Chez la femme, le risque de concevoir un embryon aneuploïde augmente de façon exponentielle dès 35 ans. La majorité de ces aneuploïdies sont dues à de mauvaises ségrégations des chromosomes lors des deux divisions de méiose dans l'ovocyte. Afin de limiter les erreurs de ségrégation, les divisions méiotiques doivent impérativement se dérouler en deux temps et de manière contrôlée. Un premier aspect de ma thèse a consisté à étudier les mécanismes qui régulent la séparation des chromosomes dans l'ovocyte de souris. J'ai montré que la Cycline A2 joue un rôle essentiel pour la séparation des chromatides s¿urs en méiose II. Au contraire, cette protéine doit impérativement être absente des régions centromériques en méiose I afin d'éviter une séparation précoce des chromatides s¿urs qui conduirait à la formation d'un ovocyte aneuploïde. Dans un seconde temps, mes travaux de thèse ont visé à étudier le mécanisme de surveillance de la première transition métaphase-anaphase appelé SAC (Spindle Assembly Checkpoint). Il a été montré que l'expression d'une protéine du SAC appelée BubR1 décroît naturellement dans les ovocytes avec l'âge maternel. Afin d'analyser les conséquences de cette diminution, j'ai utilisé une lignée de souris totalement délétée pour la protéine BubR1 spécifiquement dans les ovocytes. J'ai montré que la perte totale de BubR1 entraîne plus de 80% d'aneuploïdies dans l'ovocyte dès la première division de méiose. La méiose I est accélérée et les chromosomes homologues se séparent de façon anarchique. De plus, le fuseau méiotique devient instable. La diminution naturelle de BubR1 pourrait ainsi expliquer l'augmentation du nombre d'aneuploïdie avec l'âge maternel. / Women in industrialized countries tend to postpone childbearing, leading to a 70% increase intrisomic pregnancies over 20 years. Meiosis in females is error prone, with rates of meiotic chromosome missegregations strongly increasing towards the end of the reproductive lifespan. A strong reduction of BubR1 has been observed in oocytes of women approaching menopause and in ovaries of aged mice, which led to the hypothesis that deterioration of spindle assembly checkpoint fidelity contributes to age-related aneuploidization. However, this idea has remained controversial since transient knock-down of BubR1 was found to prevent meiotic prophase arrest and chromosome segregation in a checkpoint independent manner. We employed a conditional knockout approach in mouse oocytes to dissect the meiotic roles of BubR1. We show that BubR1 is required for diverse meiotic functions, including persistent spindle assembly checkpoint activity, timing of meiosis I, and establishment of robust kinetochore-microtubule attachments in a meiosis specific manner, but not prophase I arrest. These data reveal that BubR1 plays a multi-faceted role in chromosome segregation during the first meiotic division and suggest that age-related loss of BubR1 is a key determinant of formation of aneuploid oocytes as women approach menopause. Using mouse oocytes, a second aspect of my thesis reveals that cyclin A2 promotes entry into meiosis, as well as an additional unexpected role, namely, its requirement for separase- dependent sister chromatid separation in meiosis II.

