Dans les troupeaux laitiers, le succès de l'insémination artificielle dépend, en grande partie, de la qualité de la semence. D est important de disposer de techniques analytiques fiables permettant d'évaluer la qualité de la semence. Actuellement, aucun paramètre pris isolément n'est corrélé de façon satisfaisante à la fertilité. L'évaluation multiparamétrique de la semence est une option intéressante pour améliorer l'efficacité des tests de fertilité. Ce mémoire porte sur la caractérisation, via la cytometric en flux, des spermatozoïdes bovins cryopréservés. Différents paramètres ont été étudiés tels que la viabilité, l'activité mitochondriale, l'intégrité de la membrane acrosomale, le pH intracellulaire, le Ca2+ intracellulaire et celui emmagasiné dans la cellule. Ces paramètres ont été évalués postdécongélation et suite à cinq heures d'incubation en présence ou non d'héparine comme inducteur de la capacitation. Pour chacune des conditions, on a étudié les effets et les interactions de chacun des paramètres et leur relation avec la fertilité in vivo.

Parce que le cholestérol spermatique influence la résistance des spermatozoïdes à la congélation, nous avons émis l’hypothèse que les spermatozoïdes supplémentés en cholestérol exogène subiraient moins de dommages pendant la cryoconservation améliorant leur pouvoir fécondant après décongélation. Etant insoluble, le cholestérol est incorporé dans la méthyl β-cyclodextrin formant un complexe hydrosoluble, cholestérol lié à la cyclodextrine (CLC). Cette étude à montré que le traitement CLC, dans un dilueur de lait écrémé, améliore la cryorésistance de la semence de bouc en augmentant le niveau de cholestérol spermatique, responsable de la résistance des spermatozoïdes au choc au froid et au stress osmotique, sans affecter la capacitation induite in vitro après décongélation. Par insémination artificielle, les semences ayant subient une augmentation de cholestérol exogène ont montré un meilleur taux de fertilité et de prolificité in vivo par rapport à la semence non traitée. Ces observations suggèrent que le traitement CLC pourrait être utilisé pour améliorer la fertilité des troupeaux et mérite des explorations chez d’autres espèces. Evaluer l’efficacité du CLC sur la cryorésistance de la semence de bélier nous a permis de montrer que le traitement CLC est plus efficace dans un dilueur de lait écrémé par rapport à un dilueur de jaune d’œuf commercial. Toutefois, cette amélioration de la qualité spermatique post-dégel n’est pas suffisante pour induire une augmentation de la fertilité in vivo, suggérant la nécessité d’optimiser le protocole de congélation ou une adaptation du protocole d’insémination. Cependant, combiner le traitement CLC au tréhalose (un cryoprotecteur externe) n’a pas montré d’effet synergique sur l’amélioration de la qualité spermatique post-dégel. Finalement, pour amorcer un transfert technologique nous avons montré que le traitement CLC permet de conserver la qualité spermatique de la semence de bouc en présence de plasma séminal, dont le retrait était recommandé en raison de son effet délétère. De plus, le traitement CLC permet le maintain de la qualité de la semence bouc conservée en frais pendant 24 h à 5°C avant congélation facilitant son transport de la ferme vers le laboratoire. Ces résultats démontrent que le cholestérol joue un rôle crucial et essentiel dans la cryoprotection des semences animales. / Because sperm cholesterol content contributes to their resistance to freezing, we hypothesized that exogenous cholesterol incorporated in sperm reduces cryodamage and thus improves the fertilizing capacity of thawed sperm. Being a lipid, cholesterol is insoluble in aqueous media, rendering difficult to deliver to cells in vitro. Methyl β-cyclodextrin is a carrier molecule that couples to cholesterol to form a water-soluble compound, “cholesterol-loaded cyclodextrin” (CLC) that can transfer the cholesterol into cell membranes. The research within this thesis shows that CLC treatment of goat semen enhances fresh sperm resistance to cold shock and osmotic stress due to the increased cholesterol, involving in sperm cryoresistance in a skim milk-based extender without affecting sperm in vitro capacitation after thawing. A pilot field trial in goats demonstrated that artificial insemination with sperm that underwent increased exogenous cholesterol yielded higher fertility and prolificacy rates in vivo compared to untreated semen. These observations suggest that CLC treatment could be used to improve frozen sperm quality and fertility rate of other species. Using ram sperm, our study demonstrated that CLC treatment was more efficient in a skim milk-based extender compared totraditional egg yolk-based extender. However, in vivo fertility of the ram semen that was cryopreserved in the skim milk-based extender with CLC did not differ from semen that was cryopreserved in egg yolk-based extender without CLC. Further research is warranted to combine CLC with other cryoprotection strategies or to modify the insemination protocol to adequately permit capacitation in vivo. However, using CLC treatment with trehalose, a cell impermeable cryoprotectant, did not demonstrate any synergic effect of the cryoprotectants on thawed sperm quality. Finally, in an effort to develop a protocol for semen cryopreservation that can be accessible to the emerging goat industry in Quebec, a pilot test trial demonstrated that goat sperm treated with CLC are more resistant to exposure to seminal plasma than CLC-free sperm in skim milk-based extender. Additionally, CLC treatment markedly improves the post-thaw quality of the sperm after temporary storage for 24 h prior to processing. Together, these results demonstrated that cholesterol has a fundamental and innovative role in animal semen cryoprotection.

