Au cours des dernières décennies, l'industrie laitière a fait face à une forte pression de sélection, poussant ainsi les éleveurs à collecter les spermatozoïdes des jeunes taureaux, ce qui peut réduire considérablement l'intervalle générationnel. On suppose que le génome contenu dans les spermatozoïdes n'est pas affecté par l'âge mais qu'en est-il de l'épigénome? On peut supposer que le spermatozoïde porte plusieurs niveaux de modifications épigénétiques, qui jouent à la fois un rôle indispensable dans le développement de l'embryon et peuvent transférer la mémoire environnementale paternelle aux générations suivantes. Au cours du développement pubertaire, l'état physiologique change radicalement, notamment le poids corporel, les niveaux d'hormones sexuelles, favorisant ainsi le développement du système reproducteur masculin. Donc, bien que l'information génétique reste relativement stable tout au long du stade pubertaire, les schémas épigénétiques des spermatozoïdes du taurillon, qui sont sensibles aux changements environnementaux, peuvent être distincts des spermatozoïdes du taureau adulte. Par conséquent, nous émettons l'hypothèse dans cette thèse que l'âge du taureau plus jeune peut influencer le développement précoce de l'embryon via un épigénome altéré dans les spermatozoïdes. Nous avons prélevé trois fois la semence des mêmes taureaux à 10 mois, 12 mois et 16 mois, qui représentent respectivement les stades pré-, péri- et post-pubertaires. Ensuite, les spermatozoïdes des mêmes taureaux sont fécondés *in vitro* avec des ovocytes de mêmes vaches pour produire des blastocystes. Dans cette thèse, nous avons d'abord constaté que le sperme collecté à l'âge de 10 mois avait des caractéristiques comparables, notamment la concentration en spermatozoïdes, la motilité totale et la motilité progressive après décongélation, à celles des adultes. Cependant, à l'aide de micropuces de transcriptome et de méthylation de l'ADN, nous avons identifié des gènes exprimés de manière différentielle (DEG) ou méthylés (DMR) dans les blastocystes produits à partir de taureaux à différents âges pubertaires. L'analyse fonctionnelle a révélé que les voies liées au métabolisme étaient les principales fonctions affectées par le jeune âge paternel. Notre groupe avait exploré les DMR liées à l'âge dans l'ADN des spermatozoïdes. Pour découvrir si d'autres facteurs épigénétiques sont impliqués dans l'influence de l'âge paternel, nous avons en outre extrait de petits ARN non codants des groupes de spermatozoïdes susmentionnés et préparé des bibliothèques pour le séquençage. Au total, dix miARN transmis par les spermatozoïdes ont été exprimés de manière différentielle dans les spermatozoïdes de taureaux à différents âges pubertaires. Les cibles de ces miARN, qui étaient exprimées dans des embryons à deux cellules ou régulaient le transcriptome du blastocyste, ont démontré que le jeune âge paternel avait le potentiel de créer un impact sur la compétence embryonnaire au stade de deux cellules et, en outre, sur le métabolisme et la synthèse des protéines dans le blastocyste via les miARN véhiculés par les spermatozoïdes. L'enveloppement de l'ADN par la protamine et la condensation de la chromatine des spermatozoïdes protège le matériel génétique paternel des agents nocifs. Pour déterminer si ce processus était affecté par l'âge péribubère, nous avons évalué l'accessibilité de la chromatine dans les spermatozoïdes bovins avec l'ATAC-seq pour extraire les régions accessibles à l'échelle du génome dans les spermatozoïdes de taureaux âgés de 10 et 16 mois. En utilisant les données ATAC-seq du groupe de 16 mois, nous avons constaté que les régions accessibles étaient enrichies en régions géniques, avec un pic dans les sites de départ de la transcription. L'analyse ontologique a révélé que les gènes paternels accessibles étaient principalement impliqués dans la régulation de la transcription et des voies de développement. De plus, des gènes liés à l'âge, dont l'accessibilité varie selon les stades pubertaires, sont impliqués dans l'ubiquitination des protéines et la régulation de la transcription. Dans le dernier chapitre, nous avons passé en revue les articles publiés portant sur les effets épigénétiques parentaux liés à l'âge ou le statut métabolique des parents pour conclure que les embryons générés par des parents jeunes ou ayant un déficit métabolique se mettent en mode « économie » ce qui pourrait expliquer leur survie diminuée en association avec ces conditions. En résumé, l'épigénome des spermatozoïdes de taureau change dynamiquement pendant la puberté, ces variations épigénétiques pourraient