Lors de traitement de fertilité chez l’humain, l’efficacité de la sélection embryonnaire reste faible, puisque les méthodes d’évaluation basées sur la morphologie embryonnaire comportent de sérieuses limitations. Afin d’améliorer les taux de grossesse, il est dans la norme de transférer plus d’un embryon chez une patiente, augmentant les probabilités de grossesses multiples qui sont associées à des risques plus élevés pour la santé de la mère et des enfants à naître. Ainsi, il est essentiel de développer une méthode efficace de sélection embryonnaire afin d’atteindre des meilleurs taux de grossesse tout en transférant un seul embryon. Puisqu’une étroite communication s’établie entre les cellules folliculaires (CFs) et l’ovocyte durant la maturation folliculaire et que cette relation est essentielle afin de produire un ovocyte possédant toutes les compétences nécessaires à donner une grossesse, des marqueurs associés à cette compétence pourraient être identifiés dans ces CFs. Dans cette étude, nous avons identifié 10 marqueurs folliculaires potentiels associés à la compétence du follicule à mener à une grossesse. Ces marqueurs proviennent de cellules folliculaires et seraient un portrait de la compétence de l’ovule à se développer en un embryon et à produire une grossesse à terme. Cinq candidats, 3βHSD1, FDX1, SERPINE2, CYP19A et CDC42 ont été significativement plus exprimés dans les groupes d’échantillons provenant de CFs associées à un embryon ayant donné une grossesse comparé aux CFs associées à un embryon non transféré ayant eu des difficultés au niveau de son développement. Chez des patientes ayant produit à la fois un embryon ayant donné une grossesse et un embryon ayant eu des difficultés de développement, nous avons identifié quatre marqueurs, soit PGK1, RGS2, RGS3 et encore CDC42 associés à un résultat de grossesse. Un modèle de prédiction a aussi été développé à partir de l’expression des gènes PGK1 et RGS2. Enfin, quatre marqueurs, soit PHLDA1, UGP2 ainsi que les candidats déjà identifiés PGK1 et CDC42 ont été associés à des grossesses dans les embryons dont l’évaluation morphologique avait permis un transfert embryonnaire ayant mené ou non à une grossesse. La plupart des gènes candidats identifiés peuvent être reliés au mécanisme de lutéinisation des cellules de granulosa. L’identification de marqueurs associés à la compétence folliculaire à se développer en une progéniture viable ouvre la voie à une possible application dans les centres de fertilité afin d’améliorer la sélection embryonnaire en procréation assistée. Le développement d’un modèle de prédiction basé sur l’expression des gènes provenant de FCs ainsi que sur l’évaluation morphologique embryonnaire pourrait être utile afin de sélectionner chez une même patiente l’embryon qui semble le plus prometteur à donner une grossesse. / Embryo selection efficiency for single embryo transfer in human fertility treatment is still impaired by low pregnancy rates because evaluation methods based on embryo morphology for predicting embryo quality have significant limitations. To overcome this situation, usually more than one embryo are transferred in patient, leading to high risk of multiple pregnancies associated with important health risk to both mother and child. Therefore, the development of an accurate method to select high quality embryos is essential to achieve high pregnancy rates with single embryo transfer. Tight communication exists between the follicular cells (FCs) and the oocyte during follicle maturation to achieve developmental competence. In this way, markers in the surrounding FCs could determine oocyte developmental competence. In this work, we have identified 10 potential FCs markers involved in oocyte developmental competence. Five markers, 3βHSD1, FDX1, SERPINE2, CYP19A and CDC42 were significantly more expressed in pooled samples of FCs associated to an embryo leading to a pregnancy compared to FCs from embryos with failure in their development. In individual patients presenting both embryo with pregnancy results and embryo with failure in its development, we have identified four markers, PGK1, RGS2, RGS3 and again CDC42 associated to pregnancy results. The best predictors for ongoing pregnancy were PGK1 and RGS2. Finally, four markers, PHLDA1, UGP2 and again PGK1 and CDC42 were associated to pregnancy outcome in FCs related to follicles associated with good morphological transferred embryos with or without pregnancy results. Most of these markers could be related to granulosa luteinisation process. The identification of these markers of follicular competence paves the way on a possible application in fertility clinic in order to improve embryo selection in human assisted reproduction. The development of a predictive model based on FCs gene expression and embryo morphology evaluation could be useful to select in a same patient the most promising embryo to give a pregnancy.

