Identification de marqueurs précoces de la gestation dans les cellules immunitaires circulantes chez les ruminants.

par Vincent Mauffre

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Bénédicte Grimard et de Fabienne Constant.

Le président du jury était Gilles Foucras.

Le jury était composé de Bénédicte Grimard, Fabienne Constant, Jean-François Beckers, Sandrine Freret.

Les rapporteurs étaient Patrice Humblot.


  • Résumé

    En élevage bovin, la détection précoce des femelles non gravides grâce au diagnostic de gestation permet une réinsémination rapide des animaux. Idéalement, ce diagnostic devrait être réalisé avant la fin du cycle sexuel, pendant la période péri-implantatoire, ce qui n’est pas possible actuellement. Pendant cette étape de la gestation précoce, le conceptus produit un facteur de reconnaissance maternelle de la gestation, l’interféron tau (IFNt), qui occupe un rôle important dans le dialogue entre le conceptus et l’organisme maternel. Plusieurs études ont montré que l’expression de gènes régulés par l’IFNt était augmentée dans l’endomètre et dans les leucocytes sanguins des ruminants, pendant la période péri-implantatoire.Les récentes avancées technologiques permettant l’analyse fonctionnelle du génome ont ouvert de nouvelles perspectives pour l’utilisation de ces marqueurs biologiques à des fins diagnostiques. L'objectif de ce travail a donc été l'identification de marqueurs diagnostiques fiables et précoces de la gestation, dans les cellules immunitaires circulantes des ruminants, ainsi que la caractérisation de la réponse locale (endomètre) et systémique (leucocytes sanguins) de l'organisme maternel à la gestation.Pour identifier de nouveaux candidats, nous avons réalisé un transcriptome des leucocytes d’animaux gravides et non gravides, que nous avons combiné à une analyse transcriptomique de l’endomètre caronculaire et des nœuds lymphatiques drainant spécifiquement l'utérus. Pour des raisons pratiques, ces prélèvements ont été réalisés chez l’ovin. A partir de ces résultats, nous avons sélectionné, parmi les gènes différentiellement exprimés (DEG), des candidats pour mettre au point un test de diagnostic précoce de gestation chez la brebis dans un premier temps, puis chez la vache dans un second temps. L’expression de ces gènes a été évaluée par RT-qPCR et des tests de diagnostic de gestation basés sur les niveaux d‘expression de ces gènes ont été conduits sur 2 lots expérimentaux de brebis et de vaches puis, sur un lot de brebis provenant d’élevages commerciaux. Cinq candidats ont été identifiés et évalués : CXCL10, STAT1, MX1, MX2, ISG15. Les tests, performants dans les lots expérimentaux, n’ont pas permis de discriminer efficacement la gestation dans le lot d’animaux d’élevage commerciaux. Chez ces animaux, une grande variabilité de l’expression des gènes candidats a été observée et suggère un défaut de spécificité de ces gènes dans le cadre du diagnostic de gestation en élevage.Pour comprendre ce défaut de spécificité, une analyse conjointe des transcriptomes des leucocytes sanguins, des nœuds lymphatiques et de l’endomètre caronculaire a montré un différentiel d’expression pour respectivement 118, 17 et 2823 gènes dans les 3 tissus explorés. Peu de DEG ont été trouvés dans les nœuds lymphatiques. Mais, si 78 % des DEG dans les leucocytes sanguins l’étaient aussi dans l’endomètre, les DEG communs à l’endomètre et aux leucocytes ne représentent que 3 % des DEG de l’endomètre. Les analyses de data mining ont mis en évidence dans les leucocytes et dans l’endomètre une réponse forte associée à la gestation, une réponse de type interféron liée à l’IFNt. Cependant, cette signature transcriptomique commune aux deux tissus n’est pas spécifique de la gestation et peut être associée à la présence d’agents infectieux.Ce travail a ainsi permis de mettre en évidence une certaine concordance entre la réaction locale et la réponse périphérique de l’organisme maternel à la gestation. Mais il a également montré que la signature transcriptomique de type interféron observée n’est pas spécifique de la gestation. Ce défaut de spécificité est à l’origine du manque de fiabilité du test de diagnostic de gestation basés sur les niveaux d’expression des gènes régulés par l’interféron que nous avons tenté de mettre au point. D’autres études sont nécessaires pour identifier des marqueurs alternatifs de la gestation, indépendants de l’IFNt

  • Titre traduit

    Identification of early pregnancy biomarkers in immune circulating cells in ruminants.


  • Résumé

    In cattle farming, reproductive performance is closely linked to farm profitability. The early identification of non-pregnant females, using pregnancy diagnosis tests, would allow rapid re-insemination of the animals, thus shortening the interbreeding interval. Ideally, pregnancy detection would be performed prior to the return to oestrous, namely at the time of implantation, which is not possible using current state-of-the-art pregnancy diagnosis techniques. At this early stage of pregnancy, the conceptus produces a ruminant-specific antiluteolytic signal, the interferon tau, which is responsible for the maternal pregnancy recognition. This interferon is critical in the communication between conceptus and maternal organism. The expression of numerous genes has been reported to be regulated by the interferons, in the endometrium and in blood leucocytes of ruminants, at the time of implantation.Recent technical advances for functional analysis of the genome have provided new opportunities for the use of these biological markers in pregnancy diagnosis. The main purpose of this work was to identify non-invasive, reliable and early pregnancy diagnostic markers in immune circulating cells, along with the characterisation of the local and systemic responses of the maternal organism to pregnancy.In order to identify new candidate genes, we performed a transcriptome analysis of pregnant and non-pregnant peripheral blood mononuclear cells, which we combined to a transcriptome analysis of the caroncular endometrium and the lymph nodes that specifically drain the uterus. For practical and cost-effectiveness reasons, these samples were collected in sheep. Based on the results of the transcriptome analysis, we selected, among the differentially expressed genes (DEG), a set of candidate genes in order to develop an early pregnancy diagnosis test initially in ewes and in cows in a second step. Expression of these genes was assessed using real time qPCR. Based on the expression levels of these candidate genes, pregnancy diagnosis tests were performed on different sets of animals: an experimental set of ewes, an experimental set of cows and finally, on a set of ewes from commercial herds. Five candidate genes were identified and evaluated: CXCL10, STAT1, MX1, MX2 and ISG15. Diagnosis tests displayed reliable results in the experimental sets of animals but failed to discriminate pregnancy in the set of farm animals. In this group, we observed high variations in interferon stimulated genes (ISG) expression levels highlighting the low specificity of ISG based pregnancy diagnosis tests performed in farm on heterogeneous batch of animals.To understand this lack of specificity, a simultaneous transcriptome analysis of blood leucocytes, lymph nodes and caroncular endometrium revealed respectively 118, 17 and 2823 DEG. Very few DEG were noticed in the lymph nodes. But if 78% of the DEG in blood leucocytes were found in the endometrium as well, only 3% of the DEG in the endometrium were shared with blood cells. Data mining analysis of the lists of DEG showed a strong pregnancy associated response in both blood leucocytes and the endometrium, an interferon response type, related to the implication of the interferon tau. However, this transcriptomic signature, identified in both biological tissues, is not pregnancy specific as it is frequently associated with pathogen agents.Finally, this work has enabled to highlight the slight correlation between the local (endometrium) and the peripheral (blood leucocytes) response during early pregnancy. But this work has also pointed out that the transcriptomic signature related to pregnancy, an interferon response type, is not pregnancy-specific. This lack of specificity is due to the unreliability of ISG based pregnancy diagnosis tests. Further investigations are needed to identify alternative pregnancy markers, independent of the interferon tau

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