Contexte biochimique.
Introduction.
En 2015, Barex a développé le milieu de conservation du sperme de lapin Lepex, qui est commercialisé depuis lors. De nouvelles connaissances sur les mécanismes biochimiques liés à la reproduction des lapins ont récemment conduit à la conception du nouveau supplément Novum (Novum pour New Ovulation Medium). Le supplément Novum, ajouté au dilueur de sperme, constitue une méthode révolutionnaire pour soutenir l’induction de l’ovulation. Les ingrédients présents dans Novum sont spécifiquement conçus pour aider la protéine bêta nerve growth factor (NGF) naturellement présente dans le sperme du mâle à induire l’ovulation. En soutenant différents mécanismes moléculaires impliqués dans le processus naturel d’ovulation, Novum permet une ovulation naturelle induite par l’accouplement. Dans les paragraphes suivants, nous approfondirons les éléments cruciaux du développement de Novum et fournirons des détails complexes sur les processus moléculaires de la reproduction chez les lapins.
Les lapins européens sont de petits mammifères appartenant à la famille des Leporidae. Ils étaient chassés et consommés par les hominidés pendant l’âge de pierre en grand nombre dans les régions méditerranéennes du nord-ouest, de l’Espagne à l’Italie. Les Phéniciens, qui commerçaient dans toute la région méditerranéenne, de Chypre à la péninsule ibérique, ont probablement commencé la propagation du lapin. Les Romains ont découvert le lapin comme source de nourriture, et le commerce dans l’Empire romain a répandu les lapins de la péninsule ibérique vers d’autres parties du monde. La domestication a duré jusqu’au XVIIIe siècle. Aujourd’hui, les lapins sont élevés plus gros et plus gras pour obtenir plus de viande. Ils sont introduits dans le monde entier dans de nombreuses cultures et font partie de la vie quotidienne comme nourriture, vêtement, compagnon et source d’inspiration artistique. Les lapins sont utilisés comme modèle de recherche en science fondamentale, et en science appliquée, ils sont utilisés entre autres pour la production d’anticorps pouvant être utilisés chez l’homme ou pour étudier les maladies humaines.
2. Production de viande de lapin.
Le lapin est une bonne source de viande pour répondre à la demande en protéines animales. Avec un programme d’élevage optimal, une lapine peut produire 60 jeunes lapins par an, représentant plus de 100 kg de viande de lapin. De plus, les lapins ont un taux de reproduction élevé par rapport aux autres animaux d’élevage. Ils atteignent la maturité sexuelle plus tôt, ont une période de gestation relativement courte et peuvent être réaccouplés immédiatement après la mise bas. L’insémination artificielle (IA) des lapines est apparue dans les fermes européennes à la fin des années 1980. Elle était utilisée auparavant pour obtenir l’amélioration génétique des animaux et résoudre les problèmes sanitaires. Des améliorations significatives concernant les aspects productifs et économiques ont été réalisées par la suite. La technique d’insémination artificielle des lapins continue d’évoluer.
Chers collègues,
Dans les décennies à venir, la demande de produits d’élevage augmentera avec la hausse spectaculaire de la population mondiale, en plus des consommateurs devenant plus conscients et exigeant des produits de haute qualité. L’élevage de lapins, particulièrement important dans la zone méditerranéenne et les zones semi-arides d’Afrique, d’Asie ou d’Amérique, représente une précieuse source alternative de bonnes protéines animales de haute qualité (faibles en gras et en cholestérol). Comme les lapins sont choisis, dans le monde entier, comme espèce d’élevage en raison de leurs avantages reproductifs et alimentaires, l’élevage moderne de lapins devra faire face à d’importants défis futurs qui devront être résolus dans les prochaines années pour qu’il reste un secteur compétitif et durable. Différentes stratégies doivent être utilisées pour maintenir un équilibre entre le bien-être des lapins, les exigences des clients et les besoins des éleveurs. Une amélioration des systèmes d’élevage est nécessaire, et peut impliquer d’éviter les hormones et les antibiotiques ; d’améliorer l’efficacité des procédures de reproduction telles que les systèmes d’insémination artificielle ou la congélation du sperme et des embryons, entre autres ; de prolonger la durée de vie productive des lapines ; et d’ajuster les systèmes nutritionnels pour optimiser l’état physiologique des animaux. Ce numéro spécial visait à publier des manuscrits de haute qualité, incluant des études de recherche originales et des revues, qui abordent principalement l’un de ces sujets pour augmenter la productivité et la durabilité des lapins.
