Distribution et activité des mitochondries dans les ovocytes et les embryons

Des changements dans l‟activité, l'organisation ou la structure des mitochondries peuvent se produire pour soutenir des événements clés du développement. Ainsi, la distribution des mitochondries actives peut être importante pour la compréhension des besoins nutritionnels et métaboliques des embryons chez les mammifères (Barnett et al., 1996; Krisher et Bavister, 1998). Dumollard et al. (2007) ont démontré qu‟une conséquence de la distribution des mitochondries dans l‟ovule mature pendant le clivage peut occasionner des blastomères avec une différente charge mitochondriale lors du développement des embryons, conférant ainsi un potentiel de développement distinct.

Les mitochondries suivent un modèle de distribution précis pendant la maturation des ovocytes ou la fécondation. Celui-ci est strictement régulé et semble être en corrélation avec la compétence de l‟ovocyte de différentes espèces (Bavister et Squirrell, 2000; Dumollard et al., 2006). Dumollard et al. (2006) ont observé que dans les ovocytes de plusieurs espèces, les mitochondries entourent la zone périnucléaire et migrent du centre à la périphérie en GV. Mais en métaphase II (MII), les mitochondries sont présentes principalement près du fuseau méiotique et au centre de l'ovocyte (Dumollard et al., 2004, 2006).

La distribution des mitochondries dans les ovocytes bovins a été le sujet de recherche de plusieurs études avec différentes conclusions. Kątska-Książkiewicz et al. (2011) ont observé que les ovocytes des follicules pré-antraux ont une distribution hétérogène et agrégée des mitochondries, laquelle pourrait être le résultat d'un lien étroit entre les mitochondries, les vésicules et les agrégats du noyau. Cependant, Plante et King (1994);

61 Hyttell et al. (1986); Stojkovic et al. (2001) et Tarazona et al. (2006) ont observé et conclu que les mitochondries sont distribuées dans tout le cytoplasme, bien qu‟elles puissent être absentes de la région corticale après 12 à 18 heures de culture des ovocytes bovins. Kruip et

al. (1983) ont aussi observé cet événement en conditions in vivo, c‟est-à-dire une

distribution périphérique des mitochondries avant la montée de l'hormone LH suivie d‟une formation corticale dans les étapes finales de maturation nucléaire et une distribution dispersée après l'extrusion du corps polaire (environ 19 heure après le pic de LH) (Kruip et

al., 1983; Hyttel et al., 1997). Cette controverse sur la distribution des mitochondries chez

les ovocytes bovins est probablement due à plusieurs facteurs tels que les différences et limitations dans les méthodes utilisées, l‟origine des ovocytes in vivo ou in vitro, etc. Ceci empêche d‟énoncer une conclusion générale sur la distribution des mitochondries.

Malgré cette controverse sur la distribution des mitochondries, Bavister et Squirrell (2000) ont suggéré que pendant la maturation, les mitochondries présentent deux modèles distincts de distribution dans le cytoplasme. Les ovocytes qui ont été cultivés dans un milieu de culture contenant du glucose et des acides aminés montrent une distribution des mitochondries principalement situées dans le centre de l‟ovocyte. Ce modèle est associé aux ovocytes qui sont compétents pour former des blastocystes dans un cycle standard de production embryonnaire in vitro chez les embryons bovins. Au contraire, les ovocytes qui ont été en culture avec du glucose et du lactate ont un mauvais développement de l'embryon après la fécondation in vitro. Les mitochondries restent dans le cortex de l‟ovocyte (Krisher et Bavister, 1998).

La littérature a révélé un schéma de migration périnucléaire des mitochondries actives, lequel persiste pendant les trois premiers clivages des embryons de hamster (Barnett et al. 1996,1997), de porc (Romek et al., 2010) et de bovin (Bavister et Squirrell, 2000). Au stade de blastocyste chez les embryons de rongeurs et de porcs, la distribution des mitochondries a été étudiée en utilisant des colorants. Elles ont été observées de façon homogène dans les cellules du trophectoderme tandis que dans les cellules de la masse cellulaire, il reste une incertitude à cause du faible signal des colorants (Barnett et al. 1996; Romek et al., 2010).