Le diabète insipide néphrogénique (DIN) autosomal peut être causé par les mutations du gène codant pour le canal à eau aquaporine-2 (AQP2). Un modèle couramment utilisé pour l’étude des protéines membranaires telle l’AQP2 est l’expression hétérologue dans les ovocytes de Xenopus laevis. Malheureusement, les techniques déjà existantes de purification de membranes plasmiques sont soit trop longues, trop difficiles ou demandent trop de matériel, ne permettent pas l’analyse adéquate du ciblage des formes sauvage comme mutantes, un élément crucial de ce type d’étude. Nous avons donc dans un premier temps mis au point une technique rapide et efficace de purification de membranes plasmiques qui combine la digestion partielle de la membrane vitelline, sa polymérisation à la membrane plasmique suivi de centrifugations à basse vitesse pour récolter les membranes purifiées. Nous avons utilisé cette technique dans l’étude de deux nouveaux cas familiaux de patients hétérozygotes possédant les mutations V24A et R187C dans un cas et K228E et R187C dans le second cas. Pour chaque mutation, nous avons analysé autant les éléments de fonctionnalité que les paramètres d’expression des protéines mutantes. Les expériences de perméabilité membranaire démontrent que les ovocytes exprimant AQP2-V24A (Pf = 16.3 ± 3.5 x 10-4 cm/s, 10 ng) et AQP2- K228E (Pf = 19.9 ± 7.0 x 10-4 cm/s, 10 ng) ont des activités similaires à celle exprimant la forme native (Pf = 14.4 ± 5.5 x 10-4 cm/s, 1 ng), tandis que AQP2- R187C (Pf = 2.6 ± 0.6 x 10-4 cm/s, 10 ng) ne semble avoir aucune activité comme ce qui est observé chez les ovocytes non-injectés (Pf = 2.8 ± 1.0 x 10-4 cm/s). Les études de co-expression ont démontré un effet d’additivité lorsque AQP2-V24A et -K228E sont injectées avec la forme native et un effet s’apparentant à la dominance négative lorsque AQP2-R187C est injecté avec la forme native, avec AQP2-V24A ou avec –K228E. Les résultats obtenus par immunobuvardage représente bien ce qui a été démontré précédemment, on remarque la présence des mutations K228E, V24A et la forme sauvage à la membrane plasmique, contrairement à la mutation R187C. Cependant, lorsque les mutations sont exprimées dans des cellules mIMCD-3, il n’y a qu’une faible expression à la membrane de la forme –K228E et une absence totale des formes –V24A et –R187C à la membrane plasmique, contrairement à la forme native. Les résultats de nos études démontrent que tout dépendant du système d’expression les formes –K228E et –V24A peuvent être utiles dans l’étude des problèmes d’adressage à la membrane à l’aide de chaperonne chimique. De plus, la forme –R187C démontre des difficultés d’adressage qui devront être étudiées afin de mieux comprendre la synthèse des formes natives. / The autosomal nephrogenic diabetes insipidus (NDI) is caused by mutations of the gene coding for the water channel aquaporine-2 (AQP2). An oftenly used model for the study of membrane proteins such as AQP2 is the heterogenous expression in Xenopus laevis oocytes. Unfortunately, the existing techniques of plasma membranes purification are either too long, too difficult or require too much material, which does not allow adequate analysis of targeting of the native and mutants forms, which is crucial for this type of study. We developed a fast and effective plasma membrane purification technique which combines partial digestion of the vitellin membrane, its polymerization with the plasma membrane followed by a serie of low speed centrifugations to collect the purified membranes. We used this technique to study of two new family cases of heterozygote patients carrying the V24A and R187C mutations in a case and K228E and R187C in the second case. For each mutation, we analyzed the functionality and the parameters of expression of the mutant proteins. The membrane permeability experiments show that the oocytes expressing AQP2- V24A (Pf = 16.3 ± 3.5 x 10-4 cm/s, 10 ng) and AQP2-K228E (Pf = 19.9 ± 7.0 x 10-4 cm/s, 10 ng) have similar activities to the oocytes expressing the native form (Pf = 14.4 ± 5.5 x 10-4 cm/s, 1 ng), while AQP2-R187C (Pf = 2.6 ± 0.6 x 10-4 cm/s, 10 ng) doesn’t seem to have any activity like the un-injected oocytes (Pf = 2.8 ± 1.0 x 10-4 cm/s). The coexpression studies showed an additive effect when AQP2-V24A and -K228E are injected with the native form and an effect being associated with negative dominance when AQP2-R187C was injected with AQP2-V24A, -K228E and the native form. Western blot results confirmed what was observed in the functionality studies. However, when the mutations were expressed in mIMCD-3 cells, there was a slight expression of the K228E mutation to the plasma membrane and a total absence of the mutations –V24A and R187C at the plasma membrane. The results of our studies showed that depending on the expression system the mutations –K228E and -V24A can be used in targeting studies using chemical chaperones.