominant follicle at selection. In conclusion, maternal age-alters the gene expression of granulosa cells of the dominant follicles during follicle development and results in a compromised follicular environment.

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Einfluss des Wachstumsfaktors Insulin-like growth factor-I (IGF-I) auf das Follikelwachstum beim Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus) Aus dem Veterinär-Physiologisch-Chemischen Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im September 2010 (86 S., 16 Abb., 9 Tab., 225 Lit., 4 S. Anhang) Schlüsselwörter: Insulin-like Growth Factor-I (IGF-I), Granulosazellen, Steroidhormone (Östradiol, Progesteron), Gonadotropine (FSH, hCG) In der vorliegenden Studie wurde die Rolle von IGF-I und das Zusammenwirken mit den Gonadotropinen (FSH, hCG) auf die Sekretion der Steroidhormone (Progesteron, Östradiol) kultivierter Granulosazellen von 13 Weißbüschelaffen untersucht, um zu prüfen, ob und wie weit IGF-I die Sekretion und Reifung der Granulosazellen beeinflusst. Für die in vitro-Experimente wurden Zellkulturen mit Granulosazellen kleiner ( 0,5 - 1 mm) und präovulatorischer Follikel ( > 2 mm) von Ovarien am 7. Tag der Follikelphase verwendet. Vor jedem Versuch wurde das Wachstum der Follikel durch zwei Ultraschalluntersuchungen kontrolliert. Während der Kultur wurden drei Inkubationsintervalle von je 48 h durchgeführt. Die Zellen wurden mit IGF-I allein oder in Kombination mit FSH bzw. hCG stimuliert. Zum Teil wurden die Gonadotropine auch zur Prästimulation verwendet. Das Signifikanzniveau der Hormoneffekte lag bei p<0,05. Bei den Granulosazellen kleiner Follikel lässt sich durch die alleinige Gabe von IGF-I nur am Ende der Kultur (144 h) eine signifikante Erhöhung der Progesteronsekretion feststellen. Bei einer Kombinationsgabe von IGF-I und FSH findet sich schon am Anfang (48 h) ein signifikanter Einfluss auf die Sekretion von Progesteron und Östradiol. Bei der Progesteronsekretion ist der Effekt der Kombination signifikant höher als bei Einzelgabe beider Hormone. Dagegen ist bei der Östradiolsekretion der Effekt der Kombination zwar nicht höher als bei einer alleinigen Gabe von FSH, aber die Zellen reagieren wesentlich schneller auf IGF-I, wenn sie zusammen mit FSH stimuliert werden. Keine signifikante Wirkung in der Steroidhormonsekretion ruft die Hormonkombination IGF-I und hCG im Vergleich zur alleinigen Gabe der beiden Hormone hervor. Bei dem Vergleich beider Gonadotropine ist eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion nur bei alleiniger Gabe von FSH zu beobachten. Bei den Experimenten mit Prästimulationen (FSH oder hCG) lässt sich nur bei der FSH-Prästimulation mit einer nachfolgenden Kombinationsgabe von hCG und IGF-I eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion feststellen. Dies bedeutet, dass FSH die kleinen Granulosazellen auf die Wirkung von hCG sensibilisiert, wobei IGF-I diesen Vorgang unterstützt. Im Gegensatz zu den kleinen Follikeln lässt sich bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel ein signifikanter Effekt von verschiedenen Hormonstimulationen schon früh beobachten. Durch alleinige IGF-I-Gabe lässt sich bereits am Anfang der Kultur (48 h) eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion feststellen. Eine Kombinationsgabe von IGF-I und der Gonadotropine (FSH oder hCG) zeigt, dass die Kombination mit FSH zu einer signifikanten Erhöhung beider Steroide im Vergleich zur Kontrolle führt. Dagegen zeigt sich bei einer Kombination von IGF-I und hCG eine signifikante Erhöhung der Steroidhormonsekretion schon ab 48 h sowohl im Vergleich zur Kontrolle als auch zur alleinigen Gabe dieser Hormone. Bei der Untersuchung des Effekts beider Gonadotropine (FSH oder hCG) ist schon ab 48 h ein signifikanter Effekt auf beide Steroidhormone zu erkennen. Beide Gonadotropinprästimulationen (FSH oder hCG) mit nachfolgender Hormonkombination (hCG und IGF-I) führen bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel zu einer signifikant geringeren Steroidhormonsekretion im Vergleich zur Gabe von hCG und IGF-I ohne Prästimulation. Die Zellen reagieren offenbar in dieser Art und Weise, um eine mögliche übermäßige Steroidgenese, und somit eine pathologische Situation, zu verhindern. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass IGF-I bei den kleinen und präovulatorischen Follikeln unterschiedliche Wirkungen hervorruft. Es scheint, dass IGF-I die Sekretion von Progesteron und Östradiol auf unterschiedliche Art und Weise beeinflusst, und dass die Granulosazellen der Weißbüschelaffen erst während der Follikelentwicklung die Fähigkeit erwerben, auf IGFI entsprechend zu reagieren. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass IGF-I bei den Granulosazellen der kleinen Follikel eine eher unterstützende Rolle für die Gonadotropine spielt, und dass IGF-I mit den Gonadotropinen bei der Reifung und der Differenzierung der Follikel mitwirkt. Möglicherweise spielt IGF-I auch während der Entwicklung und des Wachstums des präovulatorischen Follikels sowie bei der Regulierung der Progesteronsekretion eine Rolle. Die vorliegenden Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass IGF-I zusammen mit hCG die Zelldifferenzierung bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel fördert. Außerdem kann vermutet werden, dass bei den Granulosazellen der präovulatorischen Follikel IGF-I zusammen mit FSH in unabhängiger Weise wirkt. Abschließend kann gesagt werden, dass ein Zusammenwirken zwischen den Gonadotropinen und IGF-I in Bezug auf die Bildung des präovulatorischen Follikels und die darauffolgende Ovulation existiert, dies gilt es auch bei pathologischen Situationen der Follikelreifung und Ovulation zu berücksichtigen.

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Janus kinase 3 (JAK3) est un membre de la famille JAK de protéines tyrosine kinase impliquées dans la transduction du signal intracellulaire médiée par les récepteurs de cytokines via la voie de signalisation JAK/STAT. JAK3 s'est avéré exprimé de manière différentielle dans les cellules de la granulosa (GC) des follicules pré-ovulatoires bovins et régulé à la baisse par l'hormone lutéinisante. Ces observations suggèrent que la régulation de JAK3 pourrait moduler la prolifération des GC, l'activité stéroïdienne et l'activation/l'inhibition des cibles en aval. Pour étudier les mécanismes des actions de JAK3 dans GC, nous avons utilisé JANEX-1, un inhibiteur pharmacologique de JAK3, et des traitements FSH et analysé des marqueurs de prolifération, des enzymes stéroïdogènes et la phosphorylation de protéines cibles, y compris STAT3 et les partenaires JAK3 précédemment identifiés CDKN1B/p27Kip1 et MAPK8IP3/JIP3. Les GC en culture ont été traités avec ou sans FSH en présence ou non de JANEX-1. L'ARN total et les protéines ont été extraits et analysés par RT-qPCR, western blot et UHPLC-MS/MS. L'expression de l'enzyme stéroïdogène CYP11A1, mais pas du CYP19A1, était significativement régulée à la hausse dans les GC traités avec la FSH et les deux étaient significativement diminuées lorsque JAK3 était inhibé par rapport au contrôle. Les marqueurs de prolifération CCND2 et PCNA ont été significativement réduits dans les GC traités au JANEX-1 et régulés positivement par la FSH. Les analyses Western blots ont montré que le traitement JANEX-1 réduisait de manière significative les quantités de pSTAT3 tandis que la surexpression de JAK3 augmentait pSTAT3. De même, le traitement à la FSH a augmenté pSTAT3 même dans les GC traités au JANEX-1. Les analyses UHPLC-MS/MS ont montré une phosphorylation et des modifications supplémentaires de résidus d'acides aminés spécifiques dans JAK3 ainsi que ses partenaires de liaison CDKN1B et MAPK8IP3 révélant une activation ou une inhibition possible de JAK3 après des traitements FSH ou JANEX-1, respectivement. L'abondance de la protéine totale JAK3 a augmenté après le traitement par FSH et a diminué de manière significative, avec MAPK8IP3, dans le GC traité par JANEX-1, tandis que l'abondance totale de CDKN1B a été modifiée après FSH et augmentée après JANEX-1. Nous montrons que JAK3 influence l'activité GC par la phosphorylation de protéines cibles en réponse à des stimulations telles que la FSH, ce qui conduit à l'activation de JAK/STAT et module probablement d'autres voies de signalisation impliquant CDKN1B et MAPK8IP3. / Janus kinase 3 (JAK3) is a member of the JAK family of tyrosine kinase proteins involved in cytokine receptor-mediated intracellular signal transduction through the JAK/STAT signaling pathway. JAK3 was shown as differentially expressed in granulosa cells (GC) of bovine preovulatory follicles and downregulated by the luteinizing hormone. These observations suggested JAK3 regulation could modulate GC proliferation, steroidogenic activity and activation/inhibition of downstream targets. To investigate the mechanisms of JAK3 actions in GC, we used JANEX-1, a pharmacological JAK3 inhibitor, and FSH treatments and