La baisse de la fertilité masculine mondiale ces dernières décennies est devenue préoccupante. Ainsi, un homme sur quinze est subfertile. Si les causes de la baisse de fertilité semblent être essentiellement liés à l'environnement et au mode de vie, il est essentiel de comprendre tous les mécanismes qui régulent le pouvoir fécondant du spermatozoïde afin d'optimiser les techniques de procréation médicalement assistée. Le développement de nouveaux axes de recherche, expérimentaux et théoriques, pour identifier les mécanismes sous-jacents de l'infertilité masculine est indispensable. C'est dans ce contexte, de développement de nouvelles stratégies expérimentales que se situe ce travail de thèse. La stratégie que j'ai employée ici est la recherche de nouveaux outils pharmacologiques à partir de venin d'animaux par des tests d'activités biologiques. Cette recherche nous a permis de mettre en évidence une nouvelle voie de régulation de la physiologie spermatique : la voie des phospholipases A2 secrétées. Ainsi, nous avons montré pour la première fois que les phospholipases A2 secrétées, régulent 4 étapes clé de la fécondation : la capacitation, la mobilité spermatique, la réaction acrosomique et l'interaction gamétique.

Les WNTs sont des glycoprotéines sécrétées impliquées dans plusieurs processus tels que la spécification cellulaire, la prolifération, la différenciation, et beaucoup d’autres. Pour transmettre leur signal, les WNTs se lient aux récepteurs Frizzled (FZD) et au co-récepteur « Low-density-lipoprotein receptor Related Protein » (LRP) 6 ou 5, activant ainsi l’une des trois principales voies de signalisation: la voie de signalisation WNT/β-caténine (voie canonique), la voie « Planar Cell Polarity » (PCP) et la voie WNT/Ca2+ (voies non-canoniques). Des antagonistes de cette voie, les « Secreted Frizzled Related Protein » (SFRPs), peuvent aussi se lier aux WNTs pour empêcher leur liaison aux récepteurs FZDs. Bien que des rôles importants aient été associés à plusieurs composants de la voie des WNTs lors de la régulation de l’ovaire adulte, le fonctionnement exact de cette signalisation reste nébuleux. L’objectif global de cette thèse visait donc à mieux comprendre la voie de signalisation des WNTs au niveau de l’ovaire adulte de souris, par la caractérisation de deux autres composants de cette voie, FZD1 et SFRP4. La création et l’analyse de souris Fzd1 et Sfrp4 KO ont démontré que FZD1 est nécessaire pour la régulation des gènes associés à l’expansion du cumulus, dans le complexe ovocyte-cumulus (COC). Nous avons aussi constaté que SFRP4 avait un rôle à jouer lors de la régulation des gènes associés à l’expansion du cumulus mais cette fois, au niveau des cellules de la granulosa. Finalement, les résultats in vivo et in vitro de cette étude ont suggéré que la voie PCP, contrairement à la voie canonique, pourrait être modulée dans les cellules de la granulosa des souris Sfrp4 KO, possiblement grâce au signal induit par WNT4 et WNT5a. Ces données ont permis de créer un modèle hypothétique représentant la régulation de la signalisation ovarienne par les WNTs. Ce modèle servira de base pour l’élaboration de futurs projets de recherche visant à comprendre davantage la signalisation ovarienne et les possibles effets de sa dérégulation lors de processus pathologiques. Ces connaissances pourront ensuite être appliquées chez l’humain afin de traiter plusieurs maladies ou dérèglements ovariens. / WNTs are secreted glycoproteins that act to regulate several processes such as cell fate determination, proliferation, differentiation and many more. To transmit their signal, WNTs bind the co-receptors Frizzled (FZD) and Low-density-lipoprotein receptor Related Protein (LRP) 6 or 5, which leads to the activation of one of three signaling pathways: WNT/β-catenin (canonical), Planar Cell Polarity (PCP) or WNT/Ca2+ pathways (both non-canonical). Secreted Frizzled Related Proteins (SFRPs) are antagonists of WNT signaling that act by directly binding WNTs and preventing their interaction with FZD receptors. Even if members of the WNT signaling pathway have been found to have important roles in adult ovarian regulation, the exact mechanism(s) involved remain poorly understood. The global objective of this thesis was to better understand WNT signaling in the adult rodent ovary, by characterizing two components of this pathway: FZD1 and SFRP4. Generation and analyses of Fzd1 and Sfrp4 KO mice first demonstrated that FZD1 is required for the induction of cumulus expansion-related genes, in the cumulus-oocyte complex (COC). Also, we demonstrated that SFRP4 is also required for the regulation of cumulus expansion-associated genes but this time, in mural granulosa cells. In vivo and in vitro data suggested that the PCP pathway, and not the canonical pathway, could be induced in granulosa cells of Sfrp4 KO mice, possibly by WNT4 and WNT5a. All the data presented herein permitted the creation of a hypothetical model that summarizes the roles of WNT signaling in ovarian regulation. This model will serve to develop new projects that will ultimately result in the better understanding of ovarian signaling and related pathological processes. This knowledge may then be useful for the treatment of many human ovarian disorders.