influencer les voies liées au métabolisme dans les embryons précoces produits à partir de taureaux prépubères. Cette thèse donne des pistes pour améliorer les impacts épigénétiques potentiels des spermatozoïdes prélevés sur les jeunes taureaux. / In the last few decades, the dairy industry is facing high selection pressure, pushing forward the breeders to collect spermatozoa from young bull, thereby significantly reducing the generation interval (Doormaal and Kistemaker, 2003; Schaeffer, 2006; de Roos et al., 2011; Schefers and Weigel, 2012; Hutchison et al., 2014; Thomasen et al., 2014). Current assisted reproductive technologies (ART) also improve the reproductive success rate of using young bulls even with sub-optimal semen quality. It is assumed that the genome content is not affected by age but what about the epigenome? It is possible the spermatozoa carry multiple levels of epigenetic modifications, which play an indispensable role in embryo development and can transfer paternal environmental memories to the next generations. During pubertal development, the physiological status changes dramatically, including body weight, sex hormone levels, thereby promoting the development of male reproductive system. Although the genetic information stays relatively stable across the pubertal stage, epigenetic patterns in spermatozoa from young bulls, which are sensitive to environmental changes, and may be distinct from spermatozoa of the adult bull. Hence, we hypothesize in this thesis that younger bull age can influence early embryo development via altered epigenome in spermatozoa. We collected semen three times from same bulls at 10-months, 12-months, and 16-months old, which represent pre-, peri-, and post-pubertal stages, respectively. Then, spermatozoa from same bulls were *in vitro* fertilized with oocytes from matched cows to produce blastocysts. In this thesis, we first found that semen collected at 10-months of age had comparable performance, including sperm concentration; total motility; post-thaw progressive motility, under the microscope as adults. However, using transcriptome and DNA methylation microarrays, we identified genes that were differentially expressed (DEGs) or methylated (DMRs) in blastocysts produced from bulls at different pubertal ages. Functional analysis revealed that metabolism-related pathways were the primary affected functions by paternal younger age. Our group explored age-related DMRs in spermatozoa. To discover if other epigenetic factors are involved in the influence of paternal age, we further extracted small non-coding RNAs from the spermatozoa in different ages groups and prepared libraries for sequencing. A total of ten sperm-borne miRNAs were differentially expressed in spermatozoa from bulls at different pubertal ages. We identified the targets of these miRNAs, which are present in two-cell embryos and regulate the transcriptome of blastocysts. Our findings demonstrated that paternal younger age could impact on the two-cell competence and further on metabolism and protein synthesis in blastocysts via miRNAs conveyed by spermatozoa. Sperm chromatin condensation induced by protamine's replacement of histones protects paternal genetic material from damaging agents. To assess the chromatin accessibility pattern in bovine spermatozoa that is indicative of histone retention and to identify paternal younger age effects on the accessible regions, we used ATAC-seq to extract genome-wide accessible regions in spermatozoa from bulls at 10- and 16-months of age. Using the ATAC-seq data of 16-months group, we found that accessible regions were enriched in gene regions, with peaks in transcription starting sites. Gene ontology analysis revealed that paternal accessible genes were mainly involved in the regulation of transcription and developmental pathways. Moreover, age-related genes, which have varied accessibility between different pubertal stages, were involved in protein ubiquitination and transcription regulation. In the last chapter, we reviewed several published papers focusing on parental epigenetic effects and identified a common metabolic programming pattern which was named "economy" mode. This pattern seems to be initiated in early embryos by parental environmental changes. In summary, the epigenome of bull spermatozoa changed dynamically during puberty, these epigenetic variations could further influence the metabolism-related pathways in early embryos produced from prepubertal bulls. This thesis provided functional information to improve the potential epigenetic impacts of spermatozoa collected from young bulls.