analyzed proliferation markers, steroidogenic enzymes and phosphorylation of target proteins including STAT3 and previously identified JAK3 partners CDKN1B/p27Kip1 and MAPK8IP3/JIP3. Cultured GCs were treated with or without FSH in the presence or not of JANEX-1. Total RNA and proteins were extracted and analyzed by RT-qPCR, western blotting and UHPLC-MS/MS. Expression of steroidogenic enzyme CYP11A1, but not CYP19A1, was significantly upregulated in GC treated with FSH and both were significantly decreased when JAK3 was inhibited as compared to control. Proliferation markers CCND2 and PCNA were significantly reduced in JANEX-1-treated GC and upregulated by FSH. Western blots analyses showed that JANEX-1 treatment significantly reduced pSTAT3 amounts while JAK3 overexpression increased pSTAT3. Similarly, FSH treatment increased pSTAT3 even in JANEX-1-treated GC. UHPLC-MS/MS analyses showed phosphorylation and additional modifications of specific amino acid residues within JAK3 as well as its binding partners CDKN1B and MAPK8IP3 revealing possible activation or inhibition of JAK3 following FSH or JANEX-1 treatments, respectively. Abundance of JAK3 total protein was increased post-FSH treatment and significantly decreased, along with MAPK8IP3, in JANEX-1-treated GC while CDKN1B total abundance was altered post-FSH and increased post-JANEX-1. We show that JAK3 influences GC activity through phosphorylation of target proteins in response to stimulations such as FSH, which leads to the activation of JAK/STAT and likely modulating other signaling pathways involving CDKN1B and MAPK8IP3.

L’ovaire est un organe indispensable à la fonction reproductive, car il permet la production, la maturation et la libération de la cellule germinale femelle, l’ovocyte. Malgré son rôle central dans la régulation de la reproduction chez la femme, plusieurs de ses processus physiologiques et de ses conditions pathologiques sont encore imparfaitement décrits. La caractérisation du rôle de nouveaux régulateurs pourrait permettre l’élucidation de plusieurs questionnements actuels en physiologie ovarienne. Initialement étudiée dans l’organogenèse et l’oncogenèse pour son implication dans la prolifération, la migration, la différenciation et l’apoptose cellulaire, la voie de signalisation Hippo pourrait s’avérer être un facteur déterminant dans la physiologie ovarienne. En effet, elle a été récemment rapportée comme participant à la régulation de l’activation folliculaire, de la prolifération des cellules de la granulosa et de l’ovulation. La voie Hippo consiste en une cascade de kinases menant ultimement à la phosphorylation des deux co-régulateurs transcriptionnels YAP1 (yes-associated protein 1) et TAZ (transcriptional coactivator with a PDZ-binding motif). L’objectif général de ce projet de thèse était de caractériser les rôles de Yap1/Taz dans la physiologie ovarienne en utilisant des modèles murins transgéniques d’inactivation conditionnelle de ces gènes dans les cellules de la granulosa. La première portion du projet a conduit à la caractérisation d’un phénotype inattendu de défaut des oviductes. Les souris femelles adultes étaient sous-fertiles et leur fonction ovarienne était intacte. En fait, la sous-fertilité était causée par le piégeage des embryons dans des dilatations de la paroi de l’oviducte, empêchant ainsi leur transport adéquat vers l’utérus. Nous sommes parvenus à démontrer que la perte d’expression de YAP1/TAZ dans les couches musculeuses de l’oviducte conduisait à un amincissement progressif de sa paroi et était ultimement responsable de l’échec du transport embryonnaire. Dans la seconde portion du projet, nous avons utilisé la culture primaire de cellules de la granulosa afin de décrire l’implication de la voie Hippo dans l’ovulation. Nous avons identifié la protéine kinase A comme modulateur clé de l’activation de la voie Hippo par l’hormone lutéinisante (LH). En utilisant un système adénoviral de délétion de Yap1/Taz, nous avons mis en évidence l’importance de leur expression pour l’induction de plusieurs gènes cibles de la LH. Ensuite, au moyen d’une expérience d’immunoprécipitation de la chromatine, nous avons démontré l’implication de YAP1 dans la régulation de la transcription de l’amphiréguline, un effecteur central de la cascade de signalisation de la LH. Dans son ensemble, ce projet a permis de mettre la lumière sur de nouveaux rôles de la voie de signalisation Hippo dans la régulation des cellules musculaires lisses de