Les aquaporines (AQPs) sont de petites protéines membranaires permettant le passage facilité de l’eau, du glycérol et de certains solutés à travers les membranes biologiques. Elles jouent d’importants rôles de transport transmembranaires ou transcellulaires dans diverses cellules telles que les cellules rénales, mais aussi dans les kératinocytes de l'épiderme. L’épiderme est un épithélium pluristratifié en constant renouvellement. Le calcium extracellulaire joue un rôle important dans le mécanisme de différenciation des kératinocytes.Dans ce travail, nous avons montré que la différenciation induite par le calcium de kératinocytes humains s'accompagne de l’adressage de l’aquaporine-3 (AQP3) du réticulum endoplasmique, vers les membranes plasmiques. Pour étudier la cinétique et les bases moléculaires de cette régulation, notre objectif était de produire des clones stables d'une lignée de kératinocytes humains en culture (HaCat) exprimant une AQP3 fluorescente. Malgré plusieurs tentatives, je n'ai pas pu obtenir ces clones stables. J'ai alors choisi un autre modèle de cellules épithéliales en culture; les cellules MDCK. Nous avons produit deux lignées stables de MDCK exprimant des aquaporines fluorescentes: l'AQP3-GFP et l'AQP2-mCherry. De manière intéressante, dans les cellules MDCK, l'AQP3 -GFP reproduit la régulation de son adressage par le calcium observée dans les kératinocytes humains; dans des cellules MDCK cultivées en présence de 0,15mM de Ca2+, l’AQP3-GFP est localisée dans le réticulum endoplasmique, tandis qu’à 1,5mM de Ca2+ extracellulaire, celle-ci est localisée aux membranes plasmiques. Dans les mêmes conditions, l'AQP2-mCherry conserve une localisation intracellulaire. Par des expériences de « calcium switch », nous avons étudié la cinétique du trafic cellulaire de l'AQP3 et montré que l'adressage de l’AQP3 à la membrane plasmique en réponse au calcium est lent (6h minimum) et semble dépendant non seulement de la différenciation cellulaire, mais aussi de l'établissement de la polarité cellulaire. A l’aide d’inhibiteurs de la PLC et de la PKC, nous avons montré l’implication de cette voie de signalisation, qui dépend du calcium, dans le trafic de l’AQP3. De plus, l'adressage membranaire de l'AQP3 est dépendant du cytosquelette d’actine.En conclusion, nous montrons pour la première fois une régulation du trafic intracellulaire d'une aquaporine par le calcium au cours de la différenciation et de l'établissement de la polarité cellulaire de cellules épithéliales. Cette régulation permet probablement l'hydratation de l'épiderme humain, sans remettre en cause la barrière de perméabilité que constitue la peau. / The aquaporins (AQPs) are small membrane proteins forming water channels and transporters for smal solutes like glycerol. The AQPs play important roles in transmembrane or transcellular transports in various cells, like kidney cells, but also in skin epidermis keratinocytes. The skin epidermis is a pluristratified epithelium, undergoing continuous renewal. Extracellular calcium plays an important role in the differentiation of keratinocytes.In this work, we demonstrate that during calcium-induced differentiation of human keratinocytes, aquaporin-3 (AQP3) is translocated from the endoplasmic reticulum to plasma membranes. In order to study the kinetics and the molecular bases of this regulation, our goal was to produce stable clones of a human keratinocyte cell line (HaCat) expressing a fluorescent AQP3. Despite several trials, i was not able to obtain such clones. Thus i pursued with another epithelial cell line: MDCK cells. We have produced two lines of MDCK cells stably expressing fluorescent AQPs: AQP3-GFP and AQP2mCherry. Interestingly in MDCK cells, AQP3-GFP reproduced the regulated intracellular trafficking observed in human keratinocytes; in MDCK cells grown in a medium containing 0.15 mM Ca2+,, AQP3-GFP was localized in the endoplasmic reticulum. After extracellular Ca2+ was raised to 1.5 mM, AQP3-GFP was seen in plasma membranes. In the same conditions, AQP2-mCherry remained intracellular throughtout the experiment. With calcium-switch experiments, when have then studied the kinetics of AQP3 trafficking. We have shown that targeting of AQP3 to plasma membranes is a slow process (at least 6h) and seems dependent not only of cell differentiation, but also on the establishment of cell polarity. Using inhibitors of PLC and PKC, we have shown the implication of this signalling pathway, which is dependent on calcium, in AQP3 trafficking. In addition we found that plasma membrane expression of AQP3 is dependent on actin cytoskeleton.In conclusion, we show for the first time a regulation of intracelluar trafficking of an aquaporin in calcium-induced differentiation and after establishment of epithelial cell polarity. This regulation likely allows human skin epidermis hydration whithout compromising the permeability barrier of skin.

