Les kératinocytes de l’épiderme interagissent fortement avec les fibroblastes du derme sous-jacent. Notre équipe a précédemment démontré que les cellules de l’épiderme des cicatrices hypertrophiques jouent un rôle dans le développement de la fibrose de cette pathologie. Une étude comparative des protéines sécrétées par les kératinocytes de peau et des kératinocytes pathologiques a été réalisée. Les analyses ont été effectuées par la technique d’électrophorèse en deux dimensions (Gel 2D-DIGE: Two-Dimensional Difference gel electrophoresis). La première dimension permet la séparation des protéines en fonction de leur point isoélectrique et la deuxième dimension permet une séparation des protéines en fonction de leur poids moléculaires La comparaison des gels effectués avec des surnageants de 7 populations de kératinocytes de peau et 7 populations de kératinocytes provenant de cicatrices hypertrophiques a permis de détecter des différences entre les deux types cellulaires. Seize points ont été séquencés par spectrométrie de masse permettant de déterminer la présence de 12 protéines potentiellement sécrétées différemment selon l’origine des kératinocytes. La concentration de deux de ces protéines (MMP-1 et SPINK5) a ensuite été mesurée par des méthodes quantitatives afin de valider les résultats obtenus par les gels 2D-DIGE. Nos résultats montrent que les kératinocytes provenant de cicatrices hypertrophiques sécrètent une moins grande quantité de MMP (Matrix MetalloProteinase) que les kératinocytes provenant de peau saine, pouvant ainsi expliquer l’augmentation de la fibrose lors du développement de cette pathologie.

Des études précédentes ont montré que les kératinocytes provenant de cicatrices hypertrophiques influencent le développement de la fibrose caractéristique de ces cicatrices. Afin de mieux comprendre les interactions cellulaires entre le derme et l'épiderme à l'origine de ce développement, des kératinocytes de peaux normales (K) et de cicatrices hypertrophiques (KH) ainsi que leur milieu conditionné respectif ont été ajoutés à des dermes reconstruits par génie tissulaire. Un derme plus épais, chez tous les types cellulaires dermiques testés, était observé en présence de KH ou de leur surnageant comparativement à ceux obtenus en présence de K ou de leur surnageant. Ces observations suggèrent que les KH sécrètent un ou des facteurs paracrines qui entraînent la fibrose dermique de façon indépendante d'une stimulation au préalable par le derme et également indépendante du type cellulaire dermique utilisé. L'interleukine 1 alpha (IL-la) et le transforming growth factor bêta (TGF-P) ont été étudiés afin de déterminer leur implication dans nos observations.

Un important réseau de cytokines serait en grande partie responsable de la formation des lésions psoriasiques. La présence de cellules immunitaires dans des biopsies de peaux psoriasiques suggère une implication majeure de ces dernières dans la maladie. La présente étude tente d'explorer la communication à caractère pro-inflammatoire entre lymphocytes T et kératinocytes psoriasiques. Notre modèle in vitro consiste en une monocouche de kératinocytes sains ou psoriasiques mis en co-culture avec des lymphocytes T sains isolés du sang humain. Les interactions cellulaires ont été étudiées suivant l'analyse de la production de 22 cytokines/chimiokines (technologie du Luminex xMap) et complétées par ELISA. Nos résultats démontrent que les kératinocytes psoriasiques avec les lymphocytes T augmentent leur production de TNF-a, de GM-CSF, de MCP-1, d'IL-6 et d'IL-8 ainsi que celle de lTFN-y, du sIL-2 Ra et de la Fractalkine lorsque 1TL-2 est présente comparativement à la co-culture kératinocytes sains-lymphocytes T. Des tests additionnels avec le neutrophile montrent que la production de cytokines inflammatoires est suffisante pour influencer ce dernier. Ces résultats démontrent l'interaction fonctionnelle entre les kératinocytes et les lymphocytes T ainsi que la persistance des caractéristiques pathologiques des kératinocytes psoriasiques in vitro. Ce modèle expérimental de coculture sera intéressant pour comprendre en profondeur des désordres cutanés auto-immuns comme le psoriasis.

