Les voies de signalisation utérines à l'émergence de la diapause embryonnaire chez le vison américain

Abstract

La diapause embryonnaire se manifeste par un arrêt réversible du développement embryonnaire durant la période de préimplantation et induit un retard de l’implantation. Chez le vison américain, une diapause embryonnaire obligatoire caractérise chaque gestation. Si les mécanismes de contrôle de la diapause embryonnaire obligatoire chez cette espèce sont bien connus, le rôle utérin impliqué dans la réactivation de l’embryon demeure, quant à lui, encore inconnu. Le sujet de ce doctorat a consisté dans un premier temps à explorer l’environnement utérin à la sortie de la diapause embryonnaire afin de caractériser, dans un deuxième temps, les principaux acteurs utérins qui provoquent la réactivation de l’embryon. Nous avons effectué une analyse du transcriptome utérin à l’émergence de la diapause embryonnaire ce qui a permis de construire une librairie de 123 séquences d’ADNc utérines différentiellement exprimées à la réactivation de l’embryon et homologues à des séquences de gènes connues chez d’autres espèces. Ces gènes sont impliqués dans la régulation du métabolisme (25 %), de l’expression génique (21 %), de la transduction de signal (15 %), du cycle cellulaire (15 %), du transport (10 %) et de la structure cellulaire (9 %), reflétant ainsi d’importantes modifications utérines à la réactivation embryonnaire. Nous avons validé l’expression différentielle de dix gènes ainsi identifiés : GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxin like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), et trois gènes codant pour AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) et SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), des enzymes impliquées dans la biosynthèse des polyamines. Le patron de l’expression spatio-temporel de SPARC et d’HMGN1 illustrent spécifiquement un remodelage tissulaire et de la chromatine au niveau utérin à la sortie de la diapause embryonnaire. Ayant mesuré une augmentation des concentrations utérines en polyamines à la reprise du développement embryonnaire, nous avons émis l’hypothèse que les polyamines seraient impliquées dans les événements menant à la sortie de la diapause. L’inhibition de la biosynthèse des polyamines par un traitement à l’ α-difluoromethylornithine (DFMO) a provoqué une diminution significative de la proliferation cellulaire dans les embryons à la réactivation, un retard du moment de l’implantation, mais n’a pas affecté le succès de la reproduction. De manière similaire, nous avons induit un état de dormance dans les cellules de trophoblaste de vison en présence DFMO dans le milieu de culture, et constaté que cet état était réversible. En conclusion, cette étude a non seulement ouvert de nouveaux horizons quant à la compréhension du rôle utérin dans les événements menant à la sortie de la diapause embryonnaire, mais a démontré pour la première fois, l’existence de facteurs utérins indispensables à la réactivation de l’embryon: les polyamines.

Embryonic diapause is characterized by a reversible arrest of blastocyst development prior to implantation and delay in implantation. In the American mink, embryonic diapause is a characteristic of each gestation. Although the mechanisms which control obligate embryonic diapause of this species are well known, the role of the uterus involved in blastocyst reactivation remains elusive. The subject of this doctoral research consisted first in exploring the uterine environment at the emergence of embryonic diapause in order to subsequently determine, the main factors in the uterus that provoke reactivation of the embryo. We have undertaken an analysis of the uterine transcriptome at the emergence of embryonic diapause which has enabled us to set up a library of 123 cDNA uterine sequences differentially expressed at blastocyst reactivation, and homologue gene sequences known in other species. Twenty-five percent of these genes are implicated in genetic expression, 15 % in cell signal transduction, 15 % in cell cycle, 10 % in transport and 9 % in cell structure. All of them reflect significant uterine modifications at blastocyst reactivation. We have validated differential expression of ten genes, identified as: GDF3 (growth and differentiation 3), ALCAM (activated leukocyte cell adhesion molecule), ADIPOR1 (adiponectin receptor 1), HMGN1 (high mobility group N1), TXNL1 (thioredoxine like 1), TGM2 (tissue transglutaminase 2), SPARC (secreted protein acidic rich in cystein), and three genes encoding for AZIN1 (antizyme inhibitor 1), ODC1 (ornithine decarboxylase 1) and SAT1 (spermidine/spermine N1-acetyltransferase), which are enzymes implicated in polyamine biosynthesis. The spatio-temporal expression patterns of SPARC and HMGN1 illustrate tissue and chromatin remodelling in the uterus at the termination of embryonic diapause. Having measured an increase in concentration of polyamines in the uterus at the resumption of blastocyst development, we have hypothetized that polyamines are implicated in the emergence of blastocysts from diapause. We inhibited polyamine biosynthesis in pregnant mink females during early blastocyst reactivation. The inhibition of polyamine biosynthesis through treatment with α-difluoromehtylornithine (DFMO) provoked a major reduction in cell proliferation in blastocysts at reactivation and a delay in the timing of implantation, but did not affect the success of reproduction. Similarly, we induced a reversible dormant state in cultured mink trophoblast cells traited with DFMO. To conclude, not only are results of this study a breakthrough in the understanding of the role of the uterus in stimulating at the emergence of blastocysts from embryonic diapause, but also, for the very first time, they indicate the existence of uterine factors, the polyamines, that are responsible for blastocysts reactivation.