Implantation du blastocyste et physiologie placentaire ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E 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 Période embryonnaire: divisions cellulaires, premières différenciations Stade blastocyste: implantation Implantation=stratégie reproductive Synchronisation nécessaire

Implantation du blastocyste et physiologie placentaire I. ASPECTS ANATOMIQUES ET CELLULAIRES DE L ’IMPLANTATION Sites d ’implantation Phases de l ’implantation Mécanismes cellulaires de l ’implantation II. CONTRÔLE HORMONAL DE L ’IMPLANTATION Contrôle stéroïdien Signaux utérins et embryonnaires Réceptivité utérine et synchronisation du blastocyste III. PHYSIOLOGIE PLACENTAIRE Les différents types de placenta Fonctions d ’échange du placenta Fonction endocrine placentaire

Quatre étapes avant l’impantation Développement à l’intérieur de la zone pellucide Eclosion du blastocyste Formation des membranes foetales Reconnaissance maternelle de la gestation

The early blastocyst

Quatre étapes avant l’impantation Développement à l’intérieur de la zone pellucide Eclosion du blastocyste Formation des membranes foetales Reconnaissance maternelle de la gestation

Eclosion du blastocyste

Eclosion du blastocyste La zone pellucide s’étire et s’amincit sous l’influence de la croissance de l’embryon Le blastocyste quitte la zone pellucide L’éclosion est dûe à la croissance et à l’accumulation de fluide dans le blastocyste et à la production d’enzymes par le trophoblaste Rongeurs, carnivores, homme: 8j post-fécondation; Ongulés: 12 jours post-fécondation

Le blastocyste

Elongation du blastocyste bovin Longueur du blastocyste (mm) Jours post-oestrus

Elongation du blastocyste: truie 18 h pc 55 h pc 13 j pc Disque embryonnaire J 13 : 157 cm de long

Différenciation du blastocyste 1) Le blastocyste forme l’embryon et les membranes foetales 2) Deux lignées cellulaires se développent 3) Des jonctions serrées et des jonctions perméables se forment, respectivement au niveau des couches externes et internes de la morula 4) Jonctions serrées: le sodium passe entre les cellules de la couche externe -> eau -> blastocoele 5) Les cellules de la couche externe forment le trophoblaste 6) Les jonctions perméables permettent aux cellules de se polariser et de former la masse cellulaire interne -> embryon

Différenciation du blastocyste

Développement de l’embryon

Quatre étapes avant l’impantation Développement à l’intérieur de la zone pellucide Eclosion du blastocyste Formation des membranes foetales Reconnaissance maternelle de la gestation

Les 4 membranes foetales Le sac vitellin Le chorion L’amnios L’allantoïde Rôles: isoler, protéger le foetus et former le placenta

Quatre membranes foetales et les compartiments extra-embyonnaires Le sac vitellin: un compartiment formé à partir de l’endoderme Le chorion, une couche de l’ectoderme et du mésoderme qui forme la membrane foetale la plus externe L’amnios, une couche de l’ectoderme et du mésoderme qui forme la membrane foetale la plus interne, cavité amniotique dans laquelle baigne l’embryon L’allantoïde, une couche de l’endoderme et du mésoderme qui forme la cavité allantoïdienne, l’allantoïde fusionne avec le chorion pour former l’allantochorion.

Formation des membranes foetales

Rôle des sécrétions tubaires Source de nutriment pour le zygote Homogénéité interspécifique de la composition chimique Rôle dans le développement de l ’oeuf Milieu peu favorable au séjour prolongé

Implantation Interactions complexes entre endomètre et trophoblaste, mise en place des structures placentaires Sites d’implantation: utérus Phases de l’implantation Stade au moment implantation Durée des phases Degré d ’invasion de l ’endomètre par le trophoblaste: type de placentation

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

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

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

Phases de l’implantation Le blastocyste s ’oriente de façon à présenter son pôle embryonnaire (côté bouton embryonnaire) face à l ’endomètre L ’embryon émet des signaux précoces favorisant son implantation: facteur activateur des plaquettes (PAF), libération d ’histamine (vasodilatation)

Phases de l’implantation L ’apposition nécessite un contact direct entre les cellules du trophectoderme du blastocyste et les cellules épithéliales de l ’endomètre grâce à : L ’éclosion ( permet l ’apposition) Modifications de l ’épithélium utérin (permettront l ’adhésion). Comme tous les épithéliums, celui de l ’endomètre est non adhésif car recouvert de glycoprotéines formant un glycocalyx

Phases de l’implantation: adhésion Un contact étroit s ’établit entre cellules trophectodermiques et utérines. Les microvillosités à leur surface s ’engrènent; des jonctions se forment l ’œuf ne peut plus être éliminé par simple lavage

Mécanismes cellulaires Adhésivité trophoblaste: composition et distribution des glycoprotéines à la surface externe des membranes des cellules Apposition facilitée par expansion blastocyste: lapine, vache, brebis, jument, truie Rongeurs: maintien trophoblaste contre épithélium dans chambre implantation

Contrôle endocrinien implantation Action préalable stéroïdes ovariens (E2, PRG) cycle E2 + RPRG PRG + sécrétions utérines, indispensable établissement gestation Implantation: PRG: toutes les espèces

Réceptivité utérine et synchronisation avec le blastocyste Etat réceptivité endomètre-développement blastocyste Nécessité de synchronisation (écart maximal de 48h) Fenêtre d ’implantation: utérus temporairement réceptif Phase réfractaire: effet blastotoxique (acide cholique, femme)

J23 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 »

