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Métabolisme et reproduction
(ACR)
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Objet d'étude : animal domestique, brebis, cell, cell system, cellule, cellules de la granulosa, chèvre, cumulus oocyte complexe, élevage expérimental, élevage semi plein air, hypophyse, hypothalamus, jument, ovaire, poule, rate, système cellulaire, tissu adipeux, tissu cellulaire, vache
Question sociétale et finalité, contexte : variabilité génétique
Démarche, discipline : Animal biology, Biologie cellulaire, cell biology, Physiologie
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Objet d'étude : animal domestique, brebis, cell, cell system, cellule, cellules de la granulosa, chèvre, cumulus oocyte complexe, élevage expérimental, élevage semi plein air, hypophyse, hypothalamus, jument, ovaire, poule, rate, système cellulaire, tissu adipeux, tissu cellulaire, vache
Question sociétale et finalité, contexte : variabilité génétique
Démarche, discipline : Animal biology, Biologie cellulaire, cell biology, Physiologie
Echelle d'étude : cycle cellulaire, voie de signalisation
Localisation géographique : indre et loire
Dispositif technique et méthode d'étude : culture cellulaire, détection d'oestrus, détection des chaleurs, dosage, élevage, elisa, extraction arn totaux, immunohistochimie, innovation, innovation agronomique, innovation technique, microbiologie cellulaire, ovum pick up, pcr en temps réel, protéomique, ria (radioimmunoassay), système d'élevage, transcriptomique, transgénèse animale
Composé chimique, Facteur du milieu : acide gras, acide nucléique, adipocytokine, hormone, métabolite, proliférateur cellulaire, protéine, thymidine tritiee
Phénomène, processus et fonction : développement embryonnaire, effet mâle, fertilité animale, maturation ovocytaire, métabolisme, photopériodisme, physiologie cellulaire, prolifération, reproduction, sécrétion hormonale, steroidogénèse
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- Description détaillée :
1. 1 - Contexte général et positionnement scientifique
Quelle que soit l’espèce animale Afficher la suite
1. 1 - Contexte général et positionnement scientifique
Quelle que soit l’espèce animale considérée (bovin, porcin, volaille, humain…), un bon équilibre de la balance énergétique est essentiel pour une bonne fertilité des individus. En effet, la fonction de reproduction femelle est une des premières fonctions altérées lors d’un déficit ou excédent énergétique. Chez la vache laitière, la sélection animale réalisée depuis de nombreuses années en vue d’améliorer la production de lait a conduit à une accentuation du déficit énergétique qui pourrait être une conséquence de la détérioration de la fertilité des animaux (Barbat et Le Mezec, 2008). Chez la truie, il est également admis qu’un déficit énergétique en début de lactation allonge l’intervalle sevrage-ovulation (Quesnel et al., 2005). En revanche, chez la poule pondeuse, une restriction alimentaire, au dépend d’une certaine agressivité, est indispensable pour avoir une bonne qualité des œufs (Heck et al., 2005). Enfin chez la femme, l’obésité ou l’anorexie conduisent fréquemment à des dysovulations. L’ensemble de ces données justifie largement l’étude de l’impact des variations du métabolisme sur les fonctions de reproduction femelle.

Les objectifs scientifiques de l’équipe "Métabolisme et Reproduction" sont à la fois cognitifs et finalisés. D’un point de vue cognitif, ils consistent à étudier chez la femelle les effets ainsi que les mécanismes moléculaires des acteurs métaboliques (nutriments, hormones et dérivés) et environnementaux (photopériode, facteurs sociaux) au niveau de l’axe hypothalamo-hypophyso-ovarien. D’un point de vue plus finalisé, ils devraient conduire à déterminer sur le terrain ou en station expérimentale les conséquences d’une variation des réserves corporelles liée à la sélection ou à une modification de la conduite alimentaire sur la fertilité femelle. Enfin, d’un point vu clinique, les travaux réalisés au sein de cette équipe devraient apporter une meilleure connaissance sur les mécanismes impliqués dans certains syndromes métaboliques chez la femme qui conduisent à une altération de la fertilité.

