Les ARN longs non codants (ARNlnc) ont fait l'objet de nombreuses études au cours de la dernière décennie. Pensés initialement comme provenant d'événements transcriptionnels aberrants, les ARNlnc sont désormais considérés comme un composant crucial du génome jouant un rôle dans de multiples fonctions cellulaires. Cependant, l'annotation fonctionnelle et la caractérisation des ARNlnc bovins au début du développement restent limitées. Dans cette étude, nous avons d'abord examiné l'expression des ARNlnc dans les follicules ovariens bovins et les premiers embryons, basée sur une base de données unique comprenant 468 hybridations de puces à ADN provenant de la même plateforme conçue pour cibler 7,724 ARNlnc et 14,085 ARNm. Ensuite, nous avons examiné l'expression des ARNlnc dans les ovocytes de la vésicule germinale bovine (GV) et de la métaphase II (MII), ainsi que dans les embryons à 1 cellule, 2 cellules, 4 cellules, début 8 cellules, fin 8 cellules, morula, les stades de jeune blastocyste et de blastocyste expansé, basés sur la réannotation de l'ensemble de données RNA-Seq ciblant 43,874 ARNlnc et 8,851 ARNm. Enfin, nous avons examiné l'expression des ARNlnc dans les blastocystes bovins dans des conditions de culture alternatives *in vitro* et *in vivo* et avec des suppléments de métabolites ou d'hormones, sur la base d'un ensemble de données de micropuces et combinant avec les ensembles de données de profilage RNA-Seq et ribosome. Ces résultats indiquent que, comparés aux ARNm, les ARNlnc se sont révélés plus spécifiques aux tissus et exprimés en un nombre de copies inférieur. L'expression des ARNlnc est plus distinctive dans les premiers stades de développement que celle des ARNm. L'annotation fonctionnelle des ARNm co-exprimés permet l'attribution d'ARNlnc à un large éventail de fonctions cellulaires clés tels que la méiose, la transcription, la traduction, la réponse immunitaire, les processus métaboliques, le développement tissulaire, les fonctions liées aux mitochondries, etc. Nous fournissons des preuves solides que les ARNlnc jouent divers rôles physiologiques spécifiques aux tissus et sont associés à des fonctions cellulaires clés aux côtés des ARNm dans les follicules ovariens bovins et les premiers embryons. Cela contribue à ajouter des ARNlnc en tant que molécules actives dans les réseaux de régulation complexes à l'origine de la folliculogenèse, de l'ovogenèse et de l'embryogenèse précoce, qui sont tous nécessaires au succès de la reproduction. / Long non-coding RNAs (lncRNAs) have been the subject of numerous studies over the past decade. First thought to come from aberrant transcriptional events, lncRNAs are now considered as a crucial component of the genome with roles in multiple cellular functions. However, the functional annotation and characterization of bovine lncRNAs during early development remain limited. In this study, we first reviewed lncRNAs expression in bovine ovarian follicles and early embryos, based on a unique database comprising 468 microarray hybridizations from a single platform designed to target 7,724 lncRNAs and 14,085 mRNAs. Then, we reviewed lncRNAs expression in bovine germinal vesicle (GV) and metaphase II (MII) oocytes, and in embryos at 1-cell, 2-cell, 4-cell, early 8-cell, late 8-cell, morula, young blastocyst, and expanded blastocyst stages, based on reannotation of RNA-Seq dataset targeting 43,874 lncRNAs and 8,851 mRNAs. At last, we reviewed lncRNAs expression in bovine blastocysts under alternative *in vitro* and *in vivo* culture conditions and supplements with metabolites or hormones, based on microarray dataset combined with RNA-Seq and ribosome profiling datasets. These results indicate that compared to mRNAs, lncRNAs are more tissue-specific and expressed in lower copy numbers. LncRNAs expression is more distinctive in early developmental stages than mRNAs. Functional annotation of co-expressed mRNAs allow attribution of lncRNAs to a wide array of key cellular events such as meiosis, transcription, translation, immune response, metabolic processes, tissue development, mitochondrial related functions, etc. We provide strong evidence that lncRNAs play diverse physiological roles that are tissue-specific and associated with key cellular functions alongside mRNAs in bovine ovarian follicles and early embryos. This contributes to add lncRNAs as active molecules in the complex regulatory networks driving folliculogenesis, oogenesis and early embryogenesis all of which are necessary for reproductive success.

