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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Mjihdi, A. (2004). Capacité de reproduction de la souris et infection aiguë par Trypanosoma cruzi (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté de Médecine – Médecine, Bruxelles.

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Université Libre de Bruxelles Faculté de Médecine Laboratoire de Parasitologie

Capacité de reproduction de la souris et infection aiguë par Trypanosoma cruzi

Abdelkarim MJIHDI

Thèse de doctorat présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences Biomédicales

Promoteur de thèse : Professeur Yves Carlier

Janvier 2005

Mjihdi Abdelkarim

Laboratoire de parasitlogie Faculté de Médecine, ULB

Titre de la thèse annexe :

Etude de l’effet de différents stress biotiques et/ou abiotiques sur la synthèse d’enzymes impliqués dans la défense des plantes :

Application au modèle de la glutamine cyclase de Carica papaya

microscopiques) et/ou abiotiques (blessures, par exemple). Elles ont donc développé différentes stratégies pour se défendre. Lorsqu’une plante se voit agressée par un agent pathogène, elle déclenche plusieurs mécanismes qui visent d’une part, à bloquer ou à freiner l’invasion microbienne et, d’autre part, â alerter les parties végétales non encore affectées afin que celles-ci augmentent leur niveau de défense. Lors d’une blessure mécanique ou d’une attaque par des insectes herbivores, elles synthétisent différentes molécules de défense (Katagiri et al., 2004). Parmi celles-ci, on peut citer : i) des petites molécules à activité antibiotique comme les phytoalexines (Kuc et al., 1995 ; Smith et al., 1996) ; ii) des composés allant renforcer la paroi pecto-cellulosique (Benhamou et al., 1996) et/ou iii) un ensemble de protéines reliées à la pathogenèse ou protéines PR (pour pathogenesis- related) qui présentent des activités anti-microbiennes directes et/ou indirectes (Stintzi et al., 1993 ; Fritig et al., 1998). Dans le cas de plantes à latex, la blessure mécanique, entraîne une sécrétion abrupte du latex. Ce dernier est produit par des cellules spécialisées appelées laticifères. Chez le papayer, ce latex contient plusieurs protéines dotées ou non d’activités enzymatiques dont une glutaminyl cyclase (PQC). Le papayer constitue la seule source végétale connue de cette protéine. Le rôle exact de cette enzyme chez C. papaya demeure cependant mal connu, bien qu’une étude récente ait révélé que celle-ci n’est induite que lors de blessures, suggérant son rôle dans les mécanismes de défense de cette plante (Azarkan et al., 2004). Cette enzyme catalyse la cyclisation des acides aminés glutamine localisés en position N-terminale de peptides et de protéines (El Moussaoui et al., 2001).

Chez les mammifères, cette enzyme est impliquée dans la maturation d’hormones et de neurotransmetteurs peptidiques (Vale et al., 1981). Les QCs de mammifères et celles de plantes ne présentent pas d’homologie de séquences, suggérant leur appartenance à deux familles distinctes de protéines (Dahl et al., 2000, Schilling et al., 2003). De plus, les quantités de QC extraites de la plante sont nettement plus importantes (de 100 à 1000 fois) que celles obtenues à partir de tissus de mammifères (Pohl et al., 1991 ; Zerhouni et al., 1998).

Le but de ce travail est de vérifier l’hypothèse si la PQC fait partie des protéines PR du papayer. La PQC pourrait agir directement en inhibant des enzymes potentielles du pathogène suite â la réaction de cyclisation. Elle pourrait également avoir un effet indirect en activant des protéines et/ou des peptides de la plante lesquels auront une action néfaste sur le pathogène.

La stratégie expérimentale qui sera suivie comprend les étapes suivantes :

I) Recherche de protéines et/ou peptides qui contiendraient un résidu pGlu en position N-terminale dans le latex collecté de plantes blessées pour la première fois, témoignant de l’activité enzymatique de la PQC lors d’un stress de la plante. En cas de présence de pGlu il sera procédé au séquançage de la partie N-terminale de ces protéines/peptides. Une comparaison de ces résultats avec les banques de données protéiques permettra d’obtenir des informations sur d’éventuelles fonctions des molécules générées par l’activité PQC,

II) Localisation de la biosynthèse de la PQC chez le papayer blessé.

III) Etude de la cinétique de biosynthèse de la PQC suite aux différents stress au cours du temps, IV) Recherche d’un effet antibiotique in vitro du latex/ PQC du papayer blessé.

V) Recherche si la PQC est induite lors de l’infection par un phytopathogène {Corynespora cassiicola

par exemple). Le profil chromatographique obtenu sera comparé à celui observé après blessure.

Références :

Azarkan M., Wintjens R., Looze Y., Baeyens-Volant D. Détection of three wound-induced proteins in papaya latex. Phytochemistry, 2004 Mar; 65(5): 525-34.

Benhamou N. Elicitor-induced plant defense pathways. Trends Plant Soi, 1996; (1): 233-240

Dahl SW., Slaughter C., Lauritzen C., Bateman RC. Jr., Connerton I., Pedersen J. Carica papaya glutamine cyclotransferase belongs to a novel plant enzyme subfamily: cloning and characterization of the recombinant enzyme. Protein Expr Purif. 2000 ; 20(1);27-36

El Moussaoui A., Nijs M., Paul C., Wintjens R., Vincentelli J., Azarkan M., Looze Y. Cell Mol Life Soi. 2001; 58(4): 556-70

Fritig B., Heitz T. and Legrand M., Antimicrobial proteins in induced plant defense. Curr. Opin Immunol, 1998; (10): 16-22

Katagiri F. A global view of defense gene expression régulation - a highiy interconnected signaling network. Curr Opin Plant Biol, 2004; 7(5): 506-511

Kuc J. Phytoalexins, stress metabolism, and disease résistance in plants. Ann. Rev. Phytopathol.

1995; (33): 275-297

Linthorst HJ. Pathogenesis-Related proteins of plants. Critical Reviews in Plant Sciences. 1991;

10(2): 123-150

Schilling S., Manhart S., Hoffmann T., Ludwig HH., Wasternack C., Demuth HU. Substrate specificity of glutaminyl cyclases from plants and animais. Biol Chem. 2003 ; 384 (12):1583-92 Smith C.J. Accumulation of phytoalexins: defense mechanisms and stimulus response System.

NewPhytol, 1996; (132): 1^5

Stintzi A., Heitz T., Prasad V., Wiedemann-Merdinoglu S., Kauffmann S., Geoffroy P., Legrand M.

and Fritig B. Plant ‘Pathogenesis-Related' proteins and their rôle in defense against pathogens.

Biochimie, 1993; (75): 687-706

Pohl T., Zimmer M., Mugele K., Spiess J. Primary structure and functional expression of a glutaminyl cyclase. Proc NatI Acad Sci USA, 1991 ; 88(22): 10059-63

Zerhouni S., Amrani A., Nijs M., Smolders N., Azarkan M., Vincentelli J., Looze Y. Purification and

characterization of papaya glutamine cyclotransferase, a plant enzyme highiy résistant to Chemical,

acid and thermal dénaturation. Biochim Biophys Acta, 1998 ; 1387(1-2):275-90

Professeur Professeur Professeur Professeur Professeur Professeur Professeur

Stéphane LOURYAN (Président du jury) Yves CARLIER (Secrétaire du jury) Bernard VRAY

Sylvain MEURIS Marc STRUELENS Gérard CHAOUAT Etienne PAYS

Professeur Henri ALEXANDRE

Université Libre de Bruxelles Faculté de Médecine

Laboratoire de Parasitologie

Capacité de reproduction de la souris et infection aiguë par Trypanosoma cruzi

Abdelkarim MJIHDI

Thèse de doctorat présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences Biomédicales

Promoteur de thèse : Professeur Yves Carlier

Janvier 2005

^e tiens particulièrement à remercier le professeur Yves CARLIER de m'avoir accueilli dans son laboratoire et m'avoir intégré dans son équipe. Il a partagé avec nous son extraordinaire aventure en Amérique latine. De nombreuses années se sont écoulées, malgré des moments difficiles, j'ai apprécié nos nombreuses discussions, nos confrontations et nos échanges scientifiques. De tout cœur, je le remercie de m'avoir encadré si gentiment tout au long de mon cheminement. Et pour tant d'autres choses, mille mercis...

