No description available.

Reproductive containment in farmed fish is highly desired for sustainable aquaculture to prevent genetic introgression with wild conspecifics and enhance productivity by suppressing sexual maturation. A number of strategies have already been implemented or have been tested in commercially important fish (e.g. triploidy, monosexing, hormonal therapies); however, they either do not result in 100% containment, or they cannot be applied to all species. One promising new approach consists in disrupting primordial germ cells (PGCs), at the origin of germline cells, to induce sterility. The work carried out in this doctoral thesis aimed to investigate the genes involved in the survival of germ cells and subsequently conduct a functional analysis of candidate genes using CRISPR/Cas9 gene editing system to ultimately provide the basis for the development of a novel sterilisation technique. Nile tilapia was chosen as the experimental animal as it is a major aquaculture species worldwide and the control of reproduction plays a critical role in the farming productivity in this species. In addition, the species has clear advantages as its whole genome sequence is accessible, the generation time is relatively short and zygotes can be available all year round. Initially, a panel of 11 candidate genes with reported roles in survival of PGCs was investigated during the ontogenic development which led to the selection of piwi-like (piwil) gene as a target for genome editing. Then, high temperature was tested as a means to induce germ cell loss to better understand the mechanism underlying germ cell survival and apoptosis, and this study confirmed the functional importance of piwil genes in relation to germ cell loss and proliferation. In addition, the study suggested potential subfunctionalisation within the Bcl-2 gene family which requires further investigation. The next step aimed to optimise the CRISPR/Cas9 gene editing method by improving the microinjection system and testing different concentrations of sgRNAs. Over 95% of injected embryos showed on-target mutation in piwil2 via zygote injection of CRISPR/Cas9 reagents and complete KO larvae were shown in half of the mutants, producing putative sterile fish. However, there was no clear association between the phenotypes in PGCs and the mutation rate. Further comparative studies of mutant screening methods including T7E1, RGEN, HRMA, fragment analysis and NGS revealed that the genotypes of F0 are highly mosaic, suggesting that deep sequencing is recommended for accurate and high throughput F0 screening and further improvement for predictable genome editing is required for a reliable gene functional analysis in F0. In summary, the current thesis provided new scientific knowledge and supporting evidence for the use of the CRISPR/Cas9 gene editing platform to study gene function associated with sterility, with the ultimate goal to develop an alternative sterilisation method in fish.

No description available.

L’infertilité représente un problème majeur de santé publique en concernant 10 à 15% des couples en âge de procréer. Un facteur masculin est responsable de l’infertilité du couple dans près de la moitié des cas. Pour environ 30% d'entre eux, l'étiologie reste inexpliquée. Le premier axe du travail a concerné l’étude moléculaire d’une cohorte de patients infertiles (azoospermie non-obstructive/cryptozoospermie ou désordre du développement sexuel ou DSD) pour lesquels les analyses du caryotype standard et/ou des microdélétions des régions AZF par PCR n’ont pas permis d’expliquer le phénotype. L'impact des variations de nombre de copies de l'ADN (CNV) détectées par l'hybridation génomique comparative sur puce à ADN est peu documenté. Un design personnalisé de puce à ADN de format 400K, pangénomique et enrichi sur un large panel de 445 gènes liés à l'infertilité et à un DSD a été développé. Cette puce a permis l’identification de 171 CNV d’intérêt. Ces résultats soulignent l’intérêt de ce design comme outil diagnostic dans le cadre du bilan de l’infertilité masculine. Le second axe du travail a été de modéliser l’infertilité masculine in vitro dans un contexte d’anomalie génétique. Des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPS) ont été générées à partir d’érythroblastes de deux patients infertiles porteurs d’un remaniement chromosomique complexe ou d’un caryotype 46,XX-SRY négatif avec mutation du gène de l’AMH. Dans un deuxième temps, la fonctionnalité des lignées de cellules hiPS générées a été testée par différenciation in vitro en cellules germinales primordiales (CGP). Elles expriment les marqueurs clés du stade CGP dont SOX17, le déterminant germinal le plus précoce des CGP. Les perspectives de ce travail seront de poursuivre la différenciation germinale vers des stades plus matures et ainsi de pouvoir étudier le processus méiotique