Identification de gènes et de protéines de l'utérus impliqués dans le transfert minéral, la calcification de la coquille et la protection antimicrobienne de l'oeuf de poule

par Vincent Jonchère

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Yves Nys.

Soutenue le 23-03-2010

à Tours , dans le cadre de Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours) , en partenariat avec Station de recherches avicoles (Nouzilly, Indre-et-Loire) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Joel Gautron.

Le jury était composé de Jean-Luc Gatti, Benoit Saint-Pierre, Christian Diot, Sylvie Tambutte.


  • Résumé

    La coquille de l’œuf est un biominéral qui protège l’embryon au cours de son développement. La coquille se forme dans l’utérus de poule et est constituée majoritairement de carbonate de calcium (CaCO3) et d’une faible proportion de matrice organique. La formation de la coquille requiert de grandes quantités de calcium et de bicarbonates, dont l’apport est le résultat de transports trans-épithéliaux importants dans l’endothélium utérin. La matrice organique joue un rôle fonctionnel important au niveau de la formation de la coquille et dans l’établissement de ses propriétés mécaniques remarquables. L’objectif de ce travail de thèse a été d’identifier les gènes et protéines de l’utérus impliqués dans le transfert minéral, la calcification de la coquille et la protection antimicrobienne de l’œuf de poule. Pour ce faire, nous avons utilisé des puces à ADNc pour une identification globale des gènes spécifiquement exprimés dans l’utérus, lors de la calcification de la coquille. Cette approche transcriptomique a été basée sur la séquence spatiale et temporelle de la synthèse et des secrétions des constituants de l’œuf le long de l’oviducte. L'expression des gènes de l'utérus pendant la minéralisation de la coquille a été comparée à celle du magnum et de l’isthme impliqués respectivement dans la synthèse du blanc et des membranes coquillières. Cette étude révèle 605 transcrits spécifiquement surexprimés dans l'utérus. Ces transcrits correspondent à 469 gènes et 437 protéines. L’analyse de la fonction des transcrits utérins met en évidence une surexpression importante des gènes codant des protéines impliquées dans le transport et/ou la liaison aux ions. L’approche transcriptomique identifie également 54 protéines avec un signal peptide, donc potentiellement sécrétées pour être déposées dans la coquille pour jouer un rôle biologique. L’analyse des fonctions potentielles de ces 54 protéines sécrétées, à l’aide des domaines protéiques et des données bibliographiques a permis un classement en quatre groupes. De nombreuses protéines présentent une capacité à lier les ions et notamment le calcium, et pourraient donc être impliquées dans le contrôle de la minéralisation de la coquille. Plusieurs protéines présentent également une activité antimicrobienne potentielle ou avérée. Un troisième groupe de protéines est constitué de protéases et anti-protéases qui pourraient jouer un rôle essentiel dans la régulation de l’activité des protéines impliquées dans la biominéralisation de la coquille. Enfin un ensemble de protéines joueraient un rôle dans le repliement protéique nécessaire à la minéralisation ordonnée. L’approche transcriptomique a également permis l’identification de nouvelles protéines impliquées dans les transports ioniques trans-épithéliaux. Leur implication dans l’apport des précurseurs minéraux de la coquille a été confirmée et testée en comparant leur expression à deux autres tissus (magnum et duodénum) où les transferts trans-épithéliaux en calcium et en bicarbonates sont respectivement faibles et forts. Cette approche a identifiée 33 gènes essentiels à l’apport du calcium et des ions bicarbonates. Ce travail constitué la base d’un schéma global et cohérent de l’apport des constituants minéraux nécessaires à la formation de la coquille dans l’utérus.

  • Titre traduit

    Identification of genes and proteins involved in the mineral transfer, the eggshell calcification and the antimicrobial protection of hen eeg


  • Résumé

    The chicken eggshell is a biomineral which protects the embryo during its development. The eggshell formation takes place in the hen’s uterus. The eggshell mainly contains calcium carbonate (CaCO3) and a few amount of organic matrix. The eggshell formation required high calcium and bicarbonate ions, which are provided by important trans-epithelial transports through the uterine endothelium. The organic matrix plays an important role in the eggshell fabric and in the establishment of its remarkable mechanical properties.The aim of this PHD study was to identify the genes and proteins of the uterus, involved in the mineral transfer, the eggshell calcification and the antimicrobial protection of the egg. We have used cDNA microarrays to allow a global identification of genes specifically expressed in the uterus during the process of eggshell calcification. In this transcriptomic approach, we have used the spatial and temporal sequence of synthesis and secretions of the egg components along the oviduct. The expression of genes in the uterus was compared during the mineralization of the eggshell with magnum and isthmus tissues, which are involved in the egg white synthesis and the eggshell membranes deposit respectively. This study revealed 605 specifically over expressed transcripts in uterus, which are corresponding to 469 genes and 437 proteins. Uterine transcripts analysis highlighted an important over expression of genes coding ion transports and ion binding proteins. The transcriptomic approach also revealed 54 proteins with a signal peptide, potentially secreted to be deposited in the eggshell to play a biological role. These 54 secreted proteins were classified according to their putative biological functions using protein databases and bibliographic data. Among these proteins, many exhibited calcium and ion binding properties, and consequently could be implied in the control of the eggshell mineralization. Several proteins also present antimicrobial activities. A third group of proteins consists of proteases and anti-protease, which could play a crucial role in the control of the biomineralization of the eggshell. Finally, a group of proteins might be involved in proper folding of the eggshell matrix proteins, which is important to ordered mineralization. The transcriptomic approach also allowed the identification of new proteins involved in uterine trans-epithelial ion transports. Their involvement in supplying eggshell precursors was confirmed by comparing their expression with two other tissues (magnum and duodenum), in which calcium and bicarbonate trans-epithelial transfers are weak and strong respectively. This approach allowed the identification of 33 important genes involved in calcium and bicarbonate ions supplies, a prerequisite needed for the eggshell calcification. This work produced a global and coherent description of the mechanisms supplying the mineral for uterine eggshell formation.


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