Je remercie Canine Truyens qui a toujours été prête à répondre à mes nombreuses questions et qui est une source inépuisable de conseils judicieux et de références bibliographiques. Sa rigueur méthodologique constitue pour moi une référence. Son amitié, sa sincérité m'ont été d'un grand soutien.

Je tiens à exprimer ma gratitude au Professeur Gérard Chaouat pour ses conseils scientifiques pertinents, son amitié, ses encouragements et aussi pour toute l'attention et toute la disponibilité dont il a fait preuve à mon égard. Il reste pour moi le soleil de la science. Il m'a permis d'avoir une vision beaucoup plus globale sur les relations materno-fœtales par ses connaissances, ses expériences et ses publications. Par son intermédiaire, j'ai pu prendre contact et dialoguer par emails avec des personnes très compétentes comme David Clark et Anne Croy (Canada).

Je remercie David Sali 'pour l'aide à la pêche de T. cruzi ^ar le patch-clamp', pour son amitié et pour son soutien moral. Je remercie également Emmanuel Hermann et Eric Muraille pour leurs amitiés, leurs encouragements et leurs longues discussions lors des nombreuses "pauses-café".

A tous les membres du laboratoire de Parasitologie ; chère Yvonne, Jessica Leclercq, Aurélie

Berthe, Pascale Deblandre, Alain Wathelet, Maria, André Lejeune, Cristel Cooreman, je vous

adresse mes plus vifs remerciements.

Aux stagiaires qui sont passés au laboratoire de Parasitologie : les Boliviens, les Péruviens, les Chiliens et les Argentins, avec qui j'ai partagé mon bureau et le paillasse du travail. Un grand merci à vous tous.

A tous les membres du laboratoire d'Anatomie Pathologique (Hôpital Erasme) avec qui j'ai partagé d'agréables moments et appris de nouvelles méthodes. Marie-Alexandra Lambot avec qui j'ai su le sens de l'amitié et eu de longues discussions. Jean-Cristophe Noël qui était toujours prêt à répondre à mes nombreuses questions. Mille mercis...

Je remercie également le professeur Bernard Vray de ses précieuses minutes de discussion et qui était toujours prêt à m'aider et à répondre à mes questions. Je remercie tous les membres de son équipe : Habib, Vincent, Magali, et Yolande.

J'adresse mes sincères remerciements au Professeur Sylvain Meuris et à Nadia Cirelli et à toute l'équipe du Laboratoire de Recherche sur la Reproduction de toute l'aide qu'ils m'ont apporté tout au long de ce travail.

Je remercie Monsieur le Professeur S. Louryan, le Professeur H. Alexandre, le Professeur G.

Chaouat, le professeur S. Meuris, le Professeur E. Pays, le Professeur M. Struelens et le Professeur B. Vray, qui, malgré leurs nombreuses occupations, ont accepté de juger ce travail.

Merci au Professeur Baeyens-Volant de son aide pour la thèse annexe ainsi que toute l'équipe du Laboratoire de Chimie. Je remercie le Dr M. Azarkan et le Professeur M. Jaziri pour leurs lectures attentives des premières versions du résumé de la thèse annexe et pour son aide du sujet de la thèse annexe.

J'adresse mes sincères remerciements à la Fondation David A Alice VanBuuren pour l'octroi du prix de la fin de thèse Van buuren.

Je remercie amicalement toutes les personnes qui m'ont soutenu toutes ces années et

surtout mes ami(e)s : Dr Kamal Elabd et sa femme, Aziz Tsouli, Karim Louchami, Brahim Edaffali,

Abdel, Abdel Allaoui, Ayachi, Monim, Najib, Rachid Dibiani, Fouad Boujetoy et ses Pizzas de

minuit à la marocaine, Jolyn, Ezra. Adama, Nathalie Gaspard, Anne, Myrna, Claudia et aussi les

collègues de l'hôpital Erasme et Brugmann.

remercie de tout mon cœur pour tes aides morales ainsi que financières et j'espère également qu'un beau jour tu réaliseras ton rêve de trouver tes vrais parents, tes frères et sœurs de ton pays que tu n'as pas vu il y a très longtemps.

Ma plus profonde gratitude s'adresse à mes parents, mes frères, mes sœurs et mes tantes

qui m'ont toujours soutenu sans faille tout au long de mes études. Je remercie particulièrement

mon grand frère qui m'a beaucoup soutenu moralement et financièrement. Tu es l'artisan de la

réalisation de mon rêve le plus cher.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE :... 1

1.1. G estation et développement fœtal chez la souris ...1

1.1.1. Système reproducteur de la souris femelle...2

1.1.2. Cycle ovarien et accouplement chez la souris... 3

1.1.3. Phase pré-implantatoire du développement embryonnaire de la souris (0-4 jours)... 4

1.1.4. Mécanismes moléculaires de l’implantation de Tembryon de la souris (4,5 - 6 jours) ...A 1.1.5. Réponse maternelle à l'implantation (décidualisation)... 7

1.1.6. Développement embryonnaire post-implantatoire (5-20 jours)... 9

1.1.7. Formation et rôle du placenta (placentation) (8-10 jours)... 11

1.1.8. La mise bas (parturition)...14

1.2. MECANISMES IMMUNOLOGIQUES PERMETTANT L’IMPLANTATION ET LA TOLERANCE DE LA GREFFE FŒTO-PLACENTAIRE... 16

1.2.1. Expression du HLA-G par le trophoblaste et inhibition de l’action des cellules NK.... 16

1.2.2. Inhibition de la prolifération des lymphocytes T maternels : rôle d’indoleamine 2, 3 dioxygénase (IDO)... 17

1.2.3. Apoptose des lymphocytes T maternels cytotoxiques : Rôle des intéractions CD95/CD95L...17

1.2.4. Immunodéviation Th2 et limitation de production des cytokines IFN-y et TNF-a nocives à la gestation... 18

1.2.5. Autres cytokines d’importance dans la gestation...21

1.2.6. Rôle de la progestérone et de la prostaglandine E dans l’immunodéviation Th2 liée à la gestation... 23

1.2.7. Inhibition de la lyse complément-dépendante par les anticorps maternels reconnaissant les allo-antigènes paternels chez le fœtus...23

1.3. I nfection maternelle et gestation ... 25

1.3.1. Limitation de la fertilité...25

1.3.2. Altération de l’état général de la mère...25

1.3.3. Modification de l’environnement cytokinique associé à la gestation...26

1.3.4. Perturbation du développement placentaire et des échanges materno-fœtaux...27

1.3.5. Infections congénitales...28

1.4. T rypanosoma cruzi et maladie de C h AG as ... 31

1.4.1. Le parasite... 31

1.4.2. Cycle et transmission de l’infection... 32

1.4.3. Distribution géographique et prévalence...34

1.4.4. Aspects cliniques de la maladie de Chagas... 35

1.4.5. Diagnostic biologique...36

1.4.6. Traitement et prophylaxie... 37

1.4.7. Mécanismes immunologiques de contrôle de l’infection par T. cruzi... 37

1.4.8. Mécanismes d’échappement et d’adaptation de T. cruzi...42

1.4.9. Pathologie de la maladie de Chagas et mécanismes de régulation...43

Table des matières

1.5. R elations materno - fœtales dans l ’ infection à T

... 46

1.5.1. Transmission verticale de T. cruzi et maladie de Chagas congénitale humaine...46

1.5.2. Informations obtenues dans l’infection expérimentale murine... 47

2. BUT DU TRAVAIL :...49

3. RESULTATS :... 50

3.1. L’ infection aiguë a

la souris induit une infertilité ou UNE INVASION PARASITAIRE DU PLACENTA ET UNE NÉCROSE ISCHÉMIQUE ASSOCIÉE À UNE PERTE FŒTALE... 51

