L’infertilité concerne 8 à 12% des couples en âge de procréer. Face à ce problème, des prises en charge médicales peuvent être proposées comme la fécondation in vitro (FIV) et l’injection intracytoplasmique de spermatozoïde (ICSI). Toutefois, le taux d’échec de ces techniques reste relativement élevé. Dans la première partie, l’impact des facteurs maternels et paternels sur les résultats de 194 cycles de FIV et 586 cycles d’ICSI a été étudié. L’âge maternel, le nombre d’ovocytes ponctionnés et matures influencent principalement les résultats. Ni l’âge paternel ni les paramètres spermatiques (numération et mobilité) ne s’associent significativement à l’échec des techniques d’assistance médicale à la procréation (AMP). Seule la morphologie du spermatozoïde injecté a une influence sur la fécondation en ICSI. En deuxième partie, l’apoptose, la fragmentation de l’ADN et le contenu chromosomique avant et après tri cellulaire à l’aide des microbilles magnétiques ont été étudiés chez des hommes avec un taux de fragmentation de l’ADN spermatique anormal et chez des hommes porteurs d’une anomalie chromosomique constitutionnelle. Une diminution significative des spermatozoïdes apoptotiques avec un ADN fragmenté et chromosomiquement déséquilibrés a été observée. Le tri cellulaire aboutissant à une sélection de spermatozoïdes de meilleure qualité pourrait s’avérer une méthode de référence pour l’AMP. Dans une troisième partie, un protocole fiable a été élaboré pour étudier le transcriptome des spermatozoïdes. La mise au point de ces technologies permettra de mieux comprendre les causes d’échec des techniques d’AMP et ainsi améliorer leur taux de réussite. / Infertility concerns 8-12% of couples of reproductive age. Various medical treatments such as in vitro fertilization (IVF) and intracytoplasmic sperm injection (ICSI) are available to address this problem. However the rate of failure of these procedures remains relatively high.In the first part of this work the impact of maternal and paternal factors on the results of 194 IVF cycles and 586 ICSI cycles was studied. Results are mainly affected by maternal age, the number of oocytes retrieved and the number of mature oocytes collected. Neither paternal age nor spermatic parameters (number and mobility) are significantly associated with the failure of Assisted Reproductive Technologies (ART). Only the morphology of the sperm injected during ICSI influences fertilization rate.In the second part of this work apoptosis, DNA fragmentation and the chromosomal content before and after cell sorting with magnetic micro beads were studied in men with an abnormal level of sperm DNA fragmentation and in men with a constitutional chromosome abnormality. A significant decrease of apoptic spermatozoa with fragmented DNA and chromosome imbalance was observed. Thus cell sorting leading to the selection of better quality spermatozoa could become a reference method for ART.In a third part of the work a reliable protocol for the study of spermatic transcriptomes is designed.The development of these technologies will lead to a better understanding of the underlying causes ofART failure and thus increase the success rate.

Les spermatozoïdes acquièrent leur pouvoir fécondant et leur mobilité lors de leur transit le long de l'épididyme. Paradoxalement, cette maturation épididymaire nécessite la présence d'espèces oxygénées réactives (EOR) pour condenser la chromatine spermatique afin de mieux protéger l'ADN de ces mêmes molécules. Nous avons étudié la façon dont l'épididyme parvient à assurer l'équilibre entre un déficit et un excès d'EOR en caractérisant le phénotype épididymaire de souris dont la production de deux enzymes antioxydantes glutathion peroxydases a été invalidée, GPx5 et snGPx4. L'épididyme de ces souris génère une réponse antioxydante élevée et augmente l'activité de pontage disulfure sur les gamètes en modulant l'expression génique d'enzymes antioxydantes (Trx, Prx, GST, SOD3, catalase) et de protéines disulfide isomérases (Pdia). Bien que ce sursaut d'activité soit efficace pour protéger les membranes du tissu et des spermatozoïdes, la chromatine des spermatozoïdes présente un défaut de condensation, laissant l'ADN spermatique vulnérable face aux EOR. Les gamètes présentent alors des dommages oxydants dans le noyau qui s'aggravent avec la diminution de l'activité antioxydante lors du vieillissement. Des approches immunologiques et biochimiques ont montré que les dommages oxydants se produisent préférentiellement sur l'ADN spermatique situé à la périphérie du noyau, qui est enrichi en nucléosomes persistants et qui est associé à la matrice nucléaire. Afin de déterminer s'il est possible de diminuer ces atteintes oxydantes sur les gamètes, nous avons étudié les effets d'une supplémentation orale antioxydante sur des souris sauvages et sur l'un de nos modèles murins mutant.