Les homéoprotéines sont des régulateurs transcriptionnels impliqués dans le développement, l'embryogenèse et la différenciation cellulaire chez plusieurs espèces. Les homéoprotéines sont les produits des homéogènes et elles sont exprimées dans une pléiade de tissus au cours du développement. Dans le but d'approfondir nos connaissances sur les contrôles transcriptionnels qui régissent le développement et la différenciation des organes reproducteurs, je me suis intéressée à l'expression des homéoprotéines dans les cellules de Leydig dû à l'importance de ces facteurs dans les processus développementaux. Nous avons nouvellement identifiés dans les cellules de Leydig, le gène Lbx2 et l'homéoprotéine PBX1. Il n'existe actuellement pas de données sur l'expression de ces gènes au cours de la différenciation du système reproducteur et ce faisant des cellules de Leydig. Cette thèse présente donc l'expression de Lbx2 et PBX1 au cours de la différenciation du système reproducteur dans le testicule, l'épididyme, l'ovaire et les cellules de Leydig. J'ai précisé le profil d'expression du gène Lbx2 au cours du développement testiculaire, épididymaire et ovarien. J'ai déterminé que les transcrits de Lbx2 sont présents durant le développement du testicule, de l'épididyme et de l'ovaire. De plus, mes analyses révèlent également que Lbx2 est un gène dont l'expression est sexuellement dimorphique dans les gonades embryonnaires. L'élaboration du profil d'expression de la protéine PBX1 révèle qu'elle est présente au cours du développement testiculaire et durant la vie adulte. Dans les cellules de Leydig, mes résultats démontrent que PBX1 est principalement exprimée à la puberté. L'expression de PBX1 est plus forte dans les cellules de Sertoli chez l'adulte et dans les cellules myoïdes péritubulaires au cours du développement embryonnaire et postnatal. Les travaux présents dans cette thèse auront également permis d'identifier d'autres nouvelles homéoprotéines, PRRX2, GBX1, MEIS1, PREP1 exprimées dans les organes reproducteurs. Ainsi, la caractérisation du profil d'expression des homéoprotéines au cours du développement du système reproducteur aura permis d'identifier de potentiels régulateurs transcriptionnels du développement et de la différenciation du système reproducteur.

L’objet de ce travail a été d’étudier la relation entre la différenciation folliculaire et la compétence ovocytaire chez deux espèces mono-ovulantes, la vache et la femme. Dans un premier temps, un model bovin d’augmentation et de diminution de la compétence en termes de taux de blastocyste a été développé. Il a permis de déterminer la meilleure période pour la ponction ovocytaire suite à une superstimulation ovarienne avec FSH et de montrer que la taille folliculaire n’est pas toujours positivement corrélée avec la compétence au développement de l’ovocyte. Grâce au modèle développé, la différenciation des cellules de granulosa en période d’augmentation puis de diminution de la compétence a été étudiée. Au cours de la différenciation, l’expression génique est associée à la croissance folliculaire impliquant la matrice extracellulaire et l’angiogenèse, à l’hypoxie, à l’apoptose et à l’inflammation. Ce modèle est aussi caractérisé par la présence de LH basal. Afin de mieux comprendre son impact sur le follicule, ce même modèle a été utilisé mais en présence d’un inhibiteur de GnRH. L’absence de LH basal affecte négativement la croissance folliculaire. Il induit l’augmentation de l’expression de transcrits associés à l’apoptose au niveau des cellules de granulosa et aussi la diminution d’autres associés à l’augmentation de la compétence dans ce modèle. Le transcriptome de cellules de granulosa humaines issues de cycles de superstimulation a été ensuite analysé en fonction du volume de leur follicule d’origine et du devenir de l’ovocyte en termes de transférabilité de l’embryon obtenu. La relation entre la taille folliculaire et la compétence de l’ovocyte identifiée chez la vache, se vérifierait chez la femme. De plus, des marqueurs transcriptomiques de bons follicules de taille moyenne, également associés a à la compétence chez la vache, ont été identifiés. Finalement, afin de mesurer l’impact transcriptomique de FSH, au niveau du follicule, une étude à large échelle dans un modèle de culture de cellules de granulosa in vitro a été effectuée avec des follicules d’ovaires bovins. Ce projet apporte des connaissances fondamentales sur la physiologie et la transcriptomique des cellules de granulosa en relation avec la compétence ovocytaire, et ouvre la voie à des applications cliniques chez la vache et la femme. / The purpose of this work was to study the relation between follicular differentiation and the developmental competence of the oocyte in two mono-ovulating species, in cows and in women. As a first step, a bovine model including the competence increase and decrease in terms of blastocyst rates was developed. It permitted to identify the best temporal window for oocyte recovery following FSH ovarian superstimulation, and to show that follicular size is not always positively correlated with oocyte developmental competence. Following the development of the model, the granulosa cell differentiation during the competence increase and then decrease was studied. During differentiation of granulosa cells, gene expression is associated with follicular growth, implying the extracellular matrix and angiogenesis, with hypoxia, apoptosis and inflammation. This model is also characterized by basal LH. In order to better understand its impact on the follicle, this model was used in presence of a GnRH inhibitor. The lack of basal LH negatively affects follicular growth. It induced an increase in expression of transcripts associated to apoptosis in granulosa cells and also the decrease of expression of other transcripts associated to increasing oocyte developmental competence in this model. The human granulosa cell transcriptome from superstimulation cycles was then analyzed according to the volume of their follicle of origin, and the transferability of the embryo obtained following the fertilization of the enclosed oocyte. The relation between follicular size and oocyte developmental competence identified in cows seems to apply also to women. Furthermore, some transcriptomic markers of good medium size follicles, also associated to developmental competence in cows, were identified. Finally, in order to evaluate the FSH transcriptomic impact at the follicular level, a large scale analysis with an in vitro bovine granulosa cell culture model was developed. This project provides basic science knowledge on the physiology and the granulosa cells transcriptome according to oocyte developmental competence, and opens the way to clinical applications in cows and in women.

