Vers un nouveau milieu de culture pour les embryons bovins congelés ? Le rôle clé de la prostaglandine

La cryoconservation d'embryons est utilisée fréquemment en élevage bovin ainsi qu’en assistance médicale à la procréation humaine.

Chez les bovins, la congélation des embryons permet de conserver les ressources génétiques précieuses dans une optique de préservation de la biodiversité. Le transfert de ces embryons dans des vaches receveuses est également une technique de choix pour gérer la diffusion de caractères génétiquement favorables dans une perspective agroécologique.

Le taux de survie des embryons après congélation est un indicateur de la qualité des embryons produits in vitro. En effet, la congélation endommage les cellules et nuit à la survie de l'embryon. La cryotolérance des embryons est influencée par un large éventail de facteurs liés non seulement à la technique de congélation, mais aussi aux caractéristiques de l'embryon lui-même. Des études réalisées chez les bovins ont montré que les embryons produits in vitro sont plus vulnérables à la congélation que leurs homologues produits in vivo.

Le rôle clé du milieu de culture

Pour remplacer l’apport du tractus génital maternel qui permet le développement des premiers stades des embryons bovins, des milieux de culture complexes sont utilisés in vitro. Leur composition varie en fonction des étapes successives de la production in vitro (PIV) : maturation et fécondation des ovocytes, développement de l’embryon. Chez les bovins, l'ajout de sérum de veau fœtal dans ces milieux de culture apporte de nombreux nutriments*, mais dégrade la cryotolérance des embryons (stade blastocyste**), notamment par accumulation de lipides intracellulaires. La prostaglandine E2 (PGE2) présente dans l’environnement naturel de l’ovocyte est connue pour exercer des effets positifs durables sur la survie des blastocystes produits in vitro. L’utilisation de sérum de veau fœtal pose des questions éthiques et sanitaires, tandis que la PGE2, utilisée dans les milieux de culture, est obtenue par synthèse.

Les chercheurs de l’UMR BREED ont évalué les effets sur le développement et sur la cryotolérance d'un système de PIV sans sérum (noS) supplémenté ou non en PGE2, par rapport à une PIV contenant du sérum (S). En se basant sur leurs précédents résultats (Nuttinck et al., 2011, 2017), la PGE2 a été ajoutée aux milieux de culture de l’ovocyte à une concentration de 1 µM. La cryotolérance des blastocystes a été étudiée après une congélation lente conventionnelle de blastocystes au 7^ème jour après la fécondation, puis en mesurant les taux de survie et d’éclosion des blastocystes*** pendant trois jours après la décongélation, dans leur milieu de culture initial. En outre, la qualité de la Masse Cellulaire Interne (MCI)** a été évaluée (i) en comptant les blastomères de la MCI en regard de ceux du trophectoderme** et (ii) en considérant la proportion de cellules de la MCI exprimant le facteur de transcription 4 (OCT4). OCT4 est au cœur d’un réseau complexe de régulation de la pluripotence cellulaire associé à la mise en place des premiers lignages cellulaires. Parallèlement, les modifications des profils d’expression de gènes de la MCI, induites par les conditions de culture, ont été analysées par une approche transcriptomique.

Un effet positif de la prostaglandine sur la survie des embryons

Les résultats montrent que les taux de développement des blastocystes dans les conditions noS+PGE2 sont similaires à ceux obtenus dans la condition S.
La présence de sérum induit des modifications de l'expression des gènes de la MCI relatifs aux activités cataboliques, à la mort cellulaire et à l'apoptose. Ces altérations sont associées à des niveaux significativement plus élevés de mort cellulaire dans la MCI au 7^ème jour après la fécondation, et à des taux de survie et d'éclosion plus faibles après décongélation. Les taux de survie mesurés 24, 48, 72 heures après la décongélation sont de 64%, 58%, 55% pour la condition S et de 89%, 73%, 70% pour la condition noS+PGE2.

Le milieu noS supplémenté ou non en PGE2 induit des changements dans l'expression des gènes du MCI liés à la réplication et aux processus de réparation de l'ADN et ont montré un plus grand nombre de cellules dans la MCI après décongélation, ce qui pourrait améliorer les taux de survie des embryons après transfert dans des vaches receveuses.

L’association noS et PGE2 induit des changements dans l'expression des gènes de la MCI liés à la régulation épigénétique et a été associée à une proportion significativement plus élevée de cellules de la MCI exprimant OCT4.

Cette étude montre l’intérêt, en termes de survie et de respect de l’éthique animale, d’utiliser la prostaglandine E2 en complément d’un système de production in vitro d’embryons bovins dépourvu de sérum de veau fœtal. Elle offre également pour la première fois une analyse complète de l’expression des gènes de la masse cellulaire interne, parallèlement au développement des premiers lignages cellulaires (division, apoptose) jusqu’à trois jours après la décongélation. L’étude montre ainsi plus précisément l’impact du milieu de culture sur les processus biologiques qui accompagnent le développement embryonnaire.

Définitions :

* Le sérum de veau fœtal contient en effet des facteurs de croissance, des protéines, des vitamines, des oligo-éléments et des hormones essentielles à la croissance et à la survie des cellules cultivées in vitro.

**Le blastocyste est un stade du développement embryonnaire précoce des mammifères (atteint au 7^ème  jour chez la vache), au cours duquel coexistent les cellules périphériques, appelées cellules du trophectoderme (ou trophoblaste), à l'origine des structures extra-embryonnaires comme le placenta ou le cordon ombilical, et la masse cellulaire interne (MCI), à l'origine de l'embryon lui-même et de quelques annexes embryonnaires. Elle est de ce fait appelée embryoblaste. Entre la masse cellulaire interne et le trophectoderme se forme une cavité, le blastocèle.

***L'éclosion du blastocyste (Hatching) : Au terme du 7^ème jour environ, l'embryon bovin se libère de la zone pellucide qui l'enveloppe.