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“Séquencage ESt et banques de BAC domaine animal” INRA Jouy en Josas [email protected] Jean-Paul Renard

Séquencage ESt et banques de BAC domaine animal INRA Jouy en Josas [email protected] Jean-Paul Renard

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“Séquencage ESt et banques de BAC domaine animal”

INRA Jouy en [email protected]

Jean-Paul Renard

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stratégie expérimentalestratégie expérimentale

tempstemps

naissancenaissance

embryonembryon implantationimplantation fœtus/fœtus/placentaplacenta

Pilotage par Pilotage par « microfluidique »« microfluidique » Embolisation utérineEmbolisation utérine

perturbations spécifiques externesperturbations spécifiques externes

perturbations globales externesperturbations globales externes

ClonageClonage NutritionNutritionMaternelleMaternelle

Milieu in vitroMilieu in vitro

MétabolismesMétabolismesspécifiquesspécifiques

ActivationActivation transcriptionnelletranscriptionnelle

ontogénèseontogénèsetissulairetissulaire

EpithéliumEpithélium

Génomique et Génomique et organogénèseorganogénèse

OrganisationOrganisation noyaunoyau

différentiationdifférentiationgonadiquegonadique

méc

anis

mes

méc

anis

mes

pert

urba

tions

pert

urba

tions

perturbations spécifiques internesperturbations spécifiques internes

Tg additionnelleTg additionnelle RecombinaisonRecombinaisonhomologuehomologue

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modèles animaux utilisés dans l’AIP modèles animaux utilisés dans l’AIP

tempstemps

naissancenaissance

embryonembryon implantationimplantation fœtus/fœtus/placentaplacenta

ActivationActivation transcriptionnelletranscriptionnelle

ontogénèseontogénèsetissulairetissulaire

EpithéliumEpithélium

Génomique et Génomique et organogénèseorganogénèse

OrganisationOrganisation noyaunoyau

différentiationdifférentiationgonadiquegonadique

lapinlapin

bovinbovin

ovinovin

Véronique Duranthon CR1 INRA

5000 ESTs banques SSH

Isabelle HUECR1 INRA

4 BACs banque dédiée

Corinne Cotinot DR2 INRA

7000 ESTs banques SSH

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soutien AIP sequencage à BDR 2005-2007

modèle lapin Véronique Duranthon CR1 INRA

5000 ESTs 13 000 €

transition transition totipotence-pluripotencetotipotence-pluripotence

banques SSH

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why using the rabbit as an alternative model to the mouse to study early development ?

• PhylogeneticsPhylogenetics

• Metabolism Metabolism

• Placental propertiesPlacental properties

• Accessibility of the conceptus at specific developmental stagesAccessibility of the conceptus at specific developmental stages

• Ultrasonographic monitoring of fetal developmentUltrasonographic monitoring of fetal development

• Early development…Early development…

ex: ex: - efficient use of glucose in rabbit and human, not in the mouse.- efficient use of glucose in rabbit and human, not in the mouse.- requirement of high amino acid levels in human and rabbit, not in the mouse- requirement of high amino acid levels in human and rabbit, not in the mouse

a more appropriate animal model than the mouse to study the embryonic origin ofa more appropriate animal model than the mouse to study the embryonic origin ofepigenetic diseases evidenced afterhuman in vitro fertilisation epigenetic diseases evidenced afterhuman in vitro fertilisation

In vitro fertilisation in medicine: In vitro fertilisation in medicine: 3 time more premature birth (20% vs 6%)3 time more premature birth (20% vs 6%) 2 time more BWS (2.2% vs 1.1%)2 time more BWS (2.2% vs 1.1%)

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Mouse:

Rabbit Human

24h 48h 72hE1 E2 E3 E4

96h

S phase

fertilization

Xenopus,

Activation of the embryonic genomeActivation of the embryonic genome is progressive in the rabbit and the human species is progressive in the rabbit and the human species

EGAEGA

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Transcriptional activation spans over several cell cycles offering a window of opportunity to Transcriptional activation spans over several cell cycles offering a window of opportunity to study interactions between maternal (oocyte) and embryonic gene productsstudy interactions between maternal (oocyte) and embryonic gene products

consequence:

POST-TRANSCRIPTIONAL REGULATIONS

PROTEINS

stability

NUCLEUS TRANSCRIPTS

TRANSCRIPTIONAL REGULATIONS

PROTEINStranslation

localisation

phosphorylation

EMBRYONIC INFORMATION

MATERNAL INFORMATION

TRANSCRIPTS

Véronique Duranthon Véronique Duranthon

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2022 contigs2022 contigs-982 contain only EGA EST982 contain only EGA EST-937 contain only FD EST937 contain only FD EST-103 contain both EGA and FD EST 103 contain both EGA and FD EST

a first generation of dedicated rabbit cDNA arrays

construction of two subtracted libraries :

EGA libraryEGA library First differentiation libraryFirst differentiation library

_ _

In vivo + In vitro In vivo + In vitroIn vivo In vivo

EST sequencingContig assemblyPCR inserts spotting

Véronique Duranthon, Catherine Archilla

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EGAEGA

A first description of embryonic transcriptomic variations at EGA and first differentiation in the rabbit embryo.

Roger Léandri, Nathalie Peynot Véronique Duranthon

Cell communicationIntra cell signaling cascadeRegulation of signal transductionAmino acid metabolismtRNA metabolism

RNA metabolismRNA processingEnergy storage and metabolism

Aromatic compound metabolismGeneration of precursor metabolites and energy

DNA integrity Checkpoint,Nucleotide and nucleic acid metabolism

ProteolysisUbiquitin cycle

Cellular biosynthesisProtein biosynthesis

Response to biotic stimulusCytoskeleton-dependent intrac. transport

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Transcriptome analysis Transcriptome analysis through through

differential screeningdifferential screening

Effect of culture on early rabbit embryonic transcriptomeEffect of culture on early rabbit embryonic transcriptome

B2B2 B2+ FCSB2+ FCS ISM1/2ISM1/2

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8(8.1)

7(8.13)

8(6.1)

28(21.9)

7(11.5)

8(11.5)

14(15.4)

7(4.3)

13(14.2

10(15.8)

11(11.8)

20(13.7)

7(12)

13(13.4)

16(16.1)

21(13.9)

Distribution of genes with a significant « in vitro culture effect » (paired T-test p<0.01)

Genes with a significant « culture condition effect » (ANOVA FDR p<0.05)

EGA: n= 111 Blastocyst: n= 87

Hypothesis of culture media independency

B2 n=59

B2S n=51ISM n=56

B2 n=57

B2S n=51ISM n=57

Commonly deregulated genes : - Apoptosis- Post-translational modifications- Mitochondrial oxydative phosphorylation

- Energetic metabolism- Cell differentiation- Cell migration- Apoptosis

Rejected at EGA p<0.01 Not rejected at blastocyst

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Genes affected by each of the culture media

EGAN=111

BlastocystN= 87

9102 78

A- In vitro culture does not affect the same genes at EGA and at the blastocyst stage

Genes commonly affected whatever the culture medium

EGAN=20

BlastocystN= 28

0 2820

results results

Véronique Duranthon, Roger Léandri, with Alain Hénaut Agro ParisTech

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B- In vitro culture affect genes which are not differentially expressed during development

At EGA 23/111 genes affected by in vitro culture don’t belong to any cluster

Low density lipoprotein 2 (LRP2)Peptidyl cis-trans isomerase AArginase 2 DEAD box polypeptide 3LIN 28 homologue

At blastocyst stage 12/87 genes affected by in vitro culture don’t belong to any cluster

Phophoserine aminotransferaseAsparagine synthetaseFatty acid binding protein E-FABPTransferrin receptorMethionyl-tRNA synthetaseHypoxia inducible factor 1 (HIF1A)

an assessment of embryo robustness? an assessment of embryo robustness?

D. Kitano, 2004Nat Rev Genet,5:826-37.

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At EGA, in vitro culture differentially At EGA, in vitro culture differentially affect transiently expressed and long affect transiently expressed and long term induced genesterm induced genes

Are in vitro culture effect dependant on gene regulation ?

