ECOLE NATIONALE VETERINAIRE TOULOUSE Implantation du blastocyste et

ECOLE NATIONALE VETERINAIRE TOULOUSE Implantation du blastocyste et physiologie placentaire V. Gayrard Physiologie Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse 23, chemin des Capelles 31076 Toulouse

Implantation du blastocyste et physiologie placentaire n n Période embryonnaire: divisions cellulaires, premières différenciations Stade blastocyste: implantation Implantation=stratégie pour nutrition et protection des embryons Synchronisation nécessaire entre le stade développement du conceptus et l’état de réceptivité de l’endomètre

Implantation du blastocyste et physiologie placentaire n n Placenta: propre aux mammifères euthériens Composé de tissus d’origine maternelle et foetale Organe d’échange mère-fœtus, organe endocrinien transitoire Gestation: interaction des systèmes endocriniens maternels, fœtaux et placentaires pour permettre la nutrition et la croissance du fœtus, la parturition et le développement des glandes mammaires

Implantation du blastocyste et physiologie placentaire n n n I. Aspects anatomiques et cellulaires de l ’implantation n Développement pré-implantatoire n Phases et mécanismes cellulaires de l ’implantation II. Contrôle hormonal de l ’implantation n Contrôle stéroïdien n Réceptivité utérine et synchronisation du blastocyste III. Physiologie placentaire n Les différents types de placenta n Fonctions d ’échange du placenta n Fonction endocrine placentaire

Développement pré-implantatoire

Développement embryonnaire épiblaste Trophectoderme polaire Ectoderme primitif Endoderme primitif Trophectoderme mural ICM: masse cellulaire interne Ectoderme primitif Endoderme pariétal Endoderme viscéral

Stades précoces de développement de l’embryon des ruminants Bazer F et al. Reproduction 2009;

Déplacement du conceptus sphérique Longueur du blastocyste (mm) Développement pré-implantatoire du conceptus des animaux domestiques Jours post-oestrus Reconnaissance maternelle de la gestation

Développement pré-implantatoire du conceptus des animaux domestiques 18 h pc 55 h pc Disque embryonnaire J 13 : 157 cm de long 13 j pc

Formation des membranes extraembryonnaires n Les membranes extra-embryonnaires dérivent des trois feuillets primordiaux, l'ectoderme, l'endoderme primitif et le mésoderme, auxquels se joignent les dérivés du trophectoderme du blastocyste. Le chorion n. Le sac vitellin n. L’amnios n. L’allantoïde n n n Formation avant l’implantation (ruminants, porcins) Ces structures sont abandonnées ou résorbées à la naissance.

Formation des membranes extra-embronnaires

Quatre compartiments extra-embyonnaires n Le chorion, constitué du trophectoderme et d'un feuillet mésodermique forme la membrane foetale la plus externe n n Participe à la formation du placenta. Le sac vitellin, constitué d'un feuillet dérivé de l'endoderme primitif doublé du feuillet mésodermique. n Entoure les réserves vitellines ("le jaune") de l'œuf n Se développe peu ou pas chez les mammifères placentaires,

Quatre compartiments extra-embyonnaires n L’amnios, formé d’une couche de l’ectoderme et du mésoderme, il forme la membrane foetale la plus interne n n Protection du foetus/chocs, déshydratation, rôle lubrifiant lors de la parturition L’allantoïde, cavité qui se développe à partir de la portion postérieure de l'intestin primitif et prolonge la future vessie. L'allantoïde est limitée par l'endoderme primitif et le mésoderme extraembryonnaire. n Réservoir d’eau et de déchets, mise en place du système vasculaire extraembryonnaire qui comprend deux artères et deux veines ombilicales qui fusionnent par la suite

Phases de l’implantation n Les différences interspécifiques portent sur: n Le stade de développement du blastocyste au moment de l’implantation n La durée des phases de l’implantation n Le degré d ’invasion de l ’endomètre par le trophoblaste qui définit le type de placentation

Chronologie de la gestation Espèce Entrée dans Perte utérus ZP Implantation Gestation Vache 4 j 9 -10 j 22 -40 j 280 j Brebis 4 j 8 -9 j 15 -28 j 145 j Jument 5 -6 j 22 j Truie 2 j 6 j 24/40 -95/100 j 330 j 13 -24 j 115 j

Phases de l’implantation Épithélium utérin 1. Perte ZP Endomètre 2. Accolement orientation du blastocyste 3. Apposition contacts cellulaires 4. Adhésion Placenta EPITHELIO-CHORIAL Placenta ENDOTHELIO ou HEMOCHORIAL 5. Invasion endomètre

