Interactions between proteins and saccharide moieties play an indispensable role in mammalian reproduction as they stand behind of such processes as maturation and mutual recognition of gametes and sperm oviductal reservoir formation. In my dissertation thesis I focused on activities of glycosidases from bovine and porcine follicular fluids and their changes connected with follicle development. Activities of five glycosidases were detected in tertiary and preovulatory follicles in both species. The most active enzymes were α-L-fucosidase in cow and α-D-mannosidase in sow and both enzymes also demonstrated the most pronounced increase in their activities during follicle maturation. Interestingly, both α-L-fucose in cow and α-D-mannose in sow were described as saccharides responsible for the formation of the sperm oviductal reservoir and we offered a hypothetical mechanism of synchronisation between sperm release from their reservoir with the time of ovulation based on a surge of activities of corresponding follicular glycosidases through the oviduct. Subsequently, it was demonstrated that β-D-galactosidase and α-D-mannosidase affect sperm-zona pellucida binding in pig, as they both decrease interaction between sperm receptors for zona pellucida and zona pellucida. This may explain the observation...

La fecundación en mamíferos consiste básicamente en la fusión de los gametos masculino y femenino para formar un zigoto capaz de dar lugar a un nuevo individuo. Hasta ahora, la mayoría de las investigaciones encaminadas al esclarecimiento de este proceso se han centrado en el estudio de la biología de ambos gametos como células aisladas, o bien en el estudio de los diversos mecanismos que tienen lugar durante la interacción de ambos. Sin embargo, se ha dejado un poco de lado a otro elemento fundamental y sin el cual el resto de estudios pueden resultar incompletos: el microambiente en el que tiene lugar el encuentro entre los gametos, es decir, el fluido y las células oviductales que secretan ciertos componentes de dicho fluido. La fase folicular tardía o etapa inmediatamente preovulatoria, es el momento en el que el oviducto se encuentra preparado para el encuentro de los gametos y para que se produzca la fecundación. Debido a la importancia de los factor es implicados en la unión de gametos que han de estar presentes en este momento preciso del ciclo estral y a la escasez de información acerca de los mismos, centramos nuestro estudio en esta fase. Para ello, se abordó el análisis de los componentes oviductales y sus características fundamentalmente desde cuatro perspectivas: (1) efecto del fluido oviductal (FO) sobre la resistencia a la digestión enzimática de la zona pelúcida en 9 especies, (2) fraccionamiento del FO bovino en base a su capacidad de unión a heparina, (3) análisis proteómico del FO y (4) análisis de la expresión génica del oviducto porcino. / Fertilization in mammals is basically the merging of male and female gametes to form a zygote that can give rise to a new individual. So far, most research aimed at clarifying this process have focused either on the study of the biology of the spermatozoon and the oocyte as isolated cells or in the study of the various mechanisms that occur during the interaction of both. However, it has been partially left to one side to another key element without which the other studies may be incomplete: the microenvironment in which the meeting takes place between the gametes, ie the fluid and the oviductal cells that secrete some components of such a fluid. The late follicular phase or immediately pre-ovulatory phase is the time when the oviduct is prepared for the meeting of gametes and fertilization occurs. Due to the importance of the factors involved in the gametes interaction which must be present at this precise moment of the estrous cycle and the scarcity of information about them, we focused our study on this phase. To do so, it was addressed the analysis of oviductal components and features mainly from four perspectives: (1) effect of oviductal fluid (OF) on the resistance to enzymatic digestion of the zona pellucida in 9 species, (2) fractionation of the bovine oviductal fluid based on their ability to bind to heparin, (3) proteomic analysis of OF and (4) gene expression analysis of pig oviduct.

The avian immune system is a complex system of defence mechanisms that protect bird hosts against threats from ubiquitous pathogens. According to the co-evolutionary models, variability in immune traits of hosts is the key component providing ability to adapt and enhance their defence mechanisms in presence of constant selective pathogen pressure. Domestic chicken (Gallus gallus f. domestica) is used as a model organism in avian biology and also is one of the most important food-producing animals, not only for their meat but also for the egg production. Unfortunately, in research usually only inbred chicken lines are used and modern poultry husbandry is tight with unilateral breeding towards highly productive breeds. Those approaches decrease intra-population polymorphism in chickens. However, especially in case of farm animals, searching and extending the pool of immune variability and enhancing pathogen resistance is crucial for sustaining healthy and biologically secure populations and their products. Morphologically highly distinct traditional chicken breeds, which have evolved for hundreds years under different selective pressures, may represent this desirable immunological variability. In my thesis I described variability in chosen immunological traits, haematological parameters and proteomic...

