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

Vincent Jonchère

Description

Sous la direction de Yves Nys
Thèse soutenue le 23 mars 2010: Tours
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.
-Protection antimicrobienne
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.
Source: http://www.theses.fr/2010TOUR4005/document

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

UNIVERSITÉ FRANÇOIS - RABELAIS
DE TOURS


ÉCOLE DOCTORALE : « Santé, Sciences, Technologies »
ÉQUIPE FONCTION ET REGULATION DES PROTEINES DE L’ŒUF

THÈSE présentée par :
Vincent JONCHERE

soutenue le : 23 mars 2010


pour obtenir le grade de : Docteur de l’Université François - Rabelais
Discipline/ Spécialité : Sciences de la Vie

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’œuf de poule.


THÈSE dirigée par :
M. NYS Yves Directeur de recherche, INRA de Tours

RAPPORTEURS :
M. DIOT Christian Directeur de recherche, INRA Rennes
Mme TAMBUTTE Sylvie Directrice de recherche, Centre Scientifique de Monaco


JURY :
M. DIOT Christian Directeur de recherche, INRA Rennes
M. GATTI Jean-Luc Chargé de recherche, INRA de Sophia Antipolis
M. GAUTRON Joël Ingénieur de recherche, INRA de Tours
M. NYS Yves Directeur de recherche, INRA de Tours
M. SAINT PIERRE Benoit Professeur des universités, Université de Tours
Mme TAMBUTTE Sylvie Directrice de recherche, Centre Scientifique de Monaco


Remerciements
Je tiens à remercier tout d’abord la région centre et l’INRA (Institut National de Recherche
Agronomique), pour la bourse de thèse dont j’ai bénéficié. Je remercie également l’INRA et
la communauté européenne pour leurs aides financières via les programmes RESCAPE
(contrat n° 036018, 6th Framework Programme, Priority 5, Food quality and Safety) et
SABRE (European Integrating project Cutting-Edge Genomics for Sustainable Animal
Breeding), qui ont permis la réalisation de l’ensemble des expérimentations de ce travail de
thèse.







Je suis reconnaissant envers les membres du Jury qui ont accepté d’évaluer ce
mémoire :
T
Monsieur Benoit S PIERRE, Professeur à l’université de Tours, qui me fait l’honneur
d’accepter d’être rapporteur de cette thèse.
Madame Sylvie TAMBUTTE, Directrice de Recherche au Centre Scientifique de
Monaco, qui a accepté d’être rapporteur.
Monsieur Christian DIOT, Directeur de l’unité de la structure Génétique Animale de
Rennes, pour avoir accepté d’être rapporteur de ce jury et pour son expertise dans l’analyse
transcriptomique durant les comités de thèse.
Monsieur Jean-Luc GATTI, Chargé de Recherche, pour sa participation à ce jury et
pour les nombreux échanges sur les approches à haut-débit.

Je souhaite également remercier toutes les personnes qui m’ont permis de mener à bien ce
travail et tout particulièrement :
Messieurs Yves NYS et Michel DUCLOS, en tant que directeurs successifs de l’Unité
de Recherches Avicoles pour m’avoir accueilli au sein de cette structure de l’INRA.
Les mots ne seront jamais assez forts pour exprimer toute ma gratitude à Monsieur
Joël GAUTRON et Monsieur Yves NYS. Ils m’ont initié à la recherche et ont su
m’accompagner tout au long de ce travail de thèse. Leurs compétences, leur patience, leurs
qualités humaines m’ont permis de mener à bien ce travail.
Je tiens également à remercier Sophie REHAULT-GODBERT pour sa gentillesse, son
aide précieuse et ses compétences dans de nombreux domaines.
Je tiens encore à remercier Sophie REHAULT-GODBERT, Joël GAUTRON et Yves
NYS qui ont su mettre au point et développer un remarquable modèle expérimental, source de
résultats passionnants.
Mes remerciements vont aussi à Madame Christelle HENNEQUET-ANTIER pour sa
gentillesse, sa compétence et le temps passé à l’analyse statistique.
Je tiens également à remercier l’équipe de SIGENAE et plus particulièrement,
Christophe KLOPP, Cédric CABAU, Philippe BARDOU et François MOREEWS pour leur
aide précieuse dans les analyses bioinformatiques.
Je souhaite adresser mes remerciements à Agnès NARCY pour le temps consacré à la
relecture du second chapitre expérimental et pour ses précieuses remarques.


Je remercie Monsieur Larry COGBURN, pour sa relecture et son apport dans la
rédaction de l’article publié dans BMC Genomics.
Mes remerciements s’adressent aussi à Magalie BERGES pour son implication et son
énergie dans la réalisation technique des expériences nécessaires au second papier.
Je tiens à remercier Maryse MILLS pour le temps consacré à la relecture de ce
manuscrit et pour le soutien personnel qu’elle a apportée à ce travail.
Je remercie également Aurélien BRIONNE pour son aide technique et pour sa
précieuse relecture du second chapitre de cette thèse.
Je tiens également à remercier les autres membres de l’équipe FRPO temporaires ou
titulaires Virginie HERVE, Jean-Claude POIRIER, Natacha JOUSSET, Lucile BORDEAU ,
Alix SAUSSET, Larbi BEDRANI et Marion LAVERGNE pour leur gentillesse, leur bonne
humeur et leurs aides précieuses.
Mes remerciements vont également à Messieurs Joël BESNARD, Joël SIONNEAU et
Jean Didier TERLOT-BRYSSINE pour le soin apporté aux animaux.
Je souhaite adresser de sincères remerciements à Madame Françoise DACHEUX et
Monsieur Jean Louis DACHEUX pour m’avoir orienté sur cette thèse et m’avoir initié aux
analyses à haut débit.
Je souhaite également remercier Marie BOURIN, Sébastien ELIS, Manuela
LEMOINE, Isabelle ARNAUD, Elodie PILLET, Gwenn-aël CARRE avec lesquels j’ai eu le
plaisir de partager mon quotidien de thésard.
Je remercie Damien HEITZ pour sa contribution à l’annotation des protéines de la
coquille et pour ses nombreuses autres contributions extérieures à la thèse.
Je tiens également à remercier l’équipe de soutien « au sol » dont le bureau est
constitué par Astrid, Céline, Stéphane, Maria, Bertrand, Marie, Thomas, François, Arnaud,
Pierre, Anne, Clément et ces nombreux autres membres actifs aussi bien Charentillais,
Nantais que Tourangeaux.
Enfin j’exprime ma gratitude aux pseudos Bretons-Québécois-Australiens pour leur
accueil en ces contrées lointaines.
Merci à ma famille et à Nopus qui m’ont aidé à franchir cet obstacle.
A Delphine, ma compagne, qui m’a accompagné durant ces trois années, pour sa
patience, son soutien sans faille, ses relectures et l’évasion qu’elle m’a apportée.
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 (CaCO ) et d’une faible proportion de matrice organique. La 3
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