Environnement métabolique et programmation épigénétique de l'embryon pré-implantatoire chez le lapin

The worldwide prevalence of metabolic diseases is continuously increasing leading to more women entering pregnancy with poor metabolic health. Exposure to environmental cues such as hyperglycemia and/or hyperinsulinemia during development is associated with programming to poor health in the offspring, as studied by the Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD). The aim of this thesis was to investigate the effects of high glucose and/or high insulin during preimplantation development, precisely in the inner cell mass (ICM), progenitor of the embryo proper, and the trophectoderm (TE), progenitor of the future placenta, using the rabbit. Transcriptomic analysis by RNA-seq showed minor changes in the ICM and TE of embryos exposed to high insulin.High glucose alone or in combination with high insulin resulted in gene expression changes related to energy metabolism, cell signaling, gene expression regulation and, lineage commitment in the ICM. In addition, perturbation of cell number homeostasis was detected in the ICM and TE of exposed embryos. Accessible chromatin profiling by ATAC-seq further revealed lineage-specific chromatin changes, especially upon exposure to high glucose and high insulin. Hence, exposure to high glucose and/or high insulin during preimplantation development in the rabbit results in common and lineage-specific responses that could compromise the development of the future individual and placenta.La prévalence mondiale des maladies métaboliques est en constante augmentation. De plus en plus de femmes commencent leur grossesse avec une mauvaise santé métabolique. L'exposition à des signaux environnementaux tels qu'une hyperglycémie et/ou l'hyperinsulinémie pendant le développement est associée à la programmation d'une mauvaise santé chez la descendance, étudiée par les Origines Développementales de la Santé et des Maladies (DOHaD). L'objectif de cette thèse était d'étudier les effets d'un taux élevé de glucose et/ou d'insuline au cours du développement préimplantatoire, précisément dans la masse cellulaire interne (MCI) progéniteur de l'embryon proprement dit, et le trophectoderme (TE) progéniteur du futur placenta, chez le lapin. L'analyse transcriptomique par RNA-seq a montré des changements mineurs dans la MCI et le TE des embryons exposés à une insuline élevée. Le glucose élevé, seul ou en combinaison avec l'insuline élevée, a entraîné des changements dans l'expression des gènes liés au métabolisme énergétique, à la signalisation cellulaire, à la régulation de l'expression des gènes et à la spécification de la MCI. En outre, une perturbation de l'homéostasie du nombre de cellules a été détectée dans la MCI et le TE des embryons exposés. L'analyse de la chromatine accessible par ATAC-seq a révélé des modifications spécifiques à chaque lignée, en particulier lors de l'exposition à un taux élevé de glucose et d'insuline. Par conséquent, l'exposition à un taux élevé de glucose et/ou d'insuline pendant le développement préimplantatoire chez le lapin entraîne des réponses communes et spécifiques à chaque lignée qui pourraient compromettre le développement du futur individu et du placenta

Environnement métabolique et programmation épigénétique de l'embryon pré-implantatoire chez le lapin