Les spermatozoïdes acquièrent leur pouvoir fécondant et leur mobilité lors de leur transit le long de l'épididyme. Paradoxalement, cette maturation épididymaire nécessite la présence d'espèces oxygénées réactives (EOR) pour condenser la chromatine spermatique afin de mieux protéger l'ADN de ces mêmes molécules. Nous avons étudié la façon dont l'épididyme parvient à assurer l'équilibre entre un déficit et un excès d'EOR en caractérisant le phénotype épididymaire de souris dont la production de deux enzymes antioxydantes glutathion peroxydases a été invalidée, GPx5 et snGPx4. L'épididyme de ces souris génère une réponse antioxydante élevée et augmente l'activité de pontage disulfure sur les gamètes en modulant l'expression génique d'enzymes antioxydantes (Trx, Prx, GST, SOD3, catalase) et de protéines disulfide isomérases (Pdia). Bien que ce sursaut d'activité soit efficace pour protéger les membranes du tissu et des spermatozoïdes, la chromatine des spermatozoïdes présente un défaut de condensation, laissant l'ADN spermatique vulnérable face aux EOR. Les gamètes présentent alors des dommages oxydants dans le noyau qui s'aggravent avec la diminution de l'activité antioxydante lors du vieillissement. Des approches immunologiques et biochimiques ont montré que les dommages oxydants se produisent préférentiellement sur l'ADN spermatique situé à la périphérie du noyau, qui est enrichi en nucléosomes persistants et qui est associé à la matrice nucléaire. Afin de déterminer s'il est possible de diminuer ces atteintes oxydantes sur les gamètes, nous avons étudié les effets d'une supplémentation orale antioxydante sur des souris sauvages et sur l'un de nos modèles murins mutant.

Les spermatozoïdes acquièrent leur pouvoir fécondant et leur mobilité lors de leur transit le long de l’épididyme. Paradoxalement, cette maturation épididymaire nécessite la présence d’espèces oxygénées réactives (EOR) pour condenser la chromatine spermatique afin de mieux protéger l’ADN de ces mêmes molécules. Nous avons étudié la façon dont l’épididyme parvient à assurer l’équilibre entre un déficit et un excès d’EOR en caractérisant le phénotype épididymaire de souris dont la production de deux enzymes antioxydantes glutathion peroxydases a été invalidée, GPx5 et snGPx4. L’épididyme de ces souris génère une réponse antioxydante élevée et augmente l’activité de pontage disulfure sur les gamètes en modulant l’expression génique d’enzymes antioxydantes (Trx, Prx, GST, SOD3, catalase) et de protéines disulfide isomérases (Pdia). Bien que ce sursaut d’activité soit efficace pour protéger les membranes du tissu et des spermatozoïdes, la chromatine des spermatozoïdes présente un défaut de condensation, laissant l’ADN spermatique vulnérable face aux EOR. Les gamètes présentent alors des dommages oxydants dans le noyau qui s’aggravent avec la diminution de l’activité antioxydante lors du vieillissement. Des approches immunologiques et biochimiques ont montré que les dommages oxydants se produisent préférentiellement sur l’ADN spermatique situé à la périphérie du noyau, qui est enrichi en nucléosomes persistants et qui est associé à la matrice nucléaire. Afin de déterminer s’il est possible de diminuer ces atteintes oxydantes sur les gamètes, nous avons étudié les effets d’une supplémentation orale antioxydante sur des souris sauvages et sur l’un de nos modèles murins mutant. / The spermatozoa acquire their fertilizing ability and their motility through the epididymis. Paradoxically, this epididymal maturation needs reactive oxygen species (ROS) to condense the sperm chromatin permitting to protect the DNA against these molecules. We studied how the epididymis ensure the equilibrium between deficit and excess of ROS by characterizing the epididymal phenotype of mice lacking two antioxidant activities of the glutathione peroxidase family, GPx5 & snGPx4. The epididymis of these mice produce a strong antioxidant response and also increase the disulfide bridging activity by adjusting the gene expression of antioxidant enzymes (Trx, Prx, GST, SOD3, catalase) and disulfide isomerase proteins (Pdia). This protection is efficient for tissue and sperm membranes but not for sperm chromatin which is susceptible to decondensation. The sperm cells show oxidative damage in the nucleus, which worsen with the decrease of the antioxidant activity upon aging. Immunological and biochemical approaches indicated that oxidative damage occurred only on the sperm DNA at the periphery of the nucleus, which is enriched with persisting nucleosomes and associated to the nuclear matrix. Finally, to determine if these oxidative damages on the spermatozoa can be lowered, we studied the effects of an oral antioxidant supplement on wild type and gpx5-/- mice (Chabory et al., 2009).

