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Introduction. The outermost layer of the epidermis, the stratum corneum (SC), plays a fundamental role in our defense against microorganisms, chemicals, and dehydration. The SC is composed of tightly packed keratinized skin cells, corneocytes. For a functioning skin it is essential that corneocytes are constantly shed (desquamated). Kallikrein-related peptidase (KLK) 5 and KLK7 may be important in the desquamation process through degradation of desmosomal proteins. Severe hereditary diseases, where inhibition of KLK5 and/or KLK7 is missing, points to the importance of regulation of protease activity. KLKs may be regulated in various ways: tissue expression, activation of proforms, specific inhibitors, and physico-chemical properties like pH. Besides their involvement in desquamation, KLKs may also be important in immune defense and inflammation by processing of mediators and via activation of proteinase-activated receptors (PARs). Aims. 1. To identify and characterize previously unknown proteases in the SC. 2. To further characterize KLK5 and KLK7 with special focus on activation mechanisms. 3. To identify new inhibitors of KLKs in human SC. 4. To further characterize KLKs regarding effects of various inhibitors and substrates. 5. To study possible functions of KLKs in inflammation, in particular via activation of PAR-2. Methods. Plantar SC was used as a source for purification of proteins. Recombinant proteins were produced in different expression systems (insect cells, yeast cells, and bacteria). Different activity assays and kinetic studies were performed. Tissue expression was studied by immunohistochemistry, immunoblot and PCR. PAR-2 activation was studied by measurement of intracellular [Ca2+] and immunofluorescense in KNRK-PAR2 cells. Results. Active KLK14 was purified from extracts of plantar SC. KLK14 showed a superior catalytic efficiency as compared to KLK5 when measuring trypsin-like activity. This indicated that KLK14, despite being present in low amounts in skin, may have great relevance for skin physiology. Among enzymes tested only KLK5 showed autocatalytic activity and is so far the only enzyme found in SC that can activate proKLK7. KLK5 could also activate proKLK14. This together with studies of pH dependence on activation placed KLK5 as a possible key activating enzyme in a proposed proteolytic cascade in the SC. In plantar SC extracts we have also identified the novel Kazal-type serine protease inhibitor 9 (SPINK9). Our results indicate that SPINK9 is preferentially expressed in palmo-plantar skin and specific for KLK5. Differences found regarding substrate specificity and inhibition profile can be useful in evaluating the contribution of individual KLKs to the proteolytic activity in crude SC extracts. One interesting finding was that KLK8, present at high protein levels in the epidermis, could not be inhibited by any protease inhibitor found in the extracts. PAR-2 activation studies showed that KLK5 and 14 but neither KLK7 nor 8 can activate PAR-2. Immunohistochemistry preferentially detected KLK14 in intraepidermal parts of the sweat ducts and in dermal sweat glands but we could also show coexpression of KLK14 and PAR-2 in the SC and stratum granulosum of the epidermis in inflammatory skin disorders. To summarize, KLK involvement in desquamation may be dependent on a proteolytic activation cascade regulated by an intrinsic pH gradient and specific inhibitors present in SC. Another possible function of KLKs is as mediators of inflammation through activation of PAR-2.