dans un contexte d’anomalie génétique. / Infertility represents a major public health problem and concerns 10 to 15% of couples in the general population. A male factor is responsible for the infertility of the couple in about half of all cases. In approximately 30% of them, the etiology remains unexplained.The first working axis concerned the molecular study of a cohort of infertile patients (nonobstructiveazoospermia/ cryptozoospermia and disorder of the sex development or DSD) for whom analyses of standard karyotype and/or microdeletions of AZF regions were not able to explain the phenotype. The impact of copy number variations of DNA (CNVs) detected by comparative genomic hybridization (CGH-array) is poorly documented. A custom design 400K micoarray, genome-wide and enriched on a wide panel of 445 genes linked with infertility and DSD has been achieved. This array allowed the identification of 171 CNVs of interest.These results underline the potential of this design for diagnosis of male infertility. The second objective of this work was the in vitro modelisation of male infertility in a context of genetic abnormality. For that purpose, human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) were generated from erythroblasts by means of not integrative Sendaï virus, in two patients carrying genetic abnormalities (complex chromosomal rearrangement and 46,XX-SRY negative karyotype associated with AMH gene mutation). Secondly, functionality of hiPSCs generated was tested by germ cells in vitro differentiation. Primordial germ cell (PGC) stage was successfully obtained. Cells expressed key PGC markers such as SOX17. The perspectives of this work will be to continuethe germinal differentiation towards more mature stages and so to be able studying the meiotic process in a context of genetic abnormality.

La cellule est l’unité à la base de la vie. Elle est généralement délimitée par sa membrane et contient un noyau et du cytoplasme en plus d’autres composantes. Les cellules se divisent afin de maintenir et de perpétuer la vie par duplication de leur matériel génétique et par leur séparation en deux cellules physiquement distinctes durant la cytocinèse. Cependant, la division cellulaire est parfois modifiée et aboutit à la formation d’un tissu contenant plusieurs noyaux bordés d’une membrane unique appelé syncytium. Les syncytia sont fréquemment retrouvés chez les organismes vivants, bien que leurs fonctions et mode de formation restent peu compris. L’organisation en syncytium est conservée chez tous les animaux étudiés à ce jour au niveau de la lignée germinale dans laquelle les cellules partagent un cytoplasme commun par l’intermédiaire d’un pont intercellulaire stable. Dans la majorité des lignées germinales étudiées, les cellules sont directement connectées l’une à l’autre par un pont intercellulaire stable qui émerge de cytocinèses incomplètes. Cependant, certaines lignées germinales sont organisées autour d’une cavité commune à laquelle chaque cellule germinale est connectée. Dans ces lignées germinales, les mécanismes qui mènent à l’expansion du syncytium sont peu compris. Ma thèse décrit l’utilisation de la lignée germinale primordiale de C. elegans à son premier stade larvaire pour mieux comprendre l’organisation, l’expansion et la fonction des lignées germinales syncytiales. En utilisant la microscopie électronique et confocale, j’ai découvert que l’organisation du syncytium est fixée au premier stade larvaire. En effet, les deux cellules germinales primordiales (CGP) sont chacune individuellement connectée à une cavité cytoplasmique centrale par le biais de ponts intercellulaires stables. Nous avons nommé cette cavité le proto-rachis car l’organisation des CGP est identique à l’organisation de la gonade adulte. Chez l’adulte, les ponts intercellulaires qui connectent les cellules germinales au rachis sont stabilisés par des régulateurs d’actomyosine. Nous avons vérifié si cela était également le cas dans la gonade au premier stade larvaire. Tous les régulateurs présents dans la gonade adulte, sont aussi présent dans les ponts intercellulaires des CGP, mais la lignée germinale primordiale est réfractaire à la perturbation de la fonction de ces régulateurs. Ce résultat suggère que les régulateurs d’actomyosine sont organisés de manière très stable au premier stade larvaire. Afin de mieux comprendre comment le syncytium se développe dans la lignée germinale de C. elegans, j’ai ensuite suivi la première division des CGP par microscopie à temps réel. J’ai mis en évidence que l’anneau de cytocinèse se stabilise, puis se déplace vers le proto-rachis jusqu’à qu’il s’y intègre. Ces résultats indiquent que le syncytium se développe par cytocynèse incomplète. De plus, mes résultats montrent que la connexion au proto-rachis est maintenue durant la division des CGP. C’est pourquoi nous proposons un modèle pour