Les êtres humains et les animaux, principalement ceux habitant le Cercle Arctique, sont constamment exposés à un large éventail de composés chimiques présents dans leur environnement et leur nourriture. Parmi ces polluants, les composés organochlorés sont montrés du doigt depuis quelques décennies comme étant des composés toxiques qui perturbent plusieurs systèmes physiologiques, y compris le système reproducteur. Ces composés se présentent rarement individuellement dans le biote, on les retrouve plutôt sous forme de mixtures complexes, où chaque composé influence les systèmes physiologiques à sa façon, indépendamment ou conjointement avec d’autres composés. Les organochlorés sont présents dans le sang, le lait maternel, le tissu adipeux, les liquides amniotique et séminal, ainsi que dans les fluides ovarien et utérin. C’est dans cette optique que nous avons testé l’hypothèse qu’une mixture d’organochlorés, reconstituée pour imiter celle présente dans la graisse de phoque de l’Arctique que mangent les Inuits du Nunavik, nuit à la compétence à la maturation des gamètes, à la fécondation et au développement in vitro des embryons préimplantatoires, en utilisant l’espèce porcine comme modèle toxicologique pour l’humain. La mixture d’organochlorés a effectivement réduit la compétence à la maturation, fécondation et au développement des ovocytes exposés, ainsi que le développement préimplantatoire des embryons exposés. La fécondation et le développement subséquent ont diminué lors de l’exposition conjointe des gamètes à la mixture. Nous avons aussi utilisé un extrait métabolisé de cette mixture, provenant du sérum de truies préalablement exposées à la mixture originale d’organochlorés, pour vérifier ces mêmes paramètres. L’extrait métabolisé n’a pas eu d’effet sur la maturation des ovocytes, leur compétence à la fécondation et au développement, ou même sur le développement préimplantatoire des embryons exposés. L’extrait métabolisé a par contre réduit l’apoptose des cellules du cumulus. En conclusion, la mixture d’organochlorés, similaire à celle retrouvée dans l’environnement, perturbe les fonctions essentielles des gamètes et des embryons, dommages qui se répercutent sur leurs compétences à la fécondation et au développement. / Human beings and animals, especially those living in the Arctic Circle, are constantly exposed to a wide range of chemical compounds that are present in their environment and food. Among these pollutants, organochlorine compounds are considered as a major group of toxicants that disrupt numerous physiological systems, including the reproductive system. These compounds are rarely present one at a time in the biota; they are mainly present as complex mixtures of different organochlorines, where each compound influences physiological systems in its own way, independently or in concert with other compounds. Organochlorines are present in blood, breast milk, fat tissues, as well as in amniotic, seminal, uterine and ovarian fluids. Therefore, we tested the hypothesis that an organochlorine mixture, reconstituted to mimic that present in the Arctic seal blubber and ingested by the Inuits in Nunavik, disrupts the competence to in vitro maturation, fertilization and development of gametes and embryos, using the pig as a toxicological model for humans. The organochlorine mixture reduced maturation, fertilization and developmental competence of exposed oocytes. It also reduced fertilization and subsequent development of gametes exposed during fertilization, as well as preimplantory development of exposed embryos. We also used a metabolized extract of the same mixture, originating from the serum of sows preexposed to the original organochlorine mixture, to verify the same parameters. The metabolized extract did not reduce oocyte maturation or their competence to fertilization and development; neither did it alter preimplantory development of exposed embryos. Nevertheless, the metabolized extract reduced apoptosis in cumulus cells. In conclusion, the environmentally-relevant organochlorine mixture damages essential functions of gametes and embryos, therefore altering their fertilizing and developmental competence.

