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.

Comprendre les événements paracriniens qui régulent la fertilité chez la vache est nécessaire non seulement en raison de l'importance agricole de cette espèce, mais aussi pour son utilisation potentielle comme modèle chez l’humain. L'oxyde nitrique (NO), un gaz de radicaux libres, a été impliqué dans la croissance folliculaire et l'ovulation chez les rongeurs et d'autres espèces, mais chez la vache c’est une énigme fascinante : le NO est produit par les cellules de la granulosa bovine et est régulé par la FSH, mais la présence et le profil d'expression des enzymes responsables de la synthèse de NO (NOS) dans les cellules de la granulosa tout au long de la croissance folliculaire ne sont pas claires. Les objectifs de cette thèse sont: (1) élucider le mécanisme de contrôle des NOS et les conséquences de la production d'oxyde nitrique pour le fonctionnement des cellules de la granulosa au cours du développement folliculaire chez la vache et (2) déterminer la régulation des NOS pendant la cascade ovulatoire induite par LH chez les cellules de la granulosa bovine et si l'activité des NOS pour l’expression des gènes critiques dans la cascade ovulatoire chez cette espèce. Les résultats sont séparés en 2 articles. Dans le premier article, la régulation de NOS2 dans les cellules de la granulosa bovine a été explorée. L'abondance des ARNm codant pour NOS2 a été stimulée par la FSH et l’IGF1 en augmentant l’estradiol, et un blocage de l'action de l’estradiol a conséquemment réduit les niveaux d'ARNm codant pour NOS2. De plus, l'inhibition de l'activité des NOS a augmenté l'apoptose dans les cellules de la granulosa in vitro. Dans le second article, il a été démontré que le pic de LH induit une activation des NOS dans les cellules de la granulosa, et que l'activité de NOS induit la production de NO, ce qui est essentiel pour l’expression des gènes critiques dans la cascade ovulatoire induite par LH comme EREG/AREG/PTGS2. Ensemble, les résultats présentés dans ces 2 articles suggèrent que les niveaux physiologiques d'activité des NOS peuvent contribuer à la croissance et la survie des cellules de la granulosa et indiquent également que NO peut être essentiel pour l'ovulation chez les bovins. / Understanding the paracrine events that regulate fertility in the cow is necessary not only because of the agricultural importance of this species, but also its potential use as a model for humans. Nitric oxide (NO), a free-radical gas, has been implicated in follicular growth and ovulation in rodents and other species, but the cow is an intriguing enigma: NO is produced by bovine granulosa cells and is regulated by FSH, but the presence and the expression pattern in granulosa cells of the enzymes responsible for NO synthesis (NOS) throughout follicular growth are unclear. The objectives of the present thesis were (1) to elucidate the mechanism of control of NOS and the consequences of nitric oxide production for granulosa cell function during follicle development in cattle; and (2) to determine the regulation of NOS during the LH-induced ovulatory cascade in bovine granulosa cells and whether NOS activity is critical for the ovulatory cascade in this species. The results are separated in 2 articles. In the first article, the regulation of NOS2 in bovine granulosa cells was explored. Abundance of mRNA encoding NOS2 was stimulated by FSH and IGF1 through increased estradiol, and a blockade of estradiol action consequently lowered NOS2 mRNA levels. Further, inhibition of NOS activity increased apoptosis in granulosa cells in vitro. In the second article, it was demonstrated that the LH surge induces NOS activation in granulosa cells, and that NOS activity induces the production of NO, which is essential for EREG/AREG/PTGS2 expression, critical genes in the LH-induced ovulatory cascade. Together, the results presented in these 2 articles suggest that physiological levels of NOS activity may contribute to growth and survival of granulosa cells, and also indicate that NO may be essential for ovulation in cattle.