Etude du rôle des lysosomes et du cholestérol au cours de la différenciation des kératinocytes épidermiques (par Ralph Jans) La majorité des rôles protecteurs de l’épiderme, couche superficielle de la peau, sont garantis par les kératinocytes qui se différencient de manière progressive et terminale dans les couches suprabasales de ce tissu, dont le renouvellement est assuré par la prolifération de cellules-souches dans la couche basale. Toute perturbation des mécanismes qui contrôlent la prolifération et/ou la différenciation des kératinocytes conduit à des dysfonctionnements. Comprendre ces mécanismes reste donc un défi majeur pour la biologie cutanée. Plusieurs types cellulaires subissent l’exocytose de lysosomes quand il y a entrée d’ions calcium dans les cellules. Puisque les kératinocytes subissent une entrée de calcium au cours de leur différenciation, ces cellules pourraient exocyter des lysosomes dans ces circonstances. Un traitement de kératinocytes avec un ionophore induit en effet une sécrétion de la forme mature lysosomale de la cathepsine D, une libération de l’activité des enzymes lysosomales solubles cathepsine C et β-galactosidase, ainsi que l’apparition des protéines lysosomales membranaires Lamp-1 et Lamp-2 au niveau de la membrane plasmique. L’exocytose de lysosomes peut donc faire partie de la différenciation des kératinocytes, mais permet aussi à ces cellules de réparer des ruptures de la membrane plasmique. Puisque le cholestérol pourrait contrôler certaines voies de signalisation au cours de la différenciation des kératinocytes, nous avons analysé les effets d’une déplétion en cholestérol induite par un traitement avec la méthyl-β-cyclodextrine sur le phénotype et la signalisation du kératinocyte. Cette déplétion induit une augmentation de l’expression de l’involucrine, marqueur de différenciation tardive, et une répression de l’expression de la kératine 10, marqueur de la différenciation précoce, et de la kératine 14, marqueur des kératinocytes non-différenciés. Ce traitement active le récepteur de l’EGF et HER2, ainsi que la MAP kinase p38 dont l’activation (en particulier l’activation de p38α) est responsable de l’augmentation de l’expression de l’involucrine. En résumé, nos observations suggèrent un nouveau rôle pour les lysosomes au cours de la différenciation des kératinocytes épidermiques, mais suggèrent surtout un rôle critique du cholestérol dans la régulation de ce processus. Role of lysosomes and cholesterol during the differentiation process of epidermal keratinocytes (by Ralph Jans) A major part of the protective role of the epidermis, superficial layer of the skin, is guaranteed by the keratinocytes that differentiate progressively and terminally in the suprabasal layers of this tissue. The renewal of the epidermis is performed by proliferating stem cells in the basal layer. Perturbation of the mechanisms that regulate the proliferation and/or the differentiation of keratinocytes leads to an invalid barrier function. Therefore, elucidating these mechanisms is a major challenge for skin researchers. In several cell types, lysosomes undergo exocytosis upon entry of calcium into the cells. Since keratinocytes are subjected to an entry of calcium during their differentiation in vivo, these cells could exhibit an exocytosis of lysosomes under these circumstances. The results presented in this work show that an incubation of keratinocytes with the calcium ionophore ionomycin triggers the secretion of the enzymatic activities of the lysosomal enzymes cathepsin C and β-galactosidase as well as the release of the lysosomal form of cathepsin D. This treatment also induces the appearance of the lysosomal membrane proteins Lamp-1 and Lamp-2 at the plasma membrane of keratinocytes. Exocytosis of lysosomes could be part of the keratinocyte differentiation process, but could also allow these cells to repair their plasma membrane upon disruption due to mechanical stresses. Since cholesterol could be involved in the regulation of several signal transduction pathways during keratinocyte differentiation, we have investigated the effects of a depletion of cholesterol on the keratinocyte phenotype and on selected signaling pathways. Cholesterol depletion was induced by incubating the cells with methyl-β-cyclodextrin. This treatment, followed by an inhibition of cholesterol neosynthesis using lovastatin, triggers an upregulation of the expression of involucrin, a late differentiation marker, and a downregulation of keratin 10 and keratin 14, which, respectively, are markers of early-differentiating and undifferentiated keratinocytes. Cholesterol depletion activates the membrane receptors EGFR and HER2 and the MAP kinase p38. Using the specific inhibitor PD169316, we demonstrate that the p38α isoform is responsible for the upregulation of involucrin during cholesterol depletion. In summary, our observations suggest a novel role for lysosomes during keratinocyte differentiation and indicate a critical role for cholesterol in the regulation of this process.