Au cours des dernières décennies, les stratégies de reproduction chez la vache ont été progressivement améliorées grâce au développement des techniques de reproduction assistées. L’intégration de la sélection génomique à la stimulation ovarienne et du transfert d’embryons a considérablement amplifié le taux de reproduction des animaux et le gain génétique chez la vache laitière. L’utilisation de jeunes donneuses d’ovocytes dans les programmes de sélection génomique est aussi une méthode efficace afin d’accélérer les gains génétiques en diminuant le temps entre les générations. Même si les techniques de reproduction assistées utilisées chez les vaches adultes sont possibles chez les génisses prépubères sans aucun effet néfaste, la compétence au développement des ovocytes est significativement plus faible. De plus, la variabilité individuelle chez les donneuses en réponse au traitement hormonal demeure élevée. L’hypothèse de cette thèse stipule que le patron d’expression des gènes des cellules de la granulosa est associé avec les performances reproductives et le statut de différenciation du follicule chez les vaches ayant suivi une stimulation ovarienne. Des génisses et vaches laitières âgées de 5 mois jusqu’à 9 ans ont suivi un protocole de stimulation ovarienne avec une période de coasting de 19, 30, 44 ou 54 h dans un environnement commercial contrôlé. Les ovocytes collectés ont été fécondés in vitro et les cellules de la granulosa aspirées lors de la récolte ont été purifiées et congelées à -80 °C avant l’extraction de l’ARN pour chaque animal individuel. Au cours de nos travaux, nous avons identifié l’âge (5 à 10 mois) à laquelle les ovocytes des génisses sont significativement moins compétents que les vaches sexuellement matures. Nous avons aussi observé une grande variabilité dans la compétence développementale des ovocytes chez les vaches à la suite de la stimulation ovarienne et du coasting. Les analyses de l’expression des gènes des cellules de la granulosa ont été faites avec des micropuces à ADN en utilisant différents contrastes dans le but d’explorer les voies géniques associées avec les bonnes et les mauvaises donneuses d’ovocytes ou en fonction de l’âge des donneuses d’ovocytes. Tout d’abord, la variabilité interindividuelle au traitement ovarien semble être principalement associée au degré de maturité ou de différenciation du follicule lors de la récolte des ovocytes, ce qui explique les différences de compétence au développement des ovocytes de chacun des animaux étudiés. De plus, nous avons observé des signes de déficience nutritionnelle chez les animaux grâce au niveau de l’expression des gènes dans les cellules de la granulosa des donneuses d’ovocytes incompétents ce qui peut associer en partie la variabilité interindividuelle et l’alimentation des animaux. Grâce à l’utilisation de la méta-analyse, nous avons créé un plan de l’expression des gènes des cellules de la granulosa suivant le déclin ou le retrait de FSH. De plus, nous avons identifié des biomarqueurs spécifiques afin d’évaluer le degré de différenciation des follicules lors de la stimulation ovarienne. Finalement, nos recherches ont permis de démontrer une expression aberrante des gènes associés avec une concentration basale de l’hormone lutéinisante (LH) chez les donneuses d’ovocyte prépubères. De plus, nous avons démontré une plus grande expression de biomarqueurs de l’atrésie folliculaire chez les jeunes donneuses, ce qui suggère que les follicules entrent en atrésie plus rapidement chez les génisses lors du coasting, probablement due à une insuffisance du niveau de LH basale. Pour conclure, nos résultats vont fournir à l’industrie un outil diagnostique qui va permettre d’évaluer le statut folliculaire lors de la récolte des ovocytes dans le but d’ajuster la prochaine stimulation ovarienne. Nous présentons un nouveau concept, la capacitation du follicule, qui fait référence à la période après le déclin ou de retrait de la FSH dans laquelle le follicule prépare sa machinerie moléculaire pour le pic de LH et l’ovulation. Les résultats de cette thèse améliorent nos connaissances fondamentales de l’expression des gènes des cellules de la granulosa lors de la période d’acquisition de la compétence développementale de l’ovocyte chez le bovin / In the past few decades, the reproductive strategies in bovine have been drastically improved by the development of assisted reproductive technologies. The incorporation of embryo transfer and ovarian stimulation to genomic selection has considerably increased the reproduction rate of high genetic merit animals and the genetic gain in dairy cattle. The use of oocytes from younger donors in such programs is a great opportunity to accelerate the genetic gain by compressing the time between generations. Although the use of the same assisted reproductive technologies applied to sexually mature cows is possible in prepubertal heifers without any detrimental effect on subsequent reproductive performance, their oocyte developmental competence is significantly lower. Moreover, the variability associated to the ovarian treatment remains high in both pre- and post-pubertal animals. In this thesis we hypothesize that the gene expression patterns in granulosa cell is associated with subsequent reproductive performance after ovarian stimulation in cattle and provide information about the follicle differentiation status. A large number of Holstein heifers and cows aged from 5 months to 9 years of age underwent ovarian stimulation followed by a coasting period of 19, 30, 44 or 54h in a controlled commercial environment. Collected oocytes were fertilized in vitro and granulosa cells from