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L'érosion de la biodiversité prairiale est devenue une préoccupation majeure à l'échelle Européenne. Le pâturage ovin est supposé avoir un impact négatif sur la diversité prairiale, en raison de leur forte sélectivité pour les dicotylédones, indispensables aux insectes pollinisateurs. Comparés aux bovins, les ovins structurent peu les couverts et créent également moins de niches écologiques contrastées. L'objectif de cette thèse était de tester la faisabilité, et les bénéfices en pâturage ovin, d'une conduite en rotation dans laquelle une sous-parcelle est temporairement exclue du pâturage au moment du pic de floraison. Les effets de cette conduite ont été comparés à ceux d'un pâturage continu au même chargement. Au delà des indicateurs directs de performances zootechniques et de biodiversité (plantes, papillons, bourdons et carabes), nous avons analysé la sélection alimentaire des brebis dans les deux modes de conduite. Nous avons aussi cherché à appréhender comment la race et la fertilité du milieu pouvaient moduler la faisabilité d'un tel pâturage tournant et son intérêt vis-à-vis de la préservation de la biodiversité. Indépendamment de leur race, les brebis ont présenté une sélection alimentaire accrue vis-à-vis des dicotylédones dans les parcelles pâturées en rotation, qui a rapidement entraîné une diminution de leur richesse floristique en comparaison des parcelles pâturées en continu. L'augmentation de l'intensité de floraison des sous parcelles temporairement exclues de la rotation a favorisé les bourdons, probablement en raison de l'augmentation de la ressource en pollen et en nectar. En revanche, ce mode de gestion n'a pas permis d'augmenter la densité ni la richesse spécifique des papillons et des carabes. Le bénéfice d'une mise en défens temporaire d'une partie des parcelles semble donc moindre qu'en pâturage bovin. Définir les dates de mises en défens par rapport à la floraison d'espèces indicatrices, moduler la durée de la mise en défens en fonction de la pousse de printemps, et prolonger l'exclusion de certaines parcelles en automne et en hiver sont autant de pistes qu'il nous reste à explorer, afin de déterminer les conditions d'application optimale d'une telle conduite.

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.

La première ovulation induite par effet mâle chez la brebis anovulatoire en anoestrus saisonnier est souvent accompagnée d’un développement de cycles courts qui peuvent être contrecarrés par un traitement progestatif préalable. Nos travaux ont montré que la réponse au mâle est plus rapide en fin d’anoestrus en raison d’une sélection à J0 de follicules dont le stade de développement est plus avancé. En parallèle, ils apportent de nouvelles connaissances sur le mécanisme d’action par lequel la progestérone parvient à supprimer les cycles courts induits par effet mâle, en modulant certaines caractéristiques de la dynamique de croissance folliculaire et en améliorant l’activité stéroïdogénique des follicules préovulatoires. Cependant, d’autres études sont nécessaires pour étudier l’impact de ces effets sur la qualité ovocytaire et la fertilité de ces premières ovulations induites par effet mâle sur un plus grand nombre d’animaux. / The first ovulation induced by male effect in anestrous ewes during the non-breeding season usually result in the development of short cycles that can be avoided by progesterone priming. Our results show that ewes ovulate earlier in June due to selection at J0 of follicles in a more advanced stage of development. However, these observations seem to be unrelated to the luteal outcome after male effect. In parallel, we demonstrate the positive effect of progesterone on the completion of follicular growth and the improvement of the ability of these follicles to respond properly to LH surge and to synthesis ovarian steroids. However, further studies are required to understand whether these changes have functional consequences on the quality of oocytes induced by the male effect and in fertility after male effect on a large number of animals.