1.2 - Description détaillée du programme

Nos travaux sont réalisés majoritairement chez la vache puisqu’une des problématiques de l’équipe est de comprendre les raisons et essayer de remédier à la baisse de fertilité des vaches laitières. Les petits ruminants et surtout la jument sont utilisés pour comprendre les interactions possibles entre photopériode et nutrition sur l’activité ovarienne. Enfin, nous étudions certains mécanismes à l’aide d’espèces modèles (rate ou souris, espèces pour lesquelles nous disposons de plusieurs outils) et les aspects cliniques sont abordés chez la femme en collaboration avec le CHRU de Tours. Les travaux sont centrés d’abord localement au niveau du follicule ovarien L’étude des régulations centrales hypophysaires et hypothalamiques, initiée au travers de collaborations, se développe actuellement aussi au sein de l’équipe. .
1. Baisse de la fertilité des vaches laitières : Etude du phénotype des animaux "Fertil+" et
"Fertil-"
Dans le cadre de notre programme ANR fertilité 1 et 2 (2005-2009, coordination J. Dupont) nous avons pu acquérir ici à Nouzilly deux groupes de vaches laitières homozygotes pour l'haplotype favorable "Fertil +" ou l’haplotype défavorable "Fertil-" pour un QTL de fertilité femelle situé sur le chromosome 3 (QTL-F-chr3). Nous avons déjà montré que ces deux lots d’animaux ont un taux de réussite après la première insémination artificielle significativement différent. Or, comme cela est décrit dans la littérature, les problèmes de fertilité sont essentiellement associés à des mortalités embryonnaires précoces.

a. Origine des échecs précoces de gestation après IA1

Ainsi, nous cherchons à identifier les causes des échecs précoces observés après la première insémination artificielle. Pour cela nous comparons la qualité de l'ovocyte et de l'embryon pré-implantatoire chez les animaux "Fertil-" et "Fertil +". Nous réalisons des traitements de superovulation suivis de ponctions folliculaires chez des vaches "Fertil-" et "Fertil+" afin d’analyser la qualité des ovocytes maturés in vitro et in vivo. Pour cela, des complexes ovocyte-cumulus (COC) immatures sont mis en culture in vitro puis fécondés, le taux de clivage et la qualité des blastocystes sont évalués en utilisant des critères morphologiques et de cryotolérance. A partir des COC matures, les cellules du cumulus sont dissociées de l’ovocyte et une étude transcriptomique et protéomique est effectuée. Plusieurs gènes exprimés dans l’ovocyte et le cumulus, marqueurs de la compétence ovocytaire ont déjà été identifiés à partir de précédents programmes de l'ANR (OVOGENAE, OSCILE). Ces mesures vont nous permettre de déterminer si la qualité des ovocytes est un facteur discriminant entre les vaches laitières “Fertil-” et “Fertil+” et si les gènes du QTL-F-chr3 sont impliqués à ce niveau.

b. Une solution nutritionnelle pour améliorer la fertilité des VLHPs

Une solution immédiate à court terme pour améliorer la fertilité des vaches laitières pourrait être une modification du régime alimentaire. En effet, plusieurs travaux montrent qu’une supplémentation du régime en acides gras essentiels, en particulier ceux de la série oméga-3 (n-3), pourrait améliorer la fertilité des vaches laitières. C’est pourquoi nous déterminons les effets d'une supplémentation d’acide gras oméga 3 d’origine marine sous forme protégée dans l'alimentation sur la fertilité des animaux “Fertil-” et “Fertil+” (taux de réussite après la première insémination artificielle) mais aussi sur la quantité et la qualité du lait, et le métabolisme. Ce travail devrait nous permettre de déterminer si ces acides gras oméga 3 pourraient compenser la faible fertilité des vaches “Fertil-” et de rendre compte des effets positifs potentiels de cette supplémentation sur la lactation et le métabolisme.