Chez les mammifères, le passage d’une génération à une autre nécessite la reprogrammation du génome. Cette reprogrammation nécessite la déméthylation de l’ADN parternel et maternel ainsi que celle des lysines des histones suite à la fécondation. Des familles d’enzymes ont récemment été associées à ces processus : les déaminases, notamment Aicda (activation-induced cytosine deaminase), et les Tet (Ten-eleven translocation) désoxygénase, Tet1, Tet2 et Tet3. Plusieurs déméthylases des lysines des histones (KDM) ont été identifiées au cours des dernières années mais très peu d’informations sont disponibles à leur sujet, particulièrement en ce qui a trait à l’embryon bovin. Notre étude s’est attardée à dresser un profil d’expression spatiotemporel de ces familles d’enzymes lors des différents stades embryonnaires précoces chez la vache. Nous suggérons que Tet3 participe activement à la déméthylation de l’ADN, possiblement assisté par Tet2, mais sans Tet1 ni Aicda. Nous montrons également que KDM3A, KDM4A, KDM4C et KDM5B sont présents à des stades et à des endroits précis de l’embryon suggérant ainsi un rôle dans certains processus clés du développement embryonnaire. Ces informations ouvrent la voie à de nouvelles recherches afin de comprendre les modifications de l’épigénome et de réduire les anomalies épigénétiques rencontrées chez les animaux issus de certains protocoles de reproduction assistée. / In mammals, the transition from one generation to the next requires genomic reprogramming. Such epigenetic change is mediated by paternal and maternal DNA demethylation as well as histone lysines demethylation after fertilization, which is a poorly understood process. Some family of enzymes have recently been associated to those process: the deaminases, like Aicda (activation-induced cytosine deaminase), and Tet (Ten-eleven translocation) dioxygenases, Tet1, Tet2 and Tet3. Many lysine specific histone demethylases (KDM) have been identified in the past few years but little is known about their roles in mammalian embryo. The objective of this study was to develop of a spatiotemporal expression profile of those proteins at different preimplantation stage of bovine embryo. We suggest an active participation of Tet3 in DNA methylation, possibly supported by Tet2 but without Tet1 or Aicda. We also demonstrate the presence and specific localization of KDM3A, KDM4A, KDM4C and KDM5B which may suggest a role during the different embryonic stages. This information opens up the possibilities for further research in order to reduce epigenetic abnormalities associated to assisted reproduction technologies.

En utilisant une méthode à haut rendement, les micropuces, nous avons pu établir le profil d'expression génétique d'embryons produits in vivo et in vitro. Suite à l'établissement de ces profils génétiques, nous les avons comparés pour déterminer le traitement in vitro qui fournit le profil embryonnaire le plus proche de ceux in vivo. En général, tous les traitements contenant du sérum en maturation et/ou en développement ont obtenu un profil similaire à celui des in vivo, tandis que ceux qui évoluaient en co-culture, en milieu semi-défini et défini ont un profil qui dévie largement par rapport à celui des in vivo. Les résultats obtenus suggèrent, entre autre, que le sérum a un impact plutôt positif sur l'expression génétique embryonnaire et que l'utilisation de milieux complètement définis est très nocif pour l'embryon de même qu'un ajout de sérum en fin de développement.

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.