La desquamation en plaque est une forme de dégradation de la pierre monumentale fréquemment observée. Cette morphologie spécifique résulte de l’initiation et la propagation d’une fissure subparallèle à la surface, qui subit diverses sollicitations en conditions naturelles d’exposition. L’objectif de cette recherche est de mieux comprendre ces mécanismes d’altération et d’appréhender les paramètres déterminants dans l’initiation de la fissuration au sein des pierres mises en œuvre. Une approche en mécanique de la rupture a ainsi été proposée. L’influence des minéraux argileux, mis en cause dans ce phénomène, est étudiée et discutée. Trois pierres ont été sélectionnées, une molasse, un grès et une kersantite, présentant de nombreux exemples de desquamation lorsqu’elles sont exposées. Leur comportement hydromécanique est caractérisé en tenant compte de leur anisotropie naturelle. Les propriétés élastiques, la résistance à la traction et la ténacité sont mesurées après saturation, pour plusieurs humidités relatives en phase d’humidification et de séchage, et après plusieurs cycles de variations d’humidité relative. Un couplage de mesure des dilatations et des vitesses d’ondes acoustiques a permis un suivi précis de l’endommagement au fil des cycles. L’influence des minéraux argileux dans les processus d’altération a pu être vérifiée. Ces phases ont été identifiées comme des facteurs essentiels de la dégradation, car elles constituent des plans de fragilité favorisant l’endommagement et la fissuration du matériau, et ce d’autant plus qu’elles se dilatent lors des sollicitations naturelles. / Flaking is a deterioration pattern widely observed on monumental stone heritage. This pattern is due to the initiation and propagation of a crack subparallel to the surface of the stone exposed to natural weathering. This research aims to better understand the alteration mechanisms and to determine the parameters involved in such crack initiation within monumental stones. A fracture mechanics approach is proposed and the influence of clay minerals on this detachment alteration is discussed. The research is carried out on three stones, a molasse, a sandstone and a kersantite, showing scaling effect when submitted to natural conditions. Their hydromechanical behaviour is studied with respect to their natural anisotropy. Elastic properties, tensile strength and toughness are measured after saturation, at various RH values during humidification and drying, and after several cycles. Wave propagation combined with dilatation measurements is used to follow damage during the RH variations cycles. The influence of clay minerals on alteration processes is verified. These phases are critical factors of stone degradation as they are weakness planes leading to damage and cracking, especially generated by their swelling.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Une étude a été entreprise dans le but de déterminer les interactions pouvant survenir entre certains lipides impliqués dans les fonctions de barrière de perméabilité et de desquamation du stratum corneum. Cette étude a consisté à étudier le thermotropisme de diverses dispersions composées de sphingomyéline, céramide 3, acide palmitique perdeutéré, cholestérol et sulfate de cholestérol en proportions variées, par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier. Cette étude a été également effectuée aux pH 5.2 et 7.4 afin d'estimer l'influence de l'environnement ionique sur 1'interaction de ces lipides. Le thermotropisme des dispersions de céramide 3 et de sphingomyéline a indiqué que le céramide 3 adopte un empilement plus serré que la sphingomyéline aux deux pH. Les résultats ont également indiqué que l'acide palmitique rigidifie la bicouche de sphingomyéline et fluidifie la dispersion de céramide 3, et que la miscibilité de cet acide gras est plus élevée avec la sphingomyéline qu'avec le céramide 3. Toutefois, la miscibilité de l'acide palmitique et du céramide 3 est augmentée par le cholestérol et le sulfate de cholestérol à pH 5.2, ce qui semble affecter leur thermotropisme en induisant la formation d'une phase très ordonnée à 37 °C. Par contre, le cholestérol et le sulfate de cholestérol semblent accentuer la déprotonation de l'acide palmitique en présence du céramide 3 à pH 7.4, ce qui semble provoquer une séparation de phase de l'acide gras et du céramide 3. Le cholestérol induit également la formation de la phase liquide ordonnée au sein de la bicouche de sphingomyéline en présence de l' acide palmitique aux pH 5.2 et 7.4. Toutefois, le sulfate de cholestérol semble être moins efficace que le cholestérol à abolir la transition de phase de la sphingomyéline et de l 'acide palmitique. L'analyse des résultats nous a permis de déterminer que l'acide palmitique, le cholestérol et le sulfate de cholestérol interagissent avec la sphingomyéline et le céramide 3 par l'intermédiaire d' interactions hydrophobes et de van der Waals impliquant leurs portions hydrophobes, et de liaisons hydrogène qui impliquent leurs groupements d'interface et de tête iv polaire. Il ressort également que les implications de ces lipides et du pH dans les fonctions de barrière de perméabilité et de desquamation pourraient être purement structurales. En fait, la structure de la tête polaire du céramide 3 permet l'empilement serré des lipides ainsi que l'imperméabilité des membranes, le cholestérol et le sulfate de cholestérol augmentent la miscibilité de l'acide palmitique et du céramide 3 à pH 5.2, et l'environnement à pH 5.2 semble être nécessaire au maintien de l'intégrité du stratum corneum.