the aspiration media were collected, purified and keep at -80 oC before RNA extraction for each animal. In this thesis we identified that oocytes from animal aged between 5 and 10 months of age yielded fewer blastocysts compared to sexually mature animals. We also reported a high variability in oocyte developmental competence associated to the animal following ovarian stimulation and coasting. The transcriptomes of granulosa cells recovered with the oocytes were analyzed using microarrays in different contrasts to explore the gene expression associated with donors of low oocyte competence compared to the donors of good oocyte competence or with donors from different ages. To begin with, inter-individual variability is mainly associated to the difference in follicle maturity at the time of oocyte collection and could explain differences in oocyte developmental competence in individual animals. Moreover, the nutritional deficiency signs have been shown in granulosa cells from donors of incompetent oocytes and from younger donors. By using meta-analysis, we were able to create a blueprint of the follicle gene expression following FSH decline in granulosa cells and to identify specific biomarkers to assess the follicle status and to create the tools in order to identify the degree of differentiation in follicle following ovarian stimulation and coasting. Finally, we discovered the multiple traits associated with basal concentration of luteinising hormone are more apparent in prepubertal donors. We also showed a higher expression of biomarkers of follicle atresia in younger donors, suggesting that follicle atresia occur more rapidly during coasting, resulting in lower oocyte developmental due to a possible insufficiency in basal LH in prepubertal donors. In conclusion, this thesis has provided important information to assess a follicle differentiation diagnosis in order to adjust the next ovarian stimulation and coasting. We defined the unique period following FSH decline and withdrawal as ‘follicle capacitation’ which refers to the functional changes occurring within the follicle to prepare its molecular machinery for the LH surge and ovulation. The results from this thesis will improve our understanding of the granulosa cells gene expression during the period of oocyte developmental competence acquisition in bovine

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

Alors que le protéome de l'ovocyte isolé, aux stades VG et MII a déjà été étudié, celui du follicule en croissance n'a jamais été décrit.Dans cette étude, nous avons cherché à identifier, comparer et caractériser les profils protéiques de follicules ovariens de souris à trois stades de leur développement in vitro distincts morphologiquement : follicules secondaires en début de culture - stade initial (IS), follicules avec une rupture complète de la membrane de Slavjanski (RMS) et follicules avec une cavité similaire à l'antrum (FA).Après un préfractionnement par IEF et une analyse LC-MS/MS en deux configurations (1D et 2D), 1403 protéines ont pu être identifiées dans le follicule ovarien de souris. 43,4 % (609) des protéines identifiées étaient communes aux trois stades et d'autres ont été identifiées uniquement à un stade : 71 au stade IS, 182 au stade RMS et 193 au stade FA. De plus, on a identifié 365 protéines qui n'avaient pas été décrites antérieurement dans le protéome de l'ovocyte ce qui pourrais indiquer qu'elles sont exprimées dans les cellules somatiques du follicule. Des analyses qualitatives et quantitatives complémentaires ont démontré une surreprésentation pour 44 fonctions biologiques par rapport aux fonctions biologiques des gènes constituant le génome de Mus musculus et mis en évidence des différences d'expression et d'abondance des protéines liées au cycle cellulaire, à la fixation des ions de calcium et à la glycolyse selon le stade de développement. Ces résultats représentent un point de départ pour beaucoup d'autres études de caractérisation moléculaire du développement folliculaire. / Until now only the proteome of isolated oocyte from fully grown follicle were described with the aim of oocyte maturation characterization. However the ability of oocyte to mature is acquired during its development within the follicle. Thus in this study we proposed a protein identification and characterization of whole mice ovarian follicle at three morphological stages during in vitro development: early secondary stage, described as initial stage (IS), follicles with a complete Slavjanski membrane rupture (RMS) and follicles with an antrum like cavity formation (FA). Using an IEF pre fractionation before protein digestion and two configurations of LC-MS/MS analysis (1D and 2D), 1403 proteins were successfully identified in the murine ovarian follicle. From those, 43.4 % (609) were commonly identified in the three stages and some were identified only at one single stage: 71 at IS stage, 182 at RMS stage and 193 at FA stage. Compared to the proteomes of isolated oocyte previously described, 365 proteins were only identified in our samples indicating that those ones were probably expressed in the somatic cells of the follicle. Additional qualitative and quantitative analysis highlighted 44 biological processes over represented in our samples when compared to Mus musculus gene database and different expressions and protein abundance implicated in cell cycle, calcium ion binding and glycolysis, throughout in vitro follicle development. This report represents so far the most complete catalogue of follicle proteins and could be an important milestone in the proteomic study of the follicle metabolism throughout in vitro development.