Introduction: Le développement pré-implantatoire et particulièrement la formation d'un blastocyste de qualité constitue l'un des événements les plus importants pour l'implantation et l'induction de la grossesse. In vitro, 30% à 40% seulement des ovocytes aboutissent à la formation de blastocystes et juste une faible proportion de ces derniers, supposés morphologiquement être "en bonne santé" sont capables de réussir le développement post-implantation. Cette limitation pose un grand problème pour les technologies de fécondation in Vitro (FIV) ce qui nécessite le développement d'une bonne approche permettant de se prononcer sur la compétence embryonnaire. La notion de compétence demeure difficile à définir sur des bases morphologiques et cinétiques. Considérant que la sélection d'un blastocyste de qualité est l'un des objectifs majeurs de la FIV chez l'humain et que le bovin représente un très bon modèle pour telle une étude, nous nous sommes fixés comme objectif d'analyser le profil d'expression génique du blastocyste bovin à trois stades de développement (début cavité, en expansion et éclos). Cette étude nous renseignera non seulement sur la régulation moléculaire de l'expansion et l'éclosion du blastocyste mais nous permettra également de définir des marqueurs potentiels de la compétence au développement et d'avoir un outil utile pour caractériser les différentes étapes de ces changements morphologiques (classification) Méthodes: Les blastocystes sont produits in vitro et collectés au stade début cavité (apparition d'une petite cavité), en expansion (diamètre supérieur à une zone pellucide normale) et éclos (sans zone pellucide). Pour procéder à notre étude transcriptomique, l'ARN est extrait, amplifié, marqué puis hybride en "loop design experiment" (biopuce maison ADNc, BlueChip). Pour valider les résultats des biopuces, certains gènes candidats ont été sélectionnés et confirmés par Q-RT-PCR. Résultats: À l'issue de l'analyse des données de biopuces, différents gènes impliqués par exemple dans l'implantation, l'adhésion cellulaire et la digestion de la matrice extracellulaire ont été trouvés comme sur-exprimés au stade éclos. Les blastocystes au stade début cavité, ont été en contre partie plutôt enrichis en gènes dont les produits sont impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire, la traduction et la transcription. Les résultats de la Q-RT-PCR ont positivement validé les résultats de biopuce à un taux de 87,5% (7/8). Certains de ces gènes candidats confirmés par Q-RT-PCR (IFNT, PLAC8, SSLP1, AKR1B1, HNRNPA2B1, ARGFX, NANOS et CCNB1) s'avèrent particulièrement intéressants comme marqueurs potentiels de la compétence embryonnaire surtout qu'on a détecté leur expression aussi tôt que le stade blastocyste. Conclusions: Notre étude procure de nouvelles connaissances sur la régulation moléculaire de la formation du blastocyste. D'autres part, la liste des gènes différentiellement exprimés pourra faciliter dans lefutur, le choix et l'étude de marqueurs éventuels de la compétence ainsi que la classification des blastocystes lorsqu'il s'agirait d'investiguer l'effet du traitement sur le développement embryonnaire.