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Le traitement des maladies de la peau ainsi que des plaies étendues chroniques ou aiguës par thérapie cellulaire sont révolutionnaires. La préservation des cellules souches épithéliales dans les cultures de kératinocytes et lors de la production de substituts cutanés est cruciale au succès clinique de ces traitements. L'objectif général de ce projet de doctorat était d'approfondir les connaissances sur la préservation de ces cellules souches. D'abord, les travaux décrits dans cette thèse ont permis de mieux comprendre quels facteurs contribuent à l'établissement d'une niche et donc à la préservation des cellules souches épithéliales dans des substituts cutanés. Ceci a été accompli par une revue systématique des études cliniques décrivant la greffe de substituts cutanés bilamellaires sur des sujets humains au cours des dernières décennies. J'ai trouvé que, bien que plusieurs combinaisons de conditions de culture et de méthodes de production de substituts cutanés puissent mener à l'établissement d'une niche, deux facteurs semblent avoir plus d'importance. Mes résultats indiquent effectivement que l'utilisation d'une couche nourricière ainsi que de sérum - ou d'un remplacement de sérum, tel que de l'extrait de glande pituitaire bovine - dans le milieu de culture sont associés à une meilleure persistance de greffe à long terme. Par la suite, j'ai démontré que l'utilisation d'une couche nourricière d'origine humaine plutôt que murine permettait de maximiser le potentiel prolifératif et la clonogénicité de kératinocytes primaires humains en culture. Cette divergence pourrait s'expliquer par l'activation des voies signalétiques impliquant Akt, STAT5, p53 et AMPKα1. J'ai aussi investigué l'effet du type d'inducteur d'AMP cyclique sur les cultures de kératinocytes et étudié s'il était dépendant du type de couche nourricière employé. Bien que je n'aie pas détecté d'effet d'interaction entre ces facteurs, mes travaux ont cimenté l'isoprotérénol plutôt que la toxine du choléra comme inducteur d'AMP cyclique de choix pour les applications de recherche fondamentale au LOEX. Mes travaux ont ensuite mené à la mise au point d'un système de culture de kératinocytes et de production de substituts cutanés humains avec un milieu sans sérum. En effet, en l'absence d'un milieu sans sérum commercial capable de préserver efficacement les cellules souches épithéliales en culture, mon équipe et moi avons développé ab initio notre propre milieu de culture que nous avons appelé Surge SFM. Contrairement à la norme, ce milieu a été développé pour être utilisé conjointement à une couche nourricière humaine. J'ai démontré que Surge SFM peut être utilisé pour cultiver des kératinocytes fraîchement isolés ainsi que pour amplifier des kératinocytes ayant préalablement été cryopréservés après avoir été cultivés avec du sérum. De plus, mes résultats suggèrent qu'il y a très peu de différences au niveau transcriptomique entre des kératinocytes cultivés avec Surge SFM et le milieu conventionnel avec sérum. D'ailleurs, selon des analyses in silico, ces quelques différences pourraient s'expliquer par une modulation en amont de l'expression d'EHF, un facteur de transcription régulant plus de 400 gènes impliqués dans la différentiation des kératinocytes humains et la formation de l'épiderme. J'ai ensuite montré que ce milieu permet de préserver les populations de cellules souches épithéliales en culture par des essais de clonogénicité et de cytométrie en flux. Finalement, j'ai démontré que ce nouveau milieu chimiquement défini peut être utilisé pour la production de substituts cutanés par autoassemblage et que ces derniers persistent au moins jusqu'à 6 mois après leur greffe sur des souris athymiques, démontrant encore une fois que les cellules souches épithéliales peuvent être préservées avec ce nouveau milieu. Dans l'ensemble, les travaux de cette thèse ont permis de mieux comprendre les facteurs et les conditions favorables à la préservation des populations de cellules souches épithéliales dans les cultures de kératinocytes primaires humains. Ceci a mené au développement d'un nouveau milieu de culture sans sérum permettant la préservation des cellules souches épithéliales lors de la culture de kératinocytes en monocouche et lors de la production de substituts cutanés bilamellaires, ce qui représente une avancée importante dans le domaine du génie tissulaire cutané.