3.2. L es productions systémiques et placentaires de TNF contribuent à induire LA mortalité fœtale CHEZ LA SOURIS EN PHASE AIGUË D’INFECTION À T

... 52

4. DISCUSSION:... 53

4.1. I nfection aiguë à T

et fertilité ...53

4.2. I nfection aiguë à T

et mortalité fœtale précoce chez la SOURIS ( résorptions )... 54

4.3. I nfection aiguë à T

, viabilité et croissance foetale ... 55

4.4. P roduction systémiques et placentaire et rôle du TNF dans la mortalité fœtale , ASSOCIEE A L’INFECTION AIGUË PAR TRYPANOSOMA CRUZI ... 57

4.5. I nfection aiguë à T

et parasitisme intra - utérin ... 58

4.6. I nfection aiguë à T

et absence d ’ infection congénitale ... 59

5. PERSPECTIVES :... 61

6. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES : 63

ADCC

ADN ADNk ADNn BM CRRY Cdx2 CMH COX-2 CSF-1 CTL DAF E2 EGF ELISA Fas FasL Fgl2 GCM-1 GM-CSF GPI HB-EGF HLA-G IDO IL IFN KIR LIF LIF-R LPS

LISTE DES ABREVIATIONS

Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps)

Acide désoxyribonucléique

Acide désoxyribonucléique kinétoplastique Acide Désoxyribonucléique nucléaire bouchon muqueux

Complément receptor regulated gene Y caudal-type-homeobox-2

complexe majeur d'histocompatibilité cyclooxygénase-2

colony stimulating factor-1 (facteur stimulant les colonies) lymphocyte T cytotoxique

decay accelerating factor œstrogène

epidermal growth factor

enzyme linked immunosorbent assay

CD95 ; molécule appartenant à la famille du récepteur du TNF CD95-L ; Fas-ligand

prothrombinase glial cell missing-1

granulocyte Macrophage colony stimulating factor glycosyl-phosphatidyl-inositol

heparin-binding EGF like growth factor human leukocyte antigen-G

indoleamine 2,3 dioxygénase interleukine

interféron

killing inhibitory receptor (récepteur inhibiteur de la cytotoxicité des NK) leukemia inhibitor factor

récepteur du LIF

lipopolysaccharide

Liste des abréviations MCI masse cellulaire interne

MCP membrane cofactor protein

MMP métalloprotéinases

mPLl lactogène placentaire-1 de souris mPL2 lactogène placentaire-2 de souris

mPRL prolactine de souris

MTB more than blood

NK natural killer (cellule tueuse naturelle)

NO monoxyde d'azote

NOS2 monoxyde d'azote synthétase OMS Organisation Mondiale de la Santé OPS Organisation Panaméricaine de la Santé

P4 progestérone

PCR polymerase chain reaction (réaction en chaîne de la polymérase)

PG prostaglandine

PGE2 prostaglandine E2

PIBF progestérone induced blocking factor

PTX pentoxifylline

sHLA-G forme soluble de HLA-G

sTNF-RII récepteur soluble du TNF de type 2 T. cruzi Trypanosoma cruzi

TGF-p transforming growth factor beta (facteur de croissance transformant bêta) Thl lymphocytes T auxiliaires de type 1

Th2 lymphocytes T auxiliaires de type 2

TNF tumor necrosis factor (facteur de nécrose tumorale)

uNK cellule tueuse utérine

UUP Unité Utéro-Placentaire

Introduction

Introduction générale

1. INTRODUCTION GENERALE :

1.1. GESTATION ET DEVELOPPEMENT FŒTAL CHEZ LA SOURIS

Chez les animaux vivipares, tels que les mammifères, l’œuf se développe complètement à l’intérieur de l’utérus maternel. L’état d’une femelle qui porte son (ses) petit(s) depuis la nidation, ou l’implantation de l’œuf dans l’endomètre utérin, jusqu’à la parturition (accouchement, mise - bas) s’appelle la gestation. L’établissement de cette dernière résulte d’interactions complexes entre deux systèmes : l’embryon et ses enveloppes d’une part et l’environnement maternel d’autre part.

Dans une série remarquable d'événements, l’implantation et le développement du placenta relient physiquement l'embryon à sa mère. L’établissement de ce rapport est essentiel au développement de l’embryon (table 1). L’embryon de mammifère ne peut pas se développer sans placenta. Ses eellules spécialisées (trophoblaste, endoderme et mésoderme extra­

embryonnaire) se forment tôt au cours du développement. Elles attachent l’embryon à l’utérus (implantation) et forment les connexions vasculaires nécessaires au transport des nutriments.

De plus, le placenta réoriente les fonetions immunes, endocrines et métaboliques de la mère à l’avantage de l’embryon. Ces activités complexes sont sensibles à des perturbations, comme le montre la fréquence élevée de mortalité embryonnaire précoce et les pathologies de la gestation chez la femme.

Jour de gestation 1 Evénement

3,5 Formation du blastocyste

4,25 à 4,5 Activation du blastocyste

4,5 à 6 Implantation

6à8 Formation du sac vitellin

9à 10 Développement du placenta chorioallantoïde

8à 18 Développement de la vascularisation fœtale

20 à 21 Mise bas

Table 1 : Etapes majeures du développement intra-utérin chez la souris.

(d’après Cross et al., 1994)

- 1 -

1.1.1. Système reproducteur de la souris femelle

Le système reproducteur de la souris femelle se compose d’une paire d’ovaires et de trompes de Fallope, de l’utérus, du col utérin, du vagin, du clitoris et d’une paire de glandes clitoridiennes (fig. 1). Les ovaires sont attachés par des ligaments à la partie terminale des cornes utérines et aux reins. Les ovaires assurent, d’une part, une fonction endocrine par la production d’œstrogènes et de progestérone, et d’autre part, la production d’ovules. Les hormones sont sécrétées par les cellules interstitielles, le corps jaune, la thèque folliculaire et les cellules de la granulosa.

Lumière utérine Uretère

Vessie

Rein

Ovaire

Tromne de Fallone Corne utérine

Mésométrium

Cavité de l’utérus Col utérin

Vagin

Glandes clitoridiennes

Figure n°l ; Vue ventrale du système reproducteur femelle chez la souris.

(d’après Rugh, 1994h).

L’utérus de la souris, à la différence de celui de la femme, est en forme de « Y » et

constitué de deux cornes qui s’étendent des trompes de Fallope jusqu’à la partie dorsale de la

vessie. L’utérus est constitué de trois couches superposées. Ainsi, de la lumière de l’organe

vers l’extérieur, on distingue l’endomètre ou couche muqueuse, contenant de nombreuses

glandes utérines, le myomètre constitué de deux couches musculaires lisses (une longitudinale

externe et une circulaire interne) et la séreuse (Cook, 1983).

Introduction générale

1.1.2. Cycle ovarien et accouplement chez la souris

Un cycle ovarien complet est l’intervalle entre deux ovulations successives, où l’ovulation est précédée par une période de dominance oestrogénique. Comme ces œstrogènes sont issus des follicules qui sont les éléments reproductifs fondamentaux de l’ovaire, la période précédant l’ovulation est appelée phase folliculaire du cycle. De la même façon, la phase post­

ovulatoire est souvent qualifiée de lutéale, car la progestérone est dérivée du corps jaune.

Celui-ci résulte du plissement de la paroi folliculaire après expulsion de l’ovocyte et joue un rôle de soutien endocrinien.

Le cycle diffère en durée selon que la femelle s’accouple ou non. Si aucun rapprochement sexuel n’a eu lieu au moment de l’ovulation, la phase lutéale ne durera que 2-3 jours. Si la femelle subit un coït infertile au moment de l’ovulation, par exemple avec un mâle vasectomisé, sa phase lutéale sera de 11-12 jours (souvent dénommée pseudo-gestation) (table 2). Si une femelle isolée des mâles est subitement exposée à un mâle, un cycle ovarien d’une durée moyenne de quatre jours sera immédiatement initié, provoquant ainsi un œstrus (Whittingham and Wood, 1983) durant lequel les ovules sont prêts pour la fécondation. La mise en évidence d’un accouplement fructueux est faite par l’observation, au niveau de l’orifice vaginal, d’un bouchon muqueux (BM) consistant en un coagulât de sécrétions provenant de la vésicule séminale et de la prostate du mâle.

