La membrane chorioallantoïque au cours du développement embryonnaire chez le poulet : physiologie et variabilité génétique

The chorioallantoic membrane during chicken embryonic development : physiology and genetic variability

• Auteur / Autrice : Maeva Halgrain
• Direction : Sophie Rehault-Godbert, Maxwell Hincke
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 24/01/2023
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie des oiseaux et aviculture (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Roingeard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Zatylny-Gaudin, Yohann Wittrant, Anne Duittoz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andreas Bikfalvi, Marthe Rousseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Canaux calciques

Résistance aux maladies

Épithélium

Expression génique

Minéralisation (biologie) -- Régulation

Physiologie

Zygotes

Chorion (embryologie)

Variabilité

Membranes foetales

Poulets -- Élevage

Mots clés libres

Oeuf

Membrane chorioallantoïque

Biominéralisation

Immunité innée

Transcriptome

Imagerie

Egg

Chorioallantoic membrane

Biomineralization

Innate immunity

Transcriptomics

Imaging methods

Résumé

La membrane chorioallantoïque (CAM) est une structure extra-embryonnaire très vascularisée, qui se développe à partir du 5ème jour d'incubation (ED5) sur la face interne de la coquille. Elle englobe toutes les autres structures internes de l'œuf à partir de ED11 et atteint sa maturité cellulaire et fonctionnelle à ED15. La CAM joue un rôle crucial dans l'équilibre acido-basique, les échanges gazeux et l'immunité innée. Elle assure aussi la solubilisation des minéraux de la coquille et leur transport vers l'embryon pour la minéralisation de son squelette. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires associés à l'ensemble de ces fonctions physiologiques ne sont, à l'heure actuelle, que peu renseignés.Outre son intérêt d'un point de vue physiologique, une meilleure caractérisation de cette structure pourrait contribuer à l'amélioration des pratiques de production des animaux en filière avicole. En effet, les poulets de chair et les poules pondeuses contemporaines résultent de décennies de sélection sur des critères de productivité (croissance musculaire et production d'œufs), ce qui a entrainé l'apparition de troubles métaboliques et musculo-squelettiques compromettant leur santé et leur bien-être. Compte-tenu des différentes fonctions associées à la CAM, nous avons fait l'hypothèse que sa fonctionnalité pourrait avoir été impactée par ces années de sélection intensive, et qu'elle pourrait également dépendre du sexe de l'embryon.L'objectif principal de ce travail de thèse était de caractériser la CAM d'un point de vue moléculaire et cellulaire au cours du développement embryonnaire, et d'évaluer sa variabilité expressionnelle en fonction de l'origine génétique des œufs et du sexe des embryons. Les fonctions de la CAM étant nombreuses, ce travail s'est focalisé sur les rôles de cette membrane dans la solubilisation des minéraux de la coquille en lien avec la minéralisation du squelette de l'embryon, et dans la protection de l'embryon (immunité innée).Des premiers résultats obtenus sur l'expression par la CAM de gènes susceptibles d'être impliqués dans la décalcification de la coquille et de participer au transport d'ions de la coquille vers l'embryon, ont été complétés dans un deuxième temps par une analyse du transcriptome par RNA-seq. Cette approche à haut débit a permis l'identification de nombreux nouveaux gènes prédits pour être impliqués dans l'acidification locale et le métabolisme du bicarbonate (CA2, CA9, SLC4A1…) nécessaires à la solubilisation des minéraux de la coquille, dans le métabolisme et le transport du calcium (CASR, ANXA2, MGP…), mais aussi dans l'immunité innée (IL1, IL8, CATHL3…), l'angiogenèse ou le métabolisme hormonal. Les résultats ont également permis de démontrer une variabilité expressionnelle de certains gènes en fonction du sexe de l'embryon et de la souche (chair versus ponte). Des analyses par microscopie électronique à balayage et à transmission ont montré que l'acquisition des différentes fonctions de la CAM s'accompagnaient de modifications morphologiques et cellulaires majeures de cette structure, tandis que la face interne de la coquille se dégrade progressivement. En parallèle, la cinétique de minéralisation de l'embryon au cours de son développement a aussi été analysée, in ovo, par imagerie non-invasive (nano-CT) couplée à un logiciel de reconstruction 3D.Outre l'amélioration des connaissances relatives à la physiologie des structures extra-embryonnaires et, en particulier à la CAM, ce travail a permis l'identification de nouveaux acteurs cellulaires et moléculaires associés à ses fonctions et l'obtention de premiers résultats sur sa variabilité expressionnelle en fonction de la génétique. Ces données ouvrent également de nouvelles perspectives pour l'étude des mécanismes de minéralisation du squelette de l'embryon, et pourraient permettre de proposer de nouveaux biomarqueurs à intégrer dans les schémas de sélection génétique, pour limiter l'apparition de phénotypes délétères.

The chick embryo chorioallantoic membrane (CAM) is a highly vascularized extra-embryonic structure which develops from day 5 of incubation (ED5) on the inner surface of the eggshell. It encloses all other internal structures of the egg from ED11 and is cellularly and functionally mature by ED15. The CAM plays a crucial role in acid-base balance, gas exchange and innate immunity. It also ensures the solubilization of minerals from the eggshell and their transport to the embryo for the mineralization of its skeleton. However, the cellular and molecular mechanisms associated with all these physiological functions are only poorly understood, to date.In addition to its interest from a physiological point of view, a better characterization of this structure could contribute to the improvement of animal production practices in the poultry industry. Indeed, modern lines of broilers and laying hens result from decades of selection on production traits (muscle growth and egg production, respectively), which has led to metabolic and musculoskeletal disorders compromising their health and their welfare. Considering the different functions associated with CAM, we hypothesized that its functionality could have been impacted by intensive selection, and that it could also depend on the sex of the embryo.Thus, the main objective of this work was to characterize the CAM from a molecular and cellular point of view during embryonic development, and to evaluate its expressional variability according to the genetic background of the eggs and the sex of the embryos. Because the CAM has many functions, this work focused on the role of this membrane in the solubilization of the eggshell to support embryo skeleton mineralization, and its involvement in innate immunity.First results were obtained on the CAM expression of genes likely to be involved in eggshell decalcification and in ionic transport from the eggshell to the embryo, followed by whole-genome transcriptome profiling using RNA sequencing. This latter high-throughput approach allowed the identification of several new genes predicted to be involved in local acidification and bicarbonate metabolism (CA2, CA9, SLC4A1...) necessary for the solubilization of eggshell minerals, in calcium metabolism and transport (CASR, ANXA2, MGP...), but also in innate immunity (IL1, IL8, CATHL3...), angiogenesis and hormonal metabolism. The results also revealed an expressional variability of some genes according to the sex of the embryo and the strain (broiler versus layer). Scanning and transmission electron microscopy analyses showed that the functional maturation of the CAM paralleled major morphological and cellular modifications of this structure, which was associated with progressive erosion of the inner surface of the eggshell. In parallel, the kinetics of mineralization of the embryo during its development were also analyzed, in ovo, by non-invasive imaging (nano-CT) coupled to 3D reconstruction software.Besides an improvement in our knowledge of the physiology of extra-embryonic structures and, in particular, of the CAM, this work identified new cellular and molecular actors associated with its functions and generated first results on their expressional variability depending on the genetic strain and sex. These data also open new perspectives to study the mechanisms of embryonic skeletal mineralization, and have allowed us to propose new biomarkers to be integrated into genetic selection schemes, in order to reduce the occurrence of deleterious phenotypes.