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INRA - Unité Physiologie de la Reproduction et des Comportements Nouzilly

UMR Physiologie Reproduction Comportements

Biologie INtéGrative de l'Ovaire (BINGO)

Animateurs de l'équipe

Svetlana Uzbekova & Rozenn Dalbiès-Tran

Objectifs généraux

Comprendre les mécanismes biologiques régulant la fonction ovarienne chez les mammifères, depuis la folliculogenèse basale jusqu’à l’ovulation pour produire un ovocyte capable d’être fécondé et de générer un embryon viable, au niveau des gènes impliqués dans ces processus, ainsi qu’au niveau de leur évolution phylogénétique. Etudier ces processus en lien avec le métabolisme énergétique à l’échelle de l’animal entier, ainsi que les mécanismes qui les sous-tendent au niveau ovarien. Un autre objectif est, à terme, de participer à la modélisation mathématique de la croissance folliculaire et la modélisation prédictive de la qualité de l’ovocyte.

Enjeux socio-économiques

La reproduction est un paramètre essentiel de la rentabilité en élevage. Sa maîtrise, dans un contexte d’évolution vers des systèmes d’élevage durable, implique une meilleure compréhension des mécanismes biologiques expliquant les effets de facteurs environnementaux, notamment nutritionnels, sur la fertilité et les mécanismes sous-jacents, en particulier chez la femelle. Les connaissances acquises intéressent également le domaine de la procréation médicalement assistée.

Thématiques de recherches

  •  Régulation de la folliculogenèse basale

La folliculogenèse basale correspond au développement des petits follicules ovariens depuis leur sortie du pool des follicules primordiaux jusqu’au stade où ils deviennent dépendants de l’Hormone Folliculo Stimulante (FSH). L’équipe s’intéresse à la morphogenèse du follicule, incluant la croissance de l’ovocyte, la prolifération des cellules de granulosa, la formation de la thèque et l’apparition de l’antrum. Les changements fonctionnels associés à ces processus ainsi que leurs mécanismes de régulation paracrine (dialogue entre l’ovocyte et les cellules somatiques) et endocrine (hormones et métabolites) sont particulièrement étudiés dans l’espèce ovine, pour laquelle un modèle de culture de follicules individuels et une approche de modélisation mathématique (collaboration avec l’Inria) ont été développés.

Figure-1-follicules-ovariens

Figure 1.Images des follicules ovariens ovins au cours de la culture in vitro.
Réalisé par Véronique Cadoret

 

  • L’Hormone anti-Müllérienne (AMH) : production ovarienne et rôles physiologiques

L’AMH est un marqueur endocrine de la réserve de petits follicules à antrum chez les mammifères. L’équipe étudie les mécanismes de régulation de l’expression de l’AMH et de ses récepteurs dans l’ovaire, ainsi que le rôle de l’AMH dans le développement folliculaire, depuis l’activation des follicules primordiaux jusqu’à l’ovulation, dans des espèces domestiques de prolificités différentes (ruminants et porcins), et dans l’espèce humaine (collaboration avec l’Inserm). Les retombées de ces travaux concernent l’évaluation de la réserve ovarienne au cours de la vie, et le développement d’outils permettant sa gestion.

Figure--2-AMH

Figure 2.Détection par immunohistochimie de l’AMH dans des follicules à antrum de brebis Booroolas porteuses (B/B) et non-porteuses (+/+) d’une mutation « perte de fonction » dans le gène BMPR1B, qui code un récepteur des Bone Morphogenetic Proteins. Les cellules de granulosa des follicules des brebis porteuses de la mutation produisent moins d’AMH. Cette faible production ovarienne d’AMH pourrait expliquer la présence d’ovulations multiples chez ces brebis hyper-prolifiques. CG : cellules de granulosa, Th : Thèque, Ov : Ovocyte, Ant : antrum. Barre = 100 µm.

Article de référence : Estienne A, Pierre A, di Clemente N, Picard J-Y, Jarrier P, Mansanet C, Monniaux D, FabreS, 2014. Anti-Müllerian Hormone regulation by the Bone Morphogenetic Proteins in the sheep ovary: deciphering a direct regulatory pathway. Endocrinology (in press).