Dr. Rosa María García-García
Dr. Maria Arias Alvarez
Rédactrices invitées
3. L’insémination artificielle chez les lapins.
L’utilisation commerciale de l’IA dans l’élevage de lapins est relativement récente. L’utilisation à grande échelle de l’IA dans l’élevage de lapins a commencé à la fin des années 1980. Grâce à l’IA des lapins, il est possible d’augmenter le volume de produits de haute qualité obtenus avec des coûts de main-d’œuvre faibles, contrairement à l’accouplement naturel. Créer des conditions de qualité pour garder un petit nombre de mâles est plus facile. Les taux de conception après IA avec du sperme frais sont équivalents ou même meilleurs que ceux obtenus par accouplement naturel.
D’autres avantages sont : on peut contrôler la qualité de la descendance, augmenter le nombre d’individus ayant des caractéristiques fonctionnelles précieuses, prolonger la fertilité même pendant les périodes défavorables de l’année, une production basée sur un cycle toute l’année, et des programmes d’élevage plus efficaces.
L’IA était utilisée plus tôt, avant les applications à grande échelle, pour obtenir l’amélioration génétique des animaux et résoudre les problèmes sanitaires. Cependant, des améliorations significatives tant sur le plan productif qu’économique ont été réalisées par la suite, comme l’accélération des caractères désirables de haute valeur génétique soutenue par la conservation du sperme.
L’utilisation systématique de l’IA dans la production intensive de lapins est l’une des approches les plus efficaces pour distribuer les éjaculats des mâles de qualité supérieure ou de valeur génétique. En bref : l’IA a offert aux grandes exploitations l’opportunité d’optimiser les conditions pour une production hautement économique de viande de lapin.
De nombreux mammifères considèrent que l’ovulation est régulée par les stéroïdes ovariens libérés par les ovaires matures. Ces stéroïdes provoquent la libération de l’hormone de libération des gonadotrophines (GnRH) par l’hypothalamus. Ces mammifères sont appelés ovulateurs spontanés.
Les lapins, cependant, sont des ovulateurs induits. Cela signifie que l’ovulation est induite par l’accouplement, qui déclenche la sécrétion de GnRH. Ainsi, lorsqu’on utilise l’IA au lieu de l’accouplement naturel dans l’élevage de lapins à grande échelle, on doit appliquer une hormone de libération des gonadotrophines (GnRH) pour induire l’ovulation.
L’application de GnRH peut se faire de plusieurs façons mais se fait principalement par injection intramusculaire de la lapine ou par administration intravaginale.
Des exemples de GnRH synthétique disponibles commercialement comme médicaments vétérinaires sont Receptal de MSD Animal Health (partie de Merck & Co basée aux États-Unis) et Dalmarelin de Fatro (basé en Italie). Receptal contient 4,2 mcg de buséréline par ml, et Dalmarelin contient 25 mcg de léciréline par ml
Après l’injection intramusculaire, l’agoniste est absorbé dans les vaisseaux sanguins du tissu musculaire et distribué dans le système. Réponse immédiate…
L’entrée de l’agoniste dans le sang provoque une libération immédiate d’hormone lutéinisante de l’hypophyse antérieure, entraînant l’ovulation.
Environ dix fois plus d’agoniste est nécessaire pour l’administration intravaginale car les molécules de GnRH doivent traverser la paroi vaginale pour atteindre les vaisseaux sanguins. En plus du passage de la paroi, l’environnement vaginal est hostile aux protéines externes.