Chez la souris, durant la gestation, le corps jaune contrôlé par la prolactine (mPRL) produit la progestérone (Strauss, III et al., 1996). La PRL, provenant de la glande hypophysaire, présente deux pics de production par jour. Elle est aussi induite par l’accouplement et constitue l’hormone lutéotrophique prédominante au cours des 8-9 premiers jours de gestation.

Durée du cycle (jours)

Phase folliculaire (jours)

Phase lutéale (jours)

Femme 24-32 10-14 12-15

Souris/ Rat (+male infertile) 13-14 2 11-12

Souris/ Rat (+male fertile) 4-5 2 2-3

Table 2 ; Comparaison de la durée des cycles ovariens de la femme, de la souris et du rat.

-3 -

1.1.3. Phase pré-implantatoire du développement embryonnaire de la souris (0-4 jours)

Résultat de la fécondation, l’oeuf, commence immédiatement à se diviser par mitose. La première division a lieu dans les trente heures suivant la fécondation, aboutissant à deux cellules filles. La segmentation est une série de divisions mitotiques en succession rapide, qui mène à la formation du blastocyste au 4'®™® jour de gestation.

Le blastocyste final n'est composé que de deux lignées cellulaires, la masse cellulaire interne (MCI) excentrique, totalement indifférenciée (dont dérivera ultérieurement l'embryon proprement dit) et un cylindre externe de cellules trophoblastiques, le trophectoderme situé à l'opposé de la masse cellulaire interne (MCI) (fig.3A), véritable épithélium qui assurera l’interaction avec l’épithélium utérin. Il contient également une eavité appelée blastocœle, le futur sac vitellin, (fig. 2) (Aghion J and Poirier F, 2000).

Fécondation Segmentation

Oh 12h 24h 36 h 4Sh

I___________I__________ 1___________I__________ I___________I___________I___________I___________I

Ovocyte

Globule Stade 2 Stade 4

Segmentation Blastocyste

46 h 60 h 72 h 84 h 96h

I__________ I__________ I__________I__________ I_________ I__________ I_________ I__________ I_____

Stade 8 Stade 16 Stade 32 Stade 64

Masse f''—cellulaire ' interne

Blastocœle Trophectoderme

Figure n°2 : Développement pré - implantatoire de l’embryon de souris.

(d’après Aghion J and Poirier F, 2000)

1.1.4. Mécanismes moléculaires de l’implantation de l’embryon de la souris (4,5 - 6 jours)

L’implantation correspond, sur un plan anatomique, à la fixation de l’œuf (au stade de

blastocyste) à la paroi de l’utéras au cours du 4'®"’® jour de gestation. Au niveau

physiologique, c’est le début de relations fonctionnelles étroites entre la mère et le fœtus.

Introduction générale

L’implantation se déroule en trois phases successives : l’apposition, l’adhérence ou pénétration et, enfin, l’invasion (fig. 3).

Le premier point de contact entre l'embryon et la paroi utérine est à l'opposé de la MCI chez la souris (fig. 3A). Les cellules de la MCI en contact avec le blastocœle se transforment en endoderme primitif. Vingt-quatre heures plus tard, l'implantation est terminée, c'est le stade

"œuf cylindre". L'utérus est alors refermé et une prolifération intense au site d'attachement va créer une chambre d'implantation dans laquelle l'embryon va se développer (fig. 3B et fig. 5).

La face abembryonnaire (à l’opposé de la MCI) est toujours du eôté anti-mésométrial de l'utérus (côté ventral de la souris, à l’opposé de l'artère utérine).

Implantation

I________ I________

Jour 4.5 A

appo^iom adhérence

___________________I

Jour 5.5 B

Figure n°3 ; Développement précoce de l’embryon de souris :

Implantation (A) et Décidualisation (B), (d’après Aghion J and Poirier F, 2000) Légende : EU: épithélium utérin ; EP: eetoderme primitif ; PM: pôle mésométrial ; PAM: pôle antimésométrial ; EUA: épithélium utérin apoptotique ; EV: endoderme viscéral ; EP: endoderme pariétal; EEE:

ectoderme extra-embryonnaire ; EE: ectoderme embryoïmaire (épi-blaste);

MR: membrane de Reichert; GP: globule polaire.

L’implantation, nécessite une profonde modification à la fois de l’épithélium utérin et des cellules du trophectoderme. La phase initiale de l’implantation est accompagnée par l’infiltration dans la décidua (cf. § 1.1.5) d’un grand nombre de macrophages, et de cellules tueuses utérines (uNK) et d’un nombre plus restreint de cellules T (cf. § 1.1.5). Elle implique

-5-

une réaction inflammatoire probablement cruciale pour l’expression de molécules d’adhésion dans le placenta et la décidua (Wood G.W., 1994).

Les cytokines pro-inflammatoires IL-1, IL-6, TNF et les métalloprotéinases (MMP) secrétées par les cellules endométriales de la matrice et les leucocytes, sont trouvées au niveau de la décidua. La production maximale d’IL-1 par l’utérus correspond à l’implantation (jours 4-5 de la gestation). L'importance d’IL-11 dans ce processus a également été clairement démontrée. En effet, quand le récepteur de l’IL-11 est bloqué, aucun œuf ne s’implante (Sharkey et al., 1999; Robb et al., 1998). L’IL-11 appartient à la famille des cytokines incluant l’IL-6 et l’activité de cette famille de cytokines resuite de sa liaison forte affinité au récepteur composé de la sous-unité ligand spécifique alpha (a) et la sous-unité gpl30 de signalisation commune (Hilton et al., 1994).

Certains gènes, par des techniques d’inactivation génique, ont été démontrés essentiels à l’implantation chez la souris, comme les gènes du LIF, de l’homeobox Hoxa-10 (famille des gènes de facteurs de transcription), de la cyclooxygénase-2 (Cox-2) (Stewart et al., 1992;

Dinchuk et al., 1995; Benson et al., 1996; Robertson et al., 1994 ; Aplin, 2000), de la famille des EGF (Epidermal growth factor) et du ligand héparinique HB-EGF (heparin-binding EGF like growth factor) (Das et al., 1994). Cependant, il n'est pas encore clair si chacun des produits de ces gènes agit indépendamment ou s’il fonctionne en concert.

Sous le contrôle de la progestérone (P4) et d’œstrogène (E2), le LIF est essentiel à la préparation de l’utérus requise pour l’activation du blastocyste en présence de catecholestrogènes (4 hydroxy-estradiol-17(3, un dérivé métabolique d’œstrogène), l’inhibition de son expression empêche l’implantation. De même, l’expression utérine du ligand héparinique HB-EGF, reconnu par des protéoglycanes sulfatés hépariniques (HSPG) et/ou des récepteurs de la famille des facteurs de croissance EGF (ErbBs) du blastocyste, est nécessaire à la réaction d’attachement du blastocyste et à l’expression de COX-2 (Paria et al., 2000). De plus, lorsque l’HB-EGF se lie aux récepteurs de l’EGF du blastocyste, il induit leur phosphorylation et l’activation intracellulaire d’une cascade de messagers secondaires.

La production de cyclooxygénase-2 induit la synthèse des prostaglandines, dans l’utérus au niveau du site d’apposition pour initier le processus d’implantation (Paria et al., 2000;

Fazleabas et al., 2004) (fig. 4). Les prostaglandines, produites par l’action de COX nucléaire,

Introduction générale peuvent exercer leurs effets directement au niveau nucléaire par interaction avec les récepteurs hormonaux nucléaires ”peroxisome proliferation-activated receptors / retinoide X receptor” (PPARs/RXR) afin d’activer des gènes, comme, par exemple, ceux codant pour des facteurs de croissance ou ceux codant pour des molécules d’adhésion nécessaires à l’implantation. En effet, les PPARs modifient la transcription en se liant sur la séquence spécifique ”PPAR élément réponse” (PPRE) au niveau du promoteur des gènes cibles (Lim étal., 1999).