Mes travaux explorent, chez la vache, le transfert entre les cellules du cumulus et l’ovocyte des transcrits d’ARN et d’autres larges molécules qui, selon notre hypothèse, pourraient être exportées des cellules somatiques à l’ovocyte, ceci afin de soutenir sa maturation. L’étude des projections transzonales (PTZ) reliant les cellules du cumulus à l’ovocyte a révélé qu’elles sont de morphologie irrégulière, qu’elles peuvent contenir des organelles (mitochondries) et des structures cellulaires (ribosomes) et qu’elles se retractent au cours de la maturation ovocytaire. Des microvésicules pouvant transférer de larges molécules ont été identifiées à la jonction entre les cellules. Pour déterminer si l’ARN est empaqueté préalablement à son transfert entre les cellules, nous avons analysé les transcrits présents dans les PTZ et avons constaté qu’ils se déplacent vers l’ovocyte en maturation. Parmi les transcrits retrouvés dans les PTZ, certains étaient commun à ceux dont l’abondance augmente dans l’ovocyte en cours de maturation de même qu’à ceux retrouvés dans les polyribosomes de l’ovocyte en maturation, suggérant ainsi le transfert et l’utilisation des transcrits provenant des cellules du cumulus. Un transcrit synthétique ajouté aux cellules du cumulus avant qu’elles ne s’attachent à l’ovocyte a été transféré à ce dernier, confirmant ainsi le potentiel des cellules à transférer des ARNm et possiblement leurs protéins associées à l’ovocyte. Nouse avons observé, sur une échelle de temps, que les transcrits sont accumulés dans les PTZ au cours des heures suivant l’abattage de l’animal, mais préalablement à l’aspiration de l’ovocyte. Le retrait des cellules du cumulus et de cette période d’accumulation des transcrits se traduit par un faible taux de maturation des ovocytes. La nécessité d’avoir des vésicules d’ARN transférées à l’ovocyte a été testée grâce à des inhibiteurs de la synthèse d’ARN, de son transport et de la formation des vésicules. L’inhibition de chacune de ces étapes a compromis la maturation des ovocytes. En se penchant sur les mécanismes impliqués dans le transfert des transcrits, nous avons découvert un candidat potentiel jouant un rôle dans l’insuffisance ovarienne précoce. Cette protéine liant les ARNm, Fragile X mental retardation (FMRP), a été retrouvée dans les cellules folliculaires et dans l’ovocyte tout au long de la folliculogenèse et de l’ovogenèse. Nous avons constaté que FMRP s’associe à la machinerie traductionnelle et aux protéines des granules d’entreposage dans l’ovocyte. L’inhibition de la protéine a significativement réduit le taux de blastocyste. En démontrant que des transcrits exogènes contribuent au développement de l’ovocyte et influencent sa maturation, nos recherches ajoutent un niveau de compréhension additionnel aux mécanismes de communication intercellulaire menant à la production de gamètes de bonne qualité. De futures expériences axées la caractérisation du transfert des transcrits et des mécanismes spécifiques en jeu contribuera à accroître notre compréhension de la compétence ovocytaire. / The reports in this thesis explored the potential for large molecule communication between the cumulus cell and the oocyte hypothesizing that large molecules, including RNA, could be transferred to the oocyte for support during maturation. Exploration of the transzonal projections (TZPs) connecting the cumulus cells to the oocyte revealed that they are irregular in shape, can contain large organelles (mitochondria) and small cellular structures (ribosomes), and that these connections retract during oocyte maturation. Microvesicles were identified at the intercellular articulations capable of sharing large molecules between the cells. To determine if RNA is transferring as cargo between cells, nascent as well as total transcripts were evaluated in the TZPs and found moving towards the oocyte during maturation. Of the transcripts found in the TZPs during maturation, some were common to those increasing in abundance in the oocyte during maturation, and on the polyribosomes of the maturing oocyte, thus suggesting transfer and use of cumulus cell transcripts. A synthetic transcript provided to some cumulus cells for reconstruction with, and transfer to the oocyte, confirmed the potential to transfer mRNA and possibly proteins. Temporally, RNA transcripts were found to accumulate in TZPs during the hours post slaughter but prior to oocyte aspiration. Removal of the cumulus cells and this period of accumulation resulted in poor oocyte maturation. The requirement of vesicle mediated RNA transfer to the oocyte was tested. Inhibitors against RNA synthesis, transport, and vesicle formation were explored and found to reduced oocyte maturation. Focusing on mechanisms that could mediate transference, we assessed an RNA binding protein candidate with implications in premature ovarian insufficiency. Fragile X mental retardation protein (FMRP) was found in follicular cells and the oocyte throughout folliculogenesis and oogenesis. Based on known roles in translation control, FMRP was shown associated with translational machinery and storage granule proteins in the oocyte. Knockdown of this protein resulted in compromised rates of blastocyst formation. Knowing that exogenous transcripts contribute to oocyte development, and influence the molecular aspects of oocyte maturation adds another layer to our understanding of intercellular communication in the production of a healthy gamete. Future characterization of the transferred transcripts and the mechanisms in control of this process will improve our understanding of oocyte health and competence.