La production d'embryons in vitro permet d'augmenter rapidement le potentiel génétique des troupeaux laitiers et/ou bovins du Québec. Malheureusement, cette technique n'est pas efficace à 100%. En effet, seulement 30 à 40% des ovocytes immatures atteignent le stade de blastocystes in vitro [1]. Ces rendements sont largement inférieurs à ceux obtenus in vivo. Le développement embryonnaire est une période critique à l'intérieur de laquelle plusieurs étapes doivent être surmontées afin d'assurer la viabilité et la santé de l'embryon. La moindre petite faille peut mener à la mort de l'ovocyte ou de l'embryon. Plusieurs différences morphologiques, biochimiques et métaboliques ont été observées entre les embryons produits in vivo versus ceux produits in vitro. Plusieurs études suggèrent que ces différences sont expliquées par les variations géniques induites par l'origine de l'ovocyte et/ou les milieux de culture in vitro [2-4]. Dans le cadre du présent projet de recherche, nous avons effectué une analyse comparative du profil des ARN messagers (ARNm) lors du développement embryonnaire bovin in vivo versus in vitro afin d'identifier des marqueurs de compétence embryonnaire. Nous avons utilisé le modèle in vivo comme référence puisque les embryons issus de ce milieu proviennent d'un environnement optimum. Dans un premier temps, nous avons comparé l'abondance des ARNm présents dans F embryons produit in vivo versus in vitro à différents stades de développement (2 cellules, 8 cellules et blastocystes). Dans un deuxième temps, nous avons comparé les profils des ARNm présents lors des premiers stades embryonnaires in vivo versus in vitro afin d'identifier les variations géniques induites par ces deux systèmes de production. Nous avons utilisé la technique des biopuces pour réaliser les deux volets de ce projet de recherche. Les informations obtenues dans le cadre de ce projet permettront éventuellement d'améliorer les conditions de culture embryonnaire in vitro afin de produire plus d'embryons viables et en santé. De plus, les recommandations émises suite aux problématiques rencontrées lors de la réalisation du deuxième volet du projet de recherche permettront également d'améliorer la productivité et l'efficacité de différentes techniques de laboratoire.

Ce travail porte sur l’identification, la fonction et la régulation des molécules maternelles d’ARNm qui dirigent la compétence développementale juste après la fécondation chez les bovins. Tout d’abord, en utilisant le modèle du temps écoulé jusqu’au premier clivage zygotique et à travers l’évaluation du transcriptome des embryons à 2-cellules, il fut possible de déterminer la signature moléculaire des niveaux extrêmes de compétence au développement et sélectionner des molécules candidates pour des études postérieures. Les résultats ont montré que les embryons de capacité développementale variable diffèrent dans certaines fonctions comme la réparation de l’ADN, le traitement de l’ARN, la synthèse de protéines et l'expression génique définies par des ARNm synthétisés par l’ovocyte. Pour obtenir une confirmation fonctionnelle, une paire de transcrits maternels (l’un détecté dans notre sondage précédent et l’autre étant une molécule reliée) ont été inhibés par « knock-down » dans des ovocytes. Les effets du knock-down de ces facteurs de transcription sont apparus avant la formation des blastocystes dû à une diminution de la capacité au clivage et celle à progresser après le stage de 8-cellules. L’analyse moléculaire des embryons knock-down survivants suggère qu’un de ces facteurs de transcription est un contrôleur crucial de l’activation du génome embryonnaire, qui représente une fenêtre développementale dans l’embryogenèse précoce. Dans la dernièr étude, nous avons testé si les facteurs de transcription d'intérêt sont modulés au niveau traductionnel. Des ARNm rapporteurs couplés à la GFP (Protéine fluorescente) contenant soit la version courte ou la version longue de la séquence 3’-UTR des deux molécules furent injectées dans des zygotes pour évaluer leur dynamique traductionnelle. Les résultats ont montré que les éléments cis-régulateurs localisés dans les 3’-UTRs contrôlent leur synchronisation traductionnelle et suggèrent une association entre la compétence développementale et la capacité de synthèse de ces protéines. Ceci conduit à l’idée que ces facteurs de transcription cruciaux sont aussi contrôlés au niveau traductionnel chez les embryons précoces. Les connaissances acquises ont joué un rôle essentiel pour définir le contrôle potentiel des molécules maternelles sur les embryons au début de leur développement. Cette étude nous montre aussi une utilisation potentielle de cette information ainsi que les nouveaux défis présents