Modulation des taux plasmatiques d’insuline par l’apport de propylène glycol dans l’alimentation : effet sur la quantité, la qualité des ovocytes et des embryons produits in vitro chez des génisses laitières

Modulation of plasma insulin levels by propylene glycol supplementation : effect on the quantity and quality of oocytes and embryos produced in vitro in dairy heifers

• Auteur / Autrice : Giselle del Carmen Gamarra Lazo
• Direction : Andrew Ponter, Claire Ponsard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et Santé
• Date : Soutenance le 16/10/2014
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie de la reproduction, environnement, épigénétique, et développement (Jouy-en-Josas,Yvelines ; 1995-....) - AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Bénédicte Grimard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Grimard, Isabelle Donnay, Philippe Monget, Jo Leroy
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Donnay, Philippe Monget

Mots clés

Mots clés contrôlés

Embryons -- Transplantation

Vaches laitières

Chez les animaux

Aspect endocrinien

Hormone antimüllerienne

Fécondation

Alimentation

Élevage laitier

Mots clés libres

Propylène glycol

Génisses laitières

Superovulation

Anti-Müllerian hormone

Croissance folliculaire

Production d’embryons in vitro

Ovum pick-up

Nutrition

Métabolites

Hormones

Propylene glycol

Dairy heifers

Superovulation

Anti-Müllerian hormone

Follicular growth

In vitro embryo production

Ovum pick-up

Nutrition

Metabolites

Hormones

Résumé

L’Ovum Pick-Up (OPU) et la production d'embryons in vitro représentent une voie d’accélération du progrès génétique par la voie femelle. Ces techniques impliquent en autre la collecte d’ovocytes de qualité pour produire des embryons transférables. La qualité des ovocytes et les taux de développement embryonnaire in vitro sont impactés par la nutrition des donneuses avant OPU, les effets étant médiés par plusieurs métabolites et hormones impliqués dans la régulation du métabolisme énergétique. Les niveaux plasmatiques d'insuline et d’IGF1 accrus sont corrélés aux niveaux des apports énergétiques chez les génisses laitières. Les régimes augmentant les concentrations d'insuline influencent négativement la qualité des ovocytes. Néanmoins, une augmentation des concentrations d'insuline stimule en quelques jours le nombre des petits follicules. Ces résultats ont conduit à formuler l’hypothèse d’une modulation transitoire des concentrations d'insuline chez les donneuses d’ovocytes basée sur l'administration orale de propylène glycol (PG). En effet, le PG augmente les concentrations d'insuline et d’IGF-1 dans le plasma chez la vache au cours du post-partum. L’hormone antimüllérienne (AMH) est un marqueur endocrinien de la réserve de follicules ovariens sensibles aux gonadotrophines chez la vache. Il a été récemment établi que les concentrations plasmatiques d'AMH aident à prédire la réponse des donneuses d’embryons collectés in vivo. Dans cette thèse, nous avons étudié l'effet de l'administration de PG à court terme sur les niveaux d'insuline, la croissance folliculaire, la réponse à la stimulation de la croissance folliculaire au traitement FSH et la production d'embryons in vitro après OPU chez les génisses avec différents profils d’AMH circulante (haut H vs bas B). La relation entre la dose de PG chez les génisses laitières et la réponse à l'insuline a été établie, ainsi que les relations avec les concentrations plasmatiques d’hormones et métabolites du métabolisme énergétique. Puis, le nombre et la qualité morphologique des ovocytes et des embryons produits ont été déterminés chez les génisses donneuses ayant une alimentation restreinte. Enfin, les profils d'expression de gènes du système IGF dans les ovocytes et les cellules du cumulus et de gènes candidats de survie embryonnaire chez des blastocystes ont été évalués.Nos données ont montré que l'administration de PG chez les génisses laitières est associée à une élévation des concentrations plasmatiques d’insuline, d'IGF1 et de glucose et à une diminution de celles de β-hydroxybutyrate (BHB) et d’urée. Les concentrations d’IGF1 dans le liquide folliculaire ont augmenté. De plus, l’administration de PG a été associée à un nombre plus élevé de petits follicules (2- 3mm) le 2ème jour du cycle œstral par rapport au lot contrôle. Cet effet positif a été maintenu sur le nombre de follicules moyens (4-8mm) le 5ème jour du cycle, après stimulation de la croissance folliculaire dans le groupe AMH H. En outre, une augmentation significative du taux de blastocystes de qualité 1 après 7 jours de culture in vitro (exprimés en pourcentage d'ovocytes fécondés) a été observée chez les génisses du lot PG par rapport au lot contrôle. L’administration de PG a conduit au développement d’un nombre plus élevé de blastocystes épanouis le 7ème jour du cycle par rapport au contrôle, uniquement dans le groupe AMH H. De plus, le PG a modifié les profils d'expression des gènes du système IGF dans les cellules du cumulus et des gènes de survie étudiés chez les blastocystes. Par conséquent, nos données montrent que l'administration de PG a amélioré la production et la qualité des embryons in vitro, peut-être en raison des modifications du système IGF1 induites par le PG en début de vague folliculaire. Celles-ci pourraient moduler l'environnement folliculaire et impacter l’expression des gènes y compris jusqu'au stade blastocyste, l’effet étant cependant plus marque chez les génisses a profil haut d’AMH.