Les cellules de l’épithélium gingival expriment des récepteurs pour reconnaître des motifs moléculaires présents sur les microorganismes. Le but de cette étude est de comparer la réponse des cellules de l’épithélium gingival au contact d’un biofilm commensal ou pathogène. Des macrophages, des kératinocytes gingivaux et une coculture de macrophages/kératinocytes ont été stimulés avec des biofilms commensaux et pathogènes. L’expression de gènes et la production des récepteurs TLRs (Toll-like receptors) et NLRS (NOD-like receptors) ont été évaluées respectivement par amplification (qRT-PCR) et par immunofluorescence. Les sécrétions de cytokines et de défensines ont également été évaluées par ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). Les résultats obtenus n’ont pas révélés de profils d’expression de récepteurs spécifiques aux pathogènes ou commensaux. La sécrétion de cytokines et de défensines est plus fortement induite par les pathogènes que par les commensaux. L’investigation d’autres récepteurs ou des membres de l’inflammasome pourrait aider à mieux comprendre les mécanismes de tolérance ou de défenses de l’hôte.

Les épithéliums recouvrent l’ensemble des surfaces et des cavités internes du corps humain. Le fonctionnement des cellules épithéliales repose sur la répartition des constituants cellulaires au sein de compartiments distincts : un compartiment apical, un compartiment latéral, et un compartiment basal : c’est ce que l’on appelle la polarité apico-basale. Plus de 80 % des cancers proviennent d’un dérèglement des cellules épithéliales. De plus, la polarité épithéliale est perdue lors des stades avancés du cancer, suggérant qu’elle contribue activement à la progression tumorale. C’est pourquoi il apparaît crucial de mieux comprendre les mécanismes qui régulent la polarité épithéliale. La polarité est assurée par un ensemble de protéines réparties au sein des différents compartiments et agissant sous forme de modules très dynamiques. Un de ces modules est articulé autour de la protéine CRB3, qui agit comme un déterminant apical essentiel des cellules épithéliales. L’expression de CRB3 est perdue dans de nombreuses lignées cellulaires cancéreuses en culture, suggérant que CRB3 pourrait détenir des fonctions inhibitrices de certains processus liés à l’avancement tumoral. Cependant, l’impact fonctionnel de la perte de CRB3 dans ces lignées cancéreuses reste encore peu connu, tout comme les mécanismes signalétiques agissant en aval de CRB3. Les travaux présentés dans cette thèse mettent en lumière de nouvelles évidences concernant le rôle fonctionnel de la perte de CRB3 dans différentes lignées cellulaires cancéreuses. Plus précisément, nous montrons que CRB3 détient un rôle signalétique important lui conférant une fonction à la fois dans la morphogenèse épithéliale, mais également dans le maintien de l’intégrité épithéliale. Dans un premier temps, nous montrons que la ré-expression de CRB3 dans des cellules cancéreuses d’origine épithéliale permet le rétablissement d’une morphologie de type épithéliale, en lien avec l’organisation d’un réseau circonférentiel d’acto-myosine. Nous identifions également le sentier signalétique activé en aval de CRB3 et menant à l’activation de la petite GTPase RhoA, nécessaire au remodelage de la morphologie et du réseau d’acto-myosine des cellules cancéreuses. Ce sentier semble notamment jouer un rôle important en aval de CRB3 pour limiter la migration cellulaire. Ensuite, nous montrons que CRB3 contrôle différents sentiers signalétiques, et notamment la voie ERK MAP Kinase, une voie de signalisation fortement dérégulée dans le cancer. Bien que le rôle fonctionnel de cette régulation soit encore inconnu, elle pourrait contribuer à limiter la progression tumorale en aval de CRB3. Enfin, nous montrons que la perte d’expression de Crb3 chez la souris induit une mortalité périnatale associée à des défauts de morphogenèse épithéliale, indiquant que Crb3 est requise pour la viabilité des souris et le développement des structures épithéliales. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure compréhension des mécanismes liant la perte de la polarité épithéliale à l’avancement du processus tumoral, et vise à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre le développement de cancers.