The worldwide prevalence of metabolic diseases is continuously increasing leading to more women entering pregnancy with poor metabolic health. Exposure to environmental cues such as hyperglycemia and/or hyperinsulinemia during development is associated with programming to poor health in the offspring, as studied by the Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD). The aim of this thesis was to investigate the effects of high glucose and/or high insulin during preimplantation development, precisely in the inner cell mass (ICM), progenitor of the embryo proper, and the trophectoderm (TE), progenitor of the future placenta, using the rabbit. Transcriptomic analysis by RNA-seq showed minor changes in the ICM and TE of embryos exposed to high insulin.High glucose alone or in combination with high insulin resulted in gene expression changes related to energy metabolism, cell signaling, gene expression regulation and, lineage commitment in the ICM. In addition, perturbation of cell number homeostasis was detected in the ICM and TE of exposed embryos. Accessible chromatin profiling by ATAC-seq further revealed lineage-specific chromatin changes, especially upon exposure to high glucose and high insulin. Hence, exposure to high glucose and/or high insulin during preimplantation development in the rabbit results in common and lineage-specific responses that could compromise the development of the future individual and placenta.La prévalence mondiale des maladies métaboliques est en constante augmentation. De plus en plus de femmes commencent leur grossesse avec une mauvaise santé métabolique. L'exposition à des signaux environnementaux tels qu'une hyperglycémie et/ou l'hyperinsulinémie pendant le développement est associée à la programmation d'une mauvaise santé chez la descendance, étudiée par les Origines Développementales de la Santé et des Maladies (DOHaD). L'objectif de cette thèse était d'étudier les effets d'un taux élevé de glucose et/ou d'insuline au cours du développement préimplantatoire, précisément dans la masse cellulaire interne (MCI) progéniteur de l'embryon proprement dit, et le trophectoderme (TE) progéniteur du futur placenta, chez le lapin. L'analyse transcriptomique par RNA-seq a montré des changements mineurs dans la MCI et le TE des embryons exposés à une insuline élevée. Le glucose élevé, seul ou en combinaison avec l'insuline élevée, a entraîné des changements dans l'expression des gènes liés au métabolisme énergétique, à la signalisation cellulaire, à la régulation de l'expression des gènes et à la spécification de la MCI. En outre, une perturbation de l'homéostasie du nombre de cellules a été détectée dans la MCI et le TE des embryons exposés. L'analyse de la chromatine accessible par ATAC-seq a révélé des modifications spécifiques à chaque lignée, en particulier lors de l'exposition à un taux élevé de glucose et d'insuline. Par conséquent, l'exposition à un taux élevé de glucose et/ou d'insuline pendant le développement préimplantatoire chez le lapin entraîne des réponses communes et spécifiques à chaque lignée qui pourraient compromettre le développement du futur individu et du placenta

Epigenetic programming of the rabbit preimplantation embryo in a diabetic context

International audienc

Impact d’un environnement diabétique sur le développement embryonnaire précoce

International audienceDiabète et obésité, de prévalence croissante, ont un abaissement de l’âge de survenue. Les 1ers signes affectent désormais les femmes en âge de procréer. De nombreuses grossesses sont alors affectées par une hyperglycémie associée à une hyperinsulinémie compensatrice en période péri-conceptionnelle sans en connaître les conséquences sur la descendance (1). Des perturbations de l’environnement in utero peuvent programmer un risque accru de développer ces mêmes pathologies métaboliques à l’âge adulte (2-3). Nous étudions l’effet d’une supplémentation en glucose (15mM) et/ou en insuline (1,7µM) sur le développement in vitro d’embryon de lapin. Les embryons, collectés au stade 1 cellule, sont mis en culture jusqu‘au stade blastocyste, stade composé de deux compartiments, la masse cellulaire interne (individu) et le trophectoderme (placenta). Les transcriptomes ont été réalisés par RNA-Seq. Un développement en présence de glucose induit un nombre de gène différentiellement exprimé (DEG) plus important dans le trophectoderme que dans la masse cellulaire interne (104vs35), gènes impliqués dans la prolifération, l’apoptose, la différenciation et le remodelage de la chromatine. Après un développement en présence de glucose et d’insuline, le nombre DEG est plus faible dans le trophectoderme que dans la masse cellulaire interne (15vs104). Les voies dérégulées sont impliquées dans la prolifération, la différenciation, la transcription, la phosphorylation oxydative et le stress oxydant. Dans les deux conditions, les embryons présentent une augmentation dans la masse cellulaire interne de l’expression de gènes impliqués dans la différenciation du trophectoderme. Nous montrons qu’un développement de l’embryon en condition (pré)-diabétique induit une dérégulation de voies impliquées dans le métabolisme énergétique, la prolifération et la différenciation avec une altération de l’allocation des cellules au placenta, organe clé dans la médiation de la programmation. La dérégulation des gènes impliqués dans le remodelage de la chromatine suggère un impact au niveau de la régulation épigénétique de l’expression des gènes

Programmation épigénétique de l’embryon pré-implantatoire en situation diabétique : approche multi-omique chez le lapin