L'ovaire est au cœur de la physiologie de la reproduction féminine. Il est à la fois à l'origine des ovocytes nécessaires à la fécondation et acteur des régulations endocrines du système reproducteur. Les ovocytes de l'ovaire fœtal sont groupés en amas bordés de cellules somatiques et d'une membrane basale, formant les cordons ovariens. Ces cordons ovariens se fragmentent pour former les follicules ovariens: un ovocyte bordé de cellules somatiques et d'une membrane basale. Cette fragmentation se déroule sur une courte période (/in utero/ chez la femme et juste après la naissance chez les rongeurs) et fait intervenir une vague de mort cellulaire programmée touchant les ovocytes pendant leur méiose et un remodelage de la membrane basale. La formation des follicules est une période cruciale du développement ovarien puisque le stock de follicules formés à l'issue de ce processus est non renouvelable. Son altération peut donc être à l'origine de troubles de la fonction de reproduction chez le futur adulte. Il existe une fragile homéostasie œstrogénique en place au moment de la formation folliculaire: chez la femme, l'ovaire se développe /in utero/, sous l'influence des œstrogènes circulants maternels et la production ovarienne fœtale. Chez les rongeurs, les follicules se forment lors de la levée de l'imprégnation hormonale maternelle au moment de la naissance. Nous avons souhaité comprendre comment le 17b-œstradiol (E2), œstrogène endogène, pouvait contribuer à la mise en place des follicules. Pour cela, des rattes Sprague-Dawley ont été traitées pendant la période de formation des follicules avec de l'E2 à différentes doses entre 0.01 et 10 µg/jour. Nos travaux démontrent que le traitement de rattes par des œstrogènes entre leur naissance et 3 jours induit une réduction dose-dépendante de leur nombre d'ovocytes. Bien que le traitement entrave le développement normal du système de détoxication hépatique et ovarien, l'animal est capable d'accroître ses capacités d'élimination des œstrogènes. Ces capacités sont toutefois insuffisantes pour bloquer les effets du traitement. Quelle que soit la dose d'E2 utilisée (0.1 ou 10 µg/jour), la puberté est plus précoce chez les femelles exposées mais toutes sont fertiles, au moins transitoirement. Cependant le traitement induit une dégradation rapide des capacités reproductives. L'E2 modifie la dynamique folliculaire chez l'adulte, longtemps après l'arrêt du traitement. Si une forte dose d'E2 réduit la survie des ovocytes lors de la formation des follicules et conduit à une infertilité secondaire due à un dysfonctionnement général du tractus reproducteur, une dose faible n'affecte pas la survie des ovocytes à court terme mais conduit à une sénescence reproductive précoce vraisemblablement d'origine ovarienne. L'origine de ces troubles pourrait résider dans les effets précoces de l'exposition à E2 : cette molécule altère le transcriptome ovarien et induit de nombreuses lésions de l'ADN des cellules ovariennes. / The ovary is not solely the unique source of oocytes necessary for fertilization but also a crucial conductor of endocrine regulations of the reproductive system. In the fetal ovary, oocytes grouped in clusters are surrounded by somatic pre-granulosa cells, altogether delineated by a basement membrane and constituting ovarian cords. The formation of the definitive ovarian functional units requires their fragmentation into follicles formed by a single oocyte surrounded by granulosa cells and delineated by a basement membrane. This partitioning occurs within a tiny period and is dependent on the correct timing of the meiotic process, on an apoptotic wave that specifically targets oocytes and the remodelling of the basement membrane. Follicle formation is a crucial event of ovarian development because the follicle stock formed at the end of this process is non-renewable. Therefore, any disturbance of this process can lead to reproductive abnormalities in adulthood. Recent data on endocrine disruptors displaying estrogenic activity have involved the fragile estrogenic homeostasis in the process. We aimed at better understanding how the endogen estrogen 17b-estradiol (E2) contributes to follicle formation. To assess it, Sprague-Dawley rats were treated with E2 at different doses during follicle formation, /i.e./ in the 3 days following birth. We show that although this treatment impairs the development of the hepatic and ovarian detoxification systems, the female neonate is able to increase its estrogen clearance capabilities. Nevertheless, E2 treatment within this critical period triggers a dose-dependent decrease of oocyte number per ovary. Regardless of the E2 dose, puberty is advanced. All treated females are at least transiently fertile, yet these reproductive capabilities rapidly decline. A high (10 µg/day) dose of E2 leads to a secondary infertility characterized by anovulation that probably result from a dysfunction of the whole reproductive tract. By contrast, a lower (0.1 µg/day) dose of E2, that does not significantly modify neonatal oocyte survival, leads to a progressive reproductive senescence likely due to ovarian failure. Long-term troubles may originate from precocious E2 impact on the ovary since it disturbs ovarian transcriptome and produces many lesions on ovarian cell DNA.

De nos jours, la cryoconservation est une technique très largement utilisée dans les protocoles d’assistance à la reproduction ou comme outil pour la sauvegarde des ressources génétiques. Toutefois, la chienne est un modèle animal complexe pour l’application des biotechnologies de la reproduction du fait de ses nombreuses singularités anatomiques et physiologiques. L’objectif de notre travail était d’étudier et de développer une méthode de cryoconservation des ressources génétiques chez la chienne par le biais de deux types de ressources : les embryons et le tissu ovarien. Après avoir mis au point une méthode de collecte d’embryons, nous nous sommes appliqués à la constitution d’un stock d’embryons cryoconservés en prévision d’un transfert embryonnaire. L’étude et le développement d’un protocole de cryoconservation du tissu ovarien ont été abordés après avoir adapté et validé nos méthodes d’analyses in vitro. L’utilisation de plans d’expériences factoriels fractionnaires a permis de mettre en évidence les facteurs les plus influents sur la qualité de la réserve folliculaire (nature du cryoprotecteur pénétrant, cinétique de congélation, étapes d’équilibration) et de proposer un protocole de cryoconservation. La combinaison du DMSO incorporé en un seul bain d’équilibration avec une vitesse de