5- L’Hormone GnRH
Une hormone est une substance régulatrice produite dans un organisme et transportée dans les fluides tissulaires comme le sang pour stimuler des cellules ou des tissus spécifiques à l’action. Une hormone gonadotrope est une hormone qui agit sur ou stimule les gonades, c’est-à-dire un organe qui produit des spermatozoïdes (testicule) ou des ovules (ovaire).
L’hormone de libération des gonadotrophines (GnRH) est une hormone de libération responsable de la libération de l’hormone folliculostimulante (FSH) et de l’hormone lutéinisante (LH) de l’hypophyse antérieure. La GnRH est une hormone peptidique tropique synthétisée et libérée par les neurones à GnRH dans l’hypothalamus.
La GnRH est une petite protéine ou peptide composé de 10 acides aminés.
L’identité de la GnRH a été clarifiée par les lauréats du prix Nobel 1977 Roger Guillemin et Andrew V. Schally. La demi-vie de la GnRH n’est que de 2-4 minutes car la molécule est rapidement dégradée par des enzymes protéolytiques aussi appelées peptidases. La courte demi-vie explique pourquoi des analogues de la GnRH ont été synthétisés pour augmenter leur puissance et leur durée d’action pour des applications comme médicaments humains.
Pour l’administration aux mammifères, on utilise de la GnRH synthétique. Ces molécules sont appelées agonistes ou analogues de la GnRH. La GnRH synthétique est utilisée pour induire l’ovulation chez les lapins. Ces molécules sont appelées agonistes ou analogues de la GnRH. Les analogues diffèrent légèrement du décapeptide GnRH naturel (humain) mais avec des modifications spécifiques. Ces modifications sont des substitutions simples ou doubles d’acides aminés spécifiques (en position 6 des acides aminés). Mais des changements en position 9 (alkylation) ou la suppression de la position dix se produisent également. Ces modifications peuvent inhiber la dégradation rapide dans les fluides corporels tout en maintenant la fonction. Les agonistes avec deux substitutions d’acides aminés sont la leuproréline, la buséréline, la goséréline et la desloréline. Les agents nafaréline et triptoréline sont des agonistes avec des substitutions simples en position 6.
6. L’ovulation induite par le NGF comme alternative.
Jusqu’à il y a quelques années, on pensait que l’ovulation chez les lapins ne pouvait être induite que par la copulation. La notion était que le mécanisme principal impliqué dans la libération de GnRH chez les ovulateurs induits consiste en l’activation des neurones noradrénergiques en réponse aux signaux somatosensoriels génitaux générés par la réception d’une intromission d’un mâle pendant l’accouplement. Ces neurones noradrénergiques favoriseraient alors la libération de GnRH. Cependant, des recherches récentes sur la base moléculaire de la reproduction chez les lapins indiquent que la protéine bêta Nerve Growth Factor (NGF) joue un rôle vital comme facteur induisant l’ovulation.
Le facteur de croissance nerveuse (NGF) est une protéine et un facteur neurotrophique qui régule la croissance, le maintien, la prolifération et la survie de neurones cibles spécifiques. Mais de nombreuses années après sa découverte, il est devenu clair que le NGF joue également un rôle vital dans la reproduction, particulièrement chez les espèces à ovulation induite.
L’effet du NGF sur les cellules cibles est médié par deux récepteurs : le récepteur kinase A de la tropomyosine (TrKA), qui se lie sélectivement.
au NGF, et le récepteur p75 des neurotrophines. Ces récepteurs sont présents à plusieurs endroits dans le tractus reproducteur de la lapine.
Par l’interaction avec les récepteurs, la protéine NGF induit l’ovulation mais affecte également le tractus reproducteur de la lapine pendant et après l’ovulation. De plus, elle joue aussi un rôle dans l’environnement biochimique pendant le développement embryonnaire précoce.
