Les spermatozoïdes sont des cellules haploïdes hautement spécialisées ayant pour but ultime la fécondation de l'ovocyte. Afin de devenir aptes à la fécondation, les cellules germinales mâles subissent plusieurs étapes de maturation, impliquant bien des modifications tant au niveau protéique, membranaire et intracellulaire. Toutefois, les spermatozoïdes de mammifères fraîchement éjaculés sont incapables de féconder et acquièrent leur plein pouvoir fécondant à l'intérieur du tractus génital femelle, lors de leur transit pour rencontrer l'ovule. Ces différentes étapes de maturation permettent aux spermatozoïdes d'obtenir, entre autres, leur caractéristique unique concernant leur composition protéique et lipidique. Cette complexité membranaire est un mécanisme permettant aux spermatozoïdes d'avoir une spécificité de signal qui rend possible la capacitaton et la réaction acrosomiale au moment et endroit opportuns. Enfin, ce mémoire traitera du fractionnement membranaire et des partenaires d'interaction de la tyrosine kinase YES1 chez les spermatozoïdes humains.

La capacitation des spermatozoïdes est un processus indispensable au succès de la reproduction chez les animaux à fécondation interne. In vivo, ce processus se produit dans les voies génitales femelles où les spermatozoïdes peuvent interagir avec les cellules épithéliales de l'oviducte et leurs sécrétions. Les interactions avec les différentes molécules composant cet environnement permettent aux gamètes mâles de conserver et de promouvoir leur capacité à féconder l'ovule. Également, il ne faut pas négliger l'apport des gamètes. Les protéines intrinsèques aux spermatozoïdes participent aussi à l'obtention d'une cellule compétente à interagir avec l'ovule. Ce mémoire présente une étude portant sur la localisation de deux protéines chaperonnes ubiquitaires, Hsp60 et Grp78, dans les spermatozoïdes et le système reproducteur femelle ainsi que sur l'effet des protéines Hsp60 et Grp78 recombinantes commerciales sur les différentes fonctions des spermatozoïdes humains. / Sperm capacitation is a prerequisite to ensure internal fertilization. In vivo, this process occurs in the female genital tract where sperm cells interact with oviduct epithelial cells as well as their secretions. These interactions allow to spermatozoa to maintain and promote their capacity of achieving fertilization. Endogenous sperm proteins also contribute to the success of fertilization. They sustain the possibility to obtain a competent sperm cell able to interact and fuse with the egg. The present study investigates the presence of Hsp60 and Grp78 in spermatozoa and female reproductive tract as well as the effect of commercial recombinant exogenous Hsp60 and Grp78 on human sperm functions in vitro.

Parce que le cholestérol spermatique influence la résistance des spermatozoïdes à la congélation, nous avons émis l’hypothèse que les spermatozoïdes supplémentés en cholestérol exogène subiraient moins de dommages pendant la cryoconservation améliorant leur pouvoir fécondant après décongélation. Etant insoluble, le cholestérol est incorporé dans la méthyl β-cyclodextrin formant un complexe hydrosoluble, cholestérol lié à la cyclodextrine (CLC). Cette étude à montré que le traitement CLC, dans un dilueur de lait écrémé, améliore la cryorésistance de la semence de bouc en augmentant le niveau de cholestérol spermatique, responsable de la résistance des spermatozoïdes au choc au froid et au stress osmotique, sans affecter la capacitation induite in vitro après décongélation. Par insémination artificielle, les semences ayant subient une augmentation de cholestérol exogène ont montré un meilleur taux de fertilité et de prolificité in vivo par rapport à la semence non traitée. Ces observations