La cavité buccale est la porte d'entrée de nombreux antigènes, mais elle est également le lieu d'établissement de niches microbiennes. C'est le cas de la levure dimorphique, Candida albicans, qui y réside de manière symbiotique et asymptomatique. Cependant, C. albicans est également l'agent étiologique des candidoses buccales, infections buccales communes qui se développent essentiellement chez les personnes jeunes, âgées ou immunosupprimées. Les candidoses muco-cutanées peuvent être traitées. Cependant, les antifongiques efficaces sont peu nombreux ; leur utilisation clinique est liée à des effets secondaires et à l'émergence de résistances. Ceci montre l'importance de développer de nouveaux composés antifongiques efficaces et sécuritaires. Une molécule senseur du quorum de C. albicans, le farnesol, a été découverte récemment. Cette molécule est sécrétée par C. albicans lui-même qui régule ainsi sa croissance et sa virulence. Le premier objectif de notre étude a été de montrer comment le farnesol agissait sur C. albicans et son dimorphisme (bourgeonnement), puis comment il pouvait moduler la virulence de C. albicans en agissant sur des proteinases aspartyles sécrétées (les SAPs). Nous avons montré que le farnesol contrôle la croissance de C. albicans en inhibant la formation de colonies par des modifications ultrastructurales. D'autre part, nous avons confirmé que le farnesol bloque le bourgeonnement. Enfin, nos résultats ont montré que le farnesol inhibe l'expression des SAPs, facteur de virulence de C. albicans. Par ailleurs, plusieurs études ont indiqué que l'épithélium de la muqueuse buccale, barrière anatomique importante contre les agents physiques, microbiens et chimiques, était impliqué dans le processus pro-inflammatoire via la production de cytokines. Ceci suggérerait que l'épithélium buccal joue un rôle actif dans le contrôle des infections buccales et le maintien de la relation symbiotique avec les agents microbiens, ce qui est le cas de Candida. Nous avons montré grâce à un modèle de muqueuse buccale que les cellules épithéliales buccales préviennent l'infection à C. albicans via les TLRs et que la présence de farnesol exogène favorise la défense des cellules épithéliales contre les infections à C. albicans. Ainsi, le farnesol pourrait être une nouvelle voie dans le traitement des candidoses buccales.

Dans cette étude, les effets toxiques de la nicotine, seule et en combinaison avec le lipopolysaccharide de bactéries parodontopathogènes, sur les cellules épithéliales et les fibroblastes d'origine buccale ont été déterminés. La capacité de polyphenols à neutraliser les effets cytotoxiques et inflammatoires de la nicotine a également été évaluée. Les cellules mucosales buccales ont été traitées avec la nicotine (± lipopolysaccharide), en présence et en absence de polyphenols. La viabilité cellulaire a été évaluée à l'aide d'un test colorimétrique mesurant la respiration cellulaire alors que la sécrétion de cytokines a été déterminée par un test immuno-enzymatique. Il a été démontré que la nicotine cause une perte de viabilité cellulaire de manière dose-dépendante. Une combinaison de nicotine et de lipopolysaccharide a entraîné des effets cytotoxiques additifs. Certaines anthocyanines pures ou présentes dans un extrait de cassis de même que l'épigallocatéchine-3-gallate ont permis de neutraliser les effets cytotoxiques et inflammatoires induits par la nicotine. Les résultats de cette étude supportent le potentiel thérapeutique des polyphenols pour la maladie parodontale.