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Les canaux chlorure sont impliqués dans divers processus indispensables à la vie cellulaire, tel que la stabilisation du potentiel de membrane, la régulation du volume ou du pH, ainsi que dans les transports transépithéliaux de sels. Depuis une douzaine d'années, l'application de la biologie moléculaire à l'étude des canaux chlorure a permis d'identifier plusieurs familles de gènes. La variété fonctionnelle des canaux chlorure peut donc s'expliquer par leur diversité moléculaire. Actuellement, la détermination des rôles physiologiques des canaux chlorure clonés constitue un enjeu majeur de leur étude.<br /><br />Récemment, une stratégie de clonage par homologie nous a permis d'isoler deux nouveaux membres de la famille des ClC, canaux chlorure dépendants du voltage: le xClC-5 et le xClC-3. La caractérisation fonctionnelle et la détermination de la localisation tissulaire et cellulaire de ces protéines a constitué l'objectif de notre étude. Pour cela, l'ovocyte de xénope et la lignée cellulaire HEK 293 ont été utilisés comme systèmes d'expression. L'analyse électrophysiologique, menée par une technique de voltage-clamp en double micro-électrodes, nous a permis de caractériser le xClC-5 du point de vue électrophysiologique et de déterminer sa sensibilité au pH, aux ions métalliques et aux inhibiteurs de tyrosine kinases. L'utilisation d'anticorps nous a permis d'étudier la glycosylation des protéines et d'examiner leur distribution tissulaire et/ou leur localisation cellulaire. Nos résultats sont discutés par rapport à ceux d'autres équipes, en prêtant une attention particulière aux modèles fonctionnels possibles, qui émergent actuellement pour les protéines ClC-5 et ClC-3.

Le diabète insipide néphrogénique (DIN) autosomal peut être causé par les mutations du gène codant pour le canal à eau aquaporine-2 (AQP2). Un modèle couramment utilisé pour l’étude des protéines membranaires telle l’AQP2 est l’expression hétérologue dans les ovocytes de Xenopus laevis. Malheureusement, les techniques déjà existantes de purification de membranes plasmiques sont soit trop longues, trop difficiles ou demandent trop de matériel, ne permettent pas l’analyse adéquate du ciblage des formes sauvage comme mutantes, un élément crucial de ce type d’étude. Nous avons donc dans un premier temps mis au point une technique rapide et efficace de purification de membranes plasmiques qui combine la digestion partielle de la membrane vitelline, sa polymérisation à la membrane plasmique suivi de centrifugations à basse vitesse pour récolter les membranes purifiées. Nous avons utilisé cette technique dans l’étude de deux nouveaux cas familiaux de patients hétérozygotes possédant les mutations V24A et R187C dans un cas et K228E et R187C dans le second cas. Pour chaque mutation, nous avons analysé autant les éléments de fonctionnalité que les paramètres d’expression des protéines mutantes. Les expériences de perméabilité membranaire démontrent que les ovocytes exprimant AQP2-V24A (Pf = 16.3 ± 3.5 x 10-4 cm/s, 10 ng) et AQP2- K228E (Pf = 19.9 ± 7.0 x 10-4 cm/s, 10 ng) ont des activités similaires à celle exprimant la forme native (Pf = 14.4 ± 5.5 x 10-4 cm/s, 1 ng), tandis que AQP2- R187C (Pf = 2.6 ± 0.6 x 10-4 cm/s, 10 ng) ne semble avoir aucune activité comme ce qui est observé chez les ovocytes non-injectés (Pf = 2.8 ± 1.0 x 10-4 cm/s). Les études de co-expression ont démontré un effet d’additivité lorsque AQP2-V24A et -K228E sont injectées avec la forme native et un effet s’apparentant à la dominance négative lorsque AQP2-R187C est injecté avec la forme native, avec AQP2-V24A ou avec –K228E. Les résultats obtenus par immunobuvardage représente bien ce qui a été démontré précédemment, on remarque la présence des mutations K228E, V24A et la forme sauvage à la membrane