suggèrent que le traitement CLC pourrait être utilisé pour améliorer la fertilité des troupeaux et mérite des explorations chez d’autres espèces. Evaluer l’efficacité du CLC sur la cryorésistance de la semence de bélier nous a permis de montrer que le traitement CLC est plus efficace dans un dilueur de lait écrémé par rapport à un dilueur de jaune d’œuf commercial. Toutefois, cette amélioration de la qualité spermatique post-dégel n’est pas suffisante pour induire une augmentation de la fertilité in vivo, suggérant la nécessité d’optimiser le protocole de congélation ou une adaptation du protocole d’insémination. Cependant, combiner le traitement CLC au tréhalose (un cryoprotecteur externe) n’a pas montré d’effet synergique sur l’amélioration de la qualité spermatique post-dégel. Finalement, pour amorcer un transfert technologique nous avons montré que le traitement CLC permet de conserver la qualité spermatique de la semence de bouc en présence de plasma séminal, dont le retrait était recommandé en raison de son effet délétère. De plus, le traitement CLC permet le maintain de la qualité de la semence bouc conservée en frais pendant 24 h à 5°C avant congélation facilitant son transport de la ferme vers le laboratoire. Ces résultats démontrent que le cholestérol joue un rôle crucial et essentiel dans la cryoprotection des semences animales. / Because sperm cholesterol content contributes to their resistance to freezing, we hypothesized that exogenous cholesterol incorporated in sperm reduces cryodamage and thus improves the fertilizing capacity of thawed sperm. Being a lipid, cholesterol is insoluble in aqueous media, rendering difficult to deliver to cells in vitro. Methyl β-cyclodextrin is a carrier molecule that couples to cholesterol to form a water-soluble compound, “cholesterol-loaded cyclodextrin” (CLC) that can transfer the cholesterol into cell membranes. The research within this thesis shows that CLC treatment of goat semen enhances fresh sperm resistance to cold shock and osmotic stress due to the increased cholesterol, involving in sperm cryoresistance in a skim milk-based extender without affecting sperm in vitro capacitation after thawing. A pilot field trial in goats demonstrated that artificial insemination with sperm that underwent increased exogenous cholesterol yielded higher fertility and prolificacy rates in vivo compared to untreated semen. These observations suggest that CLC treatment could be used to improve frozen sperm quality and fertility rate of other species. Using ram sperm, our study demonstrated that CLC treatment was more efficient in a skim milk-based extender compared totraditional egg yolk-based extender. However, in vivo fertility of the ram semen that was cryopreserved in the skim milk-based extender with CLC did not differ from semen that was cryopreserved in egg yolk-based extender without CLC. Further research is warranted to combine CLC with other cryoprotection strategies or to modify the insemination protocol to adequately permit capacitation in vivo. However, using CLC treatment with trehalose, a cell impermeable cryoprotectant, did not demonstrate any synergic effect of the cryoprotectants on thawed sperm quality. Finally, in an effort to develop a protocol for semen cryopreservation that can be accessible to the emerging goat industry in Quebec, a pilot test trial demonstrated that goat sperm treated with CLC are more resistant to exposure to seminal plasma than CLC-free sperm in skim milk-based extender. Additionally, CLC treatment markedly improves the post-thaw quality of the sperm after temporary storage for 24 h prior to processing. Together, these results demonstrated that cholesterol has a fundamental and innovative role in animal semen cryoprotection.