The avian immune system is a complex system of defence mechanisms that protect bird hosts against threats from ubiquitous pathogens. According to the co-evolutionary models, variability in immune traits of hosts is the key component providing ability to adapt and enhance their defence mechanisms in presence of constant selective pathogen pressure. Domestic chicken (Gallus gallus f. domestica) is used as a model organism in avian biology and also is one of the most important food-producing animals, not only for their meat but also for the egg production. Unfortunately, in research usually only inbred chicken lines are used and modern poultry husbandry is tight with unilateral breeding towards highly productive breeds. Those approaches decrease intra-population polymorphism in chickens. However, especially in case of farm animals, searching and extending the pool of immune variability and enhancing pathogen resistance is crucial for sustaining healthy and biologically secure populations and their products. Morphologically highly distinct traditional chicken breeds, which have evolved for hundreds years under different selective pressures, may represent this desirable immunological variability. In my thesis I described variability in chosen immunological traits, haematological parameters and proteomic...

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.

La neteja del moc i dels patògens dels pulmons, i el transport de gàmets i embrions en els òrgans reproductius de les femelles són funcions clau en els epitelis ciliats, tals com aquells que es troben presents en les vies respiratòries i l'oviducte. La taxa de transport mucociliar és funció de la freqüència de batut ciliar (CBF) i aquesta freqüència és augmentada per increments en la concentració de Ca2+ intracelul·lar. El canal catiònic "transient potential vanilloid 4" (TRPV4) intervé en l'entrada de Ca2+ en resposta a estímuls mecànics i osmòtics. L'expressió del TRPV4 en l'epiteli ciliat de les vies respiratòries i de l'oviducte és confirmada mitjançant la localització per immunofluorescència del canal iònic a la membrana apical de l'epiteli ciliat i polaritzat, allà on la senyalització de Ca2+ és requerida per la regulació de la CBF. Cèl·lules ciliades de la tràquea de ratolins TRPV4-/- no expressen el canal TRPV4, no responen a l'activador específic del TRPV4, el 4α-phorbol 12,13-didecanoate (4α-PDD) i presenten respostes de Ca2+ reduïdes a temperatures mitjanes (~25ºC- 8ºC), un altre estímul dels canals TRPV4. L'activació dels canals TRPV4 per solucions altament viscoses i per hypotonicitat depèn de l'activació de la via de la fosfolipasa A2(PLA2)i la subseqüent producció de àcid epoxieicosatrienoic (EET). En condicions de baixa activació de la PLA2, estímuls mecànics i hipotònics alliberen ATP per a l'activació de la via de la fosfolipasa C (PLC)-inositol trifosfat (IP3) per contribuir a l'activació dels canals TRPV4. Descrivim que el metabòlit IP3 sense ser un agonista per ell mateix, sensibilitza el TRPV4 per a l'activació de EET, essent aquest un mecanisme general. L'acoblament funcional entre els canals TRPV4 de la membrana plasmàtica i els receptors de IP3 (IP3R) és necessari tant per iniciar com mantenir la senyalització oscil·latòria del Ca2+ desencadenada per estímuls viscosos i hipotònics. Un dels principals activadors de la CBF, la adenosina-5'-trifosfat (ATP), desencadena una resposta cel·lular mediada per Ca2+ en la que es desencadena tant l'alliberament de Ca2+ des dels dipòsits intracel·lulars com l'entrada de Ca2+. És destacable la contribució de el TRPV4 en l'augment de la CBF mediada per ATP. És més, el nostre treball implica als canals TRPV4 exclusivament en l'entrada de Ca2+ activada per receptor (ROCE). Tot plegat, aquesta tesi doctoral mostra el paper dels canals TRPV4 en l'acoblament d'estímuls fisiològics tipus mecànic, osmòtic i químic a la regulació de la CBF en l'epiteli ciliat destinat al transport mucociliar. / Clearance of mucus and pathogenic agents