Ovaire Utérus

Fi 2 ure n°4 : Représentation schématique descriptive de la cascade moléculaire possible des événements dans le processus de l’implantation chez la souris, (d’après Paria et al., 2000).

1.1.5. Réponse maternelle à Timplantation (décidualisation)

La prolifération et la différenciation des cellules stromales utérines ainsi que les migrations, différenciations et activations d’un certain nombre de cellules d’origine lymphocytaire constituent l’essentiel de la réponse maternelle à l’implantation. Elles aboutissent à la formation de la décidua, qui entoure le conceptus (Tarachand, 1986). Celle-ci joue un rôle dans le transfert des nutriments et limite l’invasion par le trophoblaste (fig. 5).

-7-

Zone mésométriale

Mésométrium Muscle circulaire

Décidua

Cavité utérine Cône

ectoplacentaire

Embryon

Muscle longitudinal

Zone anti-mésométriale

Figure n°5; Représentation schématique d’un embryon de souris dans son utérus au 7,5'^™' jour de gestation. (Rugh, 1994a) A: section sagittale de l’embryon et transversale de l’utérus.

B: section transversale de l’embryon et horizontale de l’utérus.

C: section frontale de l’embryon et sagittale de l’utérus.

La décidualisation se traduit par une apoptose de l’épithélium utérin (Joswig et al., 2003),

un recrutement sélectif de certaines sous-populations de cellules immunocompétentes et une

revascularisation de la zone (Cross et al., 1994; Pair et al., 1987; Carson et al., 2000). Chez la

souris elle débute par le pôle anti-mésométrial de la chambre utérine implantatoire,

correspondant à l’endroit où le blastocyste s’implante. Une couche dense et non vascularisée

de cellules (zone déciduale primaire) se forme, suivie d’une couche adjacente épaisse et

A (G3,5) B (G6,0) C (G7,5)

Trophectoderme polaire

MCI

Embryon Cône

CGT ectoplacentaire

Membrane

de Reichert Ectoderme

chorionique

Epiblaste

Ectoderme

Extra-embyonaire

Mésothélium CGT

Sac vitellin pariétal

Exocœlome

Allantoïde

Sac vitellin (blastocœle)

Sac vitellin viscéral

Figure n°6 Développement embryonnaire post-implantatoire chez la souris (avec modification, Rossant J. et al, 2001).

' g , jour de gestation ; MCI, masse cellulaire interne ; CGT, cellules géantes trophoblastiques.

H Trophoblaste H Endoderme primitif

vascularisée (zone déciduale secondaire) qui se met en place au jour post-coïtum (G6).

Deux jours après la formation de la zone déciduale primaire anti-mésométriale, la décidua mésométriale se forme du côté opposé. L’embryon croît rapidement dans la partie anti- mésométriale, où les cellules de la décidua commencent à mourir. Les cellules trophoblastiques géantes primaires envahissent les capillaires maternels dans cette même zone. Une partie de la décidua mésométriale (décidua basalis) va contribuer à la formation du placenta (cf § 1.1.7).

1.1.6. Développement embryonnaire post-implantatoire (5-20 jours)

Au 5-6'^'"® jour, le trophectoderme prolifère rapidement, donnant naissance au cône ectoplacentaire et à l’ectoderme extra-embryonnaire. Les cellules dérivées des embryoblastes, à savoir l’ectoderme embryonnaire et l’endoderme primitif, prolifèrent également, formant un cylindre qui fait saillie dans la cavité du blastocyste (sac vitellin) (fig. 6B)

Au 6'^™® jour, se forme la membrane de Reichert (matériel acellulaire secrété par les cellules pariétales) qui forme une barrière continue entre la cavité embryonnaire du sac vitellin et le sang maternel dans le sinus subjacent. Elle sépare l’endoderme pariétal du trophectoderme mural. Les cellules trophoblastiques s’étant transformées en cellules géantes, continuent d’envahir le tissu maternel. Une cavité se creuse dans la masse embryonnaire et ensuite dans la masse extra-embryonnaire (la cavité amniotique) (fig. 6B).

Le jour, correspondant à la formation de l’amnios, du mésoderme et du sac vitellin ; le repli anmiotique postérieur se forme et fait saillie dans la cavité amniotique. L’ectoderme extra-embryonnaire qui le borde prend la forme d’un croissant qui enfle dans la cavité amniotique. Le mésoderme apparaît entre cet ectoderme extra-embryonnaire et l’endoderme viscéral. L’exocœlome se creuse alors dans le mésoderme et s’élargit continuellement jusqu’à obstruer complètement le canal qui sépare la cavité amniotique de la cavité ectoplacentaire (soit la partie de la cavité amniotique située au niveau extra-embryonnaire du blastocyste) (fig. 6C).

Au 8-8,5'^™ jour, une protubérance du mésoderme, l’allantoïde, croît dans l’exocoelome en

direction du cône ectoplacentaire (fig. 6C). Par ailleurs, l’ectoderme se creuse dorsalement en

Introduction générale gouttière neurale. Les premiers somites apparaissent au jour. Il s’agit de segments mésodermiques du corps de l’embryon qui contribuent à la formation des muscles squelettiques, des vertèbres et du derme de la peau. Le repli amniotique postérieur continue de s’invaginer formant ainsi la poche postérieure où se différencieront les cellules du système urogénital.

Au jour, l’embryon commence à se replier sur lui-même longitudinalement et latéralement au stade 8 somites, et termine au stade 14-15 somites. On observe à ce moment l’apparition des ébauches du foie et de la thyroïde.

Au 9'^*"® jour, à mesure que la gouttière neurale s’approfondit, la partie supérieure des replis se rapproche et fusionne, pour constituer le tube neural. La fermeture du tube neural au niveau du cerveau de la souris n’est complète qu’au stade 15-19 somites et celle du neuropore postérieur au stade 28-34 somites. Pendant ce temps, les ébauches des membres inférieurs et supérieurs apparaissent. Le cœur commence à battre. Les bourgeons olfactifs, déjà visibles au stade 4-5 somites, se transforment à présent en des conduits ouverts et profonds. Jusqu’à la naissance, qui a lieu aux alentours du 20'^™® jour, les différents systèmes continuent à se développer : rudiment du poumon au 9'^'"® jour, mésonéphros, crêtes génitales au 11'^"’® jour, thymus, parathyroïde au 12'^™® jour, etc.

Récemment, un nouveau gène le ”more than blood” (MTB) requis pour le développement post-implantatoire des mammifères a été identifié (Smith et al., 2004). Il est largement exprimé chez l’embryon de la souris avant et jusqu'à la gastrulation. Le MTB est essentiel pour la viabilité de la masse cellulaire interne (MCI) du blastocyste après implantation. Il rejoint une liste en expansion de gènes dont l’activité est requise pour les phases précoces du développement des mammifères. Parmi ces gènes, on cite le facteur de croissance fibroblastique-4 (FGF-4) qui est exprimé par la MCI au stade blastocyste et dans l’épiblaste (ectoderme embryonnaire) subséquent alors que son récepteur FGFR-2 est exprimé par les cellules trophoblastiques adjacentes à l’épiblaste (chorion ou ectoderme extra-embryonnaire) (Rossant and Cross, 2001). D’autres facteurs comme Cdx2 et Bornes, régulés par le FGF, sont aussi impliqués dans le maintien des cellules trophoblastiques. Tous ces gènes sont essentiels à la croissance normale de l’embryon chez la souris (table 3).