plasmique, contrairement à la mutation R187C. Cependant, lorsque les mutations sont exprimées dans des cellules mIMCD-3, il n’y a qu’une faible expression à la membrane de la forme –K228E et une absence totale des formes –V24A et –R187C à la membrane plasmique, contrairement à la forme native. Les résultats de nos études démontrent que tout dépendant du système d’expression les formes –K228E et –V24A peuvent être utiles dans l’étude des problèmes d’adressage à la membrane à l’aide de chaperonne chimique. De plus, la forme –R187C démontre des difficultés d’adressage qui devront être étudiées afin de mieux comprendre la synthèse des formes natives. / The autosomal nephrogenic diabetes insipidus (NDI) is caused by mutations of the gene coding for the water channel aquaporine-2 (AQP2). An oftenly used model for the study of membrane proteins such as AQP2 is the heterogenous expression in Xenopus laevis oocytes. Unfortunately, the existing techniques of plasma membranes purification are either too long, too difficult or require too much material, which does not allow adequate analysis of targeting of the native and mutants forms, which is crucial for this type of study. We developed a fast and effective plasma membrane purification technique which combines partial digestion of the vitellin membrane, its polymerization with the plasma membrane followed by a serie of low speed centrifugations to collect the purified membranes. We used this technique to study of two new family cases of heterozygote patients carrying the V24A and R187C mutations in a case and K228E and R187C in the second case. For each mutation, we analyzed the functionality and the parameters of expression of the mutant proteins. The membrane permeability experiments show that the oocytes expressing AQP2- V24A (Pf = 16.3 ± 3.5 x 10-4 cm/s, 10 ng) and AQP2-K228E (Pf = 19.9 ± 7.0 x 10-4 cm/s, 10 ng) have similar activities to the oocytes expressing the native form (Pf = 14.4 ± 5.5 x 10-4 cm/s, 1 ng), while AQP2-R187C (Pf = 2.6 ± 0.6 x 10-4 cm/s, 10 ng) doesn’t seem to have any activity like the un-injected oocytes (Pf = 2.8 ± 1.0 x 10-4 cm/s). The coexpression studies showed an additive effect when AQP2-V24A and -K228E are injected with the native form and an effect being associated with negative dominance when AQP2-R187C was injected with AQP2-V24A, -K228E and the native form. Western blot results confirmed what was observed in the functionality studies. However, when the mutations were expressed in mIMCD-3 cells, there was a slight expression of the K228E mutation to the plasma membrane and a total absence of the mutations –V24A and R187C at the plasma membrane. The results of our studies showed that depending on the expression system the mutations –K228E and -V24A can be used in targeting studies using chemical chaperones.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Les techniques d'assistance médicale à la procréation particulièrement l'induction de l'ovulation, la maturation in vitro des ovocytes et la culture embryonnaire prolongée impliquent la manipulation des gamètes ainsi que les embryons à des moments critiques de leur maturation et développement qui sont également des étapes clé du remodelage épigénétique. Par conséquent, elles pourraient interférer avec la reprogrammation épigénétique, en particulier la mise en place de la méthylation des gènes soumis a empreinte au cours de l'ovogenèse, ou son maintien au cours du développement préimplantatoire. Afin d'évaluer ce risque nous avons analysé le profil de méthylation de KvDMR1, qui régule l'expression de KCNQ1OT1, dans des ovocytes humains mûris in vivo ou in vitro, provenant de patientes stimulées ou non. Nos résultats montrent que la mise en place de la méthylation au niveau de KvDMR1 se poursuit au cours de la maturation de l'ovocyte du stade VG au stade MII, in vivo et in vitro et que l'induction ovarienne des patientes génère des ovocytes épigénétiquement immatures. Par ailleurs, l'étude de la méthylation de H19 DMR qui régule l'expression d'Igf2 et H19 dans des embryons d'ICSI, atypiques bloqués en culture prolongée et dans les spermes correspondants met en évidence une hypométhylation de l'allèle paternel et une méthylation de l'allèle maternel dans certains embryons, sans que l'on puisse établir de lien entre les dérégulations de l'empreinte et l'arrêt du développement au stade blastocyste.