The ovum pick-up and in vitro embryo production method in heifers can accelerate the speed of genetic progress through the female line. However, to be effective it requires high numbers of usable oocytes to be collected and high numbers of transferable embryos and high embryo survival after cryopreservation to ensure the maintenance of pregnancy after transfer. The variability in the quality of oocytes and embryo development rates in vitro may be influenced by the dietary intake of donor cattle before oocyte recovery and may be related to the concentrations of metabolites and hormones involved in regulating energy metabolism: in particular, increased levels of insulin and IGF1 were associated with high energy intake in dairy heifers. Moreover, in heifers, it was shown that diets that increase insulin concentrations negatively influence the quality of oocytes. However an increase in insulin concentrations over a short lapse of time has a positive effect on the growth of small follicles prior to superovulatory treatment. These findings support the idea that it may be possible to modulate insulin concentrations transiently to improve reproductive success. The addition of propylene glycol (PG) to the diet increases the concentrations of insulin and IGF1 in plasma in cows during the post-partum period. Anti-müllerian hormone (AMH) is an endocrine marker of the size of the pool of ovarian gonadotrophin-responsive follicles in the cow, and plasma AMH concentrations measured before stimulation of follicular growth with FSH hormone treatment can help predict the response of individuals. In this thesis, we investigated the effect of shortterm PG administration to modulate the levels of insulin, follicular growth, the superovulatory response and in vitro embryo production after OPU in heifers with different pre-experimental circulating AMH profiles (high, H vs. low, L). Firstly, the relationship between the dose of propylene glycol in dairy heifers and the insulin response was established. Secondly, the number and morphological quality of oocytes and embryos produced with and without a supplement of propylene glycol in feed-restricted heifers were determined. Thirdly, the gene expression patterns of the IGF system in oocytes and cumulus cells and the expression profile of selected candidate genes that are important for in vitro embryo development were evaluated. Plasma concentrations of some hormones and metabolites and their relationship with PG were also studied.Our data show that administration of PG increased plasma insulin, IGF1 and glucose concentrations and decreased plasma β-hydroxybutyrate (BHB) and urea concentrations in feed-restricted heifers. PG as an oral drench also increased IGF1 concentrations in follicular fluid. In addition, PG increased the number of small (2–3mm) follicles on Day 2 during the first follicle wave in both AMH groups (H and L) compared with the control treatment (water drench). PG only continued to have a positive effect on the number of medium (4–8mm) follicles on Day 5 after stimulation of follicular growth in the AMH H group. Additionally, there was a significant increase in Day 7 Grade 1 blastocysts (expressed as a percentage of fertilized oocytes) after PG compared with control treatment in both AMH groups of heifers. PG increased the number of expanded blastocysts at Day 7 compared with control but only in AMH H and not AMH L heifers. Additionally, PG modified the gene expression pattern of the IGF system in cumulus cells and produced changes in gene expression in blastocysts. Consequently, our data showed that PG administration is effective in improving in vitro embryo production probably due to the existence of epigenetic regulation induced by PG during follicular growth in the IGF1 system. This regulation system may modulate the follicular environment and level of gene expression up to the blastocyst stage more markedly in heifers with high compared to low AMH levels.