Résumé
Très récemment, des progrès importants ont été faits dans la connaissance du développement physiologique du placenta chez l'équin et des réponses physiologiques à un environnement maternel perturbé, en particulier par des études d'expression de gènes, mais aussi par des analyses physiologiques (histologie, endocrinologie). Ces travaux ont été menés par trois équipes, l'une aux États-Unis, une autre en Angleterre et l'unité BREED. Nous avons collaboré ensemble pour rédiger trois publications synthétiques présentant l'état actuel des connaissances sur le placenta équin et mis en relation les stades de développement fœtal et placentaire. Ces revues sont une source unique d'information pour tous les chercheurs s'intéressant à la gestation et aux Origines Développementales de la Santé et des Maladies (DOHaD) chez les équidés.

Contexte et enjeux:
Le développement placentaire équin est un long processus aux caractéristiques uniques. L'implantation se produit vers 40 jours de gestation avec la présence d'un placenta invasif transitoire de 25-35 à 100-120 jours. Le placenta définitif, diffus et épithéliochorial, demeure jusqu'au terme (330 jours). Le développement initial et la fonction ultérieure des membranes fœtales du placenta équin nécessitent une régulation à la fois complexe et précise de l'expression génétique. Les progrès réalisés ces dernières années dans les techniques bioinformatiques ont permis des analyses approfondies de l'expression des gènes. De plus, le développement placentaire dépend de l'environnement maternel, qui peut être affecté par plusieurs facteurs (par exemple, la nutrition, le métabolisme, l'âge, les technologies embryonnaires, les pathologies) qui peuvent affecter le développement fœtal ainsi que la santé à long terme du poulain.

Résultats:
L'ensembles de données transcriptomiques disponibles obtenues à partir d'une gamme de tissus embryonnaires, placentaires et maternels a été étudiée afin d'obtenir un aperçu des familles de gènes clés pertinentes pour la placentation chez le cheval. Couvrant l'ensemble de la gestation, le travail a porté sur le trophectoderme, le sac vitellin, les cellules de la ceinture chorionique, l'allantoamnion et l'allantochorion. En particulier, 182 gènes prédits à fort impact précoce ont été identifiés (> 100 transcrits par million (TPM) et > 100 fold-change) qui distinguent le trophectoderme progéniteur, le tissu de la ceinture chorionique et l'allantochorion. En outre, 71 gènes ont été identifiés comme étant enrichis dans les tissus placentaires (TPM placentaire > 10, avec une expression minimale dans 12 TPM non placentaires < 1), y compris d'excellents candidats pour des études fonctionnelles tels que l'IGF1, les apolipoprotéines, VGLL1, GCM1, CDX2 et FABP4. L'environnement maternel et les pathologies de la reproduction affectent l'expression des gènes et la structure du trophoblaste/placenta. Jusqu'à présent, seules des données préimplantatoires et de fin de gestation/terme sont disponibles, qui démontrent une importante plasticité placentaire en réponse aux variations environnementales, avec des gènes impliqués dans le stress oxydatif et la différenciation tissulaire principalement impliqués dans la période préimplantatoire, alors que les gènes impliqués dans la croissance foeto-placentaire et les transferts de nutriments sont principalement perturbés à terme.

Perspectives:
Il est pertinent que les études futures se concentrent sur des approches transcriptomiques unicellulaires afin de déterminer comment ces changements dans l'expression des gènes sont liés à la composition du tissu et de commencer à mieux définir les sous-populations de trophoblastes dans le placenta équin. La caractérisation fonctionnelle future de ces gènes et de ces voies sera également essentielle non seulement pour comprendre le développement placentaire normal et la santé du fœtus, mais aussi leur rôle potentiel dans les pathologies de la gestation et la programmation de la santé des poulains.

Valorisation:
Trois publications

Résumé
Le Bisphénol A est un perturbateur endocrinien retrouvé dans de multiples fluides biologiques chez l’Homme et les animaux. Il est présent à faibles doses dans le sang de cordon et le liquide amniotique, ce qui entraine une exposition fœtale, notamment des ovaires et des ovocytes. Afin d’évaluer les effets du BPA au cours de l’organogénèse foetale, un modèle de culture in vitro de fragments d’ovaires fœtaux a été développé chez la brebis. Après validation du système, les effets d’une exposition au BPA (10-7 et 10-5M) pendant 20 jours ont été analysés. Il a été montré que l’effet majeur observé sur les ovocytes se produisait lors de l'initiation de leur division (méiose I). Trois voies sont altérées: le cycle cellulaire qui permet la transition mitose/méiose, le déroulement de la division de prophase I et l’assemblage du fuseau méiotique. L’exposition au BPA peut donc conduire à une altération de la réserve ovarienne en augmentant le nombre d’ovocytes défectueux, conduisant alors à une insuffisance ovarienne prématurée et une infertilité à l’âge adulte.

