La peau est organisée en niche de cellules souches/progénitrices qui contribuent au maintien des lignées épidermiques pendant l’homéostasie permettant ainsi de conserver l’intégrité du tissue. Les différentes cascades de signalisation qui régulent cet équilibre sont essentielles et la perturbation de ces voix peuvent amener à une différentiation anormale des kératinocytes, pouvant engendrer des cancers de la peau. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser la population de progéniteurs responsables de la maintenance d’une niche épidermique spécialisée dans la mechanotransduction du toucher léger appelée les cellules de Merkel. Mon étude a porté sur le rôle des progéniteurs épithéliaux localisés dans le dôme du toucher (DT) de l’épiderme dans des conditions d’homéostasie ainsi que sur le développement du carcinome des cellules de Merkel. Basé sur l’analyse de données de microarray, j’ai identifié une nouvelle population de progéniteurs qui expriment de manière spécifique Kératine 17 (K17). Des expériences de traçage de lignées cellulaires démontrent que ces cellules donnent naissance aux cellules de Merkel (CM) ainsi qu’aux cellules squameuses. De plus, l’ablation génétique sélective des progéniteurs des CMs dans le DT a montré que cette niche est isolée et indépendante du reste de l’épiderme. Ces résultats établissent les CMs comme la quatrième lignée cellulaire de la peau. Cette découverte a permis l’établissement de nouveaux outils pour l’étude de conditions pathologiques associées à la lignée des cellules de Merkel, telles que les carcinomes des cellules de Merkel et le déclin du toucher léger avec l’âge. / The skin is organized in highly regionalized stem or progenitor cell niches that are in charge of maintaining all epidermal lineages during homeostasis. Disruption of molecular pathways that tightly regulate this balance leads to abnormal specification and differentiation of keratinocytes, eventually causing skin cancer. The goal of this thesis was to identify and characterize the progenitor population responsible for the maintenance of an epidermal niche specialized for mechanosensory signaling: the Merkel cell lineage. This work focused on the role of the epithelial progenitors located in the touch dome (TD) of hairy skin under homeostatic conditions and in a Merkel cell carcinoma (MCC) context. Based on previous microarray data, I first identified a distinct population of the interfollicular epidermis uniquely expressing Keratin 17 (K17). By lineage tracing analysis, I demonstrated that these cells give rise to the Merkel cell (MC) and squamous lineage. More importantly, selective genetic ablation of K17+ TD keratinocytes (TDKC) showed that the TD is a self-autonomous niche defining it as the 4th lineage of the skin. Interestingly, TDKCs may be involved in maintaining innervation of the Merkel cell-neurite complex. These critical results have established a new plateform for the field to allow studies of pathological skin conditions such as Merkel cell carcinoma and the loss of tactile acuity with age.