62

Les mitochondries sont généralement associées avec les structures qui consomment de l‟énergie dont le noyau, les flagelles, le RE et la membrane plasmique. De cette façon, Barnett et al. (19997) ont conclu que le regroupement périnucléaire des mitochondries dans l'embryon chez les mammifères est un processus «normal», lequel peut être nécessaire pour assurer que l'ATP produit par les mitochondries est fournie de manière efficace dans le noyau (Barnett et al., 1996;1997).

Un élément important qui déterminera la compétence des ovocytes et des embryons est l‟activité mitochondriale. La recherche a démontré que les embryons dans les premiers stades de développement ont une consommation d'oxygène relativement basse (Thompson

et al., 1996; Trimarchi et al., 2000). Les observations en microscopie électronique ont aussi

supporté l‟idée que les mitochondries ne sont pas matures et fonctionnelles durant cette période et qu‟elles ont une limitation pour l‟activité respiratoire (Plante et King, 1994; Crocco et al., 2011). Cependant, la consommation de substrats énergiques, tel que le pyruvate, suggère que l'activité mitochondriale est cruciale pour l'activation et la survie du développement embryonnaire (Dumollard et al., 2007; 2009).

Kątska-Książkiewicz et al. (2011) ont étudié l‟activité mitochondriale des ovocytes in vitro bovins provenant de follicules qui ont entre 0,4 à 0,8 mm de diamètre. Ils ont observé que l‟activité mitochondriale des ovocytes augmente en corrélation avec le temps de culture dans un milieu de croissance. Cependant, celle-ci est très élevée en période GVBD. Cette augmentation de l‟activité mitochondriale est soutenue aussi par Stojkovic et al. (2001) et Tarazona et al. (2006) qui ont conclu que celle-ci augmente après la maturation des ovocytes, en raison de l‟augmentation de la production d‟ATP nécessaire pour les futurs évènements de la maturation. Ils ont aussi remarqué une forte corrélation entre l‟activité mitochondriale et la morphologie des ovocytes qui peut déterminer leur compétence.

De la même façon, Tarazona et al. (2006) ont noté que les premiers états du développement des embryons révèlent une activité mitochondriale intermédiaire ou basse. La littérature scientifique a bien démontré que celle-ci est intimement liée aux changements du

63 métabolisme de glucides des embryons mammifères qui ont comme grande source d‟équivalents réducteurs le TCA. Cela est dû à la suppression de la glycolyse et à la voie de la pentose (Cummins, 2004; Dumollard et al., 2009). Cependant, Tarazona et al. (2006) et Thompson et al. (1996) ont observé que les mitochondries des embryons ont une légère augmentation de leur activité entre 72 et 168 hpf par la consommation d‟oxygène et la production d‟ATP au stade de morula. Tel qu‟il a été décrit avant, des études ont confirmé que les mitochondries changent leur morphologie car elles deviennent plus actives ou matures dans les embryons de 8 à 16 cellules chez la souris, le lapin et l'homme (Plante et King, 1994; Van Blerkom, 2009). Cela confirme donc l‟idée que les mitochondries présentent une activation du génome mitochondrial entre 8 et 16 cellules et au stade de morula chez le bovin et que leur activité est maintenue au niveau intermédiaire (May- Panloup et al. 2005; Tarazona et al., 2006; Romek et al. 2010). Ainsi, la coordination entre l‟AGE et la transcription de l'ADN mitochondrial (ADNmt) peut expliquer l'augmentation de l'activité mitochondriale observée vers le jour 3 du développement (Crocco et al., 2011). Après le stade de blastocyste, l‟activité mitochondriale diminue en comparaison des stades précédents (Tarazona et al., 2006; Romek et al., 2010). Cela est dû à l‟augmentation du métabolisme du glucose et du pyruvate mesurée par la production d‟ATP et la consommation d‟O2 (Thompson et al., 1996; Trimarchi et al., 2000; Dumollard et al., 2006).