La cornification est la dernière étape de la différenciation terminale de l'épiderme. Elle est caractérisée par de profonds remaniements morphologiques et biochimiques du kératinocyte et aboutit à la formation d'une couche cornée solide, résistante, imperméable et hydratée, responsable de la fonction " barrière " de l'épiderme. Certaines génodermatoses rares, appelées ichtyoses, sont dues à des mutations de gènes impliqués dans la cornification. Le " Peeling Skin Disease " (PSD, OMIM 270300) est une ichtyose inflammatoire généralisée, caractérisée par une importante desquamation, de l'eczéma et un prurit souvent sévère et insomniant. Cette maladie chronique entraine une altération importante de la qualité de vie du patient. A ce jour, aucune thérapie efficace n'est disponible. Le PSD est dû à des mutations homozygotes du gène Cornéodesmosine (CDSN), qui code une protéine adhésive de l'épiderme essentielle à la cohésion du stratum corneum (SC) et à l'homéostasie de la barrière épidermique. La physiopathologie du PSD est encore mal connue. Le décollement du SC conduit à une rupture de la barrière épidermique, qui déclenche à son tour érythème, atopie et prurit, par des mécanismes non élucidés. Afin de décortiquer ces mécanismes, j'ai utilisé deux modèles murins d'invalidation du gène Cdsn (knock-out, KO) dans l'épiderme. Le premier mime le stade précoce du PSD (décollement du SC chez l'embryon E18.5 Cdsnep-/-) et le second, qui est inductible, reproduit le stade chronique (défaut persistant de la barrière épidermique chez la souris adulte Cdsniep-/-). J'ai réalisé l'étude comparative du transcriptome cutané de ces deux modèles à l'aide de puces à ADN. Des signatures d'expression génique distinctes, en lien avec une réponse de restauration de la barrière cutanée, ont été obtenues : induction principalement de gènes de l'inflammation et de la prolifération (Cdsnep-/-) vs des gènes de défenses de l'hôte et de la cornification (Cdsniep-/-). En particulier, une forte expression de gènes codant des inhibiteurs de protéases à cystéine de la famille des stéfines A (cystatine A chez l'homme) et des protéases à sérine de la famille des kallikréines (KLKs), caractérise le modèle adulte Cdsniep-/-. Ceci a été secondairement confirmé dans l'épiderme de patients atteints de PSD. Parmi les KLKs, KLK13 est apparue la plus fortement exprimée, contrairement à KLK5 dont l'expression reste faible et stable. KLK13 pourrait donc intervenir dans la réponse inflammatoire et/ou la desquamation, mécanismes dans lesquels jusqu'à présent seule KLK5 a été décrite comme jouant un rôle central. Une surexpression de KLK13 avait déjà été décrite dans l'épiderme de patients atteints de PSD et au niveau de lésions psoriasiques, ce qui conforte notre hypothèse. Ainsi, mes résultats mettent en lumière KLK13, dont la fonction dans l'épiderme est encore très peu connue. En parallèle, dans le cadre d'un travail collaboratif, j'ai participé à une étude centrée sur la composante inflammatoire de la maladie, réalisée à l'aide de notre modèle de souris adultes Cdsniep-/-. Les résultats obtenus montrent un développement simultané des voies inflammatoires de type Th2 et Th17, ainsi qu'une contre-régulation entre ces deux axes au cours de la maladie chez la souris. En conclusion, mon travail contribue à mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques du PSD. Notamment, le modèle adulte Cdsniep-/- apparaît comme particulièrement pertinent pour étudier la maladie humaine. L'exploration du rôle, dans le contexte du PSD, des gènes candidats identifiés pourrait déboucher sur la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. Enfin, nos résultats seront certainement bénéfiques à l'étude d'autres maladies dermatologiques inflammatoires rares (syndrome de Netherton, syndrome SAM) ou fréquentes (psoriasis, dermatite atopique), qui présentent un défaut de barrière épidermique. / Cornification is the final step of epidermal differentiation. It is characterized by structural and biochemical modifications of keratinocytes and leads to the formation of a solid, resistant, impermeable and moisturized cornified layer, responsible for the "barrier" function of the epidermis. Some rare genodermatoses, called ichthyoses, are caused by mutations of genes involved in cornification. The Peeling Skin Disease (PSD, OMIM 270300) is a generalized inflammatory ichthyosis characterized by important desquamation, eczema and severe itching. This chronic disease severely affects patients 'quality of life and no specific therapy is currently available. PSD is due to homozygous mutations in the Corneodesmosin (CDSN) gene, which codes an adhesive epidermal protein crucial for the cohesion of the stratum corneum (SC) and the epidermal barrier homeostasis. The pathophysiology of PSD is still poorly understood. The detachment of the SC leads to an impairment of the epidermal barrier which could in turn trigger erythema, atopic manifestations and pruritus by so far unidentified mechanisms. In order to dissect these mechanisms, I used two epidermis-specific Cdsn-deficient mouse models (knock-out, KO). The first mimics the early phase of PSD (detachment of the SC in Cdsnep-/- E18.5 embryos) and the second, inducible, reproduces the chronic phase (permanent permeability defect in Cdsniep-/- adult mice). I performed a comparative analysis of the skin transcriptome between these two models using DNA microarrays. Distinct molecular signatures related to a skin barrier repair response were highlighted: increased expression of inflammatory and proliferative genes (Cdsnep-/-) vs antimicrobial defense and cornification genes (Cdsniep-/-). In particular, a strong expression of genes coding for inhibitors of cysteine proteases from the stefin A family (cystatin A in humans), and serine proteases of the kallikrein (KLK) family, was distinguishable in Cdsniep-/- mice. This was secondarily confirmed in the epidermis of PSD patients. Among the KLKs, KLK13 was the most strongly up-regulated, contrary to KLK5 whose expression remains low and constant. Thus, KLK13 could take part into the inflammatory response and/or the desquamation when until now only KLK5 was described as playing a central role in these mechanisms. An up-regulation of KLK13 has already been described in the epidermis from PSD patients and from chronic psoriatic plaques, reinforcing our hypothesis. Thus, my results highlight KLK13, whose epidermal function is still poorly characterized. At the same time, I was part of a collaborative study focusing on the inflammatory component of the disease carried out with our Cdsniep-/- adult mouse model. The results showed a simultaneous development of type 2 and type 17 T lymphocytes responses as well as a counter-regulation between these two inflammatory axes. In conclusion, my work contributes to a better understanding of PSD pathophysiology. Notably, the Cdsniep-/- adult mouse model seems especially relevant to study the human disease. A further exploration, in the context of PSD, of the role of the candidate genes we identified could lead to the discovery of new therapeutic targets. Finally, our results will certainly be helpful for the understanding of other inflammatory skin diseases with epidermal barrier defects, whether they are rare (Netherton syndrome, SAM syndrome) or frequent (psoriasis, atopic dermatitis).