  • La différenciation terminale du complexe ovocyte-cumulus associée au potentiel de développement embryonnaire

La production des gamètes femelles capables d’être fécondés et de générer des embryons viables implique une évolution optimale des ovocytes au sein du follicule en croissance terminale, aux niveaux chromatinien (divisions méiotiques), cytoplasmique (restructuration des organites) et moléculaire (expression et régulation des ARN maternels, modifications post-traductionnelles, etc). Cette évolution se reflète au niveau des cellules de cumulus qui entourent l’ovocyte, du fait du dialogue étroit et essentiel entre ces deux compartiments. Nos études visent à décrire la différenciation terminale du complexe ovocyte-cumulus associée au potentiel de développement embryonnaire, et ses perturbations par des facteurs physiologiques ou environnementaux.
Les technologies à haut-débit (transcriptomique, protéomique, lipidomique) ont permis de révéler le profil d’expression génique ainsi que le profil lipidique dans le complexe ovocyte-cumulus bovins au cours de la maturation, pour comprendre les régulations sur lesquelles il repose. En particulier, nous étudions l’implication des gènes liés au métabolisme énergétique dans la régulation de la maturation ovocytaire (FA binding protéines, Tribbles, etc). En parallèle, plusieurs gènes surexprimés dans l’ovocyte bovin ont été mis en évidence au laboratoire (BCAR4, SLBP2…). Ils font tous l’objet d’études de génomique fonctionnelle pour comprendre leur rôle au cours de la maturation de l’ovocyte et du développement de l’embryon. Il est prévu de rechercher leur implication éventuelle dans certaines infertilités. En particulier, nous travaillons sur le développement (détection et identification) de biomarqueurs non-invasifs prédictifs de la qualité de l’ovocyte et de l’embryon, au niveau de transcrits et protéines du cumulus et métabolites (collaboration avec CHRU de Tours).

      

Figure--3--BCARA4

Figure 3. Détection par l’immunofluorescence de la protéine BCAR4 (en vert) dans l’embryon bovin au stade 2 cellules. Lamine A/C, colorant les membranes de noyaux cellulaires, est en rouge.
Réalisé par R. Dalbies-Tran.

(Article de référence : Angulo L,. Perreau C., Lakhdari N., Uzbekov R., Papillier P., Freret S., Cadoret V., Guyader-Joly C, Royère D., Ponsart C. et al., 2013. Breast-cancer anti-estrogen resistance 4 (BCAR4) encodes a novel maternal-effect protein in bovine and is expressed in the oocyte of humans and other non-rodent mammals. Hum Reprod 28: 430-441.)

  • Métabolisme des acides gras au niveau ovarien - lien avec la fertilité

L'équipe s'intéresse aux interactions entre métabolisme lipidique et la fertilité à l’échelle de l’animal entier, ainsi que les mécanismes qui les sous-tendent au niveau ovarien. Le métabolisme des lipides représente une source importante d’énergie intra-ovocytaire chez la vache et le porc contrairement aux rongeurs. De plus, apportés en complément nutritif sous forme d’acide gras, les lipides peuvent avoir un impact positif ou négatif sur la fertilité. Nous nous intéressons aux effets du métabolisme lipidique dans les cellules ovariennes, notamment l’ovocyte, les cellules du cumulus et de la granulosa. En effet, les enzymes clé du métabolisme lipidique sont actives dans ces cellules, et une inhibition de l’oxydation des acides gras entraîne un retard de maturation de l’ovocyte.

     

Figure-4-Trib3

Figure 4. Détection d’une protéine de la famille Tribbles, TRIB3, impliqué dans le métabolisme des lipides, par l’immunofluorescence dans l’ovocyte et cellules de cumulus de souris. TRIB3 est en couleur verte, les noyaux de cellules de cumulus sont en bleu.
Réalisé par D.Brisard.

(Article de  référence : Brisard D., Chesnel F., Elis S., Desmarchais A., Sanchez-Lazo L., Chasles M., Maillard V., Uzbekova S., 2014. Tribbles expression in cumulus cells is related to oocyte maturation and fatty acid metabolism. Journal of ovarian research 7: 44)

Des approches complémentaires in vitro visent à comprendre les mécanismes d’actions de ces AG (notamment acides gras polyinsaturés, AGPI n-3) sur les cellules ovariennes. Par ailleurs, une supplémentation en AGPI n-3 apportée à des vaches laitières après vêlage entraine une amélioration notable de la fertilité, en diminuant notamment la mortalité embryonnaire précoce.

  • Recherche finalisée : alimentation et performances de reproduction en élevage

Nous cherchons à décrire, via des approches épidémiologiques, les effets de facteurs environnementaux, notamment nutritionnels, sur la fertilité (après insémination artificielle ou monte naturelle) dans les élevages de ruminants (bovins, ovins, caprins).
L’équipe cherche à utiliser, via des approches expérimentales in vivo, la nutrition comme un levier d’action pour améliorer les performances de reproduction (par exemple : effet d’une complémentation alimentaire en AGPI n-3 sur la qualité ovocytaire et la fertilité des vaches, effet d’une complémentation alimentaire en propylène glycol sur la réponse ovulatoire des chèvres après effet mâle).