2. Développement de méthodes novatrices de maîtrise de la reproduction des ruminants
Afin de mettre au point de nouvelles méthodes de maîtrise de la reproduction des ruminants dans un contexte global de développement de systèmes d’élevage durables, il est nécessaire de connaître les facteurs de variation de la fertilité (après insémination artificielle ou monte naturelle) dans les élevages, pour pouvoir ensuite les maîtriser. Nous nous intéressons aux effets de facteurs environnementaux comme la nutrition, la photopériode et les facteurs sociaux. Ce travail est mené en interface avec les professionnels de la reproduction dans les filières bovine, ovine et caprine. Nos thématiques principales sont:
- relations nutrition/production laitière/reproduction chez la vache, la brebis et la chèvre (études en élevages - FERTILIA avec l’UNCEIA en bovins et étude avec des CIA des PYRENEES en ovins projets ANR Fertilité 1 et 2 chez la vache, projet transversal PHASE COWPLANER sur la modélisation des interrelations nutrition/lactation/reproduction chez la vache)
- utilisation et optimisation de l’effet mâle pour l’induction et la synchronisation des ovulations, chez la chèvre (projet européen FLOCK-REPROD, impliquant aussi l’UEICP) et chez la brebis
- expression et détection des chaleurs, plus particulièrement chez la vache (projet transversal PHASE VIDEOESTRUS en bovins, collaboration avec l’UEICP et CREAVIA en caprins) .

3. Interaction nutrition/photopériode sur l’inactivité ovarienne chez la jument
La jument est considérée comme une espèce modèle pour étudier les interactions nutrition x photopériode. En effet chez des femelles relativement maigres, l'inactivité ovarienne hivernale est systématique et longue (194 jours/an), au contraire, chez des juments grasses seulement 40% présentent cette inactivité (40 jours/an). Des résultats comparables ont été obtenus chez la brebis. Les mécanismes de cette interaction nutrition x photopériode sont inconnus. Une information sur l'état corporel pourrait être transmise au cerveau et interprétée différemment suivant la saison (identifiée par la mélatonine). Nous souhaitons identifier cette ou ces hormones transmettant l'information sur l'état corporel à l'hypothalamus pour moduler la réponse à la photopériode. D’autre part, nous déterminerons si cette ou ces hormones passent la barrière hémato encéphalique et si son ou ses actions sont modulées par la saison. L'identification et la quantification des taux circulants de cette ou ces hormones permettront de prédire la durée de l'inactivité ovarienne et donc d'optimiser les recommandations nutritionnelles à transmettre aux éleveurs.

4. Métabolisme lipidique et fonctions de reproduction femelle

a. Métabolisme des acides gras et fonctions ovariennes

Une autre thématique de notre équipe est d’étudier d’un point de vue plus fondamental l'importance du métabolisme des acides gras (synthèse et oxydation) dans l'ovaire. Cela devrait nous permettre de mieux comprendre comment un déséquilibre de la balance énergétique affecte la fonction ovarienne et par conséquent la fertilité des vaches laitières, notamment celle des animaux "Fertil-", qui mangent moins et perdent plus de poids donc mobilisent plus leur réserve que les vaches "Fertil +". Très peu de données sur la synthèse et l'oxydation des acides gras dans l'ovaire sont connues quelle que soit l'espèce animale. Cependant, la stéroidogenèse dépend du métabolisme lipidique, en particulier d’une synthèse de cholestérol qui semble être liée au régime alimentaire chez la vache (Wehrman et al., 1991). Ces résultats suggèrent que les acides gras ont des effets sur la fonction folliculaire et plus particulièrement sur la stéroidogenèse. De plus, il est vraisemblable que les acides gras à longue chaîne soient capables de moduler la croissance folliculaire au niveau ovarien. En effet, nous avons montré que le récepteur nucléaire PPAR est fortement exprimé dans les cellules de la granulosa de brebis et qu’un ligand synthétique de ce récepteur est capable de moduler la prolifération et la stéroidogenèse de ces cellules (Froment et al., 2005). Ces résultats suggèrent donc qu’un métabolisme des lipides spécifique à l’ovaire pourrait jouer un rôle important dans les interfaces métabolisme/reproduction. Nous étudions le métabolisme des acides gras (synthèse/oxydation) dans les cellules de la granulosa en utilisant des inhibiteurs/activateurs de chacune de ces voies métaboliques (C75, etomoxir…).

b. Identification et rôle des adipocytokines au niveau de l’axe reproducteur femelle

