Projet ANR-10-BLAN-1608 – MONOPOLY : Mono ou poly ovulation, rôle évolutif du gène BMP15 chez les mammifères
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Génomique, génomique fonctionnelle, bioinformatique, biologie systémique (Blanc SVSE 6)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur FABRE STÉPHANE (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE TOURS)
Partenaires : Physiologie de la Reproduction et des Comportements; Laboratoire de Génie Chimique; Institut national de la recherche agronomique
Montant : 254320.0 euros
Date de début : 2010
Durée : 36 mois
Résumé : Qui contrôle le nombre d'ovulations dans les ovaires de mammifères?Vers une meilleure compréhension de la fonction ovarienne pour la reproduction des mammifères domestiques d'élevage. Retombées possibles en reproduction humaine.
Démontrer que le gène nommé «BMP15« est le chef d'orchestre de la mono ou poly ovulation.Parmi les mammifères, il existe une forte variation du nombre d'ovulations dans les ovaires à chaque cycle sexuel et donc du nombre de nouveau-nés à chaque naissance. En effet, le nombre de petits peut aller de 1 à 2 chez la femme, la vache ou la brebis, à plus de 10 petits chez les rongeurs ou la truie. Des mutations naturelles chez la brebis indiquent que ce nombre d'ovulations peut être contrôlé par l'action d'un seul gène, BMP15. Ainsi, nous souhaitons déterminer si BMP15 s'est spécialisé au cours de l'évolution des espèces pour contrôler strictement le nombre d'ovulations chez les mammifères. Le concept est basé sur le fait qu'un gène BMP15 pleinement actif conduirait à la mono-ovulation, tandis qu'un gène BMP15 inactif ou moins actif permettrait la poly-ovulation. Ce projet est mené dans un esprit de biologie comparée pour étudier les différences d'activité du gène BMP15 entre espèces mono- (femme, vache) et poly-ovulantes (truie). La réalisation de ce projet devrait mener à une meilleure compréhension de la fonction de l'ovaire chez les mammifères avec des retombées envisageables pour l'élevage (maitriser la reproduction pour produire mieux et durablement), mais aussi en clinique humaine dans le cadre des pathologies ovariennes (infertilité, ménopause précoce).
Analyse cellulaire, moléculaire et génétique du fonctionnement du gène BMP15Pour mener à bien notre projet nous faisons appel à des approches méthodologiques de physiologie au niveau cellulaire et moléculaire (étude de l'activité du gène) et de génétique animale (étude des mutations). Nous sommes aidés par des outils informatiques d'analyse des banques de données biologiques. 	Les méthodes de physiologie concernent l'isolement de la cellule dans laquelle fonctionne le gène BMP15: l'ovocyte qui est la cellule reproductive femelle. Bien que ce soit la cellule la plus grosse de l'organisme (20µm), l'ovocyte est une cellule unique à l'intérieur des follicules ovariens qu'il faut isoler et capturer à l'aide d'une découpe laser. Une fois les ovocytes isolés, nous collectons le matériel génétique (ADN et ARN) qui se trouve à l'intérieur des ovocytes et, par des techniques d'amplification et de quantification, nous mesurons le niveau de fonctionnement du gène BMP15 que nous comparons entre les différentes espèces. 	D'un point de vue génétique, nous déchiffrons par séquençage de l'ADN le code génétique du gène BMP15 chez des brebis, des vaches ou des truies qui montrent des différences importantes dans leur nombre de nouveaux-nés. Ainsi nous pouvons identifier des anomalies dans le code (mutation) qui expliquent ces différences.	Enfin, grâce aux banques de données des codes génétiques de BMP15 dans les différentes espèces de mammifères et leur analyse par des logiciels informatiques nous évaluons la vitesse d'évolution au cours des âges du gène BMP15 par rapport à d'autres gènes, et la pression de la sélection génétique exercée sur ce gène.