La fusion entre des cellules de rate de souris immunisées avec des suspensions de tumeurs primaires mammaires humaines et des cellules d'une lignée de myélome de souris a permis d’obtenir des anticorps monoclonaux reconnaissant les cellules épithéliales. De cette banque d'anticorps, trois réagissent contre des filaments cytoplasmiques. La caractérisation de ces anticorps monoclonaux a été faite à l'aide de techniques d'immunohistochimie, immunofluorescence et immunoperoxydase, en utilisant différentes lignées cellulaires humaines et différents tissus épithéliaux et non-épithéliaux humains, afin de connaître la spécificité des anticorps. Le poids moléculaire relatif des protéines reconnues par les anticorps a été déterminé par immunodétection de type western après transfert des protéines sur membrane de nitrocellulose. Les résultats présentés dans ce mémoire concernent uniquement la caractérisation d'un anticorps monoclonal, 1B6, qui reconnaît spécifiquement plusieurs cytokératines. Par sa spécificité, cet anticorps est un marqueur des cytokératines, donc des cellules d'origine épithéliale normales et tumorales. Il représente ainsi un outil utile et unique à notre connaissance pour le diagnostic, en pathologie, de métastases d'origine épithéliale. Au niveau de la recherche fondamentale, il constitue un outil intéressant pour l'étude, entre autres de la différenciation cellulaire épithéliale et du rôle des cytokératines. / Montréal Trigonix inc. 2018

Le rôle primordial des cellules de la peau dans la réponse immunitaire est désormais bien établi. Cependant, pourraient-elles également être responsables de l'activation du système immunitaire observée dans le psoriasis, une maladie inflammatoire chronique de la peau? Cette étude vise à comprendre la capacité des kératinocytes psoriasiques à activer in vitro les leucocytes. Le profil de sécrétion de lymphocytes sains co-cultivés avec des kératinocytes (sains ou psoriasiques) a été évalué pour 22 analytes. Les taux élevés de diverses cytokines dans les cultures avec kératinocytes psoriasiques démontrent leur capacité à induire une sécrétion de médiateurs pro-inflammatoires. Les cytokines surexprimées suggèrent également un potentiel d'activation des neutrophiles. L'altération in vitro de plusieurs fonctions des neutrophiles (survie, adhérence cellulaire et production d'anion superoxyde) par les kératinocytes a permis de confirmer ce potentiel. En conclusion, cette étude présente le kératinocyte psoriasique comme étant un instigateur probable de l'inflammation dans la pathogenèse de cette maladie.