L'objectif de mon travail de doctorat consistait à explorer l'expression génique du cumulus au regard de la compétence au développement de l'ovocyte bovin. Cette exploration tire son intérêt des nombreuses démonstrations du rôle crucial du cumulus auprès de l'ovocyte mammalien. En premier lieu, nous avons appliqué à des vaches de race laitière, un protocole de stimulation ovarienne permettant la modulation de la compétence ovocytaire, en agissant sur la différenciation folliculaire, via l'hormone folliculo-stimulante (FSH). Trois variantes de la compétence développementale de l'ovocyte ont ainsi pu être obtenues : acquisition de compétence en cours, compétence acquise et déclin de compétence. En dépit des différences modérées de compétence engendrées, le transcriptome des cellules du cumulus les reflète quand même. Ces variations bien que minimes, de l'expression génique du cumulus, appuient l'idée générale que la compétence ovocytaire serait le résultat non seulement de changements substantiels par l'environnement, mais aussi d'une régulation beaucoup plus fine des mécanismes folliculaires.Suite aux résultats de la première étude, nous avons voulu obtenir un portrait transcriptomique du cumulus plus contrasté. Pour ce faire, des biopsies de cumulus ont été réalisées sur des complexes ovocyte-cumulus (COC) d'abattoir suivis individuellement, de leur maturation à leur développement in vitro, et catégorisés selon que le développement ce soit arrêté à 2-8 cellules – i.e. avant l'activation du génome embryonnaire – ou qu'il se soit poursuivi jusqu'au stade de blastocyste. De cette manière, les cumuli associés à la formation d'un blastocyste, et donc à des ovocytes compétents, montrent une expression génique clairement différente de ceux dont le développement embryonnaire a échoué. Ces différences concernent des fonctions telles que : la modification post-traductionnelle, le repli des protéines, le métabolisme des acides aminés, la dégradation des protéines ou encore l'épuration des radicaux libres qui se trouvent surexprimées dans les cumuli compétents. Dans un troisième temps, c'est l'implication de l'hormone lutéinisante (LH) dans l'expression génique du cumulus qui a été évaluée. Le même protocole que celui de la première étude a été appliqué, en rajoutant cette fois des injections de Cétrorelix afin de supprimer la sécrétion de LH en fin de croissance folliculaire – i.e. lors de l'acquisition de la compétence au développement. Bien que l'absence de LH n'ait pas eu d'impact significatif sur la compétence ovocytaire, le transcriptome du cumulus a lui été significativement affecté. Ainsi, l'expression de fonctions comme la survie, la prolifération ou la croissance du follicule est inhibée par l'absence de LH. Par ailleurs, des fonctions de maintenance cellulaire telles que la transcription, le métabolisme des acides aminés et des protéines, ainsi que la production d'énergie semblent également pâtir de cette absence. Le soutien de la LH serait donc important pour les fonctions du cumulus lors de la maturation finale du follicule. Finalement, la présence du récepteur à la LH (R-LH) dans le cumulus bovin étant controversée dans la littérature, nous avons cherché à suivre l'expression génique de ce R-LH dans les cellules de COC en cours de maturation in vitro. Nous avons également examiné l'expression de la mévalonate kinase (MVK), dont le transcrit est reconnu en tant que régulateur de l'expression du R-LH ; et aussi surveillé l'expression de différentes enzymes stéroïdogènes ainsi que celle du récepteur à la progestérone (PGR). Le suivi d'expression génique a été réalisé à intervalles de trois heures, de 0 à 24 h de maturation, et n'a pour autant pas permis de détecter la présence de transcrits du R-LH dans le cumulus, tandis que l'expression génique de la MVK augmente au cours de la maturation. Les transcrits des enzymes stéroïdogènes STAR et HSD3β, bien que faiblement exprimés, ont été retrouvés ; et l'expression de CYP11A1 et PGR quant à elle augmente pendant la maturation. Ainsi, d'une part, la supplémentation en LH des milieux de maturation ne semble pas pertinente chez le bovin ; d'autre part, le cumulus pourrait être capable d'utiliser le cholestérol pour la stéroïdogenèse et de