International audienceDes perturbations de l’environnement pendant des périodes clés du développement du mammifère affectent le développement de l’embryon et ont un impact sur le phénotype adulte. Il est actuellement suggéré une médiation de ces effets par des mécanismes épigénétiques. Afin d’identifier les mécanismes impliqués dans la sensibilité de l’embryon pré-implantatoire face aux variations métaboliques de son micro-environnement, nous développons des approches multi-omiques sur l’embryon de lapin. Dans ce travail, nous nous intéressons aux conséquences d’un environnement péri-conceptionnel riche en glucose et en insuline, caractéristiques des 1ers signes du diabète dont la prévalence chez des femmes de plus en plus jeunes est accrue. Nous émettons l’hypothèse qu’un environnement hyperglycémique/hyperinsulinémique dans les 1ers jours de développement dérégule les mécanismes épigénétiques conduisant à une programmation à long terme. Pour tester cette hypothèse, nous déterminons l'impact d'une supplémentation en glucose et/ou en insuline sur le transcriptome et l’épigénome de l’embryon de lapin développé in vitro. Les transcriptomes de la masse cellulaire interne (futur individu) et du trophectoderme (futur placenta) ont été obtenus par RNA-Seq. Les toutes 1ères analyses montrent une sensibilité plus importante du trophectoderme face à une culture en présence de glucose et/ou d’insuline, comparativement à la masse cellulaire interne. Dans le trophectoderme, le glucose dérégule l’expression de gènes impliqués dans le cycle cellulaire, la phosphorylation oxydative mais également dans la méthylation des histones. Ces altérations sont moindres lors d’une culture en présence de glucose et d’insuline. Une analyse approfondie des gènes candidats est en cours. Nous déterminerons ensuite le méthylome de la masse cellulaire interne et du trophectoderme de ces embryons par RRBS (Reduced Representation Bisulfite Sequencing). Le profil de méthylation des CpG sera analysé afin de déterminer les régions différentiellement méthylés (DMR) dont l'emplacement permettra d'identifier les gènes candidats. Afin de déterminer le lien entre altération de l’expression des gènes et modifications épigénétiques, nous intègrerons les données de transcriptome et de méthylome. Selon les résultats obtenus, nous effectuerons un profilage métabolomique par 1H RMN des milieux de culture ayant contenu les embryons. Nous envisageons également de déterminer les profils métabolomiques de la masse cellulaire interne et du trophectoderme. L’établissement d’un spectre RMN sur petite quantité de matériel est en cours de mise au point (CI-EndoMetaBryo-2019). L’intégration de ces données omiques nous permettra d’identifier les voies altérées par le glucose et l’insuline au sein des deux compartiments embryonnaires

Identification of the Inner Cell Mass and the Trophectoderm Responses after an In Vitro Exposure to Glucose and Insulin during the Preimplantation Period in the Rabbit Embryo

International audienceThe prevalence of metabolic diseases is increasing, leading to more women entering pregnancy with alterations in the glucose-insulin axis. The aim of this work was to investigate the effect of a hyperglycemic and/or hyperinsulinemic environment on the development of the preimplantation embryo. In rabbit embryos developed in vitro in the presence of high insulin (HI), high glucose (HG), or both (HGI), we determined the transcriptomes of the inner cell mass (ICM) and the trophectoderm (TE). HI induced 10 differentially expressed genes (DEG) in ICM and 1 in TE. HG ICM exhibited 41 DEGs involved in oxidative phosphorylation (OXPHOS) and cell number regulation. In HG ICM, proliferation was decreased (p < 0.01) and apoptosis increased (p < 0.001). HG TE displayed 132 DEG linked to mTOR signaling and regulation of cell number. In HG TE, proliferation was increased (p < 0.001) and apoptosis decreased (p < 0.001). HGI ICM presented 39 DEG involved in OXPHOS and no differences in proliferation and apoptosis. HGI TE showed 16 DEG linked to OXPHOS and cell number regulation and exhibited increased proliferation (p < 0.001). Exposure to HG and HGI during preimplantation development results in common and specific ICM and TE responses that could compromise the development of the future individual and placenta

Identification of the Inner Cell Mass and the Trophectodermtranscriptomic and epigenomic responses after an in vitro exposure to glucose and insulin during the preimplantation period in the rabbit embryo

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