L’immaturité pulmonaire caractérisée par un défaut en surfactant est très fréquente chez le nouveau-né prématuré, particulièrement chez les plus jeunes. La sévérité du syndrome de détresse respiratoire (SDR) et le taux de mortalité qui y est associé ont été considérablement réduits par l’administration anténatale de glucocorticoïdes. En plus, les traitements administrant du surfactant exogène, qui compense l’immaturité, et l’amélioration des protocoles de ventilation assistée ont contribué à ces progrès. Toutefois, le SDR reste plus fréquent chez les enfants de sexe masculin que féminin. Le sexe fœtal est alors un facteur déterminant dans les processus de développement et de maturation pulmonaire où la maturation des pneumocytes de type II marque le début de la montée de synthèse et de la sécrétion du surfactant. Chez l’enfant né prématurément, la structure du poumon est simplifiée. Les saccules distales sont indifférenciées, les parois paraissent plus larges et on observe un faible développement microvasculaire. Le poumon verra sa surface alvéolaire augmenter vers la 30e semaine de gestation tandis que la septation alvéolaire des saccules distales commencera vers la 32e semaine de gestation. Durant cette maturation structurale du poumon, des interactions entre le mésenchyme et l’épithélium vont être impliquées dans la régulation de différents processus via des facteurs paracrines. Chez le garçon, la maturation est retardée par les androgènes, conduisant à un délai dans la synthèse du surfactant pulmonaire. Dans le but de développer de nouvelles cibles pharmacologiques, nous avons étudié les différences temporelles et sexuelles dans les transcriptomes des cellules fibroblastiques et épithéliales pulmonaires chez la souris durant les jours de gestation 17 .5, 18.0 et 18.5. Nous avons utilisé une approche de biopuce ADN durant une fenêtre de gestation qui encadre la montée de synthèse du surfactant, qui est asynchrone entre femelles et mâles en défaveur de ces derniers. Différents profils d’expression des gènes du poumon ont été obtenus entre les jours de gestation 17.5, qui correspond au stade canaliculaire, et 18.5, qui correspond au début du stade sacculaire. Les résultats ont montré que 347 gènes présentaient une différence d’expression en fonction du temps dans les cultures de fibroblastes contre 116 gènes dans les cultures épithéliales. Le gène Cox-1, impliqué dans la synthèse des prostaglandines présentait une expression qui diminuait entre les jours de gestation 17.5 et 18.5. Pour le gène Sema3A impliqué dans la différenciation des cellules épithéliales, et le gène Lemd2, un régulateur négatif de la signalisation PI3K/MAP kinase, on observait une augmentation de leur niveau d’expression entre les jours de gestation 17.5 et 18.5. De plus, nos résultats indiquent que le nombre de gènes exprimé avec des différences sexuelles évolue à la hausse en fonction du temps de gestation. Dans les cellules épithéliales, 3276 transcrits présentant une différence sexuelle dans leur niveau d’expression au jour gestationnel 18.5 ont été identifiés. Ils sont principalement impliqués dans la prolifération et la croissance cellulaire, les interactions cellulaires, le métabolisme des lipides et l’apoptose. Plusieurs voies de signalisation, dont celles de TGF, FGF, IGF et WNT présentaient des différences sexuelles. Des modulations temporelles et sexuelles spécifiques aux types cellulaires ont été observées pour plusieurs gènes, ce qui pave la voie au développement de nouvelles cibles pharmaceutiques. / Pulmonary immaturity characterized by the deficiency absence of surfactant is frequent for premature babies, especially for those who born before the 32nd week of gestation. The severity of respiratory distress syndrome of the neonate (RDS) and the related mortality rate have been reduced substantially by antenatal administration of glucocorticoids. Moreover, exogenous surfactant therapy and ventilation strategies also have contributed to this progress. However, RDS is still more frequent for boys than girls. Fœtal sex is thus a critical factor for fœtal lung maturation. For babies born prematurely, lungs structure is simplified. The distal saccules are undifferentiated. Pulmonary walls seem thicker and the microvasculature is underdeveloped compared with normal lungs. Alveolar surface of normal lungs increases from the 30th week of gestation, while saccularization