l’oviducte et des cellules de la granulosa durant l’ovulation chez la souris. Elles ouvrent la voie à une investigation plus précise de l’implication de la voie Hippo dans ces deux organes clés du système reproducteur femelle. / The ovary is a central organ of the female reproductive tract involved in oocyte production, maturation and release. Still, many physiological and pathological ovarian processes remain to be described more comprehensively. The precise characterization of the roles of new ovarian regulators would contribute to a better understanding of its physiology. The Hippo signaling pathway was initially studied for its roles in cellular proliferation, apoptosis, migration and differentiation during organ and tumor development. Recently, it has been shown to be involved during normal physiological processes of multiple organs, including the ovary. Hippo was shown to be involved in the activation of primordial follicles, in the proliferation of granulosa cells and during ovulation. Hippo consists of a central kinase cascade leading to the phosphorylation of YAP1 (yes-associated protein 1) and TAZ (transcriptional coactivator with a PDZ-binding motif), the two transcriptional coactivators of the pathway. The objective of this thesis was to characterize the precise roles of Yap1/Taz in ovarian physiology using transgenic mouse models of their genetic deletion in granulosa cells. The first part of this thesis project led to the characterization of an unexpected oviductal phenotype. Adult females were subfertile and their ovarian function was unaffected. The subfertility was rather caused by the entrapment of embryos in oviductal dilations, preventing their normal transport to the uterus. We demonstrated that loss of YAP1/TAZ expression in oviductal smooth muscle cells led to a gradual thinning of the oviductal wall and was responsible for the embryo transport impediment. In the second part of this project, we cultured primary mouse granulosa cells to characterize the roles of the Hippo signaling pathway during ovulation. We showed that protein kinase A is a key effector of Hippo activation following the luteinizing hormone (LH) surge. We then demonstrated that Yap1/Taz expression is required for the induction of several LH target genes. Using a chromatin immunoprecipitation experiment, we were able to show that YAP1 drives the expression of amphiregulin, a key paracrine transmitter of the LH signal, during the early events of ovulation. Together, these results identified new roles of the Hippo signaling pathway in the regulation of oviductal smooth muscle cells and of granulosa cells during ovulation. This thesis project opens the door to new avenues of investigation of Hippo involvement in the regulation of the female reproductive system.

Au cours des processus de croissance folliculaire et d'ovulation, les cellules stéroïdogéniques, y compris les cellules de granulosa (CG), jouent un rôle crucial dans la maturation et la libération de l'ovocyte. Notre laboratoire a identifié et caractérisé pour la première fois tribbles pseudokinase 2 (TRIB2) dans les CG de follicules ovariens. Des études ont démontré que TRIB2 joue un rôle dans la coordination de la mitose et la morphogenèse chez la drosophile alors que chez la souris, son expression dans les cellules du cumulus serait liée à la maturation ovocytaire. Cependant, le rôle exact de TRIB2 dans la fonction des CG et ses effets sur les voies de signalisation impliquées dans la croissance folliculaire restait à être défini. La présente étude de doctorat avait donc pour but d’étudier la fonction et les partenaires de liaison de TRIB2 dans les CG de follicules ovariens bovins. À l’aide d’un modèle d’étude in vivo consistant en des CG obtenues à partir de follicules à différents stades de développement, nous avons démontré une régulation à la baisse de TRIB2 par l’hormone lutéinisante (LH) et la gonadotrophine chorionique humaine (hCG) aussi bien au niveau du messager que de la protéine. De plus, les analyses utilisant un modèle in vitro de CG en culture ont montré que la FSH stimule l'expression de TRIB2 tandis que l'inhibition de TRIB2 via CRISPR/Cas9 entraîne une réduction significative de la prolifération des CG (P<0,05). Les analyses Western blot ont montré une augmentation des niveaux de phosphorylation d’ERK1/2 (MAPK3/1) et p38MAPK (MAPK14) suite à la surexpression de TRIB2. Ces résultats suggèrent un rôle de TRIB2 dans la croissance folliculaire et la modulation des voies