Ce travail de thèse consiste en l'élaboration d'une méthodologie d'étude de monuments historiques, appliquée au château de Chambord. Il s'agit de mettre en place le carnet de santé de l'édifice, et de le compléter par une expérimentation en laboratoire, afin de réaliser un diagnostic d'altération.Les archives historiques concernant le château ont été rassemblées et analysées pour concevoir des cartographies de dates de pose et de nature des pierres. L'examen in situ des façades a ensuite conduit à réaliser des cartographies d'altération. La synthèse des informations concernant le passé et le présent du monument a permis d'établir une liste des principaux facteurs environnementaux associés aux altérations, de même que la chronologie de leur développement, pour ainsi aboutir à une première estimation des cinétiques de progression.C'est la desquamation en plaques, détérioration courante du tuffeau, à la fois la plus dommageable et la plus complexe, qui a été ciblée pour le diagnostic d'altération. Les analyses physico-chimiques réalisées sur des prélèvements in situ ont conduit à l'identification systématique du gypse dans les fissures des desquamations. Des simulations expérimentales ont été mises en place pour appréhender le rôle du gypse, son mode de transport et son origine. La pollution atmosphérique mettant en oeuvre du SO2 gazeux reproduit bien la distribution du gypse telle que mesurée dans les desquamations en plaques observées au château de Chambord. Un mécanisme incluant ce phénomène a été proposé, pour expliquer le développement de cette altération, et qui pourrait être à la base des prévisions de l'évolution des altérations, afin d'envisager le futur du monument.

Ce travail de thèse consiste en l’élaboration d’une méthodologie d’étude de monuments historiques, appliquée au château de Chambord. Il s’agit de mettre en place le carnet de santé de l’édifice, et de le compléter par une expérimentation en laboratoire, afin de réaliser un diagnostic d’altération.Les archives historiques concernant le château ont été rassemblées et analysées pour concevoir des cartographies de dates de pose et de nature des pierres. L’examen in situ des façades a ensuite conduit à réaliser des cartographies d’altération. La synthèse des informations concernant le passé et le présent du monument a permis d’établir une liste des principaux facteurs environnementaux associés aux altérations, de même que la chronologie de leur développement, pour ainsi aboutir à une première estimation des cinétiques de progression.C’est la desquamation en plaques, détérioration courante du tuffeau, à la fois la plus dommageable et la plus complexe, qui a été ciblée pour le diagnostic d’altération. Les analyses physico-chimiques réalisées sur des prélèvements in situ ont conduit à l’identification systématique du gypse dans les fissures des desquamations. Des simulations expérimentales ont été mises en place pour appréhender le rôle du gypse, son mode de transport et son origine. La pollution atmosphérique mettant en oeuvre du SO2 gazeux reproduit bien la distribution du gypse telle que mesurée dans les desquamations en plaques observées au château de Chambord. Un mécanisme incluant ce phénomène a été proposé, pour expliquer le développement de cette altération, et qui pourrait être à la base des prévisions de l’évolution des altérations, afin d’envisager le futur du monument. / This thesis is dedicated to the establishment of a methodology to study the built cultural heritage, applied to the castle of Chambord. It consists in realizing the health record of the monument, and completing it by an experimental sequence in laboratory, in order to provide a diagnosis of the state of degradation.Historical archives about the castle were gathered and analysed to obtain mappings of dating and nature of stone. By mean of in situ observations, a mapping of degradation has been added. A synthesis of the information concerning the past and the present of the monument allowed establishing a list of the main factors associated to degradations and to a chronology of development of these degradations, so as to estimate their kinetics.Spalling, which is the most damaging and complex usual degradation, has been chosen as case of study for the diagnosis of degradation. The physic-chemical characterisations made on in situ coring lead to systematically found gypsum in spalling’s cracks. Various artificial ageing tests have been performed to enlighten the role of gypsum, its transport mode, and its origin. Atmospheric pollution including gaseous SO2 reproduces well the distribution of gypsum observed in spalling at Chambord. A global mechanism taking into account this phenomenon has been proposed to clarify the development of this degradation.