La détection de la température externe par la peau est le point de départ de nombreuses adaptations cellulaires et comportementales permettant de maintenir notre température interne constante. Selon ce concept, les fibres sensorielles cutanées sont les seuls récepteurs sensoriels de la peau pour la détection de la température. Plusieurs canaux ioniques activés directement par des températures chaudes ou froides ont été identifiés, ce sont les canaux TRPs. Le froid peut-il modifier le fonctionnement des organes du toucher?Nous montrons chez l’homme et la souris que les cellules de Merkel (CMs), qui sont les cellules tactiles des complexes de Merkel, peuvent être activées par le froid. Chez les souris dépourvues du canal TRPM8 (KO M8) la réponse au froid des CMs diminue. Le BCTC et le M8B, 2 bloqueurs du canal TRPM8, diminuent également la réponse au froid des CMs. Pour déterminer l’impact de cette sensibilité au froid sur la performance tactile, nous avons enregistré les variations de l’activité nerveuse des récepteurs de Merkel chez les souris WT et KO M8. Un froid modéré (20°C) appliqué sur la peau diminue le train de potentiels d’action issu d’un récepteur de Merkel stimulé mécaniquement. A 20°C ni le seuil de déclenchement des potentiels d’action, ni le train de potentiels d’action en réponse à une stimulation électrique ne sont modifiés. En revanche chez les souris KO M8 cette réponse mécanique tactile n’est plus diminuée. Ce résultat montre pour la première fois qu’une cellule non nerveuse de la peau, la cellule de Merkel, contient un récepteur au froid, le canal TRPM8, qui ajuste l’activité des récepteurs de Merkel lors d’une stimulation tactile. / In the skin, Merkel cells (Mcs) are connected to keratinocytes and A sensory nerve fibers and the complexes works as a slow adaptive mechanoreceptor (SA1 receptor). We observe that cooling human and mouse Merkel cells to 15°C increases intracellular Ca2+ ions concentration. The TRPM8 agonist’s provoke intracellular Ca2+ increases. The responses to cooling and TRPM8 agonist’s are reduced in absence of extracellular Ca2+ ions, by the TRPM8 antagonist’s and in KO M8 mouse. These results show that MCs sense cooling through TRPM8 channels. We hypothesize that cooling sensitivity modulate mechano-transduction and we investigate the modulation of SA1 response using the skin nerve and microneurography techniques in mouse and human, respectively. In mouse, cooling the skin at 22°C reduces the frequency of the SA1 discharge, without modifying the nerve conduction. This reduction disappeared in KO M8 mouse. These results suggest that MCs activity reduced the discharge of SA1 receptor at mild fresh temperature, anticipating effect of lower temperature on A nerve fiber excitability.This study is the first report about the sensitivity of MCs to cold temperature and its consequences on the SA1 receptor activity in mouse and human. We conclude that cold sensitivity of Merkel cells mediated by TRPM8 regulates the SA1 mechanical response, particularly at mild fresh temperature, when the nerve conduction is not significantly modified by cold. This is the first description of an active inhibitory process, driven by a TRP channel, during sensory transduction in the skin.

L’opossum nait dans un état très immature, mais rampe avec ses membres antérieurs (MA) de l’orifice urogénital de la mère à une tétine, où il s’attache pour poursuivre son développement. Des informations sensorielles sont nécessaires pour guider le nouveau-né vers une tétine et déclencher son attachement. Des expériences précédentes ont montré que le système du trijumeau, dont dépend l’innervation somesthésique du museau, influence les mouvements précoces des MA. Le présent projet vise à déterminer si les mécanorécepteurs faciaux sont fonctionnels et exercent une influence sur les MA. On s’intéresse particulièrement aux cellules de Merkel, un mécanorécepteur épidermique innervé par des fibres à adaptation lente de type I (SA I). Ces cellules ont été localisées sur le pourtour du museau de l’opossum nouveau-né en utilisant un traceur cellulaire, l’AM1-43. Nous avons analysé les réponses musculaires des MA consécutives à l’application de forces calibrées au museau sur des préparations in vitro. Ces réponses sont bilatérales et simultanées, très variables, et leur intensité augmente avec la force de la stimulation. Lors de stimulations répétitives pendant 60 min, les réponses diminuent avec le temps. Le retrait de la peau faciale abolit presque ces réponses. De plus, l’application d’un antagoniste des récepteurs métabotropiques du glutamate, qui affecte l’activité des fibres SA I, ou d’un antagoniste des récepteurs purinergiques les diminue fortement, suggérant une participation des cellules de Merkel. Ces résultats soutiennent que le sens du toucher facial relayé par le système du trijumeau est fonctionnel chez l’opossum nouveau-né et qu’il pourrait influencer les mouvements des MA. / The opossum, Monodelphis domestica, is born very immature but crawls, unaided, with its forelimbs (FL) from the mother's birth canal to a nipple where it attaches to pursue its development. Sensory clues are needed to guide the newborn to the nipple and trigger its attachment to it. We postulated that the trigeminal system, responsible for sensory innervation of the face, is involved. Indeed, light pressure applied on the snout evokes FL movements in vivo, low intensity electrical stimulation of the trigeminal ganglion induces motor responses of the FL in vitro, and trigeminal fibers is distributed in the facial dermis and basal epidermis of the newborn. Also, slowly adapting mechanosensory receptors Merkel cells (AM1-43 positive) are present in the face epidermis. To determine if Merkel cells exert an influence on locomotion of newborn opossums, we analyzed the FL muscles responses following application of calibrated forces on the snout in in vitro preparations. Pressure applied to the face induced bilateral and simultaneous FL motor responses, which intensity is proportional to stimulation force. Following consecutive stimulations during 60 min, the responses tended to decrease. Removing the facial skin nearly abolished the responses. Bath applications of the glutamate metabotropic receptor antagonist YM298198, and of the purinergic receptors (P2) antagonist PPADS, decreased the muscles responses. These results support that touch sensitivity of the snout relayed by the trigeminal system is functional in newborn opossums and may influence FL movement, possibly contributing to guiding the animal to the nipple.