MAPK. Avec l’approche double hybride chez la levure, nous avons identifié CALM1, INHBA, INPPL1, NT5E, SCD, SDHB et RAB14 comme partenaires de liaison de TRIB2. Les analyses RT-PCR ont montré que ces partenaires sont régulés différemment au cours du développement folliculaire et les manipulations de l’expression de TRIB2 (inhibition ou surexpression) résulte en une régulation différente (augmentation ou diminution) de l’expression des partenaires dans les CG. Ces résultats suggèrent un rôle de TRIB2 dans la régulation de cibles effectrices en lien avec la fonction des CG et le développement folliculaire. Enfin, un modèle de CG provenant de vaches en période post-partum a été utilisé pour mieux comprendre le contrôle de l’activité des CG. Des analyses complémentaires avec ce modèle ont révélé une réduction significative de TRIB2 chez les vaches ayant un taux élevé de BHB (>1.4mmol/L) comparé à celles ayant un faible taux de BHB (<1.2mmol/L). Cette réduction était concomitante à une augmentation d’interleukines pro-inflammatoires et une réduction d’interleukines anti-inflammatoires dans les CG. L’ensemble de ces résultats supporte un rôle de TRIB2 dans la modulation de la signalisation MAPK dans les CG, apporte une preuve solide que TRIB2 pourrait agir comme un régulateur de la prolifération et de la fonction des CG et de l’expression de gènes cibles, et suggère que TRIB2 pourrait affecter la stéroïdogenèse au cours du développement folliculaire et lors de la période post-partum. / During the processes of follicular growth and ovulation, steroidogenic cells, including granulosa cells, play a crucial role in the maturation and release of the oocyte. Our lab identified and characterized for the first time tribble pseudokinase 2 (TRIB2) in GC of ovarian follicles. Previous studies have shown that TRIB2 plays a role in the coordination of mitosis and morphogenesis in Drosophila while in mice its expression in cumulus cells is linked to oocyte maturation. However, the exact mechanism of action of TRIB2 as well as its function and effects on signaling pathways in GC during follicular growth remained to be defined. This study aimed therefore to further investigate TRIB2 function and identify its binding partners in GC. TRIB2 inhibition and overexpression experiments were conducted using, respectively, CRISPR/Cas9 technology and the pQE1 system. Using an in vivo model consisting of GC obtained from follicles at different stages of development, we demonstrated a downregulation of TRIB2 by the endogenous luteinizing hormone (LH) and human Chorionic Gonadotropin (hCG) at both the messenger and protein levels. In addition, analyzes using an in vitro model of cultured GC, we showed that FSH stimulates the expression of TRIB2 while inhibition of TRIB2 via CRISPR-Cas9 resulted in a significant reduction in GC proliferation (P<0.05). Western blot analyzes showed an increase in the phosphorylation levels of ERK1/2 (MAPK3/1) and p38MAPK (MAPK14) following TRIB2 overexpression. These results suggested a role of TRIB2 in follicular growth and modulation of MAPK pathways. In the second part of the thesis, we identified CALM1, INHBA, INPPL1, NT5E, SCD, SDHB and RAB14 as binding partners of TRIB2 in GC using the yeast two-hybrid approach. RT-qPCR analyzes showed that all of these partners are present in the dominant follicles but are differently regulated during follicular development. Moreover, TRIB2 manipulation (inhibition or overexpression) results in a different regulation (up- or down-regulation) of these partners expression in GC. These results suggest a role of TRIB2 in the regulation of effector targets genes related to follicular development and GC activity. In the third part of the thesis, a GC model from postpartum cows was also used to better understand the control of GC activity. Further analyses using this model revealed a significant decrease of TRIB2 in cows with high level of BHB (>1.4 mmol/L) as compared to those with a low BHB levels (<1.2 mmol/L). This reduction of TRIB2 was concomitant with an increase in pro-inflammatory interleukins and a reduction in anti-inflammatory interleukins in GC. Overall, these results support a role of TRIB2 in the modulation of MAPK signaling in GC, provide strong evidence that TRIB2 could act as a regulator of GC proliferation and function as well as expression of target genes in GC, and suggests that TRIB2 might affect steroidogenesis during follicular development and during the post-partum period.