La barrière épidermique du stratum corneum (SC) est doublée par une barrière secondaire des jonctions serrées (JS) qui influent sur la formation de barrière principale. Dans mes travaux, je me suis concentré sur l'étude de la présence et l'évolution des éléments jonctionnelles composants ces deux barrières ; les cornéodesmosomes au niveau du SC et les JSs au niveau de la granuleuse. En plus, je me suis intéressé à l'implication des glycanes dans la fonction barrière épidermique. Ces travaux ont été réalisés soit dans un contexte physiologique soit par la modulation de la barrière épidermique par des facteurs intrinsèques et extrinsèques. Nos résultats confirment que les JSs jouent un rôle subalterne par rapport à la barrière du SC et montrent que les glycanes persistent à la surface des cornéocytes humains. La composition et la répartition utlrastructurale des glycanes évoluent à travers les assises du SC jusqu'à la desquamation d'une manière concordante avec la répartition des cornéodesmosomes. Certaines modifications intrinsèques naturelles lors du vieillissement ou pathologiques notamment l'état pelliculaire et la dermatite atopique, ont permis d'appréhender le rôle de ces composants dans la cohésion du SC et la prestance d'une barrière fonctionnelle. Les modifications extrinsèques de la barrière par l'application de solvants, d'excipients ou de formulations perméabilisantes montrent l'importance de l'organisation utlrastructurale des composants jonctionnelles et non jonctionnelles du SC dans le maintien d'une barrière efficace / The stratum corneum (SC) barrier is doubled by the secondary barrier of tight junctions which influences the formation of the main barrier. In my work, I focused on the study of the junctional elements composing those two barriers; corneodesmosomes in the SC and the tight junction at the granular layer level. In addition, I got interested in the involvement of glycans in the epidermal barrier function. This work was carried out either in skin physiological conditions or by the modulation of the epidermal barrier by intrinsic or extrinsic factors. Our results confirm that tight junctions play a subordinate role compared to the SC barrier and that glycans remain present at the surface of human corneocytes. The composition and the ultrastructure distribution of glycans evolve from the SC compactum to the SC disjunctum, towards desquamation in a comparable manner to the repartition of corneodesmosomes. Natural intrinsic changes during aging and pathological changes, including dandruff and atopic dermatitis, helped us to understand the role of those components in the cohesion of the SC and the conservation of functional barrier. Extrinsic modulation of the barrier by the application of solvents, excipients or topical formulations shows the importance of the ultrastructural organization of junctional and non-junctional SC components in maintaining an effective barrier

Le mécanisme qui sous-tend la réponse inflammatoire en cas de défaut de la barrière épidermique reste à élucider. Dans cette étude, nous montrons qu’en cas de rupture de la barrière formée par le stractum corneum épidermal, une réponse inflammatoire mixte de type 17 et 2 est induite. Nous décrivons ici une régulation réciproque entre les axes cytokiniques IL-23/IL-17/IL-22 et TSLP/IL-4 qui conditionne l’apparition du phénotype inflammatoire au niveau cutané. Par ailleurs, nous démontrons également que la flore bactérienne présente à la surface de la peau est engagée dans l’induction de l’IL-23 et de la réponse de type 17 alors que le PAR2 stimule, quant à lui, l’expression de TSLP et à la réponse de type 2. Nos résultats montrent donc la complexité et l’hétérogénéité des réponses inflammatoires en conditions de rupture de la barrière cutanée et ont des implications au niveau des thérapies pour les maladies inflammatoires de la peau. / Dysfunction of the epidermal barrier has been recognized as a critical factor in the development of skin inflammation; yet, the mechanism underlying the inflammatory responses triggered by epidermal defects remains still elusive. Here, by employing mice with corneodesmosin (CDSN) gene ablated in keratinocytes, we show that upon the breakdown of the epidermal barrier, type 17 and type 2 inflammatory responses are co-induced in the skin. Furthermore, we delineate a counter-regulation between IL-23/IL-17/IL-22 and TSLP/IL-4 cytokine axes, which shapes the outcome of the inflammatory phenotype in skin. Moreover, we show that the bacteria skin flora are engaged in the induction of IL-23 and the type 17 response, whereas the protease activation receptor PAR2 mediates TSLP expression and the type 2 response. Our results shed light on the complexity and heterogeneity of inflammatory responses in barrier-defective skin, and have implications for treating skin inflammatory diseases.