Les aquaporines (AQPs) sont des petites protéines formant des canaux hydriques àtravers les membranes cellulaires. Les AQPs 0, 1, 2 ,4 ,5 ,6 et 8 assurent le transport sélectif de l'eautandis que les AQPs 3, 7, 9 et 10 permettent également le passage du glycérol. Nous avons étudié leurexpression dans l'épiderme, la couche supérieure de notre peau supposée imperméable. Dans lesmélanocytes, des cellules dendritiques responsables de la pigmentation, seule l'AQP1 est exprimée.Nous avons montré que les kératinocytes, les cellules majoritaires de l'épiderme, expriment enprolifération les AQPs 3 et 10, alors que les kératinocytes différenciés expriment les AQPs 3 et 9. Lalocalisation de l'AQP3 a été précédemment rapportée à la membrane plasmique des kératinocytes, de lacouche basales à la couche épineuse. Nous avons localisé l'AQP9 dans les kératinocytes différenciés dela couche granuleuse au contenu riche en glycérol et réduit en eau. De fait nous pensons que l'AQP9 ysert de transporteur de glycérol. Enfin contrairement à d'autres auteurs, nous n'avons pu mettre enévidence de lien entre prolifération tumorale et expression des aquaporines.

La lysyl oxydase (LOX) est une enzyme extracellulaire dont le rôle canonique est de catalyser la réticulation des fibres de collagènes et de l’élastine, assurant ainsi l’intégrité des tissus conjonctifs. La LOX agit également dans plusieurs types cellulaires comme régulateur de différents processus biologiques, soulignant des fonctions à la fois extra et intracellulaires. Ces travaux de thèse ont contribué à améliorer la compréhension du rôle de LOX dans l’épiderme, et plus précisément au cours de la différenciation des kératinocytes. Le développement d’un modèle de culture en monocouche à confluence, et d’un modèle tridimensionnel d’épiderme reconstruit ont permis d’aborder l’étude de LOX au cours de l’induction du programme de différenciation des kératinocytes et du processus de différenciation terminale conduisant à la formation d’un épiderme pluristratifié, cornifié et fonctionnel. L’expression de LOX est induite au cours des premières étapes de la différenciation de kératinocytes primaires ainsi que d’une lignée de kératinocytes immortalisés. Grâce à l’établissement de lignées de kératinocytes éteignant l’expression de LOX de façon stable, nous avons mis en évidence l’implication de la protéine LOX, indépendamment de son activité enzymatique, dans la régulation des premières étapes de différenciation des kératinocytes. En absence de LOX, l’initiation du programme de différenciation est perturbée, affectant la différenciation terminale et fonctionnelle des épidermes reconstruits. Ainsi, une régulation fine de l’expression de LOX est nécessaire au déroulement normal du processus de différenciation des kératinocytes, et donc au maintien de l’homéostasie épidermique / Lysyl oxidase (LOX) is an extracellular enzyme that catalyzes the cross-linking of fibrillar collagens or elastin, thereby regulating the structural integrity of connective tissues. Moreover, LOX displays multiple roles in different cell types, acting as a regulator of various biological processes at both extra and intracellular levels. The aim of the present work was to shed light on LOX functions in the epidermis, especially during keratinocyte differentiation. The development of culture models, consisting of confluent monolayers or reconstructed-epidermis allowed us to study LOX functions during the induction of the differentiation program, and furthermore during the terminal differentiation process leading to the formation of a pluristratified, cornified and functional epidermis. LOX expression is induced at the onset of the commitment to differentiation, both in primary and immortalized keratinocytes. Stable silencing of LOX expression affects the induction of the differentiation program and strongly impairs terminal and functional epidermal differentiation in reconstructed-epidermis. Therefore, LOX protein acts during the first steps of keratinocyte differentiation, independently of its enzymatic activity, and is implied for subsequent commitment into terminal differentiation. Taken together, these results suggest that a finely regulated expression of LOX is required for normal keratinocyte differentiation, and thus for maintenance of epidermal

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.

Chez les vertébrés, le battement coordonné des cils motiles présents par centaines à la surface apicale des cellules multiciliées (MCC) est requis pour propulser directionnellement les fluides biologiques à l'intérieur de certains organes (voies respiratoires, ventricules cérébraux, trompes utérines ou certaines structures embryonnaires). De nombreuses pathologies humaines sont associées à des défauts ciliaires ou à une perte des MCC (dyskinésies ciliaires, mucoviscidose, asthme,...). Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à élucider les mécanismes complexes contrôlant la différenciation des MCC et donc la formation des cils motiles (multiciliogenèse). Par des approches de génomiques fonctionnelles à partir de deux modèles d'épithéliums multiciliés évolutivement éloignés (épithélium respiratoire humain et épiderme d'embryon de Xénope) nous avons identifié la famille des microARN (petits ARN non-codants régulateurs de l'expression génique) miR-449 comme majoritairement exprimée dans les MCC. Nous avons montré que miR-449 contrôle la multiciliogenèse i) en bloquant le cycle cellulaire, ii) en réprimant directement la voie de signalisation Notch et iii) en inhibant l'expression de la petite GTPase R-Ras. Enfin, nos travaux montrent que l'ensemble de ces mécanismes est conservé chez les vertébrés. En conclusion, miR-449 est un nouveau régulateur clé de la multiciliogenèse conservé au cours de l'évolution. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques utilisant des petits ARN régulateurs dans le traitement de certaines pathologies associées à des défauts ciliaires.

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.

La dermatite atopique (DA) est une dermatose inflammatoire dont la prévalence élevée est en constante augmentation dans les pays industrialisés. La physiopathologie de la DA est complexe et associe des facteurs immunologiques, environnementaux et génétiques. L'ensemble de ces facteurs touchent principalement l'épiderme et sont responsables d'une altération de la fonction barrière, ce qui facilite la pénétration transcutanée des molécules en contact avec la peau et la sensibilisation des individus. Ce travail de thèse vise à mieux caractériser le rôle de l'épiderme dans la physiopathologie de la DA. Il repose sur l'utilisation d'un modèle in vitro d'épiderme reconstruit humain généré à partir de cellules progénitrices de follicules pileux prélevés chez des patients atteints de DA, ainsi que chez des individus sains. Ce travail a tout d'abord montré que les épidermes DA générés à partir de patients non porteurs de mutations pour le gène de la filaggrine (FLG+/+) se comportaient comme des épidermes normaux, (i) tant à l'homéostasie, (ii) que suite à une stimulation par de l'interleukine-1beta (IL-1 β) ou par un allergène majeur de la DA, tel qu'un extrait d'acarien (Dermatophagoïdes farinae). Cependant, de façon très intéressante, les épidermes- DA se sont avérés davantage sensibles à l'apoptose induite par une exposition aux ultraviolets (UV), que les épidermes normaux. A cet égard, nous avons observé une modulation différente de certains gènes impliqués dans l'induction/régulation de l'apoptose par les épidermes provenant de patients DA après exposition aux UV. En outre, ce travail a démontré que des épidermes normaux sont profondément affectés par l'IL-1 β qui induit un phénotype atopique caractéristique associant (i) la production de quantité notable de TSLP (thymic stromal lymphopoietin) et (ii) une altération de la fonction barrière. L'impact de l'IL-1 β sur la biologie de l'épiderme et la sensibilité accrue exprimée par les épidermes-DA à l'apoptose induite par les UV sont donc de nouveaux éléments qui confirment l'importance de l'épiderme dans la physiopathologie de la DA ce qui permettra certainement de nouvelles stratégies thérapeutiques / Atopic dermatitis (AD) is an inflammatory skin disease with a high prevalence constantly increased in developed countries. The AD physiopathology is complex and associated with immunological, environmental and genetic factors. These factors impact mainly the epidermis and are responsible of the impaired barrier function which increases antigen penetration and people sensitization. The aim of this work is to improve the understanding of the epidermis role in AD physiopathology. For this, we used an in vitro reconstructed human epidermis model generated from outer root sheath cells taken off AD patients or normal individuals.First of all, this work has shown that epidermis generated from AD patients (AD- epidermis) with no mutation on filaggrine gene (FLG+/+) behave like those from normal individuals (Normal- epidermis), (i) at the steady state, and (ii) after stimulation with interleukin-1beta (IL-1 β) or a major allergen found in AD, Dermatophagoïdes farinae. However, interestingly, AD-epidermis are more sensitized to ultra-violets radiation-induced (UVR) apoptosis than Normal-epidermis. In this regard, we observed a higher expression of genes involved in the induction / regulation of apoptosis by the epidermis from AD patients after UV exposure. Moreover, this work has demonstrated that normal epidermis are profoundly affected by IL-1 β which induces an AD like phenotype associating (i) production of large amount of TLSP (thymic stromal lymphopoietin) and (ii) alterated barrier function. The impact of IL-1 β on epidermis biology and the increased sensitivity that seems to express AD-epidermis to UVR-induced apoptosis are new evidences that confirm the importance of the epidermis in pathophysiology of AD which certainly will lead to new therapeutic strategies

