Identification, chez les ruminants, des gènes ou réseaux de gènes impliqués dans la différenciation et le fonctionnement de la glande mammaire

Biosynthesis and secretion activity by the ruminant mammary gland is settled by terminal differentiation of mammary structures and the expression of many genes. In this work, microarray technology was used to determine genes that participate to the goat mammary gland differentiation and that explain variation of milk composition observed with the K232A mutation at the bovine DGAT1 locus. Our study showed that the gene expression profile of the goat mammary tissues undergo considerable changes during pregnancy: i) triggering off differentiation before the 1st third of pregnancy; ii) tissue remodelling enhanced by expression of immune response genes; iii) acquisition of the secretory phenotype and triggering off lipid synthesis at the parturition. Transcriptomic comparison of mammary tissues from cows with homozygous and opposite genotype at the DGAT1 locus (K232 vs. A232) help to determine cellular mechanisms underlying variation of milk composition observed between these two genotypes. We have confirmed a reduction of fat percentage (-10g/kg) and middle chain unsaturated fatty acids (FA), an increase of middle chain saturated FA and long chain unsaturated FA and a reduction of milk fat globule size with the A232 genotype. Transcriptomic analysis with total RNA extracted from mammary tissues revealed that genes implicated in synthesis of lactose, lipids and proteins were up-regulated with A232 individuals. For the lipids, these genes partially explain the difference in milk FA composition and suggest alternative metabolic pathways of the diacylglycerol.La glande mammaire d'une vache laitière haute productrice, produit quotidiennement une quantité de lait équivalente à 10% du poids de l'animal. L'alimentation, la génétique et le processus de différenciation terminale du tissu mammaire peuvent impacter significativement la productivité de l'animal et la composition du lait. L'activité intense de biosynthèse et de sécrétion de la glande mammaire fait intervenir un large répertoire de gènes dont l'expression peut aujourd'hui être analysée de façon globale et simultanée grâce à des outils tels que les puces à ADN. C'est ce type d'approche que nous avons mis en œuvre, dans ce travail de thèse, afin d'établir les réseaux de gènes qui participent au processus de différenciation terminale du tissu mammaire et qui permettent d'expliquer les variations de composition du lait observées avec la mutation K232A au locus DGAT1 bovin. Pour ce faire, nous avons utilisé chez la chèvre un dispositif en boucle qui a permis d'analyser, au moyen d'un répertoire de 22 000 sondes oligonucléotidiques bovines (22K), l'évolution du profil d'expression génique du tissu mammaire au cours de la gestation. Nous avons ainsi pu montrer que ce profil subit au cours du développement de l'organe et de sa différenciation terminale des changements profonds qui définissent 3 étapes majeures : i) le déclenchement de la différenciation fonctionnelle qui intervient avant le premier tiers de la gestation ; ii) un remodelage du tissu au cours duquel les structures qui produiront le lait (acini) se mettent en place et prolifèrent pour envahir progressivement l'organe - cette phase est marquée par l'expression de gènes de la réponse immunitaire ; iii) l'acquisition du phénotype sécrétoire, matérialisée par le déclenchement de la synthèse lipidique à la parturition. Afin de déterminer les mécanismes cellulaire sous-jacents aux variations de composition du lait observées avec la mutation K232A au locus DGAT1, nous avons entrepris la comparaison du transcriptome de tissu mammaire bovin à partir d'un dispositif expérimental génétiquement bien défini et contrôlé. A chaque animal de génotype GC/GC (A232), correspondait soit sa pleine sœur (n=4), soit sa demi-sœur (n=2) de génotype AA/AA (K232), au même numéro de lactation et au même nombre de jours de lactation. Nos résultats ont confirmé une baisse significative du TB (41.6 vs. 51.6 g/kg) et des AG à chaîne moyenne et insaturés (C14:1 et C16:1) et une augmentation des AG à chaîne moyenne et saturée (C14:0) et longue et insaturée (C18:1 cis11, C18:1 cis12, C18:2 n-6, C18:3 n-3) avec le variant GC/GC (A232) en comparaison au variant AA/AA (K232). Les globules gras étaient également plus petits avec ce variant. L'analyse du transcriptome à partir d'ARN extraits des biopsies de tissu mammaire a montré que les gènes spécifiant les acteurs des voies de synthèse du lactose, des lipides et des protéines étaient sur-exprimés chez les individus de génotype GC/GC (A232). La liste des gènes de la biosynthèse des lipides sur-exprimés avec ce génotype expliquent, pour partie, les différences de composition fine en acides gras observées en suggérant des voies alternatives du métabolisme du diacylglycérol