RANKL (ligand du récepteur activateur de NF-KB) est un membre de la famille des TNF dont la signalisation passe par RANK et qui joue un rôle important dans la régulation immunitaire. Chez l'adulte, RANKL est exprimé constitutivement par des cellules réticulaires marginales (MRC) des ganglions lymphatiques. Comme les MRCs sont physiquement proches des lymphocytes B (LB) et ont été proposé d’être des précurseurs de cellules dendritiques folliculaires (FDC), RANKL pourrait jouer un rôle dans la différenciation du stroma associé aux LB et dans la réponse humorale. Afin de mieux comprendre la fonction de RANKL exprimé par les MRC, nous avons généré des souris déficitaires pour RANKL dans les cellules stromales. Nous avons constaté que la formation du follicule B était perturbée ainsi que le réseau FDC. Bien que RANKL ne soit pas requis pour la formation des MRC, il est nécessaire pour l'expression de la chimiokine CXCL13 par ces mêmes cellules. Parmi les TNFRSF dont la signalisation est requise pour l’expression de CXCL13 et la différenciation des FDC, le TNFR1 était significativement réduit dans les cellules stromales des souris dépourvues de RANKL stromal. Ainsi, RANKL pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique contre les immunopathologies des LB en agissant sur son stroma. / RANKL (receptor activator of NF-κB ligand), a member of the TNF family that signals via RANK, plays an important role for immune regulation. In the adult, RANKL is constitutively expressed by marginal reticular cells (MRCs) of the lymph nodes. Because MRCs are positioned in close vicinity to B cells and may be precursors of follicular dendritic cells (FDCs), RANKL could play a role in the differentiation of B cell-associated stroma and the humoral immune response. In order to better understand the role of RANKL expressed by the MRCs, we generated mice with conditional RANKL deficiency in the stromal compartment. We found that the B cell follicle structure was disrupted and FDC network formation was reduced. Although RANKL was not required for MRC formation, it was necessary for the expression of B cell attracting chemokine CXCL13. Among the TNFRSF members known to control CXCL13 expression and FDC formation, we found that TNFR1 was significantly reduced in the RANKL cKO mice. Thus, RANKL may present a novel therapeutic strategy against B cell-mediated immunopathologies by acting on its stroma.

Le développement folliculaire est un processus finement régulé au cours duquel d'innombrables interactions se produisent. Cette régulation fine permet la production d'un ovocyte de qualité, précurseur d'un embryon apte à poursuivre les différentes étapes du développement embryonnaire. La production de cet ovocyte est dépendante des interactions avec son environnement, avec les cellules du cumulus, les cellules de la granulosa et de la thèque qui constituent le follicule ovarien. Ces cellules somatiques agissent comme régulateurs du développement ovocytaire et comme médiateurs de l'environnement maternel. Parmi les facteurs qui influencent la folliculogenèse, l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH), deux principales hormones clés agissent de manière synergique et complémentaire pour assurer la croissance et l'ovulation. En plus de ces signaux hormonaux, le follicule est également sensible au métabolisme maternel qui, via différents métabolites et leurs précurseurs, influence le développement folliculaire. Dans un premier temps cette thèse s'intéresse à la caractérisation des principaux réseaux de signalisation qui sont impliqués dans la stimulation des cellules de la granulosa humaine en culture par les deux principales hormones ; la FSH et la LH. L'objectif étant d'utiliser des outils de génomique tels le séquençage à haut débit pour produire une image globale des différentes voies géniques qui répondent à l'activation des réseaux de signalisation de la protéine kinase A, de la protéine kinase C et de la protéine kinase B, trois voies de signalisation importantes dans la médiation des effets de la FSH et de la LH dans la granulosa. Dans un deuxième temps, cette thèse s'intéresse également à un autre aspect de l'environnement maternel qui, tout comme les signaux hormonaux, influence le développement folliculaire ; le métabolisme. Le deuxième volet de la thèse a donc comme objectif de décrire à l'aide des mêmes outils de génomique, l'impact des acides gras libres et de l'insuline sur les réseaux de signalisation des cellules de la granulosa humaine. L'utilisation d'un modèle cellulaire in vitro unique nous permettant l'étude des réseaux de signalisation dans un système stable et à un stade folliculaire autrement inaccessible chez la femme, a permis de mettre en évidence un rôle clair de la protéine kinase C dans la médiation des effets de la LH sur les cellules de la granulosa lors de la différenciation et maturation finale du follicule. L'étude plus en profondeur de ces réseaux de signalisation, incluant celui de la protéine kinase B au troisième chapitre, suggère que la protéine kinase A dirigerait majoritairement la différenciation folliculaire précoce alors que la protéine kinase C entrainerait une différenciation terminale impliquant des changements reliés aux processus inflammatoires et à l'ovulation. La protéine kinase B serait quant à elle une voie à caractère permissif agissant sur la survie cellulaire et qui supporterait les deux premières dans leurs actions. La thèse révèle également une certaine sensibilité des cellules de la granulosa au métabolisme maternel. Ainsi dans un contexte de maladie métabolique maternelle et d'exposition à de plus grandes quantités d'acides gras libres et d'insuline, plusieurs voies géniques reliées entre autres à la stéroïdogenèse, au métabolisme, à l'inflammation et au stress seraient perturbées dans la granulosa affectant ainsi le cours du développement folliculaire. En somme, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent un aperçu global de l'action de certains des principaux réseaux signalétiques en action au cours de la folliculogenèse au niveau de la granulosa. Les données présentées dans cette thèse révèlent également un premier aperçu de la réponse génomique de ce tissu à certains défis métaboliques dont la prévalence est en augmentation dans la population. En plus de suggérer de nouveaux marqueurs potentiels et de générer de nouvelles hypothèses, les différentes études présentées dans cette thèse permettent l'amélioration de notre connaissance de la signature