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L’épiderme est la partie superficielle de la peau. Ce tissu, parfaitement organisé, est principalement composé de kératinocytes dont la prolifération dans la couche basale garantit le renouvellement constant des cellules supérieures qui suivent le processus de différenciation terminale et viennent desquamer en surface. Cela assure l’homéostasie de l’épiderme. Toute dermatose est liée à une dérégulation de la balance prolifération/différenciation des kératinocytes dont l’incidence, pour certaines, augmente avec l’âge. Or, ces deux processus sont fortement régulés par le calcium qui est présent dans l’épiderme sous forme d’un gradient croissant vers la surface.Nous avons suivi l’expression de 90 gènes, impliqués dans la signalisation calcique, au cours du vieillissement de l’épiderme. Grâce à nos collaborations, nous avons obtenu une vingtaine d’échantillons de peau provenant de sujets sains de 19 à 70 ans. La même a été réalisée à partir de cultures primaires de kératinocytes humains afin de déterminer l’expression spécifique de ces gènes dans la différenciation induite par le calcium ou la sénescence réplicatives des kératinocytes. Ensuite, le rôle du canal Orai1 a plus particulièrement été décortiqué dans la physiologie de l’épiderme et nous avons montré que celui-ci maintient les kératinocytes à l’état indifférencié prolifératif et intervient dans la migration de ces cellules. Enfin, nous avons examiné l’implication des canaux Orai1 et TRPV6 dans la progression d’un cancer épithélial, le cancer de la prostate, que nous pourrions maintenant transposer dans les cancers cutanés baso- et spino-cellulaires. / Epidermis is the upper part of the skin. This tissue is highly organized and mainly composed of keratinocytes able to divide in the basal layer assuring the constant cell supply moving upwards while entering the terminal differentiation and finally leaving the skin. The impairment of this tiny balance between proliferation and differentiation will definitely lead to skin disorders. The appearance of most skin disorders increases with age as well as the incidence of skin cancer such as basal and squamous cell carcinomas. Moreover, since both processes are highly dependent on calcium, the existence of calcium gradient has been reported in the skin and the crucial role of calcium was demonstrated in vitro. We have thus studied the expression of 90 genes involved in calcium signalling during epidermis aging in order to identify the prospective target genes. Our collaborations have given us the possibility to obtain a cohort of 20 healthy human subjects from 19 to 70 years old. The appropriate in vitro model was also established using primary human keratinocytes to study the gene expression during calcium-induced differentiation and replicative senescence. Further, the role of Orai1 channel in epidermis physiology has been studied in detail showing its role in maintening keratinocytes under the undifferentiated and proliferative state with its crucial role in migration. Finally, we have demonstrated the involvement of both Orai1 and TRPV6 calcium channels in cancer using a model of such epithelial cancer as prostate adenocarcinoma. This data will be employed in the future study for basal and squamous cell carcinomas.

La structure de l’épiderme est le résultat de la régulation de l’équilibre entre la prolifération, la migration et la différenciation des kératinocytes. Le calcium est un second messager contrôlant ces mécanismes. Parmi les différents acteurs de l’homéostasie calcique, les canaux ioniques jouent un rôle majeur. Ainsi, l’identification de ces canaux et des mécanismes par lesquels ils régulent la différenciation, la prolifération et la migration des kératinocytes est primordiale pour une meilleure compréhension de la physiologie de la peau humaine. Mes travaux se sont donc focalisés sur l’implication de ces canaux calciques dans les mécanismes impliqués dans le développement de l’épiderme. Les résultats ainsi obtenus ont pu mettre en évidence que la présence du canal TRPV6 à la membrane des kératinocytes est importante pour leur différenciation et qu’elle pouvait être régulée par un mécanisme de translocation à la membrane plasmique. Ces travaux montrent également, pour la première fois, que le canal Orai1 est exprimé dans les kératinocytes de l’épiderme humain et qu’il participe au courant calcique de type SOC. Le canal Orai1 n’est pas nécessaire à l’induction de la différenciation mais il est principalement impliqué dans la prolifération et la migration des kératinocytes des cellules de la couche basale de l’épiderme. L’implication d’Orai1 dans la migration des kératinocytes est liée à son rôle dans la dynamique des adhésions focales passant par l’activation de la protéine kinase FAK. / Structure of epidermis is the result of a fine regulated balance between proliferation, differentiation and migration of keratinocytes. Calcium is a second messenger controlling these mechanisms. Among the different players in calcium homeostasis, ionic channels play a major role. The study of these channels and the mechanisms by which they regulate the differentiation, the proliferation and the migration of keratinocytes is therefore crucial in the understanding of skin physiology. This study is focused on these different Ca2+ channels and their implication in the development of the epidermis. The results obtained have shown that TRPV6 plasma membrane expression in keratinocytes is important for differentiation and that it could be regulated by its translocation to the plasma membrane. These results also showed, for the first time, that Orai1 channels are expressed in human epidermis keratinocytes and are involved in SOC current. Also, Orai1 is not necessary for the induction of differentiation, but is mostly implicated in proliferation and migration of non-differentiated keratinocytes, like the cells in the basal layer of epidermis. Orai1 is, in fact, involved in the dynamic of the formation and the turnover of focal adhesions through activation of the protein kinase FAK. Finally, preliminary results have shown that Ca2+-induced differentiation of keratinocytes induces several phases of cytosolic Ca2+ concentration variations involving TRPV6 and Orai1 channels in different ways.