Chez les espèces aviaires, le stockage des spermatozoïdes s’étend sur plusieurs semaines principalement au niveau du réservoir de la jonction utéro-vaginale, contenant les tubules de stockage des spermatozoïdes (SST). Les mécanismes impliqués dans ce processus restent indéterminés. L’effet de l’insémination artificielle (IA) a été évalué sur le protéome du fluide utérin (FU), des protéines cibles et des glycanes dans les SST, provenant de poules possédant une longue (F+) ou courte (F-) durée de stockage. La longue durée de stockage est associée à une abondance relative dans le FU après IA des protéines exosomales (ANXA4, ANXA5), des protéoglycanes (TSKU), des protéines liant les protéoglycanes (HAPLN3, FN1, VTN), des transporteurs de lipides (VTG1, VTG2, APOA1, APOA4, APOH), et des protéines matricielles de la coquille (OCX32). Au contraire, la faible capacité de stockage est associée à la régulation après IA des protéines immunitaires (PIGR, immunoglobulines) ou pro-inflammatoire (LTA4H), des protéases (XPNPEP1), des chaperones (HSPA8), des mucines (MUC5AC, MUC5B), et de l’ovalbumine (OVALY). Au niveau des SST, les protéines matricielles de la coquille (OC-116, OCX36, OC-17) ont été identifiées dans l’épithélium et la lumière. La longue durée de stockage est associée à la sécrétion luminale de résidus Glc/GlcNAc, à la mobilisation apicale de protéines exosomales (ANXA4), et la non-activation des voies métaboliques impliquant les protéines PIGR, HSPA8, et ANXA5 dans les SST. En conclusion, la composition protéique du FU et des SST requièrent des régulations spécifiques après IA certainement pour garantir le stockage des spermatozoïdes. / In avian species, the sperm storage mainly takes place in uterovaginal sperm storage tubules (SST) during several weeks. Mechanisms implied in this process are not fully understood. The effect of artificial insemination (AI) has been evaluated on the uterine fluid (UF) proteomic composition, and on SST candidate proteins, from hens exhibiting long (F+) or short (F-) sperm storage duration. Long sperm storage duration was associated with the relative abundance in UF after AI of proteoglycans (TSKU), proteoglycan binding proteins (HAPLN3, FN1, VTN), lipid transporters (VTG1, VTG2, APOA1, APOA4, APOH), and eggshell matrix proteins (OCX32). In contrast, poor sperm storage ability was associated with the regulation of immune factors (PIGR, immunoglobulins), pro-inflammatory factors (LTA4H), proteases (XPNPEP1), chaperone (HSPA8), mucins (MUC5AC, MUC5B), and ovalbumin related protein Y (OVALY). At the level of SST, eggshell matrix proteins (OC-116, OCX36, OC-17) were identified in SST cells and lumen. Long sperm storage duration was associated in SST with the luminal secretion of Glc/GlcNAc residues, ANXA4 apical mobilization, and non-activation of metabolic pathway implying PIGR, HSPA8, and ANXA5. In conclusion, the proteomic composition of UF and SST require specific regulation after insemination, most probably to guarantee the success of sperm storage process.