Le NGF peut agir comme facteur d’induction ovulatoire par deux types de mécanismes dans le tractus reproducteur femelle. Premièrement, le NGF peut stimuler les neurones sensoriels utérins et cervicaux, qui déclenchent les neurones dans l’hypothalamus. Deuxièmement, le NGF peut provoquer une synthèse supplémentaire de NGF dans le tractus reproducteur, qui, avec celui provenant du sperme, est transporté par le sang et cible le cerveau avec la libération finale de GnRH.
La preuve la plus convaincante du rôle crucial du NGF est que le NGF synthétique (une protéine recombinante identique au NGF trouvé chez les lapins) ajouté au sperme dilué induit l’ovulation et la conception par voie intravaginale. L’ovulation est générée de manière dose-dépendante. Il y a eu une descendance saine sans différence par rapport à la GnRH.
L’image suivante émerge. Environ 1 mL d’éjaculat contenant environ 300 millions de spermatozoïdes en suspension dans le plasma séminal contenant du NGF est déposé pendant l’accouplement. Par l’action du NGF, une série de plusieurs fonctions moléculaires et cellulaires est initiée. Lorsque les spermatozoïdes atteignent l’oviducte, en quelques minutes chez les lapins, seul un petit nombre de spermatozoïdes s’attache à l’épithélium de l’oviducte. L’ovulation est induite environ dix heures après le coït, et la fécondation se produit 2-3 h après l’ovulation. Tous ces événements résultent d’une interaction endocrine et neuronale liée à l’accouplement, le NGF jouant un rôle central.
Le NGF présente une alternative à l’utilisation de GnRH. De plus, on s’attend à ce que le NGF joue un rôle essentiel dans l’avenir de l’IA chez de nombreux autres animaux.
7. La Matrix dans Lepex améliore-t-elle le fonctionnement de l’ovulation induite par le NGF ?
Le dilueur de sperme de lapin Lepex contient Matrix, un polymère. Comme écrit ci-dessus, ce dilueur a été développé en 2015 et utilisé à la station d’IA Peter Rutjens pour lapins. Dans des expériences récentes visant à utiliser des peptides antibactériens spécifiques, une bonne performance a été notée sans l’utilisation d’injection intramusculaire d’un analogue de GnRH. Cela nous a fait supposer que Matrix, d’une manière ou d’une autre, améliorait le fonctionnement de l’ovulation induite par le NGF.
Le mécanisme moléculaire de Matrix dans l’application du dilueur est multiple ; premièrement, les spermatozoïdes s’agglutinent moins ; deuxièmement, il y a moins de reflux de sperme dilué après l’insémination ; et troisièmement, et plus important encore, Matrix agit comme un mucoadhésif. À ce stade, nous avons supposé que le résultat positif inattendu de nos expériences était causé par l’amélioration de l’ovulation médiée par le NGF chez les lapins, avec un rôle primordial de Matrix.
Matrix, un nouveau rôle dans l’application du NGF
En 2012 et 2013, Barex a étudié différents polymères à appliquer dans les milieux de conservation pour le sperme porcin afin d’empêcher la précipitation des cellules dans la dilution par la présence dans le milieu du réseau tridimensionnel du polymère. Cela serait alors analogue à l’action des carraghénanes polymériques dans le lait chocolaté, qui empêche la précipitation des particules de cacao.
Barex a commencé avec une collection de plusieurs dizaines de polymères. Après sélection par recherche in vitro, notamment l’analyse de la motilité des spermatozoïdes pendant le stockage en utilisant le système d’analyse de sperme assistée par ordinateur CEROS II de Hamilton Thorne, nous sommes arrivés à trois candidats potentiels. Après une sélection supplémentaire utilisant des tests d’insémination, un seul polymère avec une gamme spécifique de poids moléculaires est resté. Ce polymère a été appelé Matrix.