Phases et mécanismes de l’implantation n n Perte de la zone pellucide par rupture et éclosion Accolement et orientation du blastocyste n n n L’orientation du blastocyste représente une constante de l’espèce Position du blastocyste dans la cavité utérine centrale dans les espèces qui présentent une grande expansion du blastocyste (lapine, jument, truie, vache, brebis) ou excentrée avec (rate, souris) ou sans (femme) formation d’une chambre d’implantation La localisation du contact initial du trophectoderme avec l’endomètre par rapport au plan mésométrial définit un type d’implantation

Position du blastocyste Chambre d’implantation antimésométrial diffus cotylédonnaire antimésométrial DE DE latéral DE Plan mésométrial lapine jument truie Position centrale vache brebis ratte souris femme Position excentrée

Phases et mécanismes de l’implantation n Apposition et adhésion n Immobilisation et établissement de contacts étroits entre les tissus embryonnaires et utérins. Apposition facilitée par l’expansion du blastocyste Réduction des microvillosités de la membrane des cellules trophoblastiques contribuant à un rapprochement étroit des 2 tissus.

Phases et mécanismes de l’implantation Apposition et adhésion n n Interpénétration des microvillosités utérines et de la membrane plasmique du trophoblaste : ancrage définitif du blastocyste à l’endomètre. Augmentation de l’expression de protéines d’adhésion (intégrines) et diminution de l’expression des protéines antiadhésives (mucine) par les cellules épithéliales utérines

Phases et mécanismes de l’implantation n Invasion de l’endomètre n Le trophoblaste érode totalement l’épithélium utérin, traverse la membrane basale, s’insinue dans le stroma jusqu’à la paroi des vaisseaux sanguins (placenta endothélio-chorial des carnivores) ou les pénètre (placenta hémo-chorial des rongeurs et des primates).

Contrôle endocrinien de l’implantation Spencer T E et al. Reproduction 2004; 128: 657 -668

Contrôle endocrinien de l’implantation n L’implantation est synchronisée avec le cycle ovarien et dépend d’une séquence hormonale n n L’oestradiol stimule le croissance de l’endomètre utérin, stimule la sécrétion de LH et induit la décharge ovulante de LH qui à son tour induit l’ovulation et la reprise de la méiose. La progestérone produite par le corps jaune stimule les sécrétions des glandes utérines, fournit des nutriments à l’embryon et inhibe les contractions utérines.

Réceptivité utérine et synchronisation avec le blastocyste n n La progestérone induit « une fenêtre de réceptivité » de l’endomètre utérin. Phase réceptive associée à une adhésivité accrue de l’épithélium de l’endomètre utérin, la formation de pinopodes, l’augmentation de l’expression des protéines d’adhésion et une diminution de l’expression des protéines antiadhésives (mucine) à la surface apicale de l’épithélium utérin

J 23 n n Alors que l ’implantation peut se produire dans n ’importe quel tissu du corps humain, l’embryon ne peut pas s ’implanter dans l ’endomètre, excepté au cours d ’une brève période appelée « fenêtre d ’implantation » Nécessité de synchronisation entre le stade de développement du blastocyste et de l’état ed réceptivité ed l’endomètre (écart max de 48 h)

Implantation différée n n n Blastocyte quiescent (diapause) Implantation différée occasionnelle: rongeurs augmentation durée gestation initiée postpartum Implantation différée obligatoire: adaptation chronobiologique

Le placenta • Organe transitoire • Apposition des tissus maternels et foetaux • Organe d ’échanges mère-fœtus n n n Respiration, nutrition, protection Variations morphologiques et structurales Organe endocrine n n n Equilibre hormonal gestation Développement foetus Diagnostic, surveillance grossesse

Structure du placenta n n n Développement complexe (cf embryologie) Variations morphologiques de la répartition des villosités à la surface du chorion Variations structurales portant sur le nombre de couches tissulaires qui séparent les circulations sanguines maternelle et foetale

Placenta diffus A AC AM E M YS Allantoïde Allantochorion Cavité amniotique Endomètre Myomètre Sac vitellin

Placenta cotylédonnaire

Placenta diffus de la truie Placenta cotylédonnaire de la brebis

Placenta cotylédonnaire de la vache A C E FC MC M Amnios Chorion Endomètre Cotylédon foetal Caroncule maternel Myomètre

Placenta

Placenta cotylédonnaire de la brebis A CS MC P UC V Artère ombilicale Tige chorionique Cotylédon foetal Caroncule maternel Plancentome Cordon ombilical Veine ombilicale

Placenta zonaire Placenta discoïde A AC AM E M PZ TZ YS Allantoïde Allantochorion Cavité amniotique Endomètre Myomètre Zone pigmentée Zone de transfert Sac vitellin

Structure du placenta fœtus Endothélium Mésoderme Epithélium trophodermique Epithélium Mésenchyme utérin Endothélium mère PLACENTA épithélio-chorial Truie, jument, ruminants* endothélio-chorial Carnivores * Syndesmochorial (érosion épithélium maternel) hémo-chorial Primates, rongeurs

