La peau étant le premier tissu exposé aux diverses agressions de l’environnement extérieur, les cellules qui la composent doivent disposer de mécanismes de protection vis-à-vis de ces agressions, afin d’assurer le maintien de l’homéostasie tissulaire. Les cellules souches de l’épiderme assurant le renouvellement du compartiment épithélial pendant toute la vie de l’individu, la préservation de l’intégrité de leur génome est essentielle à la fonctionnalité pérenne de la peau. Mon doctorat avait pour objectif d’explorer les mécanismes mis en œuvre par les cellules souches de l’épiderme interfolliculaire afin de se protéger de deux stress génotoxiques radiatifs, à savoir : les rayonnements gamma et les rayonnements ultraviolets B (UVB). Durant mon doctorat, j’ai tout d’abord participé à la démonstration des mécanismes de protection mis en œuvre par les cellules souches des kératinocytes après irradiation ionisante. En effet, il a été montré que ces cellules sont capables de réparer très rapidement l’ensemble des dommages de l’ADN radio-induits, et que cette réparation était activée par le facteur de croissance FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2). Afin de savoir si ce mécanisme de protection était aussi opérant dans les cellules souches de carcinome cutané, nous l’avons recherché dans la sous-population de cellules souches qui peut être isolée d’une lignée de carcinome cutané humain. Comme dans le cas des cellules souches normales, nous avons montré que les cellules souches de cancer présentent une réparation très rapide des dommages de l’ADN radio-induits. De plus, le facteur de croissance FGF2 participe à cette réparation, notamment par la présence d’isoformes de ce facteur dans le noyau cellulaire. Le second projet de mon doctorat avait pour objectif l’étude de la réponse des cellules souches et des progéniteurs de l’épiderme humain aux rayonnements UVB. Une fois mises en place les conditions de tri en cytométrie de flux et d’irradiation par les UVB, la toxicité de ces rayonnements a été évaluée dans un modèle cellulaire primaire. Nous avons caractérisé les effets des photons UVB sur la viabilité et la prolifération cellulaire et étudié la réparation des dommages de l’ADN. Cette étude nous a permis de mettre en évidence des réponses aux UVB différentes entre les cellules souches et leur descendance immédiate, les kératinocytes progéniteurs, notamment au niveau de l’activité de réparation des dommages de l’ADN. Par ailleurs, une étude du transcriptome des cellules irradiées a été réalisée, qui permet d’analyser les mécanismes globaux communs et spécifiques de réponse au stress dans les deux populations. L’ensemble des données obtenues nous permet de proposer plusieurs mécanismes de protection, communs et spécifiques, mis en œuvre par les cellules souches de l’épiderme en réponse aux stress radiatifs UVB et gamma. / Human skin is the first organ exposed to various environmental stresses, which requires the development by skin stem cells of specific mechanisms to protect themselves and to ensure tissue homeostasis. As stem cells are responsible for the maintenance of epidermis during individual lifetime, the preservation of genomic integrity in these cells is essential. My PhD aimed at exploring the mechanisms set up by epidermal stem cells in order to protect themselves from two genotoxic stresses, ionizing radiation ( Gamma Rays) and ultraviolet radiation (UVB). To begin my PhD, I have taken part of the demonstration of protective mechanisms used by keratinocyte stem cells after ionizing radiation. It has been shown that these cells are able to rapidly repair most types of radiation-induced DNA damage. Furthermore, we demonstrated that this repair is activated by the fibroblast growth factor 2 (FGF2). In order to know if this protective mechanism is also operating in cutaneous carcinoma stem cells, we investigated the response to gamma Rays of carcinoma stem cells isolated from a human carcinoma cell line. As in normal keratinocyte stem cells, we demonstrated that cancer stem cells could rapidly repair radio-induced DNA damage. Furthermore, fibroblast growth factor 2 also mediates this repair, notably thanks to its nuclear isoforms. The second project of my PhD was to study human epidermal stem cells and progenitors responses to UVB radiation. Once cytometry and irradiation conditions were set up, the toxicity of UVB radiation has been evaluate in the primary cell model. We then characterized UVB photons effects on cell viability, proliferation and repair of DNA damage. This study allowed us to bring out that responses of stem cells and their progeny to UVB are different, notably at the level of part of their repair activity of DNA damage. Moreover, progenitors and stem cells transcriptomic responses after UVB irradiation have been study in order to analyze the global mechanisms of stress response in the two cell populations. Taken together, data obtained during my PhD allowed us to show that stem cells respond differently than keratinocyte progenitors to radiation stress, and that they developed both intrinsic and radiation-induced strategies allowing a better protection. When comparing gamma Rays and UVB, we found that, although their toxic effects on skin share many similarities, the mechanisms set up by human epidermal stem cells to protect themselves vary according to the type of radiation stress.