Résumé de la soumission : Parmi les mammifères, il existe une forte variabilité du nombre d'ovulations allant de 1-2 (femme, vache, brebis) à plus de 10 (rongeurs, truie). Des mutations naturelles chez la brebis indiquent que ce nombre d'ovulations peut être contrôlé par l'action d'un seul gène, BMP15. Ainsi, nous souhaitons déterminer si BMP15 s'est spécialisé au cours de l'évolution pour contrôler strictement le nombre d'ovulations chez les mammifères. Le concept est basé sur le fait qu'un gène BMP15 pleinement fonctionnel conduirait à la mono-ovulation, tandis qu'un gène BMP15 altéré permettrait la poly-ovulation. Ce projet est mené dans un esprit de biologie comparée, espèces mono- (femme, vache) vs. poly-ovulantes (truie) afin d'étudier l’expression et la relation structure/fonction du gène BMP15 avec l'intégration d'approches de physiologie moléculaire et cellulaire (expression, culture cellulaire, protéines recombinantes , transcriptome, proteome) et de génétique animale (génotypage, sélection). La réalisation de ce projet devrait mener à une meilleure compréhension de la fonction ovarienne chez les mammifères avec des retombées envisageables pour l'élevage, mais aussi en clinique humaine dans le cadre des pathologies ovariennes.
Résultats : Les premières analyses de fonctionnement du gène BMP15 dans les ovocytes (autrement dit son expression) montrent qu'il est 5 fois plus exprimé chez la truie que chez la vache, ce qui irait à l'inverse de notre concept présenté plus haut. Mais cette information ne suffit pas, il faudra déterminer le niveau d'activité du produit du gène, la protéine BMP15, dans la suite du projet. 
	Au niveau génétique, nous avons identifié deux anomalies du code génétique de BMP15, une chez des brebis de la race française Grivette (Massif-Central) et une chez des brebis de la race polonaise Olkuska. Dans les deux cas, les brebis porteuses de ces mutations naturelles peuvent avoir 4 ou 5 agneaux à chaque mise-bas, mais elles ne sont jamais stériles comme nous avions pu le voir pour d'autres mutations naturelles du gène BMP15 situées ailleurs dans son code.
	Concernant l'évolution du gène BMP15, nous avons montré qu'il avait évolué plus vite que les autres gènes de la même famille BMP (dont il est le 15ème membre). De plus, le gène est soumis à une sélection génétique positive sur des endroits bien précis du code qui en théorie doit lui conférer un avantage sélectif. Nous avons vérifié cette théorie en modifiant artificiellement le code et nous modifions effectivement le fonctionnement du gène. La modification artificielle que nous avons réalisée existe également à l'état naturel chez des femmes atteintes du syndrome ovarien de ménopause précoce, ce qui prouve bien que cette région du code de BMP15 est très importante pour le bon fonctionnement de l'ovaire.
Perspectives : En terme de recherche fondamentale, la réalisation de ce projet permettra d'approfondir les connaissances du rôle ovarien du gène BMP15 dans le contrôle du nombre d'ovulations. D'un point de vue plus finalisé, les résultats qui seront obtenus pourraient servir à l'élaboration de nouvelles stratégies dans le cadre des biotechnologies de la reproduction pour l'amélioration de la fertilité des animaux d'élevage dans le cadre d'une agriculture raisonnée, ou avoir des retombées cliniques avec le développement de nouvelles thérapies contre les pathologies ovariennes chez la femme. Enfin, une application directe de ce projet est l'amélioration de la «sélection assistée par marqueurs génétiques« dans la conduite des élevages français ovins, bovins et porcins, grâce à la découverte des nouvelles mutations dans BMP15 associées à la prolificité (nombre de nouveaux-nés à chaque mise-bas).
Publications et brevets : Les premiers résultats que nous avons obtenus ont été présentés à la communauté scientifique mondiale dans le domaine de la reproduction ou de la génétique lors de quatre congrès internationaux (15ème Congrès International d'Endocrinologie, Florence, Italie; 33ème Conférence de la Société Internationale de Génétique Animale, Cairns, Australie; 17ème Congrès International de Reproduction Animale, Vancouver, Canada; 63ème réunion annuelle de la Fédération Européenne en Sciences Animales, Bratislava, Slovaquie). Nous avons également écrit trois articles pour des revues scientifiques internationales. Un article de synthèse publié dans la revue «Mammalian Genome« où nous présentons l'état actuel des connaissances mondiales pour le contrôle génétique du nombre d'ovulations chez les mammifères. Un article a été proposé à la revue «Human Mutation« sur l'évolution génétique du gène BMP15. Enfin, un article a été proposé à la revue «PLoS Genetics« pour la découverte chez la brebis de deux nouvelles mutations dans BMP15 qui augmentent le nombre d'ovulations.