  • Génomique comparative et évolutive des fonctions liées à la reproduction

Les génomes des vertébrés "supérieurs" contiennent en moyenne 23000 à 25000 gènes, et on ne connaît la fonction biologique que pour environ 10 % d'entre eux. Une alternative aux stratégies lourdes de création de mutants in vivo est de s'appuyer sur des données de physiologie et de génomique comparative, et plus précisément sur l'étude systématique de l'évolution des gènes, potentiellement explicative de l'évolution des grandes fonctions entre espèces, et sur les comparaisons de grands fragments de génomes voire de génomes entiers. L’équipe s’intéresse entre autres à l’évolution de gènes liés à la reproduction ainsi que ceux liés au métabolisme énergétique. L’équipe étudie en particulier les moments de naissance, de mort, de divergence et de convergence de gènes liés à la reproduction, par une approche phylogénétique.

     

Figure-5-arbre

Figure 5.  Arbre phylogénétique des vertébrés montrant la perte d'un gène codant une protéine de la zone pellucide chez les mammifères.
Réalisé par Philippe Monget

(Article de  référence : Goudet G., Mugnier S., Callebaut I., Monget P., 2008. Phylogenetic analysis and identification of pseudogenes reveal a progressive loss of zona pellucida genes during evolution of vertebrates. Biol Reprod 78: 796-806)

Publications majeures récentes

Angulo L, Perreau C, Lakhdari N, Uzbekov R, Papillier P, Freret S, Cadoret V, Guyader-Joly C, Royère D, Ponsart C et al. 2013. Breast-cancer anti-estrogen resistance 4 (BCAR4) encodes a novel maternal-effect protein in bovine and is expressed in the oocyte of humans and other non-rodent mammals. Hum Reprod 28: 430-441.

Auclair S, Uzbekov R, Elis S, Sanchez L, Kireev I, Lardic L, Dalbies-Tran R, Uzbekova S. 2013. Absence of cumulus cells during in vitro maturation affects lipid metabolism in bovine oocytes. American journal of physiology Endocrinology and metabolism 304: E599-613.

Brisard D, Chesnel F, Elis S, Desmarchais A, Sanchez-Lazo L, Chasles M, Maillard V, Uzbekova S. 2014. Tribbles expression in cumulus cells is related to oocyte maturation and fatty acid metabolism. Journal of ovarian research 7: 44.

Dakovic N, Terezol M, Pitel F, Maillard V, Elis S, Leroux S, Lagarrigue S, Gondret F, Klopp C, Baeza E et al. 2014. The loss of adipokine genes in the chicken genome and implications for insulin metabolism. Molecular biology and evolution 31: 2637-2646.

Elis S, Coyral-Castel S, Freret S, Cognie J, Desmarchais A, Fatet A, Rame C, Briant E, Maillard V, Dupont J. 2013. Expression of adipokine and lipid metabolism genes in adipose tissue of dairy cows differing in a female fertility quantitative trait locus. J Dairy Sci 96: 7591-7602.

Estienne A, Pierre A, di Clemente N, Picard JY, Jarrier P, Mansanet C, Monniaux D, Fabre S. 2014. Anti-Mullerian Hormone regulation by the Bone Morphogenetic Proteins in the sheep ovary: deciphering a direct regulatory pathway. Endocrinology: en20141551.

Feuerstein P, Puard V, Chevalier C, Teusan R, Cadoret V, Guerif F, Houlgatte R, Royere D. 2012. Genomic assessment of human cumulus cell marker genes as predictors of oocyte developmental competence: impact of various experimental factors. PloS one 7: e40449.

Monniaux D, Clement F, Dalbies-Tran R, Estienne A, Fabre S, Mansanet C, Monget P. 2014. The ovarian reserve of primordial follicles and the dynamic reserve of antral growing follicles: what is the link? Biol Reprod 90: 85.

Salhab M, Dhorne-Pollet S, Auclair S, Guyader-Joly C, Brisard D, Dalbies-Tran R, Dupont J, Ponsart C, Mermillod P, Uzbekova S. 2013. In vitro maturation of oocytes alters gene expression and signaling pathways in bovine cumulus cells. Molecular reproduction and development 80: 162-182.

Sanchez-Lazo L, Brisard D, Elis S, Maillard V, Uzbekov R, Labas V, Desmarchais A, Papillier P, Monget P, Uzbekova S. 2014. Fatty Acid synthesis and oxidation in cumulus cells support oocyte maturation in bovine. Mol Endocrinol 28: 1502-1521.

Goudet G, Mugnier S, Callebaut I, Monget P. 2008. Phylogenetic analysis and identification of pseudogenes reveal a progressive loss of zona pellucida genes during evolution of vertebrates. Biol Reprod 78: 796-806.

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