transcriptomique des cellules de la granulosa humaine en réponse aux gonadotrophines et à l'environnement métabolique maternel contribuant ainsi indirectement à l'amélioration des techniques de procréation assistée. / Folliculogenesis is a finely coordinated process that involves countless interactions which will influence the oocyte's quality and its ability to produce an embryo that will be capable of resuming the different steps of further embryonic development. Production of a good quality oocyte depends intrinsically on the interactions between the different cell types of the follicle and the exchanges with its direct environment. Granulosa cells act as the main coordinator for the follicular development and act as one of the principal mediators between the maternal environment and the oocyte. Among the many factors and hormones that influence folliculogenesis processes, the follicle-stimulating hormone (FSH) and the luteinizing hormone (LH) are both key hormones that regulate growth and ovulation in a complementary fashion. Besides these two hormones, the follicle is also sensitive to several components of the maternal metabolism such as hormones and metabolites that impact follicular development. First, the objective of this thesis was to characterize important signaling pathways involved in human granulosa cells stimulation by both FSH and LH. Using genomic technologies such as high-throughput sequencing, we were able to provide a global picture and a first insight of the three main signaling pathways activated in response to both hormones, namely the protein kinase A, the protein kinase B and the protein kinase C signaling pathways. Then, the thesis work also aims to describe, using the same technologies and the same in vitro model, the impact of maternal metabolism, more precisely of fatty acids and insulin on genomic answer in human granulosa cells. Using an in vitro cellular model allowing the study of the different signaling pathways in a very stable context and the study of a follicular stage otherwise not accessible in women, the work completed in this thesis allowed us to highlight and to specify the role of the protein kinase C as a major mediator of the LH signaling action on granulosa cells differentiation and final follicular maturation. In depth study of the main signaling pathways involved in FSH and LH signaling, including the protein kinase B, suggested that PKA signaling may drive the early differentiation of granulosa cells while PKC is thought to potentially control the "advanced" granulosa cell differentiation, mediating pathways related to inflammation and ovulatory processes. The PKB pathway should be looked at as a permissive signaling pathway that supports cell survival as well as PKA and PKC signaling but that is certainly of no less importance. The results of chapter 4 also revealed the direct sensitivity of granulosa cells to the metabolic context of the female during late folliculogenesis. Globally, when exposed to metabolic challenges such as high concentrations of fat and insulin, human granulosa cells seemed to respond through the modulation of numerous genes and pathways related to mitochondrial biofunctions, energy metabolism, and steroidogenesis and to activate as well a gene expression program linked to the immune response and to inflammatory processes. Ultimately, this thesis presents a first insight of the action of the main kinases involved in the response to gonadotrophin stimulation in human granulosa cells and an overview of the genomic reorganization in these cells triggered by metabolic challenges that are increasing in prevalence in the current population. Providing a great amount of data to potentially target new developmental or quality makers, this work also generates lots of new hypotheses on mechanisms involved in human folliculogenesis contributing to the improvement of our knowledge of human granulosa cells transcriptomic signatures and indirectly to the improvement of medically assisted reproduction techniques.

Les nucléotides cycliques possèdent un rôle indéniablement important dans les diverses facettes de la physiologie du follicule ovarien. Les nucléotides cycliques servent d’intermédiaires pour la transmission des signaux extracellulaires à l’intérieur de la cellule. Ces seconds messagers sont synthétisés à l’intérieur de la cellule suite à l’activation des récepteurs couplés à des cyclases. La durée et l’intensité de ces signaux sont non seulement modulées par la synthèse via les adénylyl et guanylyl cyclases, mais par l’action des membres de la famille des phosphodiestérases (PDE) qui inactivent les nucléotides cycliques en hydrolysant le lien phosphodiestère entre le groupement phosphate et la position 3’ du désoxyribose. Malgré le partage d’une fonction commune, les 11 types connus de PDE permettent d’obtenir une finesse de régulation des signaux externes par les variations spatio-temporelles du profil d’expression, par les modes de régulation de l’activité et par leur distribution intracellulaire. Ainsi, pour faire avancer notre compréhension de la modulation des signaux utilisant les nucléotides cycliques dans le follicule ovarien, la caractérisation des PDE dans le complexe ovocyte-cumulus dans un contexte de maturation in vitro (MIV) a été entreprise. Dans un premier temps, nous avons entrepris de caractériser la nature des PDE présentes dans l’ovocyte afin d’illustrer leur rôle de dégradation de l’adénosine monophosphate 3’5’-cyclique (AMPc) dans le déroulement de la maturation nucléaire. Tout d’abord, la presque totalité de l’activité de dégradation d’AMPc présente dans l’ovocyte a été attribuée à PDE3A, quoiqu’aucune variation n’ait été mesurée au cours de la MIV. L’utilisation d’un inhibiteur spécifique à la famille des PDE3 pendant la MIV nous a permis de définir une période se situant entre 15 à 21 heures de MIV où l’ovocyte s’engage irréversiblement dans sa maturation nucléaire. L’inhibition de PDE3 nous a également montré son implication dans le déroulement de la méiose stimulée par un inhibiteur de protéine phosphatase 1/2A. Ces résultats ont démontré le rôle fonctionnel de PDE3A dans la gestion de l’AMPc dans l’ovocyte porcin tout au long de sa MIV. Dans un deuxième temps, la caractérisation des PDE dans les cellules du cumulus pendant la MIV a été réalisée. Nos résultats démontrent que PDE3A subit une augmentation d’expression de l’ARNm et d’activité pendant les 10 premières heures de MIV, soit 5 heures avant l’engagement