Chez la vache Prim’Holstein, un QTL de fertilité a été localisé sur le chromosome 3, et deux haplotypes ont été déterminés : « Fertil+ » et « Fertil- ». Les « Fertil- » ont un plus fort taux d’échec de gestation précoce. Le 1er objectif de cette thèse était de déterminer si un dysfonctionnement des complexes ovocyte-cumulus (COC) pouvait expliquer l’échec précoce de gestation chez les « Fertil- ». L’analyse révèle un retard de maturation, une dérégulation de gènes appartenant aux voies des prostaglandines et des MAPK, et à la famille des Tribbles dans les CC ou l’ovocyte des « Fertil- ». Trois gènes composent la famille des Tribbles chez le bovin: TRIB1, TRIB2 et TRIB3, leur fonction est indéterminée dans le COC. Le 2nd objectif était de caractériser le patron d’expression des Tribbles et leur(s) fonction(s) au sein du COC bovin. Les Tribbles joueraient un rôle dans le métabolisme lipidique et l’inflammation au niveau folliculaire. Le métabolisme lipidique au sein du COC bovin étant peu caractérisé, le 3ème objectif était d’appréhender les profils des gènes du métabolisme des acides gras (AG) dans les CC au cours de la maturation. Ainsi, les CC expriment les gènes lipotytiques et lipogéniques. Enfin, la β-oxydation des AG est une fonction primordiale pour la maturation ovocytaire. / In Prim’Holstein cow, a fertility QTL was localized on chromosome 3 and two haplotypes were determined: « Fertil+ » and « Fertil- ». « Fertil- » have a higher early pregnancy failure rate. The 1st objective of the thesis was to define if complex oocyte-cumulus COC dysfunction could explain the early pregnancy failure in « Fertil- ». Analysis highlighted a maturation delay, a dysregulation of genes involved in prostaglandin and MAPK pathway along with one member of the Tribbles family in « Fertil- » CC or oocyte. In bovine, the Tribbles family is composed of three genes: TRIB1, TRIB2 and TRIB3, their function is unknown within the COC. The 2nd objective was to characterize the Tribbles expression pattern and their function in the bovine COC. The tribbles might play a role in lipid metabolism and in inflammation at the follicular level. Lipid metabolism within bovine COC is poorly understood, thus the third objective was to apprehend fatty acid (FA) genes pattern in CC during maturation. Thus, CC express lipolytic and lipogenic genes. Lastly, FA β oxidation is found to be important for oocyte maturation.

Les marqueurs épigénétiques, en particulier la méthylation de l’ADN des gènes soumis à empreinte parentale, sont sensibles aux changements environnementaux. Les techniques de l’aide médicalisée à la procréation (AMP) nécessitant la manipulation des gamètes et des embryons in vitro et dans la plupart des cas la stimulation hormonale de l’ovulation des patientes, peuvent interférer avec la reprogrammation et/ou le maintien de la méthylation des gènes soumis à empreinte. Afin d’évaluer ce risque nous avons analysé le profil de méthylation de KvDMR1, qui régule l’expression de KCNQ1OT1, dans des ovocytes humains mûris in vivo ou in vitro, provenant de patientes stimulées ou non. Nos résultats montrent que la mise en place de la méthylation au niveau de KvDMR1 se poursuit au cours de la maturation de l’ovocyte après reprise de la méiose, in vivo et in vitro et que la superovulation des patientes en AMP génère des ovocytes épigénétiquement immatures. Par ailleurs, l’étude de la méthylation de KvDMR1 et de H19 DMR (qui régule l’expression d’Igf2 et H19) dans des embryons issus d’ICSI, évolutifs ou présentant un défaut de développement, n’établit pas de lien entre les dérégulations de l’empreinte et l’arrêt du développement embryonnaire au stade blastocyste. / Epigenetic modifications, particularly DNA methylation of imprinted genes are sensible to environment. Techniques of assisted reproduction require in vitro manipulation of gamete and embryos and currently superovulation of patients. These