Le polyomavirus à cellules de Merkel est aujourd’hui reconnu comme l’agent étiologique du carcinome à cellules de Merkel (CCM). Le cycle viral et les mécanismes de l’oncogenèse viro-induite sont peu connus et les connaissances se basent essentiellement sur les études menées notamment sur le polyomavirus SV40. L’objectif des travaux de thèse était d’identifier les interactions entre les protéines virales et les protéines cellulaires lors de l’infection ou dans le contexte du carcinome à cellules de Merkel (CCM). Pour identifier ces interactions, nous avons réalisé des cribles double hybride en levures sur les oncogènes du MCPyV et du BKPyV. Afin valider les interactions obtenues en levures, nous avons utilisé une méthode orthogonale de validation par complémentation en cellules de mammifères reposant sur la restauration de la luciférase de Gaussia princeps. La combinaison de ses deux techniques nous a permis de valider des interactions avec des partenaires cellulaires impliqués dans la régulation du cycle cellulaire ou encore de la voie Akt-mTOR. Les précédents travaux du laboratoire, qui portaient sur l’interactome des protéines mineures de capsides VP2/VP3, avaient également permis d’identifier des interactions avec des protéines de la voie NF-kB. Nous avons alors testé les interactions entre les oncogènes et la protéine mineure de capside VP2 avec des protéines cellulaires impliquées dans cette voie. Ces travaux nous ont conduits à tester l’activation de la voie, l’expression des gènes sous le contrôle de NF-kB et la régulation de l’apoptose. Les résultats obtenus montrent une action de la protéine VP2 sur l’activation de la voie NF-kB et une induction de l’apoptose. / The Merkel cell polyomavirus is now recognized as the etiologic agent of Merkel cell carcinoma (MCC). The viral cycle and viro-induced oncogenesis mechanisms are not fully understood and the knowledge is mainly based on the studies carried out particularly on the SV40 polyomavirus. The aim of our work is to identify interactions between viral proteins and cellular proteins during productive infection or in MCC context. To identify these interactions, we performed yeast two hybrid screens on MCPyV and BKPyV oncogenes, as control. To validate the interactions obtained in yeasts, we used an orthogonal method of validation by complementation in mammalian cells based on the restoration of Gaussia princeps luciferase. The combination of these two orthogonal techniques allowed us to validate interactions with cellular partners involved in cell cycle regulation or Akt-mTOR pathway. Previous lab work on VP2/VP3 minor capsid proteins allowed the identification of interactions with NF-kB pathway involved proteins. We examined the interactions between oncogenes, VP2, with the cellular proteins involved in this pathway. This work led us to evaluate pathway activation, genes expression under the control of NF-kB and apoptosis regulation. These results evidenced an action of the VP2 protein on the activation of NF-kB pathway and an induction of apoptosis.