Contrairement à d’autres groupes animaux, chez les primates, la hiérarchie de dominance ne détermine pas systématiquement le succès reproductif des mâles. Afin de comprendre pourquoi, j’ai étudié les stratégies de reproduction des mâles et des femelles dans un groupe de macaques rhésus de la population semi-libre de Cayo Santiago (Porto Rico), collectant des données comportementales, hormonales et génétiques pendant deux saisons de reproduction. Les résultats se résument en cinq points. 1. Les nouveaux mâles qui ont immigré dans le groupe d’étude occupaient tous les rangs les plus subordonnés de la hiérarchie de dominance et ont monté en rang suite au départ de mâles plus dominants. Ainsi, l’acquisition d’un rang supérieur s’est faite passivement, en absence de conflits. Par conséquent, les mâles dominants étaient généralement d’âge mature et avaient résidé plus longtemps dans le groupe que les mâles subordonnés. 2. L’accès des mâles aux femelles est en accord avec le « modèle de la priorité d’accès » selon lequel le nombre de femelles simultanément en œstrus détermine le rang de dominance du mâle le plus subordonné qui peut avoir accès à une femelle (p. ex. le mâle de rang 4 s’il y a quatre femelles en œstrus). Bien que les mâles dominants aient eu plus de partenaires et aient monopolisé les femelles de qualité supérieure (dominance, parité, âge) pendant leur période ovulatoire (identifiée grâce au profil hormonal de la progestérone), le rang de dominance n’a pas déterminé le succès reproductif, les mâles intermédiaires ayant engendré significativement plus de rejetons que prédit. Il est possible que ces jeunes adultes aient produit un éjaculat de meilleure qualité que les mâles dominants d’âge mature, leur donnant un avantage au niveau de la compétition spermatique. 3. Les mâles dominants préféraient les femelles dominantes, mais cette préférence n’était pas réciproque, ces femelles coopérant plutôt avec les mâles intermédiaires, plus jeunes et moins familiers (c.-à-d. courte durée de résidence). Au contraire, les femelles subordonnées ont coopéré avec les mâles dominants. La préférence des femelles pour les mâles non familiers pourrait être liée à l’attrait pour un nouveau bagage génétique. 4. L’intensité de la couleur de la peau du visage des femelles pendant le cycle ovarien était corrélée au moment de la phase ovulatoire, une information susceptible d’être utilisée par les mâles pour maximiser leur probabilité de fécondation. 5. Les femelles retiraient des bénéfices directs de leurs liaisons sexuelles. En effet, les femelles en liaison sexuelle bénéficiaient d’un niveau de tolérance plus élevé de la part de leur partenaire mâle lorsqu’elles étaient à proximité d’une source de nourriture défendable, comparativement aux autres femelles. En somme, bien que les mâles dominants aient bénéficié d’une priorité d’accès aux femelles fertiles, cela s’est avéré insuffisant pour leur garantir la fécondation de ces femelles parce que celles-ci avaient plusieurs partenaires sexuels. Il semble que l’âge et la durée de résidence des mâles, corrélats de leur mode d’acquisition du rang, aient confondu l’effet du rang de dominance. / In contrast to most animal groups, dominance hierarchy does not systematically determine male reproductive success in primates. In order to investigate why, I studied male and female reproductive strategies in a group of free-ranging rhesus macaques on Cayo Santiago, Puerto Rico. I collected behavioural, genetic, and hormonal data during two consecutive mating seasons. My results are summarized below. 1. All new males who immigrated into the study group occupied the lowest-ranking position in the dominance hierarchy and rose in rank as the higher-ranking males left the group. Achieving a higher dominance rank occurred passively, without physical conflict. Thus, dominant males were mature individuals who resided longest in the group. 2. Male access to oestrus females followed the predictions of the ‘priority of access’ model, in which the number of females in oestrus determines the rank of the lowest-ranking male who can access a female (e.g. the fourth ranking male if four females are in oestrus). Even though dominant males obtained more mating partners and monopolised higher quality females (dominance, parity, age) during the ovulation window (as identified using progesterone profiles), dominance rank did not determine reproductive success, as intermediate-ranking males sired significantly more infants than predicted. It is likely that those young, intermediate-ranking adult males produced high quality ejaculate, giving them an advantage in sperm competition. 3. Dominant males preferred high-ranking females, but this preference was not reciprocal; high-ranking females cooperated with younger and less familiar intermediate-ranking males. Conversely, subordinate females cooperated with dominant males. Female preference for non-familiar males (i.e. short residency in the group) may be explained by an attraction to a novel genetic pool. 4. Female facial color intensity during the ovarian cycle was correlated with the timing of the ovulation window. This information may be used by males in order to maximize their fertilisation probability. 5. Consort females enjoyed a higher level of tolerance from their male partner when they were in proximity to a monopolisable food source, compared to other, non-consort females. This suggests that females obtained direct benefits from their sexual consorts. In conclusion, even though dominant males had priority access to ovulating females in the group, this was insufficient to guarantee fertilisation when females had several sexual partners. It appears that males’ age and length of residency, both correlates of their rank acquisition mode, may have been confounding factors in dominance rank.