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Gènes Produit Rôle Références Bornes Eomesodermine produit de

gène T-box

le développement du

trophectoderme en trophoblaste

(Russ et al., 2000)

Cdx2 Caudal-type-homeobox-2;

facteur de transcription Homeobox

le développement de la lignée des trophoblastes

(Chawengsaksophak étal., 1997)

FGF4 Facteur de croissance des fibrobastes-4

le développement de la lignée des trophoblastes

(Feldman et al., 1995)

FGFR2 Récepteur de facteur de croissance des fibrobastes-2

le développement de la lignée des trophoblastes

(Arman et al., 1998) Handl Facteur de transcription

bHLH (basic helix-loop- helix)

la différenciation des cellules géantes trophoblastiques

(Riley et al., 1998)

Map3K3 (Mekk3)

Mitogene activated protein kinase: molécule de

transduction dans la cascade P38a MAPkinase

l’angiogenèse du placenta (développement du labyrinthe)

(Yang et al., 2000)

GCMl Glial cells missing-1; facteur de transcription

l’initiation et le maintien des gènes spécifiques à la

Syncitialisation

(Anson-Cartwright et al., 2000)

Mash2 Mammalian achaete-scute homologues ; facteur de transcription

la différenciation du trophoblaste en spongiotrophoblaste

(Guillemot et al., 1994)

RXR Récepteur X rétinoïde nucléaire

la vascularisation (Wendling et al., 1999)

PPARy Récepteur nucléaire la différenciation du trophoblaste et la vascularisation

(Barak et al., 1999)

MTB More than blood le développement de l’embryon (Smith et al., 2004)

Table 3 : Gènes impliqués dans le développement embryonnaire et/ou placentaire (d’après Rossant and Cross, 2001; Han and Carter, 2001)

1.1.7. Formation et rôle du placenta (placentation) (8-10 jours)

Chez les rongeurs et les primates, la destruction de l'endomètre et des vaisseaux maternels

par le trophoblaste entraîne la formation du placenta hémochorial où le trophoblaste établit un

contact direct avec le sang maternel (chez la souris, il est de type hémo-trichorial) (fig. 7).

Introduction générale Trophoblaste

Sang

maternel Conjonctif

fœtal

Sang fœtal

Endothélium fœtal

Figure n°7 : Structure d’un placenta de type hémo-trichorial (chez la souris).

(d’après Kaufmann, 1995).

L’allantoïde croît en direction du chorion avec lequel il entre en contact. A la base du cône ectoplacentaire, la cavité ectoplacentaire est presque virtuelle et réduite à une impasse dont les parois, appelées laminae, fusionnent pour former la plaque ectoplacentaire. A ce stade, un pont appelé tige allantoïde, se développe entre l’embryon et le placenta (fig. 6C). La plaque ectoplacentaire est traversée par des vaisseaux en pleine croissance, si bien qu’elle se transforme en un véritable réseau de lacunes remplies de sang maternel, le labyrinthe (fig. 9).

Une fois achevé, le labyrinthe est constitué de toute une série de vaisseaux fœtaux et d’espaces remplis de sang maternel imbriqués les uns dans les autres (fig. 9b).

Le développement du trophectoderme (fig. 6A) produit le tissu embryonnaire responsable qui sera à l’origine du contact entre l'embryon et sa mère. Le trophoblaste (fig.6, couleur bleu) en particulier est capable de produire une variété d'hormones et de cytokines qui jouent un rôle très important dans la physiologie et la réponse immunologique de la mère (Petraglia et al., 1998). De plus, le trophoblaste exprime un certain nombre de récepteurs pour la matrice extracellulaire et possède des activités enzymatiques capables de dégrader celle-ci. En effet, le trophoblaste produit les métalloprotéinases MMP-2 et MMP-9, qui dégradent le collagène IV

- 12-

Décidua maternelle

Cordon ombilical Spongiotrophoblaste

CGT

Figure n° 8 : Représentation schématique du placenta de la souris (J. Rossant et al, 2001).

CGT, cellules géantes tropohoblastiques.

(a) ^(b) _Vaisseau

Cellule

endothéliale foetale Sinus sanguin maternel

Syncytiotrophoblaste Cellule

trophoblastique mononucléaire labyrinthe -

Espace sanguin maternel

sanguin fœtal CGT

SP

Figure n°9 : Structure du placenta de la souris (a), et en détail l’interface materno-fœtale au niveau du labyrinthe (b) (J. Rossant et al, 2001).

CGT, cellules géantes trophoblastiques ; SP, spongiotrophoblastes ; Labyrinthe

(syncytiotrophoblastes, trophoblaste chorionique, vaisseaux sanguins et stroma).

Introduction générale afin de pénétrer la membrane basale (Huppertz et al., 1998 ; Isaka et al., 2003) ; ainsi qui favorise l'invasion du myométrium (Cross et al., 1994; Alexander et al., 1996).

Il existe trois sous-populations principales de trophoblastes (Billington and Bell, 1983;

Cross, 2000; Georgiades et al., 2001; Georgiades et al., 2002): (fig. 8 et fig. 9)

Les cellules géantes trophoblastiques se différencient en marge du cône ectoplacentaire et sont situées à la limite maternelle du spongiotrophoblaste. Elles forment une barrière cellulaire en début de gestation, et ne sont ensuite que des cellules isolées en périphérie.

- Le spongiotrophoblaste est en association étroite avec le tissu maternel décidual et contient aussi dans quelques régions des petits îlots de cellules déciduales.

- Les trophoblastes du labyrinthe (fig. 9b), qui est une structure complexe, composée de trois couches : une couche cellulaire (à l’interface entre la mère et le fœtus) et deux couches syncytiales. Il est parcouru par les vaisseaux sanguins maternels.

La formation du placenta requiert l’activation d’une série de gènes comme le Map3K3, Mash-2, GCM-1 (table 3).

Le placenta est un organe transitoire propre aux mammifères. Il assure la nutrition et la respiration du fœtus. Tous les matériaux nécessaires au développement du fœtus (nutriments, ions, oxygène), ainsi que les déchets de son métabolisme (urée, dioxyde de carbone), transitent par le placenta.

Ce dernier joue également un rôle protecteur de l’allogreffe fœtale (cf. § 1.2) et remplit aussi un rôle endocrinien fondamental. Le lactogène placentaire-1 de souris (mPLl), détecté dans la circulation maternelle, est produit par les cellules géantes trophoblastiques. La concentration de cette hormone (50ng/ml - lOpg/ml) présente un pic au 10'^"’® jour de gestation, décline après le 11'^"’® jour et ensuite reste basse (Ogren et al., 1989; Galosy and Talamantes, 1995). Le niveau du lactogène placentaire-2 de souris (mPL2) croit rapidement jusqu’au 14'^'"® jour (comparable à celle du mPLl) (Ogren et al., 1989) et reste élevé par la suite jusqu’à la fin de la gestation. Ces lactogènes placentaires sont des hormones

- 13-

lutéotrophiques qui régulent et maintiennent la production de la progestérone au cours de la mi-gestation des rongeurs. Ils exercent leurs effets physiologiques au niveau de l’ovaire par la liaison au récepteur membranaire des cellules de la granulosa du corps jaune. Celui-ci produit ainsi la progestérone (Galosy and Talamantes, 1995).

La production des lactogènes placentaires prend le relais de la production de la prolactine hypophysaire (cf § 1.1.2) et l’hypophysectomie après le 1jour de gestation ne provoque pas la fin de la gestation chez la souris (Strauss, III et al., 1996).

1.1.8. La mise bas (parturition)

Chez la souris, la mise bas ou parturition désigne l'ensemble des événements mécaniques et physiologiques qui ont pour conséquence l'expulsion du (ou des) foetus et des armexes embryonnaires hors des voies génitales femelles au terme de la gestation.