from lungs and the transport of gametes and embryos in the female reproductive organs are key functions of ciliated epithelia such as those present in the airways and the oviduct. The rate of mucociliary transport is a function of ciliary beat frequency (CBF) and this, in turn, is increased by increases in intracellular calcium. Transient potential vanilloid 4 (TRPV4)cation channel mediates Ca2+ influx in response to mechanical and osmotic stimuli. TRPV4 expression in ciliated epithelia from airways and oviduct is confirmed by immunofluorescence localization of the channel at the apical membrane of the polarized ciliated epithelia, where the Ca2+ signalling is required for CBF regulation. Ciliated tracheal cells from TRPV4-/-mice show no TRPV4 expression, neither increases in intracellular Ca2+ and CBF in response to the TRPV4-specific activator 4α- phorbol 12,13- idecanoate (4α-PDD), and reduced responses to mild temperatures (~25ºC - 38ºC), another TRPV4-activating stimulus. TRPV4 gating by high viscous loads and hypotonicity depends on phospholipase A2 (PLA2) pathway activation and subsequent production of epoxyeicosatrienoic acid (EET). Under conditions of low PLA2 activation, mechanical and hypotonic stimuli use extracellular ATP release-mediated activation of phospholipase C (PLC)-inositol triphosphate(IP3)signalling to support TRPV4 gating. We describe that IP3, without being an agonist itself, sensitizes TRPV4 to EET activation. Besides, the functional coupling between plasma membrane TRPV4 channels and IP3 receptors (IP3R) is required to initiate and maintain the cellular oscillatory Ca2+ signal triggered by high viscous loads and hypotonic stimuli. One of the main CBF activators, adenosine-5'-triphosphate (ATP), triggers both Ca2+ release from intracellular Ca2+ stores and Ca2+ entry. Interestingly, TRPV4 contributes to ATP-induced increase in CBF. Furthermore, our work implicates TRPV4 channel exclusively in receptor-operated Ca2+ entry. Collectively, this PhD thesis shows the role of TRPV4 channels coupling physiologically relevant mechanical, hypotonic and chemical stimuli to CBF regulation in motile ciliary epithelia.

Bislang wurden Bullen in der Milchrinderzucht anhand des Töchterleistungsvergleiches bewertet, was zur Folge hatte, dass die Zuchtwertschätzung erst nach fünf Jahren vorlag (REENTS UND REINHARDT, 2007). Durch die 2010 eingeführte genomische Zuchtwertschätzung werden Bullenkälber bereits in den ersten Lebensmonaten geprüft und die erfolgreichen Bullen ab einem Alter von 12 Monaten zur Spermaproduktion von den Besamungsstationen eingesetzt. Zu bedenken ist dabei, dass Jungbullen unter 2 Jahren lediglich ein durchschnittliches Ejakulatvolumen von 2-4 ml aufweisen und die Spermienkonzentration deutlich unter der von Altbullen liegt. Es müssen daher entweder mehr Jungbullen zum Einsatz kommen oder die Besamungsportionen müssen in ihrer Spermienkon-zentration reduziert werden. Eine am Institut für Nutztiergenetik Mariensee ent-wickelte Methode, der Sperm-Intra-Fallopian-Transfer (SIFT®), ermöglicht es, minimal dosierte Spermaportionen unchirurgisch in den Eileiter zu übertragen (GROSSFELD ET AL., 2011B). Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode ist die Re-duzierung des Besamungsvolumens unter Beibehaltung des Volu-men/Mengenverhältnisses. Zielsetzung dieser Arbeit war es, eine in Volumen und Spermienzahl reduzierte Spermaportion neu zu konfektionieren und ein angepasstes Kühl- sowie Gefrierprotokoll zu entwickeln. Hierbei sollten vergleichbare Auftauqualitäten wie in einer üblichen Besamungsportion erreicht werden. Die Qualität des Spermas wurde dabei sowohl unter Laborbedingungen als auch in Testbesamungen an zufällig ausgewählten Färsen und Kühen evaluiert. In ersten Screeningversuchen wurde zunächst ein Tiefgefrierverfahren für gering dosierte Verpackungssysteme (Nanostraw) mit einem Volumen bis 50 µl entwickelt. Dabei sollten vergleichbare Auftauqualitäten üblicher Besamungs-portionen erreicht werden. Es