Contrairement à d’autres groupes animaux, chez les primates, la hiérarchie de dominance ne détermine pas systématiquement le succès reproductif des mâles. Afin de comprendre pourquoi, j’ai étudié les stratégies de reproduction des mâles et des femelles dans un groupe de macaques rhésus de la population semi-libre de Cayo Santiago (Porto Rico), collectant des données comportementales, hormonales et génétiques pendant deux saisons de reproduction. Les résultats se résument en cinq points. 1. Les nouveaux mâles qui ont immigré dans le groupe d’étude occupaient tous les rangs les plus subordonnés de la hiérarchie de dominance et ont monté en rang suite au départ de mâles plus dominants. Ainsi, l’acquisition d’un rang supérieur s’est faite passivement, en absence de conflits. Par conséquent, les mâles dominants étaient généralement d’âge mature et avaient résidé plus longtemps dans le groupe que les mâles subordonnés. 2. L’accès des mâles aux femelles est en accord avec le « modèle de la priorité d’accès » selon lequel le nombre de femelles simultanément en œstrus détermine le rang de dominance du mâle le plus subordonné qui peut avoir accès à une femelle (p. ex. le mâle de rang 4 s’il y a quatre femelles en œstrus). Bien que les mâles dominants aient eu plus de partenaires et aient monopolisé les femelles de qualité supérieure (dominance, parité, âge) pendant leur période ovulatoire (identifiée grâce au profil hormonal de la progestérone), le rang de dominance n’a pas déterminé le succès reproductif, les mâles intermédiaires ayant engendré significativement plus de rejetons que prédit. Il est possible que ces jeunes adultes aient produit un éjaculat de meilleure qualité que les mâles dominants d’âge mature, leur donnant un avantage au niveau de la compétition spermatique. 3. Les mâles dominants préféraient les femelles dominantes, mais cette préférence n’était pas réciproque, ces femelles coopérant plutôt avec les mâles intermédiaires, plus jeunes et moins familiers (c.-à-d. courte durée de résidence). Au contraire, les femelles subordonnées ont coopéré avec les mâles dominants. La préférence des femelles pour les mâles non familiers pourrait être liée à l’attrait pour un nouveau bagage génétique. 4. L’intensité de la couleur de la peau du visage des femelles pendant le cycle ovarien était corrélée au moment de la phase ovulatoire, une information susceptible d’être utilisée par les mâles pour maximiser leur probabilité de fécondation. 5. Les femelles retiraient des bénéfices directs de leurs liaisons sexuelles. En effet, les femelles en liaison sexuelle bénéficiaient d’un niveau de tolérance plus élevé de la part de leur partenaire mâle lorsqu’elles étaient à proximité d’une source de nourriture défendable, comparativement aux autres femelles. En somme, bien que les mâles dominants aient bénéficié d’une priorité d’accès aux femelles fertiles, cela s’est avéré insuffisant pour leur garantir la fécondation de ces femelles parce que celles-ci avaient plusieurs partenaires sexuels. Il semble que l’âge et la durée de résidence des mâles, corrélats de leur mode d’acquisition du rang, aient confondu l’effet du rang de dominance. / In contrast to most animal groups, dominance hierarchy does not systematically determine male reproductive success in primates. In order to investigate why, I studied male and female reproductive strategies in a group of free-ranging rhesus macaques on Cayo Santiago, Puerto Rico. I collected behavioural, genetic, and hormonal data during two consecutive mating seasons. My results are summarized below. 1. All new males who immigrated into the study group occupied the lowest-ranking position in the dominance hierarchy and rose in rank as the higher-ranking males left the group. Achieving a higher dominance rank occurred passively, without physical conflict. Thus, dominant males were mature individuals who resided longest in the group. 2. Male access to oestrus females followed the predictions of the ‘priority of access’ model, in which the number of females in oestrus determines the rank of the lowest-ranking male who can access a female (e.g. the fourth ranking male if four females are in oestrus). Even though dominant males obtained more mating partners and monopolised higher quality females (dominance, parity, age) during the ovulation window (as identified using progesterone profiles), dominance rank did not determine reproductive success, as intermediate-ranking males sired significantly more infants than predicted. It is likely that those young, intermediate-ranking adult males produced high quality ejaculate, giving them an advantage in sperm competition. 3. Dominant males preferred high-ranking females, but this preference was not reciprocal; high-ranking females cooperated with younger and less familiar intermediate-ranking males. Conversely, subordinate females cooperated with dominant males. Female preference for non-familiar males (i.e. short residency in the group) may be explained by an attraction to a novel genetic pool. 4. Female facial color intensity during the ovarian cycle was correlated with the timing of the ovulation window. This information may be used by males in order to maximize their fertilisation probability. 5. Consort females enjoyed a higher level of tolerance from their male partner when they were in proximity to a monopolisable food source, compared to other, non-consort females. This suggests that females obtained direct benefits from their sexual consorts. In conclusion, even though dominant males had priority access to ovulating females in the group, this was insufficient to guarantee fertilisation when females had several sexual partners. It appears that males’ age and length of residency, both correlates of their rank acquisition mode, may have been confounding factors in dominance rank.