dans le secteur des technologies reproductives. / This work explores the identity, the function, and the regulation of maternal mRNA molecules that drive developmental competence shortly after fertilization in cattle. First of all, by using the model of the time of first zygotic cleavage and assessing the transcriptome of 2-cell embryos, it was possible to determine the molecular fingerprint of extreme levels of developmental competence and select candidate molecules for further monitoring. Data implied that early embryos of variable developmental capacity differ in functions including DNA repair, RNA processing, protein synthesis, and gene expression that are dictated by oocyte-synthesized mRNA. To obtain a functional confirmation, a pair of maternal transcripts (one detected in our previous survey and other related molecule) were knocked-down in oocytes that were further cultured. The effects of ablating these transcription factors were evident before blastocyst formation due to a decrease in cleavage capacity, as well as progression past the 8-cell stage. The molecular analysis of surviving knocked-down embryos suggested that one of these transcription factors is a pivotal orchestrator of the activation of the embryonic genome, a critical developmental window in early embryogenesis. In the last survey, we asked whether the transcription factors of interest are modulated at the translational level. Reporter mRNAs containing either short or long versions of the 3’-UTR sequences of both molecules were injected in zygotes to look at their translational dynamics. Results showed that cis-acting elements located in the 3’-UTRs govern their timely translation and suggested an association between developmental competence and protein synthesis capacity. This led to the notion that these crucial transcription factors are also controlled at the translational level in early embryos. The acquired knowledge was instrumental to define the possible control operated by maternal molecules on embryos at the onset of their development, as well as some of the challenges and potential use of this information in the field of reproductive technologies.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les histones et leurs modifications épigénétiques remodèlent la chromatine et influencent la régulation génique en modifiant les interactions entre la machinerie transcriptionnelle et l'ADN. Cependant on ignore l'exacte implication de ces facteurs dans les pouvoirs de totipotence et de reprogrammation associés à l'ovocyte ou encore dans l'activation du génome embryonnaire. Malgré plusieurs études détaillées sur les modifications post-traductionnelles des histones dans l'ovocyte et dans le jeune embryon, les enzymes potentiellement aptes à les catalyser n'ont pas fait l'objet d'exploration aussi approfondie. Dans cet ouvrage, nous avons investigué le profil d'expression de 24 régulateurs clés principalement impliqués dans l'acétylation et la méthylation des histones pendant la période comprise entre l'ovocyte immature et le blastocyste bovin. Ces analyses nous ont permis d'associer certains événements épigénétiques avec la présence de divers candidats étudiés. Une histone acétyltransferase, MYST4, a été sélectionnée pour une caractérisation plus exhaustive. Nous avons retrouvé MYST4 à l'intérieure de cellules spécialisées impliquées dans la gamétogénèse. De plus, des événements spécifiques d'acétylation peuvent être associés avec sa présence pendant cette période. L'histone Hl spécifique à l'ovocyte (H1FOO) a aussi été examinée plus en profondeur. En plus d'avoir suivi l'expression de l'ARNm et de la protéique H1FOO dans l'ovocyte et pendant le dévelopement embryonnaire, nous avons mis en place une stratégie afin de déterminer si H1FOO a le potentiel de contrôler la transcription de certains gènes. Nos observations préliminaires suggèrent que l'histone H1FOO ne peut réguler l'expression génique par elle même, mais qu'elle est quand même impliquée dans la modulation de la structure de la chromatine. À un certain point, la régulation de l'expression génique de l'ovocyte et du jeune embryon doit nécessairement faire appel à un remodelage de la chromatine, cependant les acteurs impliqués dans ce processus fondamental demeurent élusifs. Nos études de MYST4 et H1FOO associent ces gènes avec divers événements spécifiques se déroulant sur la chromatine des gamètes et embryons. De plus nos analyses de profils d'expression apportent des indices sur l'implication de plusieurs autres gènes pendant cette période de développement. Les résultats présentés dans cette thèse contribuent à éclaircir la représentation globale de la modulation de la chromatine par les facteurs épigénétiques. / Histones and