Matrix a été largement testé chez le porc. Les premières expériences ont indiqué qu’une seule insémination était suffisante pour que les truies deviennent gestantes, contrairement à la pratique courante de deux inséminations. Matrix dans le milieu de dilution pour le sperme porcin a été testé pendant plus de deux ans dans diverses fermes aux Pays-Bas. La conclusion était qu’avec une seule insémination, le milieu avec Matrix augmentait le taux de mise bas de 2-4 % et augmentait la taille de la portée de 0,9-1,7 porcelets par portée.
Malheureusement, les grandes entreprises produisant et vendant des diluants de sperme et des consommables pour l’IA n’étaient pas intéressées par Matrix car cela réduirait toujours significativement leur chiffre d’affaires. Après tout, une seule insémination était nécessaire au lieu de deux.
Après avoir recherché l’utilisation de Matrix dans les diluants de sperme porcin, Barex a commencé à développer un dilueur de sperme de lapin. En 2015, Barex a créé avec succès Lepex. L’image ci-dessous démontre la motilité du sperme de lapin dilué dans Lepex pendant le stockage à 17°C.
Matrix a montré un effet positif sur la capacité de stockage de Lepex. Cette expérience et d’autres ont montré que Lepex a une meilleure capacité de stockage que les autres dilueurs de sperme de lapin commerciaux.
Il était attendu que Matrix aurait également un effet positif sur la performance reproductive des lapins. Après plusieurs expériences exploratoires, le pourcentage optimal de Matrix a été déterminé dans un essai sur le terrain à grande échelle.
L’image ci-dessous montre les résultats. À la concentration optimale de Matrix, le taux de gestation est 4-5 % plus élevé, et la taille de la portée née vivante est presque un de plus par rapport à un dilueur sans Matrix.
Porex, porexcell, et pronexcell.
Il y a de nombreuses années, Barex a découvert accidentellement l’effet positif des isolats de lactosérum sur la capacité de conservation des dilueurs de semence porcine. L’ajout de 1 % d’une marque particulière d’isolat de lactosérum a été nommé Porex. Porex a été testé dans TRIXCell, le dilueur d’IMV Technologies. TRIXcell+ était le dilueur avec Porex. Au cours des six années d’essais d’insémination, 35 exploitations qui ont participé ont eu chaque année un taux de mise bas plus élevé et un nombre plus élevé de porcelets nés vivants lorsque TRIXcell+ était utilisé au lieu de BTS, le dilueur de référence. a entraîné un taux de mise bas plus élevé et une taille de portée plus importante.
TRIXcell+ a montré une augmentation moyenne du nombre de porcelets nés vivants de 0,6. Des études antérieures ont indiqué que TRIXcell avait des performances similaires à BTS en termes de taux de mise bas et de taille de portée (Haugan et al., 2007).
L’additif au dilueur a été nommé Porex. Une amélioration supplémentaire de Porex a été l’ajout de lécithine de soja. Avec cet ajout, le nom a été changé en Porexcell. Porex et Porexcell ont été utilisés pendant de nombreuses années dans les dilueurs de semence porcine.
Vers 2014, il est devenu évident que l’effet positif de Porexcell diminuait et impactait même négativement la capacité de conservation des dilueurs de semence porcine. Il s’est avéré qu’il contenait de plus en plus de pesticides au fil des années. Cet effet négatif sur la motilité pendant le stockage du sperme dilué n’était pas perceptible dans les dilueurs de semence d’étalon ou les dilueurs de semence de lapin. Il semble que les cellules spermatiques porcines soient très sensibles aux pesticides. Des efforts ont été entrepris pour développer un produit sans pesticides ; comme nous ne voulions pas que le développement affecte les cellules spermatiques d’étalon et de lapin, nous avons finalement opté pour un mélange de protéines dérivées du lait mais plus pur que la protéine de lactosérum. Le nouveau produit a été nommé Pronexcell. Depuis lors, Pronexcell est utilisé dans les dilueurs de semence Hippex pour le sperme d’étalon et dans Lepex, le dilueur de sperme de lapin.
Les effets positifs de ces protéines s’ajoutent aux performances de Matrix.