Structure du placenta n n n n Jusqu’à six couches de cellules séparent les circulations foetales et maternelles dans le placenta Endothelium foetal Mésoderme foetal Epithélium trophodermique Epithelium maternel Mésenchyme utérin Endothelium maternel

Structure du placenta cotylédonnaire

$Réaction déciduale n n n Chez les espèces dont le trophoblaste n’effracte pas l’épithélium$

Réaction déciduale n n n Chez les espèces dont le trophoblaste n’effracte pas l’épithélium utérin, le stroma de l’endomètre ne subit peu ou pas de modifications nidatoires. Modérée chez la plupart des carnivores, la réaction déciduale est surtout l’apanage des rongeurs, de certains primates et de la femme. Cytologiquement, la réaction déciduale consiste essentiellement en une transformation de type épithélial des fibroblastes du stroma endométrial.

Réaction déciduale n n n Le tissu décidual est appelé la caduque ou décidue. La décidue inhibe la migration de l’embryon au cours de l’implantation Chez la jument, la réaction déciduale donne lieu à la formation des cupules endométriales qui produisent e. CG

Fonction d’échange placentaire n n Surface considérable d’échange des villosités choriales : de l’ordre de 14 m² pour le placenta humain à terme; la longueur du réseau capillaire des villosités choriales est évaluée à 50 km Mécanismes n Simple diffusion : gaz, eau et électrolytes n Transport actif : acides aminés n Diffusion facilitée : processus lié au flux d’un ion (glucose, substrat majeur pour le métabolisme énergétique du foetus)

Placenta = filtre sélectif MW>1000 Protéines Lipides Hormones TSH, ACTH, GH Insuline Glucagon) MW<600 Ig. G (placentation endo ou hémochoriale aa Glucose Vitamines Stéroïdes, A, T 4 Alcool, plomb, mercure Médicaments: barbituriques antibiotiques

Anabolisme gravidique n n n Le fœtus prioritaire/ mère pour de nombreux nutriments (énergie, protéines, minéraux) Métabolismes maternels plus efficaces: anabolisme de gestation stocks énergétiques (tissu adipeux), protéiques (muscles), minéraux (squelette)

Progestérone au cours de la gestation

Stéroïdes placentaires Mère Placenta PRG Cholestérol DHA Foetus Surrénales Prégnénolone-S DHA-S Androstenedione E 2 E 3 DHA-S Foie 16 -OH DHA-S Rôle protecteur de la conjugaison des androgènes par le fœtus Synthèse oestriol (E 3) indicateur de la vitalité du fœtus et du placenta

Fonction endocrine placentaire n Rôle des oestrogènes n n n Augmentation du débit sanguin utéroplacentaire Développement de la glande mammaire Stimulation de la production de prolactine

Endocrinologie de la gestation CJ primaire CJ accessoires 150 Gonades foetales Cupules endométriales PRG (ng/ml) 30 Oestrogènes conjugués (ng/ml) 400 PMSG (iu/ml) 300 20 Parturition 100 200 10 0 50 0 100 J gestation 0 40 80 120 160 200 240 280 320 0

PMSG : Pregnant Mare Serum Gonadotrophin e. CG : equine Chorionic Gonadotrophin n Origine n Envahissement de l’endomètre par les cellules du chorion (J 35) n Formation des cupules endométriales Synthèse n Entre J 35 et J 130 Fonction n Endocrine n Immunologique

Endocrinologie de la gestation n Origine progestérone n n CJ primaire CJ accessoires n n n 10 -15 CJ à J 120 Origine: ovulation, lutéinisation follicules via action e. CG Régression CJ à J 120 Placenta: à partir de J 70 Origine oestrogènes n Gonades foetales

Fonction endocrine placentaire n Hormone lactogène placentaire n n Femme (h. PL), ruminants, rongeurs Non produites par les placentas de jument, truie, lapine, carnivores Activités lutétrophique, somatotrope et lactogène Croissance glande mammaire, croissance fœtale et métabolisme maternel

Hormone lactogène placentaire o. PL (mg/placenta) Poids cotylédons (g) 20 200 10 100 5 70 100 140 Jours gestation

Hormone lactogène placentaire (ng/ml) Hormone lactogène placentaire Concentration foetale 100 Concentration maternelle 10 1 0. 01 0 30 60 90 120 150 180 Jour de gestation 210 240 270

Protéines associées à la gestation 10000 200 150 100 10 50 0 1 20 60 100 140 180 220 Jour de gestation -40 0 40 80 0. 1 Jour précédant et suivant la parturition PAG (ng/ml) 1000

Conclusion n Implantation de l’embryon en développement Variations interspécifiques Physiologie placentaire n n Echanges Fonction endocrine unité foeto-placentaire