répondre à une stimulation par la progestérone puisqu'il en exprime le récepteur. Ces travaux participent ainsi à accroître la connaissance du transcriptome spécifique au cumulus bovin et son lien avec la compétence ovocytaire au développement. Enfin, les données acquises ici offrent de nouvelles pistes à explorer afin d'améliorer la qualité ovocytaire, tant in vitro qu'in vivo. / In this thesis report, the cumulus cell gene expression regarding oocyte developmental competence was explored in bovine. This interest is based on the proven crucial role in the differentiation of the cumulus to the mammalian oocyte. First, we applied an ovarian stimulation protocol to dairy cows which allows modulation of oocyte competence using FSH to influence follicular differentiation. Then, three oocyte competency states were obtained: increasing competence, competence acquired and decreasing competence. In spite of moderated competency fluctuations, cumulus cell transcriptome still reflects them. The small variations in cumulus gene expression reinforce the general idea that oocyte competence is the result not only of substantial changes due to the environment, but also of a much finer regulation of follicular mechanisms. Following the results of the first study, we wanted to obtain a more contrasted transcriptomic picture of the cumulus. To do so, cumulus biopsies were performed on slaughterhouse cumulus-oocyte complexes (COC) monitored individually, from their maturation to their in vitro development, and categorized according to whether the development was stopped at 2-8 cells – i.e. the embryonic genome activation – or continued until the blastocyst stage. In this way, the cumuli associated with a blastocyst formation, and therefore with competent oocytes, show a clearly different gene expression from those whose embryonic development has failed. These differences concern functions such as: posttranslational modification, protein folding, amino acid metabolism, protein degradation or free radical scavenging that are over-expressed in competent cumuli. Thirdly, we evaluated the involvement of luteinizing hormone (LH) in cumulus gene expression. The same protocol as that of the first study was applied, with the addition of Cetrorelix injections in order to suppress the LH secretion at the end of follicular growth – i.e. during developmental competence acquisition. Although the absence of LH did not impacted significantly on oocyte competence, the cumulus cell transcriptome was significantly affected. Thus, the expression of functions such as survival, proliferation or follicular growth is inhibited in the absence of LH. In addition, cell maintenance functions such as transcription, amino acid and protein metabolism, and energy production also seem to suffer from this absence. LH support would therefore be important for cumulus functions during the final maturation of the follicle. Finally, because of the controversy found in literature concerning the presence of the LH receptor (LH-R) in bovine cumulus, we sought to follow the gene expression of this LH-R in in vitro maturing COC cells. Also, we examined the expression of mevalonate kinase (MVK), whose transcript is recognized as a regulator of R-LH expression; and monitored the expression of various steroidogenic enzymes as well as that of the progesterone receptor (PGR). Gene expression observation was performed every 3 hours, from 0 to 24 h of maturation, and did not allow the detection of any R-LH transcripts in the cumulus, while MVK gene expression increases during maturation. The transcripts of the STAR and HSD3β steroidogenic enzymes were found, although weakly expressed; and the expression of CYP11A1 and PGR increases during maturation. Thus, on the one hand, LH supplementation of maturation media does not seem relevant in cattle; on the other hand, cumulus may be able to use cholesterol for steroidogenesis and to respond to a progesterone stimulation since it expresses its receptor. This work thus contributes to increase knowledge of the bovine cumulus transcriptome and its link with oocyte developmental competence. Finally, the data acquired here offer new avenues to explore in order to improve oocyte quality, both in vitro and in vivo.