8. Matrixcell.
Les résultats des expériences initiales ont indiqué que Novum fonctionne très bien. Des ingrédients supplémentaires devaient être ajoutés pour atteindre une performance similaire à l’utilisation de GnRH. Comme écrit ci-dessus, la protéine NGF interagit avec deux récepteurs, TrkA et p75, qui peuvent être trouvés dans tout l’appareil reproducteur féminin pour induire l’ovulation. Plusieurs activations de récepteurs sont nécessaires, et la réponse est directement proportionnelle au nombre de rencontres NGF-récepteur par unité de temps. Une transduction de signal efficace nécessite des concentrations appropriées et un environnement biochimique adapté. Un dilueur de sperme a un milieu biochimique très différent du mucus vaginal. La surface de l’appareil reproducteur féminin est recouverte de mucus, un gel viscoélastique complexe qui agit comme la première ligne de défense contre les agents nocifs de l’environnement extérieur. Le mucus joue un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions biologiques. Le mucus abrite la flore vaginale, critique pour maintenir la barrière muqueuse vaginale. Pour améliorer le mélange du sperme dilué avec le mucus et permettre au NGF d’interagir avec ses récepteurs, Matrixcell est l’un des ingrédients critiques de Novum.
Matrixcell.
La délivrance de NGF au site des récepteurs dans l’appareil reproducteur féminin peut être affectée par le mucus dans de nombreux plis, cavités et crêtes de l’épithélium, qui augmentent la surface du vagin et fournissent une distensibilité. De plus, les fuites peuvent réduire la quantité de NGF disponible pour l’interaction avec les récepteurs. Avec l’application de l’IA, il y a moins de dynamique des fluides vaginaux et de forces biomécaniques naturelles qu’avec l’accouplement naturel.
Ainsi, l’efficacité de l’activité NGF repose sur des concentrations adéquates et la rétention à la surface des parois de l’appareil reproducteur. Matrix mucoadhésif s’est avéré efficace, prolongeant la présence de NGF dans la muqueuse en formant des liaisons physiques et chimiques avec le mucus. Cependant, pour améliorer la pénétration du NGF dans le mucus, Matrixcell a été utilisé, qui est une forme plus pure et raffinée de Matrix.
La pénétration du mucus comprend différentes phases. La première établit un contact intime entre le milieu d’insémination et le mucus et implique l’étalement du milieu. Dans la deuxième phase, une interpénétration entre les polymères Matrix et les glycoprotéines du mucus se produit en formant des enchevêtrements physiques entre les deux espèces macromoléculaires. En particulier, Matrixcell fonctionne mieux que Matrix dans cette phase, comme l’indiquent les expériences in vitro. Dans la troisième phase, la consolidation se produit, renforçant la liaison polymère Matrix-mucine en créant des forces de Van der Waals et des liaisons hydrogène.
9. Demi-vie du NGF
La présence de peptidases dans le sperme dilué et l’appareil reproducteur féminin affecte la demi-vie du NGF dans la dose d’insémination. Les peptidases se trouvent dans le plasma séminal de lapin, provenant principalement de l’épididyme et des glandes sexuelles accessoires, tandis que les microbes colonisent l’appareil reproducteur féminin et sécrètent également des peptidases. Le sperme et le fluide vaginal contiennent tous deux des enzymes dégradant les protéines.
Matrixcell, présent dans le dilueur, agit comme un gel pour prolonger la demi-vie du NGF. De plus, la demi-vie des protéines NGF a été prolongée en ajoutant un cocktail d’inhibiteurs d’enzymes dégradant les protéines, de peptides concurrents et de protéines (entre autres, Pronexcell).
10. Remarques conclusives
Les nouvelles connaissances sur la reproduction des lapins ont conduit au développement du nouveau supplément de dilueur de semence Novum. Les divers ingrédients uniques de Novum soutiennent les mécanismes moléculaires qui conduisent à l’ovulation et à la grossesse chez le lapin. L’excellente performance de Novum a été confirmée par plusieurs expériences dans différents endroits de plusieurs pays.