technologies may interfere with eprogramming and maintenance of methylation at imprinted genes. To evaluate such a risk, we have determined the methylation profile of KvDMR1, the region that regulates KCNQ1OT1 imprinted gene, in human oocytes retrieved from stimulated or unstimulated cycles, at different phases of their maturation in vivo or in vitro. Our results show that the timing of establishment of the methylation profile of KvDMR1 covers the maturation phase of 199 oocyte growth, in vivo and in vitro, and that hyperstimulation likely recruits young follicles epigenetically immature. Analysis of the methylation profile of KvDMR1 and H19DMR (DMR of IGF2/H19) in ICSI embryos suggests that imprinting disorders are not responsible of embryo developmental failure prior the blastocyst stage

À partir des ovocytes de la palourde Spisula solidissima, un ADNc codant un récepteur nommé Spi-OAR a été cloné et séquencé. Une analyse de la séquence en acides aminés a indiqué que ce nouveau récepteur possède une forte similarité avec les récepteurs β-adrénergiques et les récepteurs à octopamine. En effet, il est étroitement lié à la classe des récepteurs à octopamine « β-adrénergique-like » couplés à une protéine Gs. L’ADNc de Spi-OAR a été introduit dans un vecteur d'expression (pCEP4) et un épitope reconnaissable par un anticorps commercial a été ajouté au segment N-terminal. Cette construction a été transfectée dans des cellules hôtes (HEK 293) et des études d’immunofluorescence ont montré une expression efficace du récepteur au niveau membranaire. Également, des mesures d'AMPc pour les cellules exprimant Spi-OAR ont révélé une augmentation de ce messager secondaire lors de l'ajout de l'octopamine, et dans une moindre mesure, la tyramine, tandis que la dopamine, la sérotonine et l'histamine n’ont engendré aucun effet. Une légère activité constitutive de ce récepteur dans les cellules hôtes a été observée. De plus, une analyse RT-PCR avec des oligonucléotides spécifiques a révélé l'ARNm de Spi-OAR non seulement dans les ovocytes, mais aussi dans les gonades, le cœur, les muscles adducteurs, les branchies et les ganglions suggérant que ce récepteur soit exprimé de façon ubiquitaire dans divers tissus et dans différents stades embryonnaires chez la palourde. En outre, des études avec des ovocytes isolés n'ont montré aucun effet de l’octopamine sur la réactivation méiotique. Des études éventuelles pourront finalement confirmer le rôle fonctionnel de Spi-OAR. / A cDNA encoding for an octopamine receptor named Spi-OAR was cloned and sequenced from the surf clam Spisula solidissima oocytes. An analysis of its predicted amino acid sequence showed a high degree of similarity with β-adrenergic and octopamine receptors. This receptor qualifies as a novel receptor closely related to the proposed class of insect octopamine « β-adrenergic–like » receptors coupled to Gs protein. This cDNA was introduced into an expression vector (pCEP4), with an added N-terminal FLAG tag sequence, and transfected in host cells (HEK 293). Immunofluorescence studies showed expression of the receptor with a proper localization to the plasma membrane. Measurements of cAMP in transfected cells revealed that addition of octopamine, and to a lower extent, tyramine induced a rise in cAMP while dopamine, serotonine and histamine had no effect. Overexpression of Spi-OAR in mammalian cells induced slight constitutive increase of cAMP. An RT-PCR analysis with specific oligonucleotides revealed the presence of the receptor mRNA not only in oocytes but also in whole gonads, heart, adductor muscle, gills and ganglia suggesting that this receptor is likely ubiquitously expressed. Expression of Spi-OAR was also detected at different embryonic stages. Despite the demonstrated expression of Spi-OAR in oocytes, octopamine had no effect on meiotic reinitiation. Further studies will examine the function of Spi-OAR.