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.

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.

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

Chez le mammifère, la production d'ovocytes s'arrête pendant la vie foetale. À la naissance, les femelles possèdent un nombre fini d'ovocytes. Mais ce dogme a été remis en question en 2004 alors que des chercheurs ont montré que chez la souris adulte, la néo-ovogénèse était possible (Johnson et al, 2004). En 2005, ces chercheurs ont démontré que des cellules souches de la moelle osseuse étaient capables de coloniser l'ovaire afin de former de nouveaux ovocytes (Johnson et al, 2005). Dans cet ouvrage nous montrons que la néo-ovogenèse chez des souris adultes de type SCID et PU.1 knockout ne se produit pas. Cependant la transplantation de moelle osseuse restaure la fertilité des souris SCID traitées en chimiothérapie. De plus, en greffant du cortex ovarien bovin foetal sous la capsule rénale de souris SCID, nous avons montré que la néo-ovogénèse semble ne pas se produire chez le bovin.

De nos jours, bien que les technologies de reproduction assistées aient beaucoup progressées, elles présentent encore une efficacité inférieure à la reproduction in vivo. Parmi ces technologies, la maturation in vitro des ovocytes est celle dont l'écart diffère le plus de la situation in vivo. De plus, ce processus particulier pose un défi supplémentaire aux chercheurs qui l'étudient puisque cette cellule présente un mécanisme de stockage des ARNm unique. En effet, les ovocytes comportent deux populations d'ARNm, les ARNm stockés et les ARNm traduits. Comme ces deux populations sont difficilement identifiables, une méthode consistant à isoler les ARNm contenus dans les polysomes ovocytaire a été développée au cours de ce projet. Désormais, l'étude de ces polysomes permet de cibler spécifiquement les ARNm traduits puisque les polysomes constituent les seuls complexes de synthèse protéique à l'intérieur des cellules. Mise à profit, cette nouvelle méthode de fractionnement polysomal contribuera non seulement à l'enrichissement de nos connaissances du processus de maturation ovocytaire mais pourra aussi fournir des informations précises sur le développement embryonnaire précoce.

La méiose des ovocytes de mammifères débute au stade fœtal puis s’arrête temporairement au stade dictié de la prophase-1. Cet arrêt sera maintenu pendant plusieurs années. In vivo, la méiose des ovocytes ne reprendra que suite au pic de LH (hormone lutéinisante) endogène. Lorsque les ovocytes sont retirés de leur follicule et cultivés in vitro, ils reprennent spontanément leur méiose. Une concentration élevée d’AMPc les maintient en arrêt méiotique caractérisé par le stade de vésicule germinale (GV ou dictié), tandis qu’une diminution de la concentration d’AMPc par l’action des phosphodiestérases (PDEs) permet la reprise méiotique. Cet ouvrage comporte deux volets qui investiguent le rôle joué par deux enzymes, la phosphodiestérase de type 3 et l’AMPK (5’adenosine monophosphate activated protein kinase), dans le mécanisme de la reprise méiotique des complexes-ovocytes-cumulus (COCs) et des ovocytes dénudés (DOs) porcins. / The meiosis of mammalian oocytes begins during fœtal life and stops at the dictyate stage. This stop would be maintained for severals years. LH surge in vivo or culturing oocytes in vitro allows spontaneous meiotic resumption. High intracellular levels of cAMP maintain meiotic arrest, characterized by the germinal vesicle (GV stage), while decreased levels induce meiotic resumption. This study was undertaken to assess the role of phosphodiesterase types 3 and 5’adenosine monophosphate activated protein kinase (AMPK) in controlling meiotic resumption in both porcine cumulus-oocytes complexes (COC) and denuded oocytes (DO).

La cryopréservation, dans le domaine de la reproduction médicalement assistée, constitue depuis de nombreuses années une branche suscitant beaucoup d’intérêts et d’espoirs. En effet, de nombreuses équipes de recherche se sont attelées à mettre au point et à améliorer des protocoles permettant de conserver les gamètes, les embryons et les tissus reproducteurs.<p>Malgré le fait que la cryopréservation soit une technique très attractive, elle peut avoir des effets délétères sur les cellules. Les protocoles expérimentaux visent donc à minimiser ces effets afin d’augmenter la survie et la compétence cellulaire après décongélation.<p><p>Les deux méthodes les plus utilisées, la congélation lente et la vitrification, présentent chacune des avantages et des inconvénients. En effet, la première ne permet pas d’éliminer la cristallisation intracellulaire. Quant à la seconde, elle empêche la formation de cristaux de glace mais pourrait provoquer une toxicité due à la forte concentration des cryoprotecteurs. <p><p>Cette thèse de doctorat propose plusieurs objectifs :<p><p>•\ / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished