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Interactions Cellulaires et Fertilité
Interactions Cellulaires et FertilitéAnimateurs de l'équipeXavier Druart & Pascal Mermillod Objectifs générauxDe nombreux résultats indiquent que l’environnement somatique entretient un dialogue avec les gamètes et les embryons et que ce dialogue est nécessaire au succès de la maturation des gamètes, de la fécondation et du développement préimplantatoire de l’embryon. L’objectif de l’équipe est d’étudier la nature de ce dialogue et ses conséquences fonctionnelles sur les différentes étapes qui précèdent l’implantation (différenciation et transport du spermatozoïde dans le tractus mâle et femelle, fécondation, développement précoce). Pour y parvenir, des stratégies de biologie moléculaire et cellulaire sont développées dans différents modèles (mammifères, oiseaux). Le croisement de ces approches et des modèles permettra d’obtenir une vision intégrée et comparée de ces événements et de leurs conséquences fonctionnelles sur la fertilité. Le travail de l’équipe ouvrira de nombreuses perspectives en termes de compréhension et de maîtrise de la fertilité : Insémination animale (IA) ; Production d’embryons in vitro (PIV); Conservation de patrimoine génétique ; Phénotypage.
Enjeux socio-économiquesLe travail de l’équipe ouvrira de nombreuses perspectives en termes de compréhension et de maîtrise de la fertilité dans de nombreuses espèces et selon différents aspects :
Thématiques
Chez les mammifères, l’oviducte constitue l’environnement naturel de la fécondation et du développement embryonnaire précoce. Il assure un rôle complexe et essentiel de la fonction de reproduction. Au cours du cycle sexuel, l’oviducte crée de façon dynamique un microenvironnement (cellules et fluide tubaires) propice au transport, à la survie et à l’interaction des gamètes puis au développement embryonnaire précoce. Les interactions cellulaires et moléculaires entre les gamètes ou le jeune embryon et l’oviducte permettent d’ajuster le microenvironnement tubaire à l’évolution de leurs besoins spécifiques. L’étude de l’activité expressionnelle de l’oviducte dans différentes situations physiologiques est au cœur des activités de l’équipe, véritable trait d’union entre les thèmes, rassemblant tous les chercheurs de l’équipe.
Le pouvoir fécondant des spermatozoïdes est acquis progressivement au cours de leur maturation dans le tractus génital mâle. Il résulte essentiellement de modifications de protéines membranaires par les sécrétions des différents composants du tractus (épididyme, plasma séminal). Dans le tractus femelle, les spermatozoïdes interagissent avec un nouvel environnement, et les modifications membranaires induites modulent leur mobilité et leur fécondance, sélectionnant les populations les plus aptes à la fécondation. L’étude de l’évolution des milieux environnants des spermatozoïdes (tractus mâle et femelle) permet de préciser l’interaction milieu/gamètes et son impact sur le pouvoir fécondant.
Chez les mammifères, la fécondation est une étape clé de la fertilité, puisqu’elle est l’aboutissement de la maturation des gamètes, et le début du développement de l’embryon. Les sécrétions des cellules oviductales semblent être directement impliquées dans la reconnaissance et la fusion des gamètes mâle et femelle. Toutefois, les molécules concernées et leur mode d’action sont encore mal connus. Notre travail consiste à identifier les molécules sécrétées par l’oviducte jouant un rôle dans la préparation des gamètes et la fécondation.
La fécondation est également abordée à l’échelle de l’animal et du troupeau dans le cadre de nos activités d’interface avec les filières d’élevage de ruminants. La variabilité de fertilité entre races, entre élevages ou entre lot de reproduction après insémination ou en monte naturelle est une problématique soulevée de façon récurrente chez les professionnels. Nous analysons les facteurs expliquant ces variations de fertilité à partir des bases de données de reproduction provenant du terrain, sur des effectifs importants, afin d’identifier les causes de l’échec de fertilité. Au niveau de l’individu, sont pris en compte la race et l’historique reproductif, son statut physiologique et métabolique et son anatomie. A l’échelle du troupeau, on s’intéresse aux pratiques d’élevage (alimentation, prophylaxie, transhumance) dans différents systèmes.
- Amélioration de la qualité des embryons produits.
Les conditions de développement in vitro des embryons bovins induisent des modifications du métabolisme qui conduisent à une accumulation excessive de lipides intra-cytoplasmiques et, en conséquence, une plus grande sensibilité au froid. Nous avons montré que l’accumulation de lipides pourrait être liée à une faible dégradation plutôt qu’à un excès de synthèse. L’objectif de notre travail est de préciser les voies du métabolisme lipidique impliquées, au niveau protéique et par l’étude d’enzymes intervenant dans la lipolyse. D’autre part, l’influence de la composition des milieux de développement et des facteurs maternels sont précisés. Nous avons mis en place et validé un modèle de culture primaire de cellules d’oviducte permettant d’améliorer le développement embryonnaire in vitro en coculture chez la vache et la chèvre (taux de développement et cryorésistance). L’objectif de notre travail consiste maintenant à identifier plus finement les acteurs de ce dialogue embryo-maternel.
- Adaptation de la technique PIV à la production d’embryons d’intérêt génétique.
Les méthodes de PIV sont mises au point sur des ovocytes collectés sur des ovaires d’abattoirs et traités en groupes au cours des trois étapes de PIV (maturation in vitro ou MIV, fécondation ou PIV, développement ou DIV). Dans le cadre d’un usage génétique, les ovocytes des femelles d’intérêt peuvent être collectés par ponction in vivo (Ovum Pick Up ou OPU) par échographie (vache) ou par endoscopie (petits ruminants). Ces ovocytes doivent ensuite être fécondés par des mâles imposés par le schéma de sélection. La technique de PIV doit donc être adaptée à de petits effectifs d’ovocytes, alors qu’il est montré que la culture en groupes importants favorise son succès, et à l’utilisation de mâles non sélectionnés pour leur capacité de fécondation in vitro. Nous avons mis au point l’OPU chez la chèvre et nous travaillons sur ces deux aspects en adaptant les conditions de culture aux petits nombres d’ovocytes et d’embryons et en optimisant l’utilisation de chaque mâle en FIV.
- Conservation d’ovaires
Chez de jeunes patientes atteintes de cancer, la mise en place de traitements anti-cancéreux peut entraîner une stérilité. La préservation de la fertilité avant la mise en place de ces traitements est aujourd’hui possible grâce à la cryoconservation du tissu ovarien puis à la greffe de ce tissu une fois la patiente guérie et adulte. L’équipe mène un travail expérimental sur des modèles animaux (ovin et murin) afin de développer de nouvelles stratégies d’évaluation de la survie du tissu ovarien après décongélation (culture in vitro des fragments, greffe sur des souris immunotolérantes). Outre ses applications de santé publique, ce projet aura d'importantes retombées pour le maintien de la biodiversité chez les ongulés sauvages, chez les espèces domestiques et les espèces modèles (rat, souris).
- Conservation de semence
Bien que maîtrisée dans la plupart des espèces domestiques, la conservation de semence (fraîche ou congelée) reste porteuse d’enjeux majeurs pour la maîtrise de la reproduction en élevage et la conservation de la diversité génétique des espèces domestiques et sauvages. L’équipe met sa connaissance de la physiologie du spermatozoïde et de sa différenciation post gonadique au service des approches de conservation.
- Conservation d’embryons
La conservation des embryons par le froid est une technique qui a fait d’énormes progrès depuis 30 ans, mais son efficacité est encore très variable en fonction des espèces (porc, cheval) ou des qualités d’embryons (in vivo, in vitro). Cette variabilité est le résultat de différences ultrastructurales, métaboliques et moléculaires entre ces embryons. L’objectif est donc de développer des moyens de refroidissement adaptés à ces caractéristiques. Dans cet objectif, nous testerons des techniques de vitrification (contenant, vitesse de refroidissement) et appliquerons aux embryons des traitements permettant de renforcer leur résistance au froid.
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