l’expansion du syncytium dans lequel l’anneau de cytocinèse stabilise pour connecter une des cellules filles au proto-rachis, tandis que l’autre cellule fille est connecté par l’anneau stable qu’elle aura hérité de la cellule mère. Enfin, pour s’assurer que les mécanismes d’expansion du syncytium observés durant la division des CGP sont conservés au cours du développement de la gonade, j’ai conceptualisé et créé un dispositif de micro-fluidique qui en théorie permettrait de suivre plusieurs séries de division des CGP. En somme, mon travail de doctorat a fourni une caractérisation détaillée de la structure du syncytium dans la lignée germinale de C. elegans au premier stade larvaire, ainsi qu’un modèle pour l’expansion du syncytium. Mes découvertes indiquent que malgré des différences dans l’organisation des syncytia, la cytocinèse incomplète est un mécanisme conservé dans toutes les lignées germinales animales. Des travaux futurs seront nécessaires pour découvrir quelles voies de signalisation moléculaires sont sous-jacentes aux mécanismes de formation des syncytia, et ainsi de mieux comprendre quelle est la fonction de ces structures fascinantes. / The cell constitutes the basic unit of life. It is generally delimited by its membrane and contains a nucleus and cytoplasm amongst other components. To maintain and perpetuate life, cells divide by duplicating their genetic material, and by physically separating into two distinct cells during the process called cytokinesis. However, cell division is sometimes modified and leads to the formation of a tissue in which several nuclei are delimited by a single membrane, called a syncytium. Syncytial tissues are common amongst living organisms, but why and how they form remains unclear. The syncytial architecture is conserved in all studied animal germlines where germ cells share a common cytoplasm through stable intercellular bridges. In most animal germlines, the germ cells are directly connected with one another, and the stable intercellular bridges that connect the cells are known to arise from regulated incomplete cytokinesis. However, some germlines are organized around a central common cavity to which each germ cell is connected. In such germlines, the mechanisms of syncytium expansions remain unknown. My thesis describes the use of the C. elegans germline primordium at the first larval stage to better understand the organization, the expansion, and the function of germline syncytia. Using electron and confocal microscopy I found that the organization of the syncytium is established at the first larval stage. The two germ cells called the primordial germ cells (PGCs) each connect to a central cytoplasmic cavity through stable intercellular bridges. Because this organization is identical to the adult germline where each germ cell is connected to the central rachis, we termed the cavity between the PGCs proto-rachis. In the adult gonad, the intercellular bridges that connect the germ cells to the rachis are stabilized by actomyosin regulators, so I verified if this was also the case in the first larval stage gonad. All the regulators that localize to adult intercellular bridges were also present between the PGCs, but the primordial germ line is refractory to perturbation of these regulators. This suggests that the actomyosin regulators are organized in a very stable manner in the first larval stage germline. I next tracked the first division of the PGCs with live imaging to better understand how the syncytium expands in the C. elegans germline. I found that the cytokinetic ring stabilizes, then displaces towards the proto-rachis until it integrates into the syncytial structures. This finding suggests the syncytium expands by incomplete cytokinesis. In addition, my results indicate that the connection to the proto-rachis was maintained during PGCs division. We therefore propose a model in which the cytokinetic ring stabilizes and connects one of the daughter cells to the proto- rachis while the other cell is connected through the inherited stable ring from the mother cell. Finally, I designed and a created a microfluidic device that in theory would allow us to live image several rounds of PGCs division. This would confirm if the mechanisms of syncytium expansion that we observed during the first division of the PGCs are conserved in further development. My work has provided a detailed characterization of the syncytial structure in the C. elegans germline primordium as well as a model for syncytium expansion. My findings indicate that despite differences in the organization of the syncytium, incomplete cytokinesis is conserved as the mechanism for syncytium expansion in all animal germlines. Further research will be necessary to bring to light the molecular pathways underlying syncytium formation to have a better understanding of the function of these fascinating structures.