irréversible de l’ovocyte dans sa maturation nucléaire. De plus, cette augmentation d’expression est dépendante de la présence de choriogonadotrophines équines. L’augmentation a été reproduite par deux facteurs stimulant la production d’AMPc ; la forskoline, et la prostaglandine E2. Cette augmentation a été empêchée par un inhibiteur de la protéine kinase dépendante de l’AMPc (PKA). Ces résultats démontrent la présence d’une voie d’autorégulation de l’AMPc présente dans les cellules du cumulus pendant la MIV qui serait dépendante de la voie de signalisation de l’AMPc et de PKA. Dans un troisième temps, la communication intercellulaire entre les cellules du complexe ovocyte-cumulus (COC) pendant la MIV a été étudiée pour avancer notre compréhension de l’influence mutuelle que les deux types cellulaires exercent un sur l’autre. En outre, la communication intercellulaire utilisant les jonctions communicantes serait augmentée dans le COC par une augmentation d’expression de connexine 43 (Cx43) indépendante des gonadotrophines et stimulée par la rupture du contact entre le COC et les cellules de la granulosa murale. Après une période plateau de haute communication, il se produirait une coupure dramatique de la communication intercellulaire simultanément avec la maturation nucléaire de l’ovocyte. Cette coupure serait stimulée par les gonadotrophines et accompagnée par le recrutement de la Cx43 dans des microdomaines lipidiques de la membrane cellulaire. Dans un dernier temps, la dégradation de la guanosine monophosphate 3’5’-cyclique (GMPc) a été étudiée dans le COC pendant la MIV. Les résultats suggèrent la présence d’une PDE hydrolysant le GMPc sensible à Zaprinast et à Sildenafil, deux inhibiteurs spécifiques aux PDE de la famille 5 et 6. Cette activité est augmentée après 24 heures de maturation in vitro et demeure élevée jusqu’à 48 heures. En conclusion, nos études démontrent un profil d’expression de phosphodiestérases ainsi qu’une variation de la communication intercellulaire particulièrement intéressante dans le COC porcin. Ce portrait permet une avancée fondamentale dans notre vision de la gestion des nucléotides cycliques pendant la MIV. Le meilleur contrôle des niveaux de nucléotides cycliques pendant la MIV pourrait nous permettre d’améliorer les techniques de reproduction assistée en permettant un meilleur support de la maturation in vitro des ovocytes chez les espèces domestiques. / Cyclic nucleotides are of paramount importance in diverse aspects of the physiological functions of the ovarian follicle. These secondary messengers are the intracellular intermediates of extracellular signals transmitted by the central nervous system, other endocrine tissues and the ovary itself. The length and intensity of these signals are modulated by the members of the phosphodiesterases (PDE) family, that inactivate cyclic nucleotides by hydrolysing the phosphodiester bond linking the phosphate group to the 3’ position of the desoxyribose moiety. Although they share a common function, the 11 types of PDE are achieving the delicate interpretation of external signals by their spatio-temporal variations of their expression patterns, by their unique activity modulation mecanisms and unique intracellular targeting. To further understand the modulation of cyclic nucleotides-mediated signals in the ovarian follicle, the functional characterization of PDE in the cumulus-oocyte complex (COC) was carried out in a well defined in vitro maturation (IVM) system. First, the PDE expressed in the oocyte were characterized to illustrate their potential role in 3’5’ cyclic adenosine monophosphate (cAMP) degradation during IVM. Nearly all cAMP degradation activity present in the oocyte was attributed to PDE3A, although no variation was measured during IVM. By delaying PDE3-specific inhibitor addition to the media, an oocyte meiotic resumption commitment period was determined from 15 to 21 hours. It has also demonstrated that PDE3A could be implicated in protein phosphatase 1/2A inhibitor-stimulated meiosis progression. These results have allowed us to precise the role of PDE3A in modulating cAMP in porcine oocyte during IVM. However, the absence of PDE3A activity variation in the oocyte during IVM has led us to believe to an active participation of the cumulus cells in the modulation of cAMP in the period preceding oocyte meiotic resumption. Second, the characterization of PDE in cumulus cells during IVM was undertaken. Our results demonstrate that PDE3A undergoes an upregulation after the first 10 hours of IVM, which is 5 hours before oocyte meiotic resumption commitment. Moreover, this upregulation was dependant of pregnant mare serum gonadotropins. The upregulation was also mimicked by cAMP-stimulation agents forskolin and prostaglandin E2 and has been inhibited by a cAMP-dependant protein kinase (PKA). These results suggest the presence of an autoregulatory loop of cAMP in cumulus cells that is activated following the stimulation of the cAMP/PKA signalling pathway during IVM. Third, intercellular communication between the cells of the cumulus-oocyte complex (COC) during IVM was studied to improve our understanding of the influence that the two cell types exert on each other. Gap-junction-mediated intercellular communication is increased in the COC by a gonadotropins-independent connexin 43 (Cx43) upregulation that is triggered by the rupture between cumulus cells and mural granulosa cells. After a sustained high level of communication, it dramatically drops simultaneously with oocyte meiotic resumption between 18 and 22 hours. This communication breakdown is stimulated by gonadotropins and accompanied by Cx43 recruitment to membrane lipid raft microdomains Finally, the degradation activity of 3’5’ cyclic guanosine monophosphate (cGMP) was studied in the COC during IVM. Our results revealed that a cGMP-hydrolysing PDE is present in the COC and it is sensitive to zaprinast and sildenafil, two PDE5- and PDE6-specific inhibitors. This activity was increased after 24 hours of IVM and remained high up to 48 hours. In conclusion, our studies have demonstrated a PDE profile and intercellular communication variations in the COC that is unique to the pig. This portrait brings further the edge of our fundamental knowledge of cyclic nucleotides modulation and transit during IVM. A better control of cyclic nucleotides during IVM could allow the improvement of assisted reproduction technologies and their efficacy in domestic mammals.