La metformine est utilisée chez les patients et patientes atteints du diabète de type II. Elle est également administrée lors d’une infertilité liée à une insulino-résistance ou à un désordre métabolique. Mon projet de recherche a été d’analyser les effets de cet antidiabétique sur la fonction gonadique administré au stade foetal ou à la puberté. Nous avons montré par une approche in vivo sur deux modèles animaux: 1) qu'une administration orale de metformine à des poulets pré-pubères entraine un retard de puberté. Il se caractérise par une réduction du poids testiculaire, du diamètre des tubes séminifères et par une baisse de la testostérone sérique. 2) qu’une exposition des foetus mâles à de la metformine, chez la souris, conduit une fois adulte a une diminution de la taille des portées de 30%. Ce dysfonctionnement est associé à des marques épigénétiques sur l’ADN et des anomalies morphologiques de la tête des spermatozoïdes. Des techniques à haut débit (protéomique et métabolomique) réalisées sur des cultures de cellules de Sertoli immatures traitées ou non à la metformine ont permis de démontrer : 1) que le traitement mène à un métabolisme cellulaire de type Warburglike. 2) que des protéines présentent des différences d’abondance entre les deux conditions et qu’elles sont impliquées dans l’organisation du cytosquelette, de l’adhésion cellulaire, de la compaction de l’ADN, de la régulation de la réponse cellulaire à l’hypoxie et de l’immunité. Les résultats obtenus suggèrent que les grandes fonctions de sécrétion, de support et de protection des cellules de Sertoli sont modifiées par cet antidiabétique et qu’une exposition in utero à la metformine pourrait agir sur la fertilité et sur le métabolisme. / Metformin is used to treat patients with type II diabetes, it could be also administered to improve infertility associated to insulin-resistance or metabolic disorder. My research project was to analyse the consequence of a metformin exposure on gonad function from fetal to adult period. We showed by an in vivo approach on two animal models: 1) that oral administration of metformin to young chickens delay the puberty. It is characterized by a reduction in the testis weight, diameter of seminiferous tubule and decrease in testosterone level. 2) that mice, exposed in utero with metformin leads at adulte age to a lower fertility. This dysfunction is associated with morphological abnormalities of the sperm head and epigenetic marks on DNA. The second approach used proteomic and metabolomic strategy on cultured Sertoli cells treated or not with metformin. We demonstrated : 1) that the treatment leads to Warburg-like cellular metabolism. 2) that proteins present differences of abundances are involved in cytoskeleton organization, cell adhesion, DNA compaction, reponsiveness to hypoxia and immunity. The results suggest that the main function of secretion, support and protection of germ cell by Sertoli cells are modified by this antidiabetic, and that in utero exposure to metformin could act on the fertility and metabolism.

L’application de l’agromine à des zones ultramafiques délaissées constitue un enjeu majeur à la vue des surfaces potentiellement valorisables. Par contre, les sols ultramafiques sont particuliers avec de fortes concentrations en métaux et une quasi absence de matière organique. Malgré tout, la mise en place de l’agromine a déjà donné de bons résultats, couplée avec l’application d’herbicides et une fertilisation minérale. Notre défi a été de développer une agromine durable par la mise en place d’agro-écosystèmes basés sur l’introduction d’une légumineuse en association avec une plante hyperaccumulatrice et la suppression de tout intrant chimique. Nos résultats ont confirmé clairement que l'introduction d'une légumineuse dans l’agromine a amélioré la production de biomasse de Alyssum murale et les rendements de nickel par rapport à sa monoculture fertilisée et non fertilisée. Nos travaux ont également montré que l'insertion d'une légumineuse dans l’agromine permet d’améliorer la structure du sol avec des agrégats plus stables. De plus, de meilleures teneurs en carbone, azote et en matière organique ont été détectées. L’ensemble de ces éléments conduit ainsi à une amélioration globale de la structure du sol, de sa fertilité et de son biofonctionnement. Corrélativement, nos résultats ont mis en évidence les effets positifs de ces nouvelles pratiques, à la fois sur la taille, la diversité et les acitivités liées aux cycles biogéochimiques des communautés bactériennes. D’un point de vue écononique, l’introduction de la légumineuse dans l’agromine implique un gain financier et de temps du fait de la réduction de l'application d’engrais et de produits phytosanitaires. Enfin, tous ces avantages conduisent à une réhabilitation des sols ultramafiques avec une restauration de