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Pas de résumé / No abstract

C'est la pluralité des modèles d'études associés à l'utilisation de techniques variées qui permet aujourd'hui de mieux appréhender le caractère multifactoriel du vieillissement et d'en mieux caractériser les mécanismes-clés : dérégulation de la sensibilité aux nutriments, dysfonctionnement des mitochondries, instabilité génomique, raccourcissement des télomères, altérations épigénétiques, modifications post-traductionnelles non-enzymatiques des protéines, altération des cellules souches, sénescence cellulaire et altération de la communication intercellulaire. Dans un premier temps, nos travaux de recherche in vivo sur le vieillissement du cheveu, chez l'homme et chez la femme, ont permis de caractériser de nouveaux marqueurs cliniques précoces de l'alopécie androgénétique, tels que les signes péripilaires et la diversité des diamètres, et d'établir un lien avec des paramètres biologiques, infiltrats inflammatoires et miniaturisation des follicules pileux, respectivement. De plus, chez la femme non ménopausée, chez qui l'alopécie peut être difficile à diagnostiquer de par son caractère multifactoriel, nous avons pu établir un lien entre le statut en fer et la chute des cheveux. Dans un second temps, nos travaux in vivo sur le vieillissement de la peau chez la femme ménopausée ont permis d'attribuer une signature biologique aux effets cliniques de la DHEA (déhydroépiandrostérone) en application topique, aussi bien au niveau du derme que de l'épiderme. Nous avons aussi caractérisé l'effet d'un C-Xyloside, précurseur de glycosaminoglycane, sur les 3 compartiments de la peau. / Today, the numerous study models associated with the use of various techniques allow a better understanding of the multifactorial nature of aging and a better characterization of the key mechanisms, including deregulated nutrient sensitivity, mitochondrial dysfunction, genomic instability, telomere shortening, epigenetic alterations, non-enzymatic post translational modification of proteins, alterations of stem cells, cellular senescence and impaired intercellular communication. Initially, our in vivo research studies on the aging hair in man and women have revealed new early clinical markers of androgenic alopecia such as peripilar signs and hair diameter diversity, and established a link with biological parameters, as inflammatory infiltrates and miniaturization of hair follicles, respectively. Furthermore, in pre-menopausal women in whom alopecia can be difficult to diagnose due to its multifactorial nature, we could establish a link between iron status and hair loss. Second, our in vivo studies on the aging skin in menopausal woman in whom the effects of age are particularly accentuated allowed to assign a biological signature to the clinical response to topical application of DHEA (dehydroepiandrosterone), both at the dermal and epidermal level of the skin. We also characterized the effect of a glycosaminoglycan C-Xyloside precursor on the 3 compartments of the skin.

L’épiderme est un tissu épithélial stratifié et kératinisé, majoritairement composé de kératinocytes. La cohésion de l’épiderme, élémentaire à la fonction-barrière et donc à la protection de l’organisme, est assurée grâce à des systèmes de jonctions intercellulaires, notamment les desmosomes. Comme l’indiquent nos résultats d’étude de la desmosealine, un protéoglycanne épidermique présent dans la partie extracellulaire des desmosomes, la composition de ces jonctions n’est pas encore entièrement élucidée. Les éléments matriciels issus des espaces extracellulaires de l’épiderme peuvent être incorporés au sein des desmosomes et participer ainsi à la régulation de la différenciation et la cohésion épidermiques. Nous avons mis au point une méthode permettant d’isoler les desmosomes épidermiques humains utilisables pour créer de nouveaux anticorps et favorisant la caractérisation biochimique de ces structures. Un nouvel anticorps monoclonal reconnaissant un antigène situé à la surface des kératinocytes, dont l’expression varie en fonction du degré de différenciation kératinocytaire, a été crée. A l’aide de cet anticorps, nous avons entrepris la caractérisation biochimique et par spectrométrie de masse de l’antigène associé. Nous avons ainsi développé de nouveaux outils biologiques et techniques utilisables pour l’étude des desmosomes et de leurs éléments issus de la matrice extracellulaire épidermique / Epidermis is a stratified, keratinized epithelial tissue, mostly composed of keratinocytes. Epidermal barrier function provided by epidermis is essential for protection of the organism and largely depends on cell cohesion. Desmosomes constitute the most prominent cell-to-cell junction system involved in this function. As indicated by our results of studies on desmosealin, an epidermal proteoglycan present in the extracellular parts of desmosomes, the composition of these junctions is not yet completely resolved. Elements of the intercellular matrix can be incorporated into desmosomes and thus participate in the regulation of the epidermal differentiation and cohesion. We established a method to isolate human epidermal desmosomes in order to create new antibodies allowing the biochemical characterization of new desmosomal components. A new monoclonal antibody has been generated. It recognizes an antigen located at the keratinocyte surface with an expression pattern depending on the level of keratinocyte differentiation. Using this antibody, we have engaged the biochemical and mass spectrometry characterization of the corresponding antigen. This work contributes to the development of new biological and technical tools useful for studies of desmosomes and of their components issued from the epidermal extracellular matrix

Au sein du laboratoire, deux mécanismes neurovasculaires indispensables à l’intégrité fonctionnelle de la peau sont étudiés. La PIV (Pressure-Induced vasodilation) est un mécanisme protecteur qui permet de retarder l'ischémie tissulaire. Des études antérieures ont suggéré l’implication du système nerveux central dans ce mécanisme. La première partie de ma thèse était de préciser le contrôle spinal dans la PIV et de regarder si la perte de ce mécanisme protecteur augmente le risque d’escarres. Nous avons montré l’implication de la voie sensorielle spinale dans la PIV ainsi que la corrélation directe entre la perte de ce mécanisme et l’augmentation du risque d’escarres chez des animaux sains. La CIV (current-induced vasodilation) a été décrite comme étant un mécanisme neurovasculaire de type « réflexe d'axone ». Exclusivement étudiée chez l’homme, les mécanismes impliqués restent limités. La seconde partie de ma thèse était de développer un modèle animal et approfondir la compréhension des mécanismes sous-jacents de la CIV cathodale. Après avoir développé un modèle animal, nous avons prouvé l’implication de la voie COX1/PGIS/PGI2/IP, des TRPV1 et des ASIC cutanés présents sur les fibres capsaïcino-sensibles ainsi que celles des récepteurs aux CGRP et à la substance P dans la CIV cathodale chez le rat sain. Pour conclure, la PIV est un outil diagnostique intéressant pour évaluer les capacités protectrices de la peau contre les lésions ischémiques de pression en conditions physiologiques. La CIV reflète de la libération endogène de PGI2 dans la peau, offrant un outil complémentaire à la réponse à l’acétylcholine afin d’évaluer les capacités globales de l’endothélium / In our lab, two neurovascular mechanisms required for functional integrity of the skin are studied. The pressure-Induced vasodilation (PIV) is a protective mechanism, which delays the occurrence of tissue ischemia likely protecting the skin against pressure. Previous studies suggested the contribution of the central nervous system in this mechanism. In the first part of my PhD, we studied the spinal sensory transduction involvement in PIV and verify whether the lack of PIV increased incidence of pressure-induced ischemic lesions in healthy rats. We showed that spinal sensory disruption led to the loss of cutaneous PIV directly associated with increased incidence and severity of cutaneous lesions in response to prolonged ischemic compression in healthy animals. The current-induced vasodilation (CIV) is a neurovascular mechanism decribed as axon reflex mechanism. Exclusively studied in humans, the understanding of involved mechanisms remains limited. In the second part of my PhD, we aimed to develop an animal model and precise the underlying mechanisms involved in cathodal CIV. That we developed, we proved the involvement of the COX1/PGIS/PGI2/IP pathway, the cutaneous TRPV1 and ASIC channels present on capsaicin-sensitive fibres and the cutaneous CGRP and NK1 receptors in cathodal CIV in healthy rats. To conclude, PIV is an interesting tool to evaluate the protective capacities of the skin to withstand pressure in healthy conditions. CIV by reflecting the endogenous release of PGI2 in healthy skin offers a novel tool in complement to acetylcholine response in order to assess global capacities of the endothelium