their post-translational modifications remodel the chromatin and influence gene regulation by altering the interactions between the transcriptional machinery and DNA. During oocyte and embryo development, important transcriptional events occur, but the exact contribution of histones and epigenetic modifications in oocyte totipotency and reprogramming capabilities or in the activation of the embryonic genome are still enigmatic. Despite numerous detailed studies on post-translational histone modifications in oocytes and early embryos, the enzymes potentially involved have been somewhat neglected. In this work, we have investigated the expression profile of 24 key regulators primarily linked with histone acetylation and methylation in the period between immature bovine oocyte and blastocyst. The profiles obtained for the different candidates were associated with different epigenetic events occurring during this time period. One particular histone acetyltransferase, MYST4, has caught our attention and was selected for further characterization. In this study MYST4 was associated with specialized cells during gametogenesis. Furthermore, specific acetylation events are linked to the presence of MYST4 during this period. The oocyte-specific histone Hl subtype (H1FOO) was also further characterized. Although different hypotheses have been formulated about its implication in chromatin modulation and gene regulation, little information based on facts is actually available. After investigating the presence of H1FOO mRNA and protein in oocytes and early embryos, we established a strategy to discover if H1FOO had the potential to control the transcription of different genes. Our preliminary observations suggest that H1FOO, by itself, does not regulate gene expression but is involved in the modulation of the chromatin structure. It is thought that the regulation of gene expression in the oocyte and early embryo must at some point involve chromatin remodeling. However, the genes implicated in this fundamental process during this period are still elusive. Our MYST4 and H1FOO studies associate these genes with specific events that occur on the chromatin of oocytes and embryos. Moreover, our expression profile analysis indicates that many other genes are implicated during this important developmental period. The results presented in this thesis contribute to enlighten the global representation of chromatin modulation by epigenetic factors.

Chez une multitude de métazoaires étudiés, une période de quiescence transcriptionnelle est observée chez le jeune embryon suite à la fécondation de l'ovocyte. La durée de cette période est spécifique à chaque espèce et chez le bovin, l'embryon n'active son propre génome qu'aux stades 8- à 16-cellules. Précédemment à cette activation de la transcription, l'embryon subsiste grâce à l'utilisation des ARNm et des protéines fournies par l'ovocyte. C'est également à partir de ces réserves que l'embryon doit puiser les différents facteurs impliqués dans l'activation de son génome au moment requis. Les expériences présentées dans cette thèse étaient destinées à améliorer nos connaissances de l'activation du génome embryonnaire chez le bovin. Dans un premier temps, la caractérisation de l'expression de plusieurs facteurs de transcription chez l'embryon a été effectuée et le rôle envisageable de ces facteurs dans l'activation du génome a aussi été démontré. Par la suite, nous avons établi une liste exhaustive de plus de 300 transcrits embryonnaires exprimés très tôt dès l'activation du génome. Cette étude du transcriptome a permis l'identification d'une multitude de gènes associés à la transcription et au maintient de la pluripotence que l'on retrouve chez les cellules embryonnaires. Afin de définir la fonction ou le rôle des différents joueurs identifiés lors de nos études, nous avons mis au point un procédé qui cible spécifiquement un transcrit donné et induit sa dégradation dans les ovocytes bovins sans toutefois induire des effets collatéraux dommageables sur la compétence au développement de ces ovocytes. Cette méthode utilise l'interférence ARN qui réduit à des niveaux très faibles la présence d'un transcrit ciblé, ce qui permet d'étudier les effets de sa perte de fonction. Cette méthode a permis d'établir le rôle crucial dans l'embryon d'un gène issu de nos premières études : MATRIN 3. La dégradation de l'ARN de MATRIN 3, une composante architecturale de la matrice nucléaire qui agit aussi au niveau de la transcription, s'est avérée avoir des effet néfastes sur la survie embryonnaire. Les informations fournies par la combinaison des études présentées dans cette thèse contribuent à dresser un portrait mieux défini de l'activation du génome chez le bovin.