Suite à l’éjaculation, les spermatozoïdes ne sont pas aptes à féconder un ovocyte. Ces derniers doivent subir une maturation dans le tractus génital femelle afin d’acquérir le pouvoir fécondant soit la capacitation. Bien qu’elle fût découverte depuis plus de soixante ans, les modifications protéiques de la surface de la membrane des spermatozoïdes ne sont toujours pas complètement élucidées. Particulièrement chez le cheval et le porc, l’étude des protéines de surface des spermatozoïdes lors de la capacitation aurait un impact direct sur l’amélioration des techniques de reproduction avancées. La présente étude a pour premier objectif d’abord d’établir les meilleures conditions afin de promouvoir et caractériser la capacitation des spermatozoïdes équins et porcins en condition in vitro. Le deuxième objectif est d’optimiser un protocole d’isolement de protéines de surface des spermatozoïdes en utilisant la biotinylation. La démarche est de rendre ce processus complètement imperméable afin d’étudier seulement les protéines de surface. / After ejaculation spermatozoa must undergo a maturation to be able to fertilize an oocyte. The collective events that lead to this capability are named capacitation. Although capacitation was first discovered more than sixty years ago, the events and regulation of this maturation are still not fully understood. Also, the equine and porcine species has several reproductive issues believed to be caused by defects in sperm capacitation. Thus, the study of stallion sperm surface protein modification during capacitation could help to ameliorate advanced reproductive technologies in the horse and the pig. The aim of the first study was to establish the best in vitro conditions to promote horse sperm capacitation and to characterize the sperm using different tests. Our second objective was to optimize a surface biotinylation protocol to prevent biotin labeling of internal sperm proteins in order to study the surface membrane protein changes during capacitation.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'obésité est une condition médicale résultant d'une accumulation excessive de dépôts adipeux. Le remodelage pathologique du tissu adipeux chez les sujets obèses pourrait conduire à l'élaboration de plusieurs problèmes de santé. Malheureusement, la prévalence de l'obésité augmente dans le monde entier et en particulier chez les jeunes hommes en âge de procréation. En outre, plusieurs études ont suggéré que les informations de l'environnement paternel comme l'obésité acquise restent dans l’épigénome du spermatozoïde et peuvent moduler le phénotype de la descendance. Pour toutes ces raisons, une compréhension plus approfondie des effets de l’obésité sur la composition moléculaire des spermatozoïdes est nécessaire. Le premier objectif de cette thèse était d'évaluer l'effet de l'obésité sur la composition moléculaire et sur la physiologie des spermatozoïdes mobiles. Les échantillons de sperme ont été obtenus à partir de 96 hommes s’adressant au centre de fertilité ‘A-clinic’, Liban. Les patients ont été classés en trois groupes : poids normal, le surpoids, et obèses. Nos résultats ont montré qu’il y a une rétention des histones plus élevée, et un ADN spermatique hypométhylé et hypohydroxymethylé, dans les spermatozoïdes mobiles des hommes obèses par rapport à ceux des hommes non-obeses. Par conséquent, les embryons issus de spermatozoïdes mobiles d'un homme obèse avaient une cinétique de division embryonnaire altérer par rapport à ceux provenant des spermatozoïdes d’un homme de poids normal / Obesity is a medical condition resulting from an excessive accumulation of adipose deposits. The pathological remodelling of the adipose tissue in obese subjects may lead to the development of several health problems. Unfortunately, the prevalence of obesity is increasing worldwide and of particular interest among young men of reproductive age. Furthermore, accumulated evidence suggests that information from paternal environment such as acquired obesity remains in the sperm epigenome and can modulate the phenotype of the offspring. Therefore, a deeper comprehension of the drawbacks of male excessive fatness on the sperm molecular composition is needed. The first aim of this thesis was to assess the impact of obesity on the molecular composition and on the physiology of the motile sperm. The semen samples were obtained from 96 men attending the A-clinic fertility center, Lebanon. Patients were categorized into three groups: normal weight, overweight, and obese. We showed that the motile sperm of obese men had abnormal levels of paternally inherited histones and hypomethylated/hypohydroxymethylated DNA as compared to normal weight men. Subsequently, the embryos derived from the motile sperm of an obese father had an altered morphokinetic patterns when compared to those derived from normal weight one. The second aim of this thesis was to evaluate the adaptive and evolutionary potential of non-genetic heritable mechanisms in experimentally controlled animal models. Using a high fat diet (HFD)-induced obesity mouse model, we have examined how feeding male mice with a high fat diet for multiple generations impacts the phenotype of the resulting mice