Distribution of genes with a significant cultureDistribution of genes with a significant cultureeffect among clusters at EGAeffect among clusters at EGA

05

101520253035

cluster1

cluster2

cluster3

cluster4

cluster5

cluster6

cluster7

variable vitro/vivo

under vitro/vivo

over vitro/vivo

Distribution of genes with a significant culltureDistribution of genes with a significant culltureeffect among clusters at the blastocyst stageeffect among clusters at the blastocyst stage

0

5

10

15

20

cluster

1

cluster

2

cluster

3

cluster

4

cluster

5

cluster

6

cluster

7

variable vitro/vivo

under vitro/vivo

over vitro/vivo

Roger Leandri, Véronique Duranthon,

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Perspectives : Functional approaches :Perspectives : Functional approaches :

-Transient overexpressionTransient overexpression

- RNA interference in the preimplantation embryon- RNA interference in the preimplantation embryon

24h 48h 72h 96h

Injection Observation

- Following fetal growth of in vitro cultured embryosFollowing fetal growth of in vitro cultured embryos

- Mimicking transient gene deregulation, then following fetal growthMimicking transient gene deregulation, then following fetal growth

Soutien financier:Soutien financier:

AIP PhaseAIP PhaseAgence de BiomédecineAgence de BiomédecineFondation (RTRS) PremUpFondation (RTRS) PremUp

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soutien AIP sequencage à BDR 2005-2007

modèle lapin Véronique Duranthon CR1 INRA

5000 ESTs 13 000 €

transition transition totipotence-pluripotencetotipotence-pluripotence

banques SSH

modèle bovin Isabelle HUECR1 INRA

4 BACs 15 000 €

croissance et differentiation croissance et differentiation de l’épithélium trophoblastiquede l’épithélium trophoblastique

banque dédiée

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B : tubular50 – 60mm

C: filamentous140 – 160mm

A : ovoid10 – 18mm

(Barone, 1978)

Elongation Phases of Bovine Embryo

A B CA B C

embryonembryon implantationimplantation fœtus/fœtus/placentaplacenta

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BAx10 X2.5 x1

ovoïde tubulaire filamenteux

tubular.50–60mmovoïd:1 – 12mm filamentous140–160mm

D14 D21

cattle embryos gastrulate before implantation, concomitantly with a marked growth of their trophoblast

apposition initiates at : D18-19vascularized allantois present at D25

C

posterior pole anterior pole

Isabelle Hue, Michel Guillomot, Severine Degrelle

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In Cattle nearly half of the embryonic mortalities occur before Implantation

D0 D5 D7-8D2 D14 D16 D18 D21 D23

embryo

D21 D23 D60 D90 term

50

30

60

40

70

80

90

100

6262

5454

4040

D0Em

bry

o s

urv

iva

l/ e

mb

ryo

fe

cu

nd

ed

(%

)

Dairy cow 7500 kg

Dairy cow 9000 kg

Dairy cow> 9000 kg

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Evelyne CampionGeraldine TaghoutiIsabelle Hue

Orthologues murins (et humains) connusOrthologues murins (et humains) connus

profils d expressionprofils d expressiondifferents entre ces especesdifferents entre ces especespour Oct4, Nanog et Hand1 pour Oct4, Nanog et Hand1

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In Cattle nearly half of the embryonic mortalities occur before Implantation

D0 D5 D7-8D2 D14 D16 D18 D21 D23

embryo

D21 D23 D60 D90 term

50

30

60

40

70

80

90

100

6262

5454

4040

D0Em

bry

o s

urv

iva

l/ e

mb

ryo

fe

cu

nd

ed

(%

)

Dairy cow 7500 kg

Dairy cow 9000 kg

Dairy cow> 9000 kgA first cDNA librairy at D14

AIP sequencage

Isabelle Hue with Severine Degrelle

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ovoï

detu

bula

irefil

amen

teux

Chorio

n J2

4Villo

sités

term

ein

test

in

poum

onG

land

e m

amm

aire

mus

cleov

oïde

tubu

laire

filam

ente

uxCho

rion

J24

Villosit

és

term

ein

test

in

poum

onG

land

e m

amm

aire

mus

cle

ovoïde tubulaire

filamenteux

c12

c93

Nature ?Fonction ?

c12, c93:Pas d’orthologues(murins, humains) connus à ce jour

Isabelle Hue, Severine Degrelle, Evelyne Campion

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c12

c93

Hand1

ovoide filamenteux

fibronectine

BAC pour FISH 3DBAC pour FISH 3D

Non (seq retrovirale)Non (seq retrovirale)

OUI, 2 BAC bovins OUI, 2 BAC bovins sequences sequences

OUI, BAC identifiéOUI, BAC identifié

OUI, BAC identifiéOUI, BAC identifié

Isabelle Hue avec André Eggen, LGBC

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BTA29q22

Localisation de C93…

BTA17q22

Un transcrit, 2 localisations =Un BAC chimérique mais de ce fait:

Un BAC c93+ pour FISH 3DEt Un BAC contenant une sondecentromérique

André Eggen et Hélène Hayes, LGBC

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fecondation placentationimplantation termelongation

D14

1920 cDNA embryonnairesdont 1000 séquences uniques

Réseau MEM

soutien AGENAE

Collaboration MIG

Octobre 2002

D30 D60

Extension de la collection de séquences bovine

D18

banque bca2, 7972 ESTs

réseau 13 000 cDNA (13K)embryonaire, placentaire et foetal

Soutien Phaseet collaboration INRA- Illinois

Octobre 2004

14.000 Oligos+ endometre

Réseau 22K

Soutien Geneanimaljuillet 2006

Avec Patrice Martin, jean François Hocquette, François Hattey

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Severine Degrelle, Evelyne Campion, Isabelle Hue,,

(see also Ushizawa

2004)

D16 n=5

D17 n=8

D18 n=6

D20 n=6

D19 n=4

D24 n=8

D15 n=2

D25 n=5

days of recovery

D15D16 D17 D18

D19D20

D24D25

trophoblast differentiation is related to the stage of the embryonic disc rather than to the day of recovery

2 3 4 5

stages of embryonic disc

st 2

st 3 st 4 st 5

C D

dedicated Bovine array 13360 long oligos Extra embryonic, fœtal, Extra embryonic, fœtal, placentalplacental

posterior pole

anterior pole

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Gastrulation and tropholast differentiation : an highly regulated process

1 2 3 4 5 6 7

0

+

-

2 3 4 5

500 EST -> 138 GO

st 2

st 2

-3

st 2

-3-4

st

3

st 3

-4

st 4

st 5

22 33 44 55

regulation of biological process

13%

physiological process

36%

behavior 1% biological_process

unknown 5%

cellular process 29%

development16%

Severine Degrelle, Isabelle Hue,,

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Transcrits sans orthologues murins/humains ?

Phylogenese

(P Pontarott, AgroBi)

1 2 3 4 5 6 7

0

+

-

2 3 4 5

Dynamique d expression extra-embryonnaire

C0NCEPTUS

Emb

+ Extra-Emb

3 tissus:Ect, End, Mesod

UTERUS

VACHE

NUTRITION

FISH 3D ?

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- Lien tropho-uterus a l implantation (J18-J23).

Profils d expression des 2 compartiments

quels dialogues moléculaires ?

- Integration moleculaire-tissulaire-morphogentique

modlisation morphogentique en cours (

Programme AgroBi avec MIA ( Juhui Wang, Alain Trubill)

- Réseaux de gènes inferes par reseaux bayesiens

(avec Francoise Kjaffrezic SGQA et Sandra Rodriguez , University of Illinois)

- Phylogense sur groupes d expression (avec Pierre Pontarotti CNRS Agrobi)

Travaux en cours

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soutien AIP sequencage à BDR 2005-2007

modèle lapin Véronique Duranthon CR1 INRA

5000 ESTs 13 000 €

transition transition totipotence-pluripotencetotipotence-pluripotence

banques SSH

modèle bovin Isabelle HUECR1 INRA

4 BACs 15 000 €

croissance et differentiation croissance et differentiation de l’épithélium trophoblastiquede l’épithélium trophoblastique

banque dédiée

modèle ovin Corinne Cotinot DR2 INRA

7000 ESTs 15 000 €

entrée en méiose des ovogonies entrée en méiose des ovogonies -formation des follicules primordiaux-formation des follicules primordiaux

banques SSH

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Chronologie de la différenciation précoce de l’ovaire de brebis

Objectif:Obtenir des données moléculaires sur les étapes précoces du Obtenir des données moléculaires sur les étapes précoces du développement des ovaires chez les ruminantsdéveloppement des ovaires chez les ruminants

-entrée en méiose des ovogonies -entrée en méiose des ovogonies -formation des follicules primordiaux-formation des follicules primordiaux

CONCEPTIONCONCEPTION

Folliculeprimordial

Folliculeprimaire

Folliculesecondaire

Folliculetertiaire

NAISSANCENAISSANCE

30-32 55 75 100 120 145 jpc0 135

FOLLICULOGENESE

35

multiplication des cellules germinales

Différenciation du sexe gonadique

PROPHASE I MEIOSEFEMELLE

82

Exposé Corinne Cotinot Exposé Corinne Cotinot mercredi 7 novembre 11h 11h30mercredi 7 novembre 11h 11h30