Implantation différée Blastocyte quiescent (diapause) Implantation différée occasionnelle: rongeurs augmentation durée gestation initiée post-partum Implantation différée obligatoire: adaptation chronobiologique

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

Morphologie Diffus Cotylédonaire Zonaire Discoide

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

Cotyledonary Placenta

Placenta diffus de la truie Placenta cotylédonnaire de la brebis

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

Placenta

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

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

Truie, jument, ruminants* Couches cellulaires fœtus Endothélium Stroma Trophoblaste Epithélium Stroma Endothélium mère PLACENTA épithélio-chorial Truie, jument, ruminants* endothélio-chorial Carnivores hémo-chorial Primates, rongeurs * Syndesmochorial (érosion épithélium maternel)

Physiologie placentaire

Couches cellulaires Jusqu’à six couches de cellules séparent les circulations foetales et maternelles dans le placenta Endothelium foetal Stroma foetal Trophoblaste (épithelium foetal) Epithelium maternel Stroma utérin Endothelium maternel

Décidue Le foetus est un corps étranger et sa présence entraîne une réponse immunitaire: la réaction déciduale Le degré de la réponse immunitaire maternelle est déterminé par le degré d’invasion du placenta Les placentas non invasifs sont adécidués Les placentas invasifs sont décidués

Decidue Chez espèces à placenta décidué: cellules du stroma au profil de sécrétion altéré La réaction déciduale peut commencer avant l’implantation Très marquée chez la femme, a lieu même en l’absence de fécondation. La décidue est éliminée après la lutéolyse -> menstruation Chez la jument, elle donne lieu à la formation des cupules endométriales qui produisent eCG

Mécanismes échanges placentaires Simple diffusion : gaz et eau Transport actif: pompe Na-K,pompe Ca Diffusion facilitée : processus lié au flux d’un ion (glucose, aa) Endocytose : Microvillosités cellulaires.

Placenta = filtre sélectif MW>1000 MW<600 IgG (placentation endo ou hémochoriale Protéines Lipides Hormones TSH, ACTH, GH Insuline Glucagon) aa Glucose Vitamines Stéroïdes, A, T4 Alcool, plomb, mercure Drogues: opiacées, LSD, amphétamines, lithium Médicaments: barbituriques antibiotiques

Anabolisme gravidique 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)

Fonction endocrine du placenta Les sécrétions endocrines placentaires Stimulent la fonction ovarienne Permettent le maintien de la gestation Influencent le croissance foetale Stimulent le développement mamaire Assistent la parturition

Hormones de la gestation Progestérone Oestrogènes Gonadotropines chorioniques Gonadotropines hypophysaires Hormone lactogène Relaxine (naissance) Prostaglandines (naissance)

Progestérone au cours de la gestation

Stéroïdes placentaires Mère Placenta Foetus Surrénales PRG Prégnénolone-S Cholestérol Prégnénolone DHA DHA DHA-S Androstenedione DHA-S Foie E2 E3 16-OH DHA-S Rôle protecteur de la conjugaison des androgènes par le fœtus Synthèse oestriol (E3) indicateur de la vitalité du fœtus et du placenta

Fonction Prolactine Source: Lutéotrophie (chienne) Hypophyse antérieure Prolactin-like protéines produites par: L’endomètre (decidue) ex: femme Placenta (ex: rongeurs, vache) Fonction Lutéotrophie (chienne) Développement de la glande mammaire

Hormones au cours de la gestation Parturition Ovulation Progesterone Prolactin Oestrogens 0 50 100 150 200 250 300 Jours de gestation

Hormones au cours de la gestation Parturition Ovulation Progesterone Prolactin Oestrogens 0 50 100 150 Jours de gestation

Hormones au cours de la gestation: chatte Progesterone Prolactin Parturition Ovulation 0 10 20 30 40 50 60 Jours de gestation

Hormones au cours de la gestation: chienne Pseuogestation potentiele Oestrogènes Progesterone Prolactin -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Jours de gestation

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

PMSG : Pregnant Mare Serum Gonadotrophin eCG : equine Chorionic Gonadotrophin Origine Envahissement de l’endomètre par les cellules du chorion (J35) Formation des cupules endométriales Synthèse Entre J35 et J130 Fonction Endocrine Immunologique

Endocrinologie de la gestation Origine progestérone CJ primaire CJ accessoires 10-15 CJ à J120 Origine: ovulation, lutéinisation follicules via action eCG Régression CJ à J120 Placenta: à partir de J70 Origine oestrogènes CJ (J35-J50) via effet + eCG J70: unité foeto-placentaire Précurseurs oestrogènes: gonades foetales

Hormone lactogène placentaire Femme (hPL), 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 oPL (mg/placenta) Poids cotylédons (g) 20 200 10 100 5 Jours gestation 70 100 140

Hormone lactogène placentaire Concentration foetale Concentration maternelle 100 10 Hormone lactogène placentaire (ng/ml) 1 0.1 0.01 120 150 180 210 240 270 30 60 90 Jour de gestation

Relaxine Origine Fonction CJ : truie, rat Placenta: jument, chienne, chatte, femme Ovaires: ruminants Fonction Relâchement ligaments pelviens Ouverture col utérus Développement glande mammaire

Protéines associées à la gestation 50 100 150 200 20 60 140 180 220 Jour de gestation PAG (ng/ml) Jour précédant et suivant la parturition -40 40 80 0.1 1 10 1000 10000

Conclusion Implantation de l’embryon en développement: signaux embryonnaires et utérins Physiologie placentaire Echanges Fonction endocrine unité foeto-placentaire