Les nucléotides cycliques sont des seconds messagers intracellulaires possédant une grande importance dans la signalisation cellulaire du follicule ovarien. Les niveaux intracellulaires en nucléotides cycliques tel que l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) dépendent de leur synthèse, assurée par l'adenylyl-cyclase (AC) ainsi que leur dégradation par les phosphodiéstérases (PDE). Ces dernières appartiennent à la superfamille des métalophosphohydrolases, elles hydrolysent le groupement phosphate en 3' des nucléotides cycliques pour produire un nucléotide 5' phosphate. Dans les cellules ovariennes, plusieurs familles de PDE ont été identifiées, agissant comme modulateurs des taux intracellulaires de nucléotides cycliques. Dans le présent projet, nous nous attarderons à étudier la signalisation cellulaire chez les cellules ovariennes impliquant l'AMPc. La régulation de ses concentrations intracellulaires affecte plusieurs processus physiologiques. Le projet s'intéresse particulièrement à une famille d'enzyme de dégradation de l'AMPc, la phosphodiestérase8A (PDE8A). Nous voulons donc valider la présence fonctionnelle de la famille de PDE8A dans les cellules ovariennes ainsi que la mitochondrie afin de comprendre l'implication de cette enzyme dans la physiologie cellulaire en s'attardant à la stéroïdogenèse, étant donné que les mitochondries sont un organite cellulaire essentiel pour la stéroïdogenèse parce qu'elles représentent le site de synthèses de plusieurs hormones stéroïdiennes. En effet, des récents travaux ont montré la famille PDE8 comme un régulateur de la stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig. Dans cette étude, nous avons montré que le transcrit de PDE8A ainsi que sa protéine étaient exprimés dans les cellules de la granulosa, les cellules du cumulus et l'ovocyte chez le porc. Ainsi, la protéine PDE8a a été détectée par western blot dans des mitochondries isolées à partir des cellules de granulosa et des complexe ovocyte-cumulus (COC). Une co-localisation entre le signal immunoréactive de la PDE8A et le marquage réalisé par mitotracker a été observée dans les cellules de granulosa et des mitochondries isolées. De plus, la présence fonctionnelle de la PDE8 mesurée en tant qu'activité AMPc-PDE sensible au PF-04957325 a été détectée dans des cellules de la granulosa et des mitochondries isolées supportant la présence fonctionnelle de la PDE8A dans les mitochondries isolées. De ce fait, cette observation soutient encore la localisation fonctionnelle mitochondriale de la PDE8A. Une association entre la mitochondrie et la PDE8A a aussi été démontrée par immunomicroscopie électronique qui a confirmé l'ancrage de la protéine sur la membrane mitochondriale externe. Pour évaluer l'implication de la mitochondrie dans la stéroïdogenèse, l'effet de PDE8A sur la production de progestérone a été mesuré dans les complexes ovocyte-cumulus en utilisant le PF-04957325 comme un inhibiteur spécifique de PDE8. Lorsque les COC sont cultivés sans FSH, un niveau basal de progestérone est mesuré. Par contre en présence de FSH une augmentation significative de sécrétion de progestérone est observée. En utilisant un inhibiteur spécifique de la PDE8 (PF-04957325) avec la FSH nous avons obtenu une augmentation encore plus importante de la sécrétion de progestérone. Ces résultats démontrent la présence fonctionnelle de PDE8A dans les cellules de la granulosa et les complexes ovocyte-cumulus. Puisque les mitochondries sont l'une des localisations de PDE8A, l'effet de l'inhibiteur spécifique de PDE8 sur la sécrétion de progestérone soutient la contribution mitochondriale de PDE8 dans la stéroïdogenèse.