Avant le début de la parturition, le fœtus est enveloppé dans ses membranes au sein de l’utérus et retenu par l’occlusion du col utérin. L’expulsion du fœtus requiert deux modifications physiologiques : i) des contractions coordonnées du myomètre, et ii) un ramollissement et une compliance du col utérin afin de réduire la résistance à la sortie du nouveau-né. Des hormones, les prostaglandines (PG) et l’ocytocine, sont directement impliquées dans la régulation de la contractibilité du myomètre. Les PG agissent surtout en stimulant la libération du calcium (Ca^"^) à partir des réserves intracellulaires de celui-ci. Les variations de la concentration de Ca intracellulaire interviennent dans l’initiation des phénomènes électriques et mécaniques (dépolarisation, contraction des muscles lisses ou striés, sécrétion hormonale et activation d’enzymes comme la phospholipase A

). L’ocytocine abaisse le seuil d’excitation cellulaire au-dessus duquel se déclenche la décharge dépolarisante, ce qui entraîne la contraction musculaire utérine.

Ces PG sont les activateurs des événements mécaniques de la parturition, à savoir les

contractions utérines et le mûrissement du col utérin. Une élévation du rapport

œstrogène/progestérone favorise la production d’acide arachidonique et donc la synthèse des

prostaglandines dans l’utérus. Les PG agissent directement sur l’activité de contraction

utérine par un double mécanisme : augmentation des jonctions (gap) entre les cellules

Dilatation cervicale

Contractions du myomètre Rupture de membrane

Figure n^’lO ; Régulation de la biosynthèse et du métabolisme des prostanoides par les cytokines (avec modification, Keelana JA., 2003).

Le TNF-a agit en augmentant la biosynthèse et en diminuant le métabolisme des prostanoides.

CPLA

: phospholipase A

; PGHS-2: endoperoxide-H-synthase-2 prostaglandine ;

COX : cyclooxygenase ; PGDH: 15-hydroxyprostaglandine dehydrogenase)

PGG

: prostaglandine G2 (intermédiaire instable) et PGH

: prostaglandine H2.

myométriales et du nombre de récepteurs de l’ocytocine au niveau du myométrium (Boquet et al., 1998).

Le signal pour l’initiation de la parturition proviendrait du fœtus (Lopez et al., 1988;

Mitchell, 1984) bien que la nature et la source de ce signal demeurent incoimues. D’après une étude récente, chez la souris ce signal proviendrait du poumon fœtal mature (Condon et al., 2004). La sécrétion de la protéine principale du surfactant du poumon (protéine surfactant A) a été initialement détectée dans le liquide amniotique au 17'^"’® jour de gestation et augmente progressivement jusqu’au terme jour de gestation). Ce surfactant fournirait le signal pour la migration des macrophages et la réponse inflammatoire menant à la parturition.

Plusieurs cytokines régulent la préparation, l’initiation et la progression de la parturition

chez les mammifères. Les cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-1 et le TNF-a agissent

sur les enzymes principales, comme la cyclooxygénase (COX), impliquées dans la

biosynthèse des prostaglandines (fig. 10). Ces cytokines peuvent également affecter la

bioactivité des PG en régulant l’expression de leurs récepteurs intra-utérins (Hansen et al.,

1999 ; Keelan et al., 2003). Les récepteurs lymphocytaires à la progestérone et les taux

circulants de PIBF (Progestérone Induced Blocking Factor), un facteur progestérone-

dépendant, qui inhibent la production de TNF-a, chutent brutalement au début de la mise bas

suite à la diminution de la progestérone (Chaouat, 1994; Yellon et al., 2003) et, parallèlement,

les taux d’IL-1 et de TNF-a circulants augmentent. Il a été montré que l’injection de TNF-a

près du terme, peut induire un travail précoce, avec mise bas d’embryons vivants (Szekeres-

Bartho et al., 1989; Szekeres-Bartho et al., 1991), alors qu’au milieu de la gestation elle

provoque des avortements (cf § 1.2.4.1). Des résultats similaires ont été obtenus avec l’IL-1,

l’IL-6 et l’IL-8 chez la souris et de nombreuses autres espèces (Chwalisz et al., 1994; Romero

et al., 1991; Chaouat and Martal, 1996).

Introduction générale

1.2. MECANISMES IMMUNOLOGIQUES PERMETTANT L’IMPLANTATION ET LA TOLERANCE DE LA GREFFE FŒTO-PLACENTAIRE

Le fœtus est porteur de caractères hérités de son père et étrangers à l’organisme maternel.

L’expression au cours du développement fœtal des allo-antigènes du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) paternels devrait entraîner un rejet immunitaire du fœtus, selon les lois classiques de la transplantation. Or, une tolérance à l’allogreffe fœtale se manifeste lors du contact entre les cellules maternelles et fœtales (Raghupathy, 1997; Wegmann et al., 1993). Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer ce phénomène de tolérance de l’allogreffe fœtale (pour revue voir (Thellin et al., 2000; Thellin and Heinen, 2003) :

1.2.1. Expression du HLA-G par le trophoblaste et inhibition de l’action des cellules NK

Les cellules trophoblastiques pénètrent dans le tissu maternel en envahissant la décidua (cf § 1.1.5) et les cellules tueuses naturelles (NK : natural killer) sont activées pour limiter cette invasion trophoblastique. En effet, le fœtus est entouré d'un tissu, le trophoblaste, qui n’exprime pratiquement pas d’antigènes d'histocompatibilité classiques, normalement reconnus par les lymphocytes T maternels cytotoxiques. Les cellules trophoblastiques, n'exprimant à leur surface aucun antigène de classe I classique (Le Bouteiller et al., 1996; Le Bouteiller et al., 2003) inhibant l’activation des cellules NK, devraient être des cibles potentielles pour les cellules NK infiltrant l'endomètre maternel. En fait, ce tissu trophoblastique exprime dès les premiers jours suivant la fécondation, au moment où l'œuf s'implante dans la paroi utérine, un autre type d’antigène de classe I non classique, appelé HLA-G. Les cellules trophoblastiques devierment résistantes à l'attaque de cellules NK maternelles car les antigènes HLA-G sont reconnus par des récepteurs inhibiteurs de la cytotoxicité des NK, appelés KIR (pour killing inhibitory receptor), exprimés à la surface des cellules NK (Rouas-Freiss et al., 1997; Loke and King, 2000).

La protéine sHLA-G soluble est aussi présente au niveau de l’interface materno-fœtale.

Cette molécule semble jouer un rôle dans l’élimination des lymphocytes T CD8 activés au niveau du site d’implantation en induisant leur apoptose (Bouteiller, 2002). Elle peut aussi interagir avec les récepteurs des cellules NK ou des lymphocytes T CD4 pour contrôler la

- 16-

sécrétion locale des cytokines ou pour contrôler l’invasion du trophoblaste, notamment dans les vaisseaux utérins maternels.

1.2.2. Inhibition de ia prolifération des lymphocytes T maternels ; rôle d’indoleamine 2, 3 dioxygénase (IDO)

Les antigènes paternels mineurs qui restent exprimés par le trophoblaste pourraient provoquer un conflit avec le système immunitaire maternel, en activant et mobilisant les lymphocytes T cytotoxiques maternels. Pour parer cette menace, le trophoblaste produit l’enzyme indoleamine 2, 3 dioxygénase (IDO) qui dégrade le tryptophane. L’augmentation du catabolisme du tryptophane, au niveau des cellules trophoblastiques et des macrophages du placenta, entraîne une inhibition de l’activation et de la prolifération des lymphocytes T maternels. Des souris gravides exposées au 1-méthyl-tryptophane, un inhibiteur pharmacologique de l’enzyme IDO, présentent des avortements (Baban et al., 2004). Les cellules de la décidua et du placenta humain expriment également l’IDO (Mellor and Munn,

1999 ; Sedlmayr et al., 2002).