starts around the 32nd week of gestation. During this lung structural maturation, interactions between mesenchymal and epithelial cells involving paracrine factors are involved in the regulation of different processes. For males, maturation is delayed by androgens, leading to a delay in the surge of surfactant synthesis in type II pneumocytes. In order to develop novel pharmaceutical targets, we have studied the effect of sex and gestation time on the transcriptome of cultured mouse pulmonary fibroblasts and epithelial cells isolated on gestation day 17.5, 18.0 and 18.5. We used DNA microarrays during a gestation period overlapping the surge of surfactant synthesis, which occurs later in males. Different expression profiles were obtained on gestation day 17.5, corresponding to the canalicular stage, compared with gestation day 18.5, corresponding to the beginning of the saccular stage. Our data indicated that 347 genes were expressed differently according to gestation time in lung fibroblast cultures, while only 116 genes presented such a variation in epithelial cell cultures. The expression levels of Cox-1, involved in prostaglandin synthesis, decreased from gestation day 17.5 to 18.5. For Sema3A, involved in epithelial cell differentiation, and Lemd2, encoding for a negative regulator of PI3K/MAP kinase signalling, we observed an increase in expression from gestation day 17.5 to GD 18.5. Moreover, our results show that the number of genes expressed with a sex difference increased according to gestation time. In epithelial cells, 3,276 transcripts presenting a sex difference in their expression level on gestation day 18.5 have been identified. They are mainly involved in cell proliferation and growth, cell-cell interaction, lipid metabolism, and apoptosis. Several signalling pathways including those of TGF, FGF, IGF and WNT showed sex differences. Time- and sex-related modulations were observed for various genes in specific cells, which pave the way to the development of novel pharmaceutical targets.

L'altération des fonctions des cellules épithéliales dans l'asthme a été démontrée par plusieurs études. Afin de mieux comprendre l'implication des cellules épithéliales dans la cascade asthmatique, des cellules épithéliales bronchiques ont été isolées de rats Brown Norway (un modèle murin d'asthme) naïfs (NBE), sensibilisés (SBE) et sensibilisés/challenges avec l'allergène (ABE). Différentes fonctions des cellules épithéliales ont ensuite été analysées pour les différentes lignées. L'expression des protéines des jonctions cellulaires a été mesurée par immunobuvardage, la sécrétion de cytokines par ELISA et l'expression d'une molécule de surface immunomodulatrice, CD200, par cytométrie en flux. Les cellules épithéliales NBE, SBE et ABE présentent des phénotypes distincts et ces phénotypes sont maintenus en culture sur une longue période. De plus, les ABE ont un phénotype semblable à ce qui a été observé chez les sujets asthmatiques. Il semble donc que ce modèle d'étude soit un bon outil afin de mieux comprendre le rôle des cellules épithéliales dans l'asthme.

La polarité apico-basale des cellules épithéliales est essentielle aux fonctions des tissus épithéliaux. La protéine Yurt promeut l’identité de la membrane basolatérale et régule négativement l’activité de Crumbs par des mécanismes encore inconnus. Crumbs est un déterminant apical qui réprime la croissance tumorale et prévient la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Nous avons identifié la protéine CG5964 (ALBATROSS chez l’humain) comme un nouvel interacteur physique de Yurt. L’objectif de ma maîtrise est de réaliser l’analyse fonctionnelle de cette protéine (renommée Cérès chez la drosophile), par des méthodes biochimiques et génétiques (génération d’un allèle mutant et d’une lignée de surexpression). Nos résultats suggèrent que la protéine Cérès n’est pas impliquée dans la polarité épithéliale mais plutôt dans le maintien de l’équilibre énergétique. Mon projet apportera les données de base sur la protéine de drosophile Cérès qui n’avait jamais été caractérisée. La compréhension du rôle fonctionnel de l’interaction entre Cérès et Yurt pourrait révéler de nouvelles fonctions de Yurt. Dans l’optique d’utiliser Yurt comme cible thérapeutique pour lutter contre le cancer, il est important de connaître les différents processus biologiques dans lesquels Yurt est impliquée.