leurs qualités physique, chimique et biologique, tout en permettant à ces sols particuliers d’offrir plusieurs services écosystémiques / The application of agromining to abandoned ultramafic areas is a major challenge in the presence of potentially recoverable areas. Howerver, ultramafic soils are particular in terms of their fertility with high concentrations of metals and a near absence of organic matter. Nevertheless, this challenge was partly met by the application of chemical fertilizers and herbicides. Our challenge, through this PhD, was to develop a sustainable agro-ecosystem based on the introduction of a legume in association with the hyperaccumulating plant and then the reduction of any chemical input. Our results clearly confirmed that the introduction of a legume into these new cropping systems improved both the biomass production of Alyssum murale and the Ni yields in comparison to the fertilized and non-fertilized monoculture. Our work has also shown that the insertion of a legume into agromining cropping systems improves the structure of the soil due to stable and larger aggregates. In addition, higher levels of carbon and nitrogen and higher concentrations of organic matter were detected. These results led to an overall improvement of the soil structure, its fertility and its biofunctioning. Our results showed positive effects of these new cropping systems, both on the size of the bacterial communities and on the microbial enzymes involved in the soil biogeochemical cycles. In addition, the structure and diversity of bacterial communities were modified with the insertion of the legume, compared to the monoculture. Economically, the introduction of legume into cropping systems dedicated to Ni agromining involves a gain of money and time due to reduced application of mineral fertilizers as well as products of phytosanitary. Finally, all these benefits lead to the rehabilitation of ultramafic soils with the restoration of their physical, chemical and biological qualities while allowing these particular soils to offer many ecosystem services

Au regard de l’amenuisement des ressources primaires et de l’augmentation de la production mondiale de déchets, le concept d’agromine propose de phytoextraire les métaux contenus dans les matériaux délaissés. La solution proposée dans ce concept s’inspire de la Nature (SBN) et des principes de l’agronomie et s’inscrit dans une démarche d’économie circulaire. Ainsi, les plantes hyperaccumulatrices (HA) sont capables de prélever les métaux à partir de leur système racinaire pour les stocker à de hautes concentrations dans leurs parties aériennes. Les enjeux de la thèse sont de valoriser des déchets ou matériaux secondaires par l’extraction des éléments d’intérêt qu’ils contiennent et d’identifier les plantes à même de pouvoir se développer sur ces milieux. L’objectif est de formuler à partir des matériaux choisis un substrat fonctionnel, c’est-à-dire capable de rendre un service de fourniture en nickel (Ni). Dans cette optique, le substrat doit permettre l’installation et le développement des HA pour parvenir au transfert des métaux vers les parties aériennes. Les travaux s’intéressent à une boue de phosphatation acide essentiellement composée de Fe, Zn, P et Mn et contenant 0,5% de Ni. Des tests de germination et de croissance ont été effectués avec différents substrats élaborés à partir de cette boue assemblée avec un mélange terreux. Le substrat retenu est constitué de 10% de boue et 90% de terre (m/m). Sur celui-ci, l’HA Alyssum murale produit une biomasse supérieure comparée à un sol témoin (sol ultramafique au même pH et contenant la même quantité de Ni biodisponible), malgré des signes de toxicité pour les plantes. Un des verrous majeurs est la forte toxicité due à la présence de 6% de Zn dans la boue. Deux voies d’amélioration du substrat sont expérimentées : i) l’utilisation d’amendements et ii) la disposition des matériaux dans le profil. L’amendement le plus efficace est un biochar de bois ; il améliore le développement des plantes et ainsi la quantité de Ni phytoextraite. De plus, en modifiant la disposition des matériaux au sein du profil par une répartition en couches, la production de biomasse et la phytoextraction sont améliorées. Ce dispositif permet de lever la toxicité liée au Zn. Il apparait essentiel de contrôler le pH du substrat lors d’une multi-contamination car l’immobilisation du métal varie selon l’élément. L’association du génie pédologique et du génie végétal a permis de formuler un substrat fonctionnel pour la récupération d’éléments d’intérêt tel que le Ni. Ces travaux démontrent la possibilité de valoriser des sous-produits appelés classiquement « déchets » pour obtenir une plus-value, diminuant aussi leur charge métallique et faisant émerger une nouvelle source de métaux « d’origine végétale » obtenue par l’agromine / In view of the depletion of primary resources and the increase in global waste production, the concept of agromining proposes phytoextracting the metals contained in abandoned materials. The solution proposed in this concept is inspired by Nature (NbS) and the principles of agronomy and is part of a circular economy. Thus, hyperaccumulator plants (HA) are able to collect metals from their root system and to store them at high concentrations in their aerial parts. The challenges of the thesis are to give value to waste or secondary materials by extracting the elements of interest that they contain and to identify the plants able to develop on these media. The objective is to formulate, from the chosen materials, a functional substrate, that is to say, capable of rendering a Ni supply service. From this point of view, the substrate must allow the installation and the development of the HAs in order to transfer the metals to the aerial parts. The work focuses on an acid phosphating sludge essentially composed of Fe, Zn, P and Mn and containing 0.5% Ni. Germination and growth tests were carried out with different substrates prepared from this sludge assembled with a soil sample mixture. The retained substrate consists of 10% sludge and 90% soil (w/w). On the latter, HA Alyssum murale produces a higher biomass compared to a control soil (ultramafic soil at the same pH and containing the same amount of bioavailable Ni), despite signs of toxicity to plants. One of the major locks is the high toxicity due to the presence of 6% Zn in the sludge. Two ways of improving the substrate are tested: i) the use of amendments and ii) the arrangement of materials in the profile. The most efficient amendment is a wood biochar; it improves the development of plants and thus the amount of phytoextracted Ni. In addition, by modifying the layout of the materials within the profile by a layered distribution, biomass production and phytoextraction are improved. This device makes it possible to remove Zn-related toxicity. It is essential to control the pH of the substrate during multi-contamination because the immobilization of the metal varies according to the element. The association of soil engineering and plant engineering has made it possible to formulate a functional substrate for the recovery of elements of interest such as Ni. This work demonstrates the possibility of upgrading by-products conventionally called "waste" in order to obtain a surplus value, also reducing their metallic charge and bringing about a new source of "plant-derived" metals obtained by agromining

Depuis quelques décennies une diminution de la qualité du sperme a été constatée dans la majorité des pays occidentaux. Si les raisons de cette diminution sont encore incomplètement comprises, des facteurs environnementaux pourraient y contribuer grandement. Parmi eux, l’exposition à certains matériaux, comme les nanomatériaux et l’aluminium, a grandement augmenté durant cette même période. Notre objectif a donc été d’évaluer l’impact de ces expositions sur la fonction de reproduction masculine. Pour ce faire, nous avons réalisé deux études de la biodistribution testiculaire des particules après injection par voie intramusculaire sur un modèle de souris, une étude clinique visant à évaluer la charge du plasma séminal en nanoparticules et à la corréler avec le nombre de spermatozoïdes dans l’éjaculat et une étude clinique visant à évaluer l’impact de la charge spermatique en aluminium sur les paramètres spermatiques. Les résultats de ces travaux couplés à l’analyse de la littérature nous rassurent sur la reprotoxicité masculine des nanoparticules mais montrent l’existence d’un impact potentiellement négatif de l’aluminium. Dans les deux cas, de nouvelles études devront poursuivre l’exploration de ces questions / In recent decades a decrease in sperm quality was observed in most Western countries. While the reasons for this decline are not yet fully understood, environmental factors could greatly contribute. Among them, exposure to materials such as nanomaterials and aluminium, has greatly increased during this period. Therefore, our goal was to assess these exposures impact on male reproductive function. To do so, we conducted two studies to determine testis biodistribution of particles after intramuscular injection in a mouse model. We also conducted two clinical studies, first one to assess the burden of nanoparticles in seminal plasma and to correlate it with sperm count and the second one to evaluate the impact of the aluminum load in semen on sperm parameters. The results of these works and the analysis of literature reassure us about male reproductive toxicity of nanoparticles but revealed a potentially negative impact of aluminum. In both cases, new studies will be needed to further explore these issues