Au cours de la cryoconservation, le spermatozoïde subit d'importants dommages. Ces dommages prennent la forme de perte de motilité ainsi que de dommages sous-létaux à différents niveaux. Parmi ces derniers certains effets cryo-capacitants sont de plus en plus documentés. Ils contribuent à diminuer la durée de vie et à réduire le pouvoir fécondant du spermatozoïde cryoconservé. Au cours de cette étude, nous avons étudié le comportement de quatre marqueurs spécifiques de compartiments subcellulaires différents suite à la cryoconservation du sperme humain. La protéine P34H, l'a-tubuline, l'acrosine et les phosphotyrosines représentaient respectivement, la membrane plasmique, le cytosquelette, la matrice acrosomale (via l'entrée de calcium) et les voies de signalisation intracellulaires. Chaque marqueur a été étudié avant et après cryoconservation. Une perte de 50% de la protéine P34H, une augmentation de détection de 200% de l'a-tubuline, une activation de la pro-acrosine en sa forme active, la p-acrosine, et une augmentation de la phosphorylation de deux protéines en leurs résidus tyrosine ont été observées. De plus, l'augmentation de détection de l'a-tubuline s'est révélée proportionnelle au temps d'entreposage dans l'azote liquide, une différence significative étant présente dès 15 semaines d'entreposage. À la lumière de ces résultats, il apparaît évident que la cryoconservation du sperme humain est associée à des cryo-dommages sous-létaux prenant place dans différents compartiments de cette cellule hautement spécialisée. Ces dommages contribuent certainement à la perte de pouvoir fécondant observée dans le sperme cryoconservé.

L’abeille domestique (Apis mellifera Linnaeus) joue un rôle crucial comme pollinisateur dans l’industrie de l’agriculture. Cependant, durant les dernières décennies, une mortalité des colonies d’abeilles a été observée partout à travers le monde. La conservation du sperme d’abeille est un outil efficace pour sauvegarder la diversité génétique. Sa conservation est possible à température pièce, mais la cryoconservation serait une meilleure méthode pour la conservation à long terme. Notre objectif général est de développer une méthode de cryoconservation de la semence d’abeille. L’hypothèse no.1 était que la cryoconservation de la semence d’abeille est plus efficace à long terme que les températures au-dessus de 0 °C. Nous avons évalué l’efficacité, basé sur la viabilité des spermatozoïdes, de deux températures de conservation: -196 °C et 16 °C. Après un an de conservation, la semence congelée avait une meilleure viabilité comparée à 16°C (76% ± 5% vs 0%; p < 0,05). Par la suite, la spermathèque des reines inséminées avec la semence cryoconservée a été évaluée par la migration des spermatozoïdes ainsi que la viabilité des spermatozoïdes. Il y avait beaucoup de variabilités dans nos résultats. Nous n’avons pas été en mesure de vérifier si l’ajout de la centrifugation après la conservation améliore la fertilité des reines après insémination. Toutefois, nos résultats confirment que la cryoconservation est une technique efficace pour conserver la semence d’abeille à long terme. / Honey bees (Apis mellifera Linnaeus) are critical players in the agricultural industry for food production as they account for the vast majority of insect pollination. In the last decades, however, there have been dramatic losses of honey bee colonies worldwide. Coupled with instrumental insemination, conservation of honey bee sperm is an effective strategy to protect the species and their genetic diversity. Sperm storage is possible at room temperature, but for many mammal species, cryopreservation is the preferred method for the long-term storage of gametes. However, cryopreservation of honey bee drone semen is not optimized. Our overall objective is to develop a method of drone semen cryopreservation, therefore, two experiments were conducted. Hypothesis #1 was that cryopreservation of drone semen is more effective for long-term storage than at above-freezing temperatures. We therefore compared the efficacy based on sperm viability, of two honey bee semen preservation temperatures: frozen (-196°C) and 16°C. After 1 year of storage, frozen sperm viability was higher than at 16°C (76% ± 5% vs. 0%; p < 0.05), showing that cryopreservation is necessary to conserve semen in vitro. However, the cryoprotectant used for drone sperm freezing, DMSO (dimethyl sulfoxide), is toxic to queens after instrumental insemination. Hypothesis #2, therefore, was that centrifugation of cryopreserved semen to remove DMSO prior to insemination improves queen fertility. Our results indicate that centrifuging semen does not affect sperm viability (78% ± 3% vs 75% ± 4% viable sperm; p > 0.05). After queen insemination, both spermathecae and brood production were evaluated, but the results varied greatly, possibly due to the undesirable mucus present in the semen. Therefore, we cannot yet confirm that centrifugation improves queen health after insemination. Nonetheless, our study confirms that cryopreservation of honey bee sperm is necessary and possible for long-term conservation.