wurden sechs verschiedene Kühlkurven (A-D, D+ und E) entwickelt. Dabei zeigte sich, dass aufgrund der Stickstoff-volumeneinströme ein Haltepunkt bei -8°C in keiner der Einfrierkurven für kleine Volumina zu etablieren war. Dies ist u.a. auf die bauartbedingten Vorgaben des verwendeten Einfrierautomaten zurückzuführen. Ebenso wurde der Zusatz von 7,5% Glyzerin im Verdünner bei dem Gefrierprotokoll D+ aufgrund der Datenlage des Vorversuchs für den Hauptversuch verworfen. Die Proben wurden bullenindividuell erhoben, zur besseren statistischen Absicherung jedoch für die Auswertung zusammengefasst. Aus den Screeningversuchen erschien das Kryokonservierungsprotokoll D+ für den Nanostraw unter Laborbedingungen am geeignetsten und wurde im Thermoresistenztest, der den Bedingungen im Hinblick auf die Temperatur im Uterus bzw. Eileiter ähnlich ist, getestet. Weiterhin fand ein Vergleich der spermatologischen Qualitätsparameter nach dem Auftauen zwischen der Kontroll- und der Nanostrawgruppe mit der Kühlkurve D+ im Thermoresistenztest statt. Im praktischen Teil der Arbeit wurde die Methode SIFT® zunächst anhand eines Versuchs mit geschlechtsdifferenziertem Frischsamen praktiziert. Dabei wurden 20 Färsen mittelseiner Prid®α 1, 55g Progesteron-Spirale und zehn Kühe mit einem Ovsynch Programm synchronisiert. In einem weiteren Besamungsversuch konnte das Sperma aus den Nanostraws verwendet werden, das vorher kryokonserviert worden ist. Es wurden nur spontan brünstige Färsen und Kühe in den Eileiter besamt. Die Untersuchungen führten zu folgenden Ergebnissen: 1) In den Screeningversuchen zeigte sich, dass der Anteil motiler Spermien signifikant (p≤0,05) abhängig von der Gefriergeschwindigkeit der Kühlkurve war. Der höchste Anteil motiler Spermien aus dem Nanostraw war in Kühlkurve D+ mit einem Anteil von 52,9% zu verzeichnen. Eine signifikante Zunahme des Anteils membranintakter Spermien von Kurve A zu B und D zu D+ war zu beobachten. Die Hälfte der Nanostrawspermien zeigten in der Kühlkurve D+ eine intakte Membranintegrität. Die Kontrollspermien lagen bei 56,9%. In Kurve D+ zeigten 66,6% der Spermien aus dem Nanostraw keine morphologischen Veränderungen, in der Kontrollgruppe waren dies 75,4%. Die Änderung der Glyzerinkonzentration im Verdünnungsmedium zeigte keine signifikante Verbesserung der Spermaqualitätsparameter nach dem Auftauen. 2) Im Thermoresistenztest erreichten die Spermien aus dem Nanostraw in allen gemessenen Parametern die Mindestanforderungen an die Spermaqualität nach Rath et al. (2009). So belief sich der Anteil membranintakter Spermien aus dem Nanostraw nach dreistündiger Inkubation bei 37°C auf 56,4%, die Kontrollstrawspermien lagen bei einem Anteil von 67,2%. Dabei zeigte der Faktor Bulle einen signifikanten Effekt (p≤0,01) auf den Anteil motiler und progressiver Spermien sowie den Anteil PI-negativer Spermien. Mögliche Effekte des Bullen auf die Qualität und Befruchtungsfähigkeit der Spermien nach dem Auftauen zeigten andere Versuchsanstellungen und Forschungshypothesen (JANUSKAUSKAS ET AL., 1996, KATHIRAVAN ET AL., 2011). 3) In dem ersten Besamungsversuch wurden 20 Färsen und zehn Kühen geschlechtsdifferenziertes Sperma mit der Methode SIFT® in den Eileiter über-tragen. 37,5% der Färsen und 33% der Kühe wurden tragend. Dabei konnte ein bullenindividueller dosisabhängiger Effekt festgestellt werden. 50% der Kühe, die mit 500.000 Samenzellen inseminiert wurden und 16% der Kühe, die mit 250.000 Samenzellen besamt wurden, wurden tragend. 4) Im Besamungsversuch mit dem kryokonservierten Sperma aus dem Na-nostraw wurden sechs spontan brünstige Rinder mittels SIFT®-Spermien in den Eileiter übertragen. Alle Tiere wurden als Kälber für die Follikelpunktion in einem anderen Versuch verwendet. Fünf Tiere wurden mit dem Bullen A besamt. 40% der Tiere wurden tragend. Lediglich ein Tier wurde mit dem Bullen B besamt. Das Trächtigkeitsergebnis war negativ. Die Kühe wurden mit dem Bullen A besamt, dieser erzielte eine Trächtigkeitsrate von 33%.