Contexte et enjeux:
Les perturbateurs endocriens présents dans l’environnement passent la barrière placentaire et font partie de l’exposome auquel les individus de nombreuses espèces sont soumises. L’impact sur les gamètes est important à déterminer car il conditionne la fertilité des individus et la santé de leur descendance. Le développement de système in vitro permet de limiter le nombre d’animaux utilisés en expérimentation et d’affiner les mécanismes moléculaires affectés par les divers produits chimiques.

Résultats:
Le système in vitro développé ici permet de cultiver les fragments d’ovaires fœtaux de brebis pendant 20 jours et ce modèle reproduit les étapes clés de la prophase I de méiose dans les ovogonies. Cette durée permet d’appréhender plusieurs mécanismes clefs de la différenciation des ovocytes fœtaux. La brebis, de part ses caractéristiques physiologiques proches de l’Homme est un modèle pertinent. Les analyses transcriptomiques réalisées après exposition à de faibles doses de BPA révèlent plusieurs voies de dérégulation qui vont conduire à la perte d’ovocytes dans les ovaires fœtaux. Rappelons que le stock d’ovocytes des femelles est constitué pendant la vie fœtale et ne sera pas renouvellé au cours de toute la vie reproductive.

Perspectives:
Ce système de culture in vitro permettra de tester d’autres composés chimiques présents dans l’environnement et d’analyser leurs effets sur la différenciation des ovaires fœtaux. Des mélanges pourront être ainsi testés sans multiplier le nombre d’animaux en expérimentation.

Valorisation:
Utilisation du système in vitro dans l’ANR MECABPA

Résumé
L’hypercondensation de la chromatine décrite dans le spermatozoïde humain est déterminée par son épigénome. La présence de « vacuoles » céphaliques spermatiques sont le reflet de l’état de condensation de la chromatine spermatique. Cependant, on ne connaît pas la nature précise des vacuoles. L’objectif de cette étude est d’évaluer la présence de différentes modifications d’histones dans les spermatozoïdes en fonction de leur morphologie à fort grossissement. Pour cela, diverses modifications de l’histone H3 ou H4 ainsi que des protamines ont été comparées en termes d’incidence et de localisation (microscopie 3D) entre spermatozoïdes sans vacuoles et vacuolés. Les résultats indiquent que les spermatozoïdes vacuolés sont associés à un déficit de protamine P2 et H3K27me3, et à un excès d’histone H3 et H3K4me3. Par ailleurs, après microscopie optique à déconvolution et reconstruction en 3 dimensions, H3K4me3 a été retrouvé à l’intérieur de la vacuole. Ainsi, nous démontrons la nature nucléaire de cette vacuole et le maintien anormale d’une modification d’histone normalement associée à une chromatine peu condensée.

Contexte et enjeux:
En Assistance Médicale à la Procréation, l’observation à fort grossissement des spermatozoïdes et la sélection d’un spermatozoïde ne présentant pas de vacuole céphalique en vue d’IMSI (Intra-cytoplasmic Morphologically-selected Sperm Injection) permet d’améliorer les taux de grossesse et de diminuer les fausses couches spontanées (Bartoov et al., 2002; Boitrelle et al., 2011, 2013). Les vacuoles sont en lien avec une noncondensation de la chromatine mais la nature des vacuoles spermatique reste peu connue (Boitrelle et al., 2011).

Résultats:
H3K4me3 est surexprimée et H3K27me3 sous-exprimée dans les spermatozoïdes vacuolés. Après reconstruction 3D par microscopie à sectionnement optique et déconvolution, on observe que la marque H3K4me3 est présente dans la vacuole (Figure 1). Ainsi, il existe un marquage épigénétique différentiel entre les spermatozoïdes vacuolés et non vacuolés.

Perspectives:
H3K4me3 a été décrite comme étant une marque activatrice qui décondense la chromatine afin de permettre l’accès à la machinerie de transcription. Au contraire, H3K27me3 a été décrite comme une marque répressive qui condense la chromatine et empêche l’accès à la machinerie de transcription (Hammoud et al., 2009). L’excès de H3K4me3 et le déficit de H3K27me3 dans les spermatozoïdes vacuolés indiquent que la chromatine de ce type de spermatozoïdes est globalement moins condensée que la chromatine des spermatozoïdes sans vacuoles. Ceci montre que la présence de vacuoles dans la tête du spermatozoïde est liée au degré de condensation de la chromatine et que les spermatozoïdes vacuolés auraient un défaut de maturité nucléaire. La localisation génomique des modifications d’histones H3K4me3 et H3K27me3 chez les patients présentant une expression différentielle de ces marques doit être étudiée.

Valorisation:
Communication orale ESHRE 2019
Publication écrite Cells 2022