1.2.3. Apoptose des lymphocytes T maternels cytotoxiques : Rôle des intéractions CD95/CD95L

L’apoptose, reconnue comme un mécanisme clé de la régulation de la réponse immune

(Ashkenazi and Dixit, 1998; Steller, 1995), joue un rôle dans le développement placentaire

(Smith et al., 1997; Runic et al., 1998; Chan et al., 1999). Le Fas-ligand (CD95L), une

protéine trimérique transmembranaire de type II, appartenant à la famille des récepteurs de

TNF (Suda et al., 1993; Orlinick et al., 1999), induit l’apoptose des cellules exprimant Fas

(CD95) (Ashkenazi and Dixit, 1998). Fas est une molécule monomérique, qui, trimérisée

quand elle se lie à son ligand, envoie un signal à travers son ” domaine de mort ” induisant

une cascade d’évènements aboutissant au suicide cellulaire (Nagata and Golstein, 1995). Chez

la souris, le FasL est exprimé au niveau des cellules de l’utérus gravide, des cellules

déciduales et trophoblastiques placentaires (Hunt et al., 1997), et sous forme soluble (Suda

and Nagata, 1994 ; Mariani et al., 1995). Le FasL joue donc un rôle dans la protection fœtale

contre une infiltration des leucocytes maternels activés qui expriment à leur surface la

molécule Fas. Son interaction avec le FasL placentaire et décidual entraînerait leurs morts par

apoptose (fig. 11).

Fetoplacental tissues

Immunoregulatory placental factors

IL-3, IL 10

Intracellular parasitic infections Maternai immune System

response response

IFN-

, TNF. IL-2

SuccessfuI pregnancy Pregnancy loss

Figure n° 12 : Environnement cytokinique modulant la gestation.

(Ragupathy et al, 1997)

Forme soluble de FasL

V) a. O

eu a

Partie maternelle du placenta

Partie fœtale du placenta

Figure n°ll : Fas/FasL. Le FasL du syncytiotrophoblaste (forme membranaire ou soluble) peut induire l’apoptose des cellules immunes maternelles exprimant Fas.

(d’après Thellin and Heinen, 2003).

1.2.4. Immunodéviation Th2 et limitation de production des cytokines IFN-y et TNF-g nocives à la gestation

Chez la souris, une gestation réussie s’accompagne d’un profil de sécrétion de cytokines

locales (placenta) et systémiques de type 2 (Wegmann et al., 1993) (fig. 12). Cette affirmation

se base sur les observations suivantes : i) les réponses Thl et l’activité NK sont diminuées au

cours de la gestation, alors qu’à contrario, les réponses humorales sont amplifiées, suggérant

une prédominance de sécrétion de cytokines de type 2 ; ii) une sécrétion placentaire et surtout

systémique de cytokines de type2 (IL-4 et IL-10) est détectée au cours de la gestation chez la

souris (Lin et al., 1993) ; iii) les résorptions foetales apparaissent liées à un profil cytokinique

de type 1, avec sécrétion d’IFN-y et de cytokine inflammatoire comme le TNF-a ; iv)

L’injection d’IL-10, cytokine pro-Th2, normalise la proportion d’avortement dans les modèles

murins à fort taux de résorptions fœtales (Chaouat et al., 1995).

Introduction générale I.2.4.I. Facteur de Nécrose Tumorale (TNF-a) et gestation :

La superfamille du TNF est constituée de 19 protéines transmembranaires qui signalent à travers 29 récepteurs (Aggarwal, 2003). Le TNF proprement dit agit via deux récepteurs le TNFRI et le TNFRII. D’autres éléments de la superfamille du TNF, comme par exemple le CD95L et le TWEAK (TNF-like weak inducer of apoptosis) peuvent déclencher, via leurs récepteurs apparentés, l’augmentation de l’expression du TNF endogène (Grell et al., 1999).

Après leur liaison aux récepteurs, les membres de la superfamille de TNF peuvent médier une variété d’activités, aussi bien dans les réponses immunes, que l’apoptose (par exemple le TNF, le CD95L), la différenciation (par exemple le TNF) ou la prolifération cellulaire (Aggarwal, 2003). Cependant, leur expression inappropriée peut s’avérer nocive (Aggarwal, 2003).

Bien que le TNF-a soit impliqué dans la croissance du blastocyste et son implantation (Argiles et al., 1997), aussi bien que dans la croissance et la fonction placentaire (Tartakovsky and Ben Yair, 1991; Monzon-Bordonaba et al., 2002; Bowen et al., 2002a), un excès de sa production peut être néfaste à la survie du trophoblaste et de l’embryon (Yui et al., 1994; Lea et al., 1998; Hunt et al., 1996; Savion et al., 2002).

En début de gestation, cet excès induit un échec d’implantation, et plus tardivement un retard de croissance fœtale, la rupture des membranes et la naissance prématurée (Marzi et al., 1996; Fortunato et al., 2002). Il a été observé que l’augmentation de production de TNF-a induite par l’injection de LPS chez la souris (Gendron et al., 1990) induit des thromboses et la contraction du muscle lisse utérin. D’autres études ont montré que le TNF-a augmente les taux d’avortements spontanés chez la souris (Chaouat et al., 1999).

Le TNF a une importante fonction dans la régulation du développement embryonnaire.

Celle-ci a été découverte lors du clonage des gènes causant le syndrome de la dysplasie ectodermale. C’est une maladie génétique, observée chez l’homme et la souris, caractérisée par la perte de cheveux et de dents, due à une mutation de TEDA (ectodermal dysplasin) membre de la famille de TNF. En effet, l’interaction EDA-EDAR dans Tectoderme régule l’initiation de la formation des cheveux et des dents (Thesleff and Mikkola, 2002). Par ailleurs, le TNF-a a aussi été impliqué dans la pathologie embryonnaire en activant Tapoptose (Beyaert and Fiers, 1998 ; Toder et al., 2003). Les grosses anomalies structurales sont souvent précédées par une apoptose excessive dans la structure de l’embryon (Knudsen, 1997; Mirkes

-19-

et al., 2001). Il a été avancé qu’une fonction possible du TNF-a serait d’empêcher la naissance des nouveau-nés avec des anomalies structurales (Pampfer, 2001; Clark et al., 2002). En d’autres mots, le TNF-a pourrait augmenter les signaux de mort pour tuer l’embryon si les dommages qu’il présente sont trop importants.

1.2.4.2. Interféron-gamma (IFN-y) et gestation :

Comme le TNF, l’IFN-y est produit au niveau du placenta (Delassus et al., 1994; Bowen et al., 2002b) pendant la gestation normale. A des doses physiologiques il est nécessaire pour obtenir une vascularisation locale optimale de l’interface fœto-maternelle (Ashkar and Croy, 1999). A trop haute concentration, il peut être aussi néfaste pour la gestation. L’administration exogène d’IFN-y induit des résorptions au cours de la gestation et provoque une diminution du poids des fœtus (retard de croissance). Par ailleurs, l’IFN-y induit l’expression des molécules CMH I et II au niveau des cellules T de l’utérus et de la décidua amplifiant les fonctions effectrices de celles-ci vis à vis des allo-antigènes fœtaux. L’IFN-y est également produit par les cellules NK activées, notamment celles qui sont résidentes dans le compartiment mésométrial de l’utérus (Ain et al., 2003). Ainsi la déplétion des cellules NK réduit le taux de résorptions de 50% obtenus lors de l’accouplement CBA x DBA/2 (Clark et al., 1998).

1.2.4.3. Mode d’action du TNF-a et de l’IFN-y :

Le TNF-a et l’IFN-y peuvent agir : i) par effet toxique direct en provoquant l’apoptose du

trophoblaste (Yui et al., 1994) ; ii) en activant des cellules potentiellement cytotoxiques pour

le trophoblaste, comme les macrophages, les cellules NK ou les cellules T cytotoxiques

agissant via d’autres molécules effectrices (Baines et al., 1997; Clark et al., 1998), et/ou iii) en

réduisant la production d’OX-2 (CD200) par les cellules trophoblastiques, et iv) en activant la

prothrombinase fgl2, exprimée par les cellules endothéliales maternelles. La formation de la

thrombine stimule la production d’IL-8 par les cellules endothéliales, provoquant un afflux

des neutrophiles qui à leur tour tuent les cellules endothéliales (Clark et al., 1998; Clark,

1999; Clark et al., 1999). Cette thrombose aboutit à une ischémie locale, limitant les échanges

gazeux et de nutriments au niveau du placenta, responsable des résorptions (fig. 13).