Les compétences uniques que possède l'ovocyte sont assurées par les facteurs maternels, synthétisés et stockés dans l'ovocyte au cours de sa croissance. Ces derniers sont nécessaires à la reprise de la méiose, au déclenchement des premières mitoses et à l'activation du génome embryonnaire. Ce projet de recherche vise à identifier les gènes spécifiques à l'ovocyte conservés au cours de l'évolution qui sont impliqués dans les mécanismes moléculaires responsables du potentiel de développement unique à l'ovocyte. La première étape de ce projet consiste en l'identification des gènes spécifiques à l'ovocyte chez la souris, le bovin et Xenopus laevis. Afin de répondre à cet objectif, la technique des librairies soustractives et la technologie des microarrays d'ADNc ont été utilisés. Par la suite, une analyse comparative du transcriptome ovocytaire du bovin, de la souris et de Xenopus laevis a permis d'identifier les gènes spécifiques à l'ovocyte et conservés au cours de l'évolution. En premier lieu, une lame de microarray d'ADNc multi-espèces spécifique à l'ovocyte a été construite à partir de transcrits dérivés de librairies soustractives enrichies de gènes spécifiques à l'ovocyte. Par la suite, une lame de microarray d'oligonucléotides contenant plus de 20 000 transcrits dérivés de librairies d'ovocytes, d'embryons et de cellules souches de souris a été utilisée afin d'effectuer des hybridations inter-espèces avec des ovocytes de bovin et de Xenopus laevis. Les résultats de ces expériences ont permis de démontrer qu'il existe un degré de conservation très élevé parmi les gènes exprimés dans les ovocytes des trois espèces. Finalement, l'analyse globale du profil d'expression des gènes exprimés au cours du développement embryonnaire in vivo chez le bovin a été effectuée. Cette étude a permis de comparer les gènes d'origine maternelle à ceux du génome embryonnaire afin de déterminer l'importance des ARNm présents à ces stades. Les résultats présentés dans le cadre de cette thèse démontrent que l'étude du transcriptome ovocytaire et embryonnaire ainsi que les analyses comparatives permettent l'identification de gènes spécifiques à l'ovocyte conservés au cours de l'évolution. La caractérisation éventuelle de ces gènes permettra ainsi l'avancement de nos connaissances concernant les mécanismes moléculaires uniques à l'ovocyte.

L’amélioration des performances de reproduction des poissons d’élevage nécessite de déterminer les facteurs intrinsèques et extrinsèques influençant la qualité des gamètes d’une part, et de définir des paramètres fiables permettant de prédire les performances de reproduction d’autre part. Notre objectif est donc de comprendre le déterminisme multifactoriel de la reproduction chez la perche commune, Perca fluviatilis. Quatre facteurs nutritionnels (type d’aliment et taux de rationnement distribués lors des phases d’induction et de vernalisation) et 3 facteurs populationnels (poids initial, origine géographique, niveau de domestication) ont été testés. Une différence de réponse entre les sexes a été observée. Le type d’aliment distribué en vernalisation et le poids initial ont modifié l’état général des femelles. Les mâles ont plutôt été sensibles aux taux de rationnement et à l’origine géographique. L’étude des performances de reproduction a montré que le taux de ponte était sous l’influence de l’interaction entre le type d’aliment distribué en induction et en vernalisation, tandis que l’origine géographique a modulé la date de ponte. La régulation des performances de reproduction est donc un mécanisme complexe sous l’influence simultanée de plusieurs facteurs. La seconde partie de ce travail concerne la recherche de marqueurs prédictifs de la qualité des ovules. Nous avons d’abord montré que peu de paramètres morpho-anatomiques des pontes ou ovules sont des prédicateurs fiables. Cependant, l’analyse protéomique a permis de mettre en évidence plusieurs protéines exprimées différemment selon la qualité des pontes, pouvant jouer le rôle de biomarqueurs de qualité des ovules / Improving fish reproduction in breeding conditions implies to understand intrinsic and extrinsic factors influencing gametes quality on the one hand and to define relevant parameters allowing the prediction of fish reproductive performance on the other hand. Our goal was thus to understand the multifactorial determinism of the common perch (Perca fluviatilis) reproduction. Four nutritional factors (type of food and rate of rationing used either during the induction or vernalization phases) and 3 populational factors (initial weight, geographic origin and domestication level of breeders) have been tested. Data show different responses between females and males. type of food during wintering phase and initial broodstock weigh modified female condition. Males have been sensitive to rationing during wintering phase as well as geographical origin. Data show also that spawning rate was under the influence of interaction between kind of food during wintering phase and induction whereas geographical origin modulated the spawning date. The regulation of the performance reproduction is also a complex mechanism influenced by several factors. The second part of this work consisted on the research of parameters potentially predictive of ova quality. Firstly, our work shows that morphometric parameters measured before the fertilization are poorly relevant to predict reproductive performance. However, the proteomic analysis of several spawn allowed us to highlight proteins differently expressed according to the spawn quality, such proteins could be ova quality biomarkers

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Pas de résumés / No abstract

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 5 mai 2008). Bibliogr.