Les toxidermies médicamenteuses sont des réactions de toxicité cutanée déclenchées par la prise d’un ou de plusieurs médicament(s). Dans les cas les plus graves, ces effets indésirables médicamenteux menacent la vie des patients. La plupart des toxidermies ne seraient pas déclenchées par la substance médicamenteuse elle-même, mais par un ou plusieurs de ses métabolites cutanés suffisamment réactif(s) pour former un complexe antigénique avec les protéines épidermiques. Cette étape-clé serait le point de départ des mécanismes immunitaires à l’origine des toxidermies. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier l’activation métabolique in situ de la Névirapine, un antirétroviral à l’origine de toxidermies chez 20% des patients. En utilisant une technique non invasive, la RMN HRMAS associée aux épidermes humains reconstruits, il a été possible de suivre l’éventuelle bioactivation épidermique de la Névirapine et de ses dérivés ainsi que la fixation de l’un d’eux dans l’épiderme. / Drug-induced toxidermia are cutaneous toxicity reactions caused by a drug therapy. In the most serious cases, these side effects of drugs are life-threatening.Most toxidermia are not induced by the parent drug, but by one or several skin metabolite(s) which may become antigenic by binding with epidermal proteins. This drug-protein conjugation step could be the starting point of immune responses leading to skin lesions.The aim of the PhD project was to study the in situ metabolic activation of Nevirapine, an anti-retroviral drug associated with toxidermia with an incidence of 20%. By using a non-invasive analysis technique, HR-MAS NMR spectroscopy on reconstructed human epidermis, it has been possible to follow the possible bioactivation of Nevirapine and its derivatives as well as the binding of one of them with the epidermis.

L’allergie de contact est une pathologie touchant de 15 à 20 % de la population occidentale. A l’heure actuelle il n’existe aucun traitement, la seule façon efficace de prévention étant l’éviction totale des allergènes. Les tests de sensibilisation de nouvelles molécules avant leur mise sur le marché ont été réalisés sur l’animal jusqu’à l’interdiction dans le 7ème amendement à la directive Européenne concernant l’industrie cosmétique. Dans ce contexte il est primordial de développer des méthodes alternatives. Ce travail de thèse propose d’analyser la problématique de l’allergie de contact en allant de la molécule au tissu pour les allergènes réagissant par voie radicalaire :In chemico : étude de la réactivité des hydroperoxydes allyliques vis-à-vis des acides aminés par la RMNIn situ : études de radicaux issus de ces composés sur des épidermes humains reconstitués par RPEIn cellulo : étude du stress oxydant sur les cellules dendritiques et la voie de signalisation Keap1/Nrf2/ARE. / Allergic contact dermatitis is a pathology affecting 15 to 20% of the Western population. Until now no treatment exists, the prevention is the eviction of allergens. In the past, tests concerning new molecules for the market were tested on animals until the prohibition in the 7th amendment of the European directive concerning the cosmetics industry. In this context it is essential to develop alternative methods to assess the allergenic potential of chemicals.This manuscript proposes to analyze the problem of the allergic contact dermatitis from the molecule to the tissue for allergens reacting through radical mechanisms:In chemico: study of the reactivity profile of allylic hydroperoxides toward amino acids by NMRIn situ: radical intermediates formation on reconstructed human epidermis from allylic hydroperoxides by EPR In cellulo: study of the oxidative stress from allylic hydroperoxides on dendritic cells trough the Keap1/Nrf2/ARE sensor pathway.

L’allergie de contact est une pathologie de la peau particulièrement répandue dans les pays industrialisés. Aucune thérapie ne permet actuellement de la soigner et seule l’éviction de l’allergène permet de la prévenir. Historiquement, l’évaluation du potentiel sensibilisant des molécules mises sur le marché a toujours été réalisée au moyen de tests sur l’animal. Cependant, le champ d’action de ces tests est aujourd’hui limité en raison de la nouvelle législation européenne sur les cosmétiques. Dans ce contexte, le développement de méthodes alternatives ne reposant pas sur l’utilisation d’animaux devient capital. L’allergie de contact repose sur une étape chimique clé : la formation d’un complexe antigénique allergène-protéine capable d’activer le système immunitaire cutané. Le but de ce travail de thèse a été d’étudier le comportement in situ d’allergènes au sein d’épidermes reconstruits de type SkinEthic®. A l’aide d’une technique d’analyse non invasive, la spectroscopie RMN HRMAS, il a été possible de suivre le devenir de différents allergènes, de leur éventuelle activation par voie métabolique, jusqu’à leur fixation sur les protéines épidermiques. / Contact dermatitis is a skin pathology particularly prevalent in industrialized countries. No therapy currently exists and only complete avoidance of the particular allergen can prevent an allergic reaction. Historically, the assessment of skin sensitisation potential of molecules placed on the market was always carried out by animal testing. However, the scope of this testing method is now limited by the new European cosmetics legislation. In this way, the development of alternative methods, not based on animal experimentation, become an important issue. Contact dermatitis results of a chemical key step: the formation of an antigenic complex allergen-protein complexe able to activate the cutaneous immune system. The aim of this PhD work was to study the in situ behaviour of allergens in reconstructed human epidermis (SkinEthic® model). By using an appropriate non-invasive analysis technique, HR-MAS NMR spectroscopy, it has been possible to study the mode of action of different allergens, from their possible activation through the metabolic pathway to the binding with epidermal proteins.