L'industrie bovine est un secteur de grande importance au Canada. En effet, à elle seule l'industrie laitière canadienne représentait un chiffre d'affaires de 15.7 milliards de dollars pour l'année 2013 (commission canadienne du lait). L'industrie laitière canadienne est reconnue pour la qualité génétique supérieure de son cheptel bovin, de même que pour ses programmes génétiques laitiers (c'est à dire les programmes de contrôle laitier et les programmes d'enregistrement du bétail laitier et de la classification pour le type). Le Canada détient 41 % du marché mondial d'exportation (2008) de bovins reproducteurs de race pure et d'embryons. La race holstein est la race laitière la plus importante (92 % du cheptel laitier). Les semences de bovins laitiers canadiens ont été exportées vers 84 pays différents principalement vers les États-Unis, les Pays-Bas, le Japon et l'Espagne. Le Canada est à l'avant-garde des nouvelles technologies en matière de génétique laitière. Grâce au génotypage, les généticiens peuvent déterminer le profil d'ADN d'un animal et produisent actuellement des évaluations génomiques pour plus de 60 caractères différents. Depuis août 2009, le Réseau laitier canadien (RLC) publie des évaluations génomiques qui combinent la valeur génomique directe (VGD) d'un animal avec son évaluation génétique traditionnelle. Pour rester compétitif, le Canada doit rester à l'affut des nouvelles technologies qui permettent de discerner les meilleurs animaux reproducteurs. La demande grandissante pour des animaux de qualité pousse l'industrie à utiliser les animaux de plus en plus jeunes. Il est reconnu que la qualité des gamètes des mâles âgés de moins de 16 mois est inférieure à celle des animaux matures. À ce jour il n'est pas clair si l'utilisation de gamètes immatures peut avoir un impact sur le phénotype des animaux issus de ces gamètes. La génétique permet de donner une information clé qu'an au potentiel reproducteur d'un animal et le génome d'un animal ne varie pas avec l'âge, toutefois il est possible que l'information épigénétique transmise par un gamète imparfait ait un impact négatif sur la descendance. L'étude des patrons épigénétique ainsi que le développement de méthode fiable pour récolter ces informations s'impose. Le réseau embryoGENE a développé une plateforme d'analyse épigénétique permettant d'établir un profil de méthylation de l'ADN à la grandeur du génome. Une lame de micro array comportant plus de 420 000 sondes combinées à une plateforme de bio-informatique permet une résolution sans précédent de l'épigénome bovin. Afin de déterminer si le méthylome des gamètes d'un animal évolue avec le temps. Quatre taureaux ont été récoltés alors qu'ils étaient âgés de 10, 12 et 16 mois. Les échantillons récoltés à 10 et 12 mois ont été comparés à l'échantillon mature (16 mois) afin de déterminer si les profils de méthylation ont varié dans le temps. Un total de 2604 sites différentiellement méthylés ont été détectés entre les échantillons de 10 mois à ceux de 16 mois. Cela démontre que les spermatozoïdes provenant de taureaux âgés de 10 mois n'ont pas un profil mature. Aucune différence significative au niveau des méthylations n'a pu être détectée lorsque l'on compare les échantillons de 12 mois à ceux de 16 mois. L'importance de ces différences pour l'embryon est méconnue. Il est toutefois connu que des altérations dans les marques épigénétiques portées par l'embryon soient à la source de plusieurs pathologies ou défauts embryonnaires. Il est raisonnable de soupçonner que l'utilisation de sperme immature puisse représenter un risque potentiel pour l'embryon.

Les nucleotides cycliques (AMPc (adenosine monophosphate cyclique) et GMPc (guanosine monophosphate cyclique)) sont des molécules de signalisation intracellulaire, reconnues comme seconds messagers. L'AMPc et le GMPc régulent plusieurs fonctions de la physiologie du spermatozoïde. L'AMPc, en particulier, joue un rôle déterminant dans le processus de maturation des spermatozoïdes, la motilité, la capacitation et la réaction de l'acrosome. Les nucleotides cycliques activent des kinases, des phosphodiesterases et certains types de canaux ioniques en plus d'affecter l'activité des protéines G via les «EPAC» et les «GEF». La concentration intracellulaire d'AMPc dépend autant de sa synthèse par les cyclases que de sa dégradation par les phosphodiesterases (PDEs). Encore peu d'études se sont attardées à mesurer l'activité phosphodiesterase chez les spermatozoïdes, tant chez le bovin que chez les autres espèces. Ce projet avait donc pour objectifs le développement d'une méthode capable de mesurer l'activité phosphodiesterase et l'étude de l'activité phosphodiesterase, à l'aide d'inhibiteurs spécifiques, chez les spermatozoïdes bovins en s'attardant plus particulièrement à étudier la PDE10 dont l'inhibiteur spécifique est la papaverine.