L’objectif de cette thèse a été de comprendre deux caractéristiques majeures des divisions méiotiques chez la femelle: le blocage en prophase de 1ère division méiotique qui permet à l’ovocyte d’accumuler des réserves énergétiques et des déterminants nécessaires au développement embryonnaire ; et l’absence de phase-S entre les deux divisions méiotiques ce qui permet de former des cellules haploïdes aptes à la fécondation. Pour cela, j’ai choisi comme modèle d’étude l’ovocyte de Xénope qui permet de suivre ces processus in vitro en réponse à la progestérone. L’ovocyte subit les deux divisions méiotiques grâce à l’activation du facteur universel de la division cellulaire, le MPF, et se bloque en métaphase de 2ème division méiotique dans l’attente d’être fécondé. Chez tous les vertébrés, le 1er arrêt en prophase dépend de l’activité de la protéine kinase dépendante de l’AMPc, PKA, dont l’inactivation est nécessaire pour la reprise de la méiose. Le substrat de PKA dans l’ovocyte était resté inconnu. Nous avons découvert que la protéine Arpp19, jusqu’alors connue pour son rôle positif dans l’activation du MPF, est phosphorylée par PKA de cette phosphorylation bloque l’activation du MPF nécessaire pour la levée du blocage en prophase. ARPP19 possède donc un double rôle, le 1er exercé comme substrat de PKA et responsable de l’arrêt en prophase, le second dans l’activation du MPF suite à un changement dans sa phosphorylation. Dans un second temps, nous avons étudié la protéine Cdc6, un acteur majeur de la réplication de l’ADN. Absente en prophase, Cdc6 s’accumule entre les deux divisions méiotiques ce qui permet à l’ovocyte d’acquérir la compétence à répliquer l’ADN. Cette compétence ne s’exprime pas ce qui permet de réduire de moitié la ploïdie. Nous avons montré que Cdc6 est un inhibiteur puissant du MPF capable de bloquer les divisions méiotiques et d’induire la réplication de l’ADN. Pour éviter ces effets délétères l’accumulation de Cdc6 est strictement régulée lors des deux divisions méiotiques, ce qui est absolument requis pour assurer l’enchainement des deux divisions cellulaires sans phase-S intercalaire. / The goal of my PhD project was to understand two main features of the female meiotic division: the arrest in prophase of the 1st meiotic division that allows the accumulation of nutrients and determinants necessary for the embryonic cell cycles; and the absence of S-phase between the two meiotic divisions in order to produce haploid gametes. For this purpose, I studied Xenopus oocytes, a powerful model system that allows the biochemical analysis of these two processes in vitro. In ovary, oocytes are arrested in prophase I and resume meiosis in response to progesterone. The oocytes then proceed through the 1st and the 2nd meiotic divisions and halt at metaphase II, awaiting for fertilization. These two consecutive divisions are controlled by two waves of Cdk1 activation, the universal factor responsible for the entry into mitosis. I analysed the mechanisms responsible for arresting the oocyte in prophase I. In all vertebrates, this arrest depends on a high activity of the cAMP-dependent protein kinase, PKA, whose downregulation is required for the release of the prophase block. The substrate of PKA had never been identified up to date. I discovered that the small protein Arpp19, already known for positively regulating entry into M-phase, is phosphorylated by PKA in prophase I and is dephosphorylated upon progesterone addition, an event required for Cdk1 activation. Hence, Arpp19 has a dual function, responsible of the prophase arrest as a PKA substrate, and then converted into an activator of Cdk1 by changes of its phosphorylation pattern. The second part of my thesis has been dedicated to understanding the role and the regulation of the Cdc6 protein during meiotic divisions. This protein is essential for DNA replication in somatic cells. It is accumulated between the two oocyte meiotic divisions and restores the competence to replicate DNA in oocyte. However, this competence is repressed before fertilization, allowing formation of haploid cells. I found that the accumulation of Cdc6 is tightly controlled during meiotic maturation by the Cyclin B accumulation and the Mos/MAPK pathway. I further demonstrated that Cdc6 is a strong inhibitor of Cdk1 in Xenopus oocytes and that the timely accumulation of Cdc6 is required to coordinate the two meiotic divisions with no intercaling S-phase.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

De nos jours, bien que les technologies de reproduction assistées aient beaucoup progressées, elles présentent encore une efficacité inférieure à la reproduction in vivo. Parmi ces technologies, la maturation in vitro des ovocytes est celle dont l'écart diffère le plus de la situation in vivo. De plus, ce processus particulier pose un défi supplémentaire aux chercheurs qui l'étudient puisque cette cellule présente un mécanisme de stockage des ARNm unique. En effet, les ovocytes comportent deux populations d'ARNm, les ARNm stockés et les ARNm traduits. Comme ces deux populations sont difficilement identifiables, une méthode consistant à isoler les ARNm contenus dans les polysomes ovocytaire a été développée au cours de ce projet. Désormais, l'étude de ces polysomes permet de cibler spécifiquement les ARNm traduits puisque les polysomes constituent les seuls complexes de synthèse protéique à l'intérieur des cellules. Mise à profit, cette nouvelle méthode de fractionnement polysomal contribuera non seulement à l'enrichissement de nos connaissances du processus de maturation ovocytaire mais pourra aussi fournir des informations précises sur le développement embryonnaire précoce.