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INRA - Unité Physiologie de la Reproduction et des Comportements Nouzilly

UMR Physiologie Reproduction Comportements

Gonade, Conservation, Régénération (GCR)

testicule, souris, sertoli
© Inra

Animatrices de l'équipe

Elisabeth Blesbois

Objectifs généraux

Une cellule germinale se développe dans un environnement biochimique et structurel complexe issu de l’activité de cellules somatiques de la gonade qui assurent sa multiplication, sa différenciation et enfin sa maturation. Les étapes terminales de maturation impliquent des facteurs de l’environnement post-gonadique des tractus génitaux mâles et femelles et peuvent être remplacées par des étapes in vitro dans le cadre de l’application des biotechnologies de la reproduction. Différentes cellules gonadiques et post-gonadiques sont impliquées dans l’acquisition de la capacité des gamètes à féconder (spermatozoïdes) ou à être fécondés (ovule) et à donner un organisme viable. Dans ce contexte, nos recherches visent 1) à acquérir une meilleure connaissance des mécanismes moléculaires et physiologiques impliqués dans l’acquisition et le maintien de la capacité procréatrice des cellules germinales à différentes étapes du développement gonadique et post-gonadique, 2) à développer de nouvelles biotechnologies pour la gestion des ressources génétiques des animaux d’élevage et à optimiser les performances de reproduction.

Enjeux socio-économiques

Une meilleure gestion de la diversité génétique chez les animaux domestiques est un enjeu important pour la production durable de protéines destinées à l’alimentation humaine et pour la gestion de la biodiversité.

  • Le développement de nouvelles biotechnologies de la reproduction doit permettre d’assurer la sauvegarde du patrimoine génétique des races ou génotypes en voie de disparition et d’optimiser la reproduction chez les animaux domestiques.
  • Comprendre les facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux impactant la qualité des cellules à potentiel germinal et proposer de nouvelles méthodes de conservation et d’utilisation de ces cellules constituent des enjeux de sécurité alimentaire et de développement durable.

Thématiques

  • Mécanismes moléculaires et physiologiques impliqués dans la compétence   germinale et ses variations durant le développement gonadique et post-gonadique

Nous étudions les gènes impliqués dans le développement et les fonctions gonadiques et post-gonadiques par des approches expressionnelles ("gènes candidats" et "haut débit"), fonctionnelles et évolutives (comparaison entre espèces modèles et d’intérêt agronomique). La fonction des gènes et les variations de leur expression en fonction de facteurs de l’environnement (ex. perturbateurs endocriniens, conditions d’élevage) sont étudiées à l’aide d’approches in vitro, (ex : cultures cellulaires et organotypiques) ou in vivo. Nos espèces modèles sont le poulet et la souris. L’approche évolutive par phylogénie moléculaire vise à établir une vision globale « statistique » de l’évolution des gènes fonctionnellement déterminants pour la fonction testiculaire. Durant la différenciation gonadique chez l’embryon de poulet, nous nous intéressons aux gènes différentiellement exprimés entre les gonades mâles et femelles (Adamts12, NIM1, Foxl2, plusieurs membre de la famille TGFβ) avec une attention particulière à ceux susceptibles de jouer un rôle dans le développement et la survie de la lignée  germinale chez les deux sexes (Ex. : BMPs).

Durant le développement postnatal nous nous focalisons sur des régulations sertoliennes  pouvant avoir un impact sur le rendement spermatique chez l’adulte, par exemple celles impliquant l’hormone thyroïdienne par une approche de transgénèse ciblée des récepteurs à la T3 chez la souris (Chatonnet et al 2014 ; Fumel et al 2012).

1-Sertoli

Figure 1.Expression de Gata-4 dans les cellules de Sertoli de souris transgéniques pour le récepteur à l’hormone thyroïdienne (Chatonnet et al, 2014).

Le développement de la gonade dépend aussi de l’équilibre métabolique et énergétique qui impacte fortement la fonction de reproduction en général, la production et la qualité des gamètes en particulier. Ainsi la protéine kinase AMPK est un senseur du métabolisme énergétique qui conditionne des fonctions essentielles comme le renouvellement, la différenciation et la structure de la cellule. Nous cherchons à comprendre son rôle dans la fonction des cellules gonadiques et les spermatozoïdes différenciés en associant des méthodologies in vitro (survie, cultures) avec des modèles in vivo pouvant impliquer l’invalidation de gènes (Bertholdo et al., 2014 ; NGuyen et al., 2014). Ces études sont prolongées par l’évaluation de marqueurs associés au métabolisme permettant d’apprécier l’aptitude des cellules germinales (cellules germinales primordiales ou CGPs) et des spermatozoïdes à la conservation.

2-spz

Figure 2. Spermatozoïde aviaire ayant réalisé la réaction acrosomique in vitro. L’acrosome (coloré en vert).est marquée avec la lectine Peanuts Aglutinine (PNA) couplée à l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC).

3-spz-acrosome

Figure 3. Marquage de l’acrosome en microscopie à fluorescence avec la lectine Pisum Sativum Agglutinine (PSA) couplée à l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) chez les spermatozoïdes d’étalon (A+ : acrosome présent ; A- : acrosome absent)

Nous cherchons également à comprendre  les interactions génotype–phénotype associées à la fertilité. Différentes approches protéomiques par spectrométrie de masse ont été développées pour mettre en évidence des peptides/protéinoformes dont l’abondance dans les spermatozoïdes est corrélée à la fertilité (figure 4). L’espèce modèle est ici le poulet en raison de la haute capacité de standardisation des tests de fertilité (Labas et al., 2014 ; 2015).

4-Phenotypage par MALDI-TOF

Figure 4.Analyses en composantes principales obtenues en utilisant les traits moléculaires significativement différents entre les profils MALDI-TOF de spermatozoïdes (en haut) et de plasma séminal (en bas)  issus de 11 coqs avec des niveaux de fertilité variables.

  • Développement de biotechnologies de cellules à potentiel germinal

Nous développons des procédés de conservation et de congélation des spermatozoïdes chez plusieurs espèces avicoles et chez les équidés en s’appuyant en particulier sur l’optimisation des milieux de congélation. Les travaux menés dans notre équipe ont déjà abouti à de nombreuses améliorations des méthodes de cryoconservation (ex : INRA 96,  INRA Freeze) des spermatozoïdes équins. Ils se poursuivent chez le cheval qui sert d’espèce "modèle" pour l’amélioration des biotechnologies de la reproduction des races d’équidés à petits effectifs et des ânes tout particulièrement. Chez les oiseaux, la priorité est la mise au point de techniques de congélation chez les espèces qui ne disposent pas encore de méthode standardisée (dindon, canards, caille).

La cryopréservation des spermatozoïdes est cependant très difficile chez certaines espèces (ex. la caille) et ne permet pas la conservation du patrimoine génétique des oiseaux femelles qui portent le chromosome sexuel spécifique W. Aussi, nous étudions également des méthodes alternatives basées sur l’utilisation des cellules germinales embryonnaires (cellules blastodermales et CGPs), leur prélèvement, leur culture, leur congélation et leur réintroduction dans l’embryon receveur.

5-Baudet-Poney-coq

Figure 5.de gauche à droite, Baudet du Poitou, Poney Welsh (troupeau expérimental UE PAO, Nouzilly) et coqs Merlerault.

L’ensemble de ces travaux est développé en interaction avec le premier thème à travers la nouvelle infrastructure nationale CRB-Anim ("Réseau de Centres de Ressources Biologiques pour les animaux domestiques") dont l’équipe est porteuse des tâches de biotechnologies de la reproduction pour la conservation de la biodiversité. Cette démarche est également intégrée au métaprogramme SELGEN et liée au développement de la cryobanque nationale des animaux domestiques et à des projets connexes impliquant différentes échelles de territoire, de la Région Centre à l’Europe.

Publications majeures récentes

Chatonnet F., Livera G., Fumel B., Fouchécourt S., Frédéric Flamant F. Genome wide analysis of the direct and indirect consequences on gene expression of a thyroid hormone receptor alpha 1 mutation restricted to Sertoli cells. Mol Repro Dev. In press

Labas V., Grasseau I., Cahier K., Gargaros A., Harichaux G., Teixeira-Gomes AP., Alves S., Bourin M., Gérard N., Blesbois E., 2015. Qualitative and quantitative proteomic approaches to phenotyping chicken semen. Journal of Proteomics 112, 313-335.

Michailidis G., Anastasiadou M., Guibert E., Froment P., 2014 Activation of innate immune system in response to lipopolysaccharide in chicken Sertoli cells. Reproduction.

Nguyen TM., Alves S., Grasseau I., Métayer S., Praud C., Froment P., Blesbois E., 2014. Central role of AMPK in chicken sperm functions. Biology of Reproduction, 49, 121-136. 

Bertoldo M.J., Guibert E., Tartarin P., Guillory V., Froment P., 2014. Effect of metformin on the fertilizing ability of mouse spermatozoa. Cryobiology 68 (2), 262-268.

Fumel B., Guerquin M.J., Livera G., Staub C., Magistrini M., Gauthier C., Flamant F., Guillou F., Fouchecourt S., 2012. Thyroid hormone limits postnatal Sertoli cell proliferation in vivo by activation of its alpha1 isoform receptor (TRalpha1) present in these cells and by regulation of Cdk4/JunD/c-myc mRNA levels in mice. Biology of Reproduction 87 (1), Article n°16 p:1-9.

Pillet E., Labbe C., Batellier F., Duchamp G., Beaumal V., Anton M., Desherces S., Schmitt E., Magistrini M., 2012. Liposomes as an alternative to egg yolk in stallion freezing extender. Theriogenology 77 (2), 268-279.

Carre G.A., Couty I., Hennequet-Antier C., Govoroun M.S., 2011. Gene expression profiling reveals new potential players of gonad differentiation in the chicken embryo. PLoS ONE 6 (9), e23959.

Résultats de recherche

Les dernières publications des chercheurs de l'équipe sont :
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Membres de l'équipe et étudiants

Les membres de l'équipe "Gonade, Conservation, Régénération" sont :
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