Enfin la dernière thématique de l’équipe porte sur la caractérisation et les fonctions des molécules produites et sécrétées par le tissu adipeux ("adipocytokines") au niveau de l’axe hypothalamo-hypophyso-ovarien. Il est maintenant reconnu qu’un excès ou un manque d’adiposité peut avoir un impact négatif sur la reproduction de plusieurs espèces. De nombreuses études montrent que les adipocytokines ont un impact sur la reproduction (leptine, adiponectine, résistine, visfatine… ). L’étude de ces molécules a un intérêt agronomique mais aussi médical. En effet, dans les cas d’obésité ou d’insulino-résistance, des troubles de fertilité apparaissent. Par exemple, comme il a été déjà évoqué chez la femme atteinte du syndrome des ovaires polykystiques (OPK), ces hormones sont généralement dérégulées, agissant négativement sur le processus d’ovulation. Ainsi, ces adipocytokines pourraient être des signaux métaboliques inhibant la reproduction lorsque les réserves corporelles sont insuffisantes pour déclencher une gestation ou une lactation.

Nous souhaitons savoir si ces molécules et leurs récepteurs sont exprimés au sein de l’axe hypothalamo-hypophyso-ovarien et quels sont leurs mécanismes d’action (rôle endocrine et/ou paracrine). Récemment, nous avons mis en place cette thématique au sein du laboratoire pour étudier le système adiponectine chez différentes espèces. Nous avons déjà étudié les effets de cette hormone au niveau des cellules ovariennes chez le rongeur, l’humain, la poule et la vache. Actuellement nos recherches s’étendent aux rôles d’autres adipocytokines (résistine, visfatine, chemerine…) sur l’ovaire. Afin de définir le rôle de ces adipocytokines, une analyse par transgenèse ciblée chez la souris est envisagée. Ces souris transgéniques pourront être obtenues par inactivation de manière conditionnelle (souris lox-gene candidat-lox) par exemple dans l’ovocyte où l’adiponectine est exprimée (souris ZP3-Cre, Institut Pasteur, Paris). Nous venons de générer actuellement des souris n’exprimant plus dans l’ovocyte une kinase, l’AMPK, importante dans la signalisation de l’adiponectine (collaboration B. Viollet, Institut Cochin, Paris). Nous envisageons d’étudier le système adiponectine et résistine au niveau de l’hypophyse et de l’hypothalamus en collaboration avec l’équipe Neurobiologie intégrative de la reproduction de la PRC. Nous avons déjà identifié un des récepteurs de l’adiponectine dans ces deux tissus. A l’aide de culture primaire de cellules hypophysaires nous allons analyser les effets de l’adiponectine et de la résistine au niveau des sécrétions de LH et de FSH. Au niveau de l’hypothalamus, nous injecterons de l’adiponectine ou de la résistine recombinante par voie intra-cérébroventriculaire puis étudierons in vivo les effets sur la cyclicité ovarienne. Nous avons déjà utilisé cette technique chez la rate (Tosca et al., 2008). Enfin, en collaboration avec le Prof. D. Royère (Cecos du CHRU Bretonneau de Tours) et le Prof. Pierre Lecomte (Service d’Endocrinologie CHRU Tours) nous envisageons d’étudier l’implication de plusieurs adipocytokines dans le syndrome OPK.

1.3 - Positionnement local, national et international et partenariat scientifique
Les différents projets de notre équipe impliquent de fortes collaborations avec les autres équipes de la PRC. La thématique "métabolisme et reproduction" chez les animaux domestiques est actuellement très peu abordée à l’INRA. Au niveau international, elle se développe chez les rongeurs et l’humain mais peu de mécanismes sont étudiés chez les animaux domestiques. Partenariat:
- Recherche publique : INRA, INSERM. Fortes collaborations avec : - des chercheurs compétents en nutrition des ruminants (INRA Rennes et INRA Theix/Clermont-Ferrand) - des médecins (CHRU Bretonneau, CECOS,
- Professionnels : UNCEIA (Union Nationale des Coopératives d’Elevage et d’Insémination Animale), Institut de l’élevage, ANIO (insémination ovine), Capgènes (insémination caprine), Haras Nationaux. Réduire

- Champs de rattachement :