Les aquaporines (AQPs) sont des petites protéines formant des canaux hydriques àtravers les membranes cellulaires. Les AQPs 0, 1, 2 ,4 ,5 ,6 et 8 assurent le transport sélectif de l’eautandis que les AQPs 3, 7, 9 et 10 permettent également le passage du glycérol. Nous avons étudié leurexpression dans l’épiderme, la couche supérieure de notre peau supposée imperméable. Dans lesmélanocytes, des cellules dendritiques responsables de la pigmentation, seule l’AQP1 est exprimée.Nous avons montré que les kératinocytes, les cellules majoritaires de l’épiderme, expriment enprolifération les AQPs 3 et 10, alors que les kératinocytes différenciés expriment les AQPs 3 et 9. Lalocalisation de l'AQP3 a été précédemment rapportée à la membrane plasmique des kératinocytes, de lacouche basales à la couche épineuse. Nous avons localisé l'AQP9 dans les kératinocytes différenciés dela couche granuleuse au contenu riche en glycérol et réduit en eau. De fait nous pensons que l'AQP9 ysert de transporteur de glycérol. Enfin contrairement à d'autres auteurs, nous n’avons pu mettre enévidence de lien entre prolifération tumorale et expression des aquaporines. / Aquaporins (AQPS) are a family of small proteins forming water channels across cell membranes.AQPs 0, 1, 2, 4, 5, 6 and 8 are strictly water channel whereas AQPs 3, 7, 9 and 10 allow transport ofwater and glycerol. We have studied their expression in the epidermis, the outer-most water-impermeablelayer of the skin. In melanocytes, dendritic cells responsible for pigmentation, only AQP1 is expressed, invitro and ex vivo. We have shown that keratinocytes, principal cells of the epidermis, express AQPs 3 and10 in proliferation, whereas differentiated keratinocytes express AQPs 3 and 9. The localisation of AQP3to plasma membrane of keratinocytes was previously reported from the basal layer to the spinous layer ofthe skin. We localised AQP9 in the fully differentiated keratinocytes of the granular layer, where there is ahigh glycerol and low water content. So we think that AQP9 likely functions as a glycerol transporter.Unlike other authors, we were unable to identify a link between tumorous proliferation and the expressionof aquaporins.

Chez les vertébrés, le battement coordonné des cils motiles présents par centaines à la surface apicale des cellules multiciliées (MCC) est requis pour propulser directionnellement les fluides biologiques à l’intérieur de certains organes (voies respiratoires, ventricules cérébraux, trompes utérines ou certaines structures embryonnaires). De nombreuses pathologies humaines sont associées à des défauts ciliaires ou à une perte des MCC (dyskinésies ciliaires, mucoviscidose, asthme,...). Dans ce contexte, mon travail de thèse a consisté à élucider les mécanismes complexes contrôlant la différenciation des MCC et donc la formation des cils motiles (multiciliogenèse). Par des approches de génomiques fonctionnelles à partir de deux modèles d’épithéliums multiciliés évolutivement éloignés (épithélium respiratoire humain et épiderme d’embryon de Xénope) nous avons identifié la famille des microARN (petits ARN non-codants régulateurs de l’expression génique) miR-449 comme majoritairement exprimée dans les MCC. Nous avons montré que miR-449 contrôle la multiciliogenèse i) en bloquant le cycle cellulaire, ii) en réprimant directement la voie de signalisation Notch et iii) en inhibant l’expression de la petite GTPase R-Ras. Enfin, nos travaux montrent que l’ensemble de ces mécanismes est conservé chez les vertébrés. En conclusion, miR-449 est un nouveau régulateur clé de la multiciliogenèse conservé au cours de l’évolution. Nos résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques utilisant des petits ARN régulateurs dans le traitement de certaines pathologies associées à des défauts ciliaires. / In vertebrates, the coordinated beating of hundreds of motile cilia present at the apical surface of multiciliated cells (MCC) is required for propel directionally flow of biological fluids inside some organs (airways, cerebral ventricles, fallopian tubes or some embryonic structures). Many human diseases are associated with ciliary defects or loss of MCC (ciliary dyskinesia, cystic fibrosis, asthma ...). In this context, my thesis has sought to elucidate the complex mechanisms that control the differentiation of MCC and thus the formation of motile cilia (multiciliogenesis). By functional genomic approaches from two evolutionarily distant models of multiciliated epithelia (human respiratory epithelium and epidermis of Xenopus embryo) we identified the miR-449 family of microRNAs (small non-coding RNAs regulating gene expression) as mainly expressed in MCC. Then, we showed that miR-449 controlled multiciliogenesis by i) blocking the cell cycle ii) directly suppressing the Notch pathway and iii) by inhibiting the expression of the small GTPase R-Ras. Finally, we have demonstrated that all these mechanisms were conserved in vertebrates. In conclusion, miR-449 is a new key and conserved regulator of multiciliogenesis. Our findings could pave the way for new therapeutic strategies using small regulatory RNAs in the treatment of several diseases associated with ciliary defects.

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.