congélation de 0,3°C/min est apparue comme la combinaison la plus appropriée à la cryoconservation de tissu ovarien chez la chienne et a permis d’observer, après xénogreffe de tissu ovarien cryoconservé, une reprise de la croissance folliculaire et de l’activité hormonale du tissu greffé / Nowadays, cryopreservation is widely used in animal assisted reproduction or safeguarding of genetic resources. Nevertheless, the bitch is a complex animal model concerning the use of this biotechnology, due to numerous anatomical and physiological peculiarities. The aim of our research work was to investigate and develop a method of cryopreservation of genetic resources in the bitch by exploring two kinds of resources: embryos and ovarian tissue. After the setting up of a method for embryo collection, we have built up a stock of cryopreserved embryo for subsequent embryo transfer. After a preliminary validation of our in vitro assessment methods, the investigation and development of a cryopreservation protocol has been conducted. The use of fractional experimental design allowed us to highlight the main factors affecting the follicular pool quality (CPA nature, freezing rate and equilibration steps). The combination of DMSO incorporated in a unique equilibration bath with a freezing rate of 0.3°C/min appeared to be suitable for the cryopreservation of bitch ovarian tissue. Finally, Follicular growth and hormonal activity resumption have been observed after xenotransplantation of cryopreserved bitch ovarian tissue

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Au cours des dernières années, une sélection génétique importante a été faite pour améliorer la production de lait des bovins, ceci au détriment des performances reproductives. Cette diminution de performance n’a cependant pas été rapportée chez la génisse présentant un même potentiel génétique. Cette immense production de lait et les changements métaboliques qui l’accompagnent ont donc un impact négatif sur l’efficacité reproductive des vaches laitières qui subissent un stress métabolique supérieur à celui des génisses. Le but de l’étude était d’acquérir une meilleure connaissance des différences moléculaires et métaboliques entre ces deux groupes d’animaux pour amener à une meilleure compréhension de la pathogenèse de l’infertilité chez la vache laitière. Pour ce faire, les vagues folliculaires de vaches en lactation (30-50 jours en lait; N = 12) et de génisses (N = 10) ont été synchronisées par ablation écho guidée des follicules et par traitement hormonal avec injection de prostaglandine et insertion d’un implant de progestérone. L’aspiration du liquide folliculaire et des cellules de la granulosa du follicule dominant a été faite au jour 6. Les paramètres métaboliques mesurés chez les animaux à partir de prises de sang, faites au jour 6, confirment un plus grand stress métabolique chez la vache, les niveaux de BHBA, acides biliaires et cholestérol étant plus élevés et le niveau de glucose plus bas chez celles-ci. Un total de six échantillons a été utilisé pour le séquençage d’ARN et des analyses bio-informatiques ont été effectuées. Plusieurs gènes et voies de signalisation ont présenté des différences entre les deux groupes d’animaux incluant le cycle cellulaire et la production d’hormones. Une confirmation des résultats par PCR en temps réel a été faite, mais la grande variation intragroupe a nui à l’obtention de résultats significatifs. Conjointement, une culture primaire de cellules de la granulosa a été réalisée pour évaluer l’effet des acides biliaires sur la stéroïdogenèse suite à la détection d’une plus grande quantité de ceux-ci chez la vache laitière. La présence d’acide biliaire dans la culture cellulaire cause une diminution de l’accumulation d’estradiol ainsi que de l’expression des gènes CYP19A1 et CYP11A1. Les résultats présentés dans ce mémoire indiquent une différence potentielle au niveau métabolique et moléculaire des follicules dominants entre la vache laitière et la génisse pouvant avoir une responsabilité dans la diminution de l’efficacité reproductive observée chez la vache laitière. / Over the last fifty or more years, genetic selection has been employed to improve milk production in dairy cattle. This selection was made at the expense of reproductive performance. The observed decrease in fertility does not occur in heifers with the same genetic merit. The enormous milk production and the metabolic challenge that accompany it have a negative impact on the reproductive efficiency due to the metabolic stress of lactation. The purpose of the study was to gain a better knowledge of the molecular and metabolic difference between the two groups of animals in order to better understand the pathogenesis of infertility in dairy cows. To do this, the follicular wave of twelve lactating cows (30-50 days in milk; N = 12) and ten heifers (N = 10) were synchronized by ultrasound guided follicle ablation and by hormonal treatment with injection of prostaglandin-F2α and insertion of a progesterone implant. Follicular fluid and granulosa cells of the dominant follicle were aspirated on day 6. The metabolic indicators BHBA, total bile acids, cholesterol and glucose, were measured in the animals from the blood samples also taken on day 6 confirming greater metabolic stress in the cows when compared to the heifers. A total of six samples were used for RNA sequencing and bioinformatics analyses were performed. Several genes and signaling and cellular function pathways were shown to differ between the two groups of animals, including the cell cycle signaling pathway and hormone production pathway. A confirmation of the results by real-time PCR was undertaken, but the great intragroup variation obviated significant results. In the second set of experiments, primary culture of granulosa cells was conducted to evaluate the effect of bile acids on steroidogenesis to further explore the larger amount of the bile acids in the dairy cows when compared to heifers. The results demonstrate a difference in the metabolic status of the animals; BHBA, total bile acids and cholesterol being higher and glucose being lower in the dairy cow relative to the heifer. Presence of bile acids in the granulosa cell culture caused a decrease in expression of CYP19A1, CYP11A1 and estradiol accumulation. The differences at the metabolic and molecular level of the dominant follicles between dairy cows and heifers may be implicated in the reduced reproductive efficiency of the dairy cows.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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