Les performances reproductrices des espèces d’intérêt agronomique sont dépendantes d’une régulation minutieuse de la folliculogenèse ovarienne. Parmi les régulateurs impliqués, il y a les facteurs de croissance fibroblastiques (FGFs), stimulant notamment la phosphorylation des protéines kinases activées par des agents mitogènes (MAPKs), afin de contrôler le devenir du follicule mais aussi les évènements qui y sont associés tels que la stéroïdogenèse, l’angiogenèse, la formation du corps jaune. Dans plusieurs types cellulaires non ovariens, des phosphatases à double spécificité (DUSPs), dont l’expression est induite en réponse à des facteurs de croissance, déphosphorylent les MAPKs. La présence et la régulation des DUSPs dans l’ovaire des mammifères est cependant peu documentée. Ces travaux de thèse avaient ainsi pour objectifs, (1) de déterminer la présence des DUSPs, (2) leur régulation par les FGFs et (3) leur rôle dans les cellules de granulosa de vache et de brebis. Dans la première étude effectuée chez la brebis, les ARNm codant pour 16 DUSPs ont été détectés, et leur profil d’expression a été dressé dans des cellules de granulosa issues de follicules antraux. Puis, les niveaux d’ARNm pour DUSP1, DUSP2, DUSP5 et DUSP6, ainsi que les niveaux de protéines pour DUSP1 et DUSP6 ont été augmentés par FGF2 mais pas par FGF8 ou FGF18. L’inhibition de DUSP1/6 et DUSP1 a également suggéré un rôle pour DUSP6 dans la déphosphorylation de MAPK8 chez la brebis. Avec la deuxième étude chez la vache, il ressort que la régulation de ces trois DUSPs semble bien conservée car les niveaux d’ARNm pour DUSP1, DUSP5 et DUSP6 et de protéines pour DUSP5 et DUSP6 ont été augmentés en réponse à FGF2. De plus, en s’intéressant au contrôle de l’expression de DUSP1, DUSP5 et DUSP6, il est ressorti que l’accumulation d’ARNm pour DUSP5 et DUSP6 nécessitait l’activation de MAPK3/1, et la signalisation calcique pour les ARNm pour DUSP6. D’après l’ensemble de ces données, DUSP1, DUSP5 et DUSP6 sont régulées de manière complexe dans les cellules de granulosa, et peuvent être désignées comme des phosphatases participant à la signalisation des FGFs ; cela contribue ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes régulatoires de la folliculogenèse chez les ruminants. / The reproductive performance of species of agronomic interest is dependent on the careful regulation of ovarian folliculogenesis. Among the regulators involved are fibroblast growth factors (FGFs) that stimulate the phosphorylation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) to control the fate of the follicle and associated events such as steroidogenesis, angiogenesis and corpus luteum formation. In several non-ovarian cell types, dual specificity phosphatases (DUSPs), whose expression is induced in response to growth factors, dephosphorylate MAPKs. However, the presence and regulation of DUSPs in the mammalian ovary are poorly documented. The objectives of this thesis were (1) to determine the presence of DUSPs, (2) their regulation by FGFs and (3) their role in cow and sheep granulosa cells. In the first study in sheep, mRNAs encoding 16 DUSPs were detected and profiled in granulosa cells from antral follicles. Subsequently, DUSP1, DUSP2, DUSP5 and DUSP6 mRNA levels, as well as proteins for DUSP1 and DUSP6, were increased by FGF2 but not FGF8 or FGF18. Inhibition of DUSP1/6 and DUSP1 also suggested a role for DUSP6 in the dephosphorylation of MAPK8 in sheep. In the second study in the cow, the regulation of these three DUSPs appeared to be well conserved as DUSP1, DUSP5 and DUSP6 mRNA levels and DUSP5, DUSP6 protein levels were increased in response to FGF2. In addition, by focusing on the control of DUSP1, DUSP5 and DUSP6 expression, it was found that the accumulation of DUSP5 and DUSP6 mRNAs required the activation of MAPK3/1, and calcium signaling for DUSP6 mRNA. Taken together, these data suggest that DUSP1, DUSP5 and DUSP6 are regulated in a complex manner in granulosa cells, and can be designated as phosphatases involved in FGF signaling, thus contributing to a better understanding of the regulatory mechanisms of folliculogenesis in ruminants.