La stimulation électrique (SE) semble favoriser la cicatrisation des plaies par ses effets sur les fibroblastes. Cependant, son interaction avec les kératinocytes n'a pas été bien établie. Le polypyrrole (PPy) en tant que biomatériau conducteur est un excellent candidat pour délivrer les SE aux cellules, ce qui devient plus évident avec le développement de la nouvelle membrane souple à base de PPy. Cependant, les faibles propriétés mécaniques limitent l'utilisation de cette membrane. La présente étude visait à améliorer la résistance mécanique de la membrane à base de PPy et étudier les comportements cellulaires et moléculaires des kératinocytes après exposition à des SE via cette nouvelle membrane PPy. Premièrement, la membrane souple à base de PPy a été renforcée par électrofilage, de manière synergique, avec des fibres de polyuréthane (PU) et de polylactide (PLLA). Des tests mécaniques ont confirmé que la résistance à la traction de la membrane a été considérablement augmentée. Ensuite, les kératinocytes ont été cultivés sur la membrane PPy renforcée, puis stimulés par des intensités électriques de 100 ou 200 mV mm⁻¹ pendant 6 ou 24 heures. Les cellules stimulées présentaient une capacité proliférative considérablement accrue. Les sécrétions d'IL-6, IL-1α, IL-8, GROα, FGF2 et VEGF-A ont également augmenté. Fait intéressant, l'SE de 24 heures a induit une « mémoire de stimulation » car les cellules stimulées ont montré une augmentation significative de formation de colonies (CFE) après 6 jours après l'exposition à la stimulation électrique. De plus, l'expression des kératines 5, 14 et 10/13 était significativement augmentée par la SE. La SE a augmenté l'expression de la phosphorylation des kinases ERK1/2. L'expression des protéines des kératinocytes de la peau humaine peut être activée par des stimulations électriques appropriées pour favoriser la cicatrisation des plaies cutanées. La membrane PPy souple renforcée peut servir de pansement conducteur pour faciliter l'exposition de la plaie à une stimulation électrique pour favoriser sa cicatrisation. / Keratinocytes as the principal skin cell type play a major role in wound closure. In the meantime, electrical stimulation (ES) has been found effective in promoting wound healing. However, the role of ES on keratinocytes has not been well established. Polypyrrole (PPy), especially the recently developed soft PPy membrane, is an electrically conductive biomaterial and a good candidate to deliver ES to cells. However, the weak mechanical strength of the soft PPy membrane has limited its practical use. The present work was to enhance the mechanical strength of this soft PPy membrane and to investigate the cellular and molecular behaviors of the keratinocytes underwent ES via this novel PPy membrane. Firstly, the soft PPy membrane was synergically reinforced with polyurethane (PU) and poly (L-lactic acid) (PLLA) fibers through electrospinning technology. Mechanical tests confirmed the significantly increased tensile strength, which rendered the originally fragile PPy membrane strong enough to stand ordinary manipulations without compromising its electrical properties. Afterwards, HaCaT keratinocytes were cultured on the PU/PLLA reinforced PPy membranes under electrical intensities of 100 and 200 mV mm⁻¹ for 6 or 24 hr. The electrically stimulated cells exhibited a considerably increased proliferative ability. Meanwhile, secretions of the IL-6, IL-1α, IL-8, GROα, FGF2 and VEGF-A increased as well. Interestingly, the 24 hr ES induced a "stimulus memory" by showing a significant rise in colony forming efficiency (CFE) 6 days post-ES. Additionally, the expressions of keratin 5, keratin 14, keratin 10 and keratin 13 were significantly modulated by ES. Finally, the phosphorylation of ERK1/2 kinases was regulated by ES. The overall results demonstrated that the proliferation, differentiation, and protein expression of human skin keratinocytes can be activated through appropriate ES to benefit skin wound healing. Moreover, the PU/PLLA reinforced soft PPy membrane may server as a conductive wound dressing to facilitate ES to wound.

La fonction barrière de la peau dépend en grande partie d’une différenciation appropriée des kératinocytes épidermiques. Au cours de ce processus, de nombreux changements ont lieu dans ces cellules tels que la diminution de la prolifération, le remodelage du cytosquelette, des changements dans l’expression génique, la dégradation du noyau et des organites de même que la formation d’une structure bien particulière : l’enveloppe cornée. Il est important que de tels évènements soient régulés de façon adéquate puisqu’un débalancement au sein de ces derniers peut mener à l’apparition de conditions pathologiques. La Dual Leucine zipper-bearing Kinase (DLK) est une Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase dont l’expression est très forte au niveau de la couche granuleuse, soit la dernière couche de cellules vivantes avant la couche cornée de l’épiderme. Des études précédentes ont révélé que la surexpression de la DLK dans des kératinocytes en culture avait pour effet d’induire la différenciation terminale. Toutefois, les mécanismes par lesquels la DLK régule ce processus restent encore méconnus faisant en sorte que l’objectif général de cette thèse consiste à mieux les définir. L’hypothèse à la base de ces travaux est que la DLK est requise pour la différenciation des kératinocytes et que celle-ci y participe en favorisant la stabilisation des microtubules de même que l’expression ou l’activité de facteurs de transcription impliqués dans ce processus. Dans un premier temps, un modèle de peau reconstruite in vitro dans lequel l’expression de la DLK a été réduite par interférence à l’ARN a été développé. Il a été noté que la diminution de la DLK avait pour effets d’affecter la distribution de protéines de l’enveloppe cornée telles que la filaggrine et la transglutaminase 1 de même que d’inhiber la formation des couches granuleuse et cornée. Des analyses en immunofluorescence et en microscopie électronique ont permis d’observer des défauts au niveau des jonctions serrées et des desmosomes dans les peaux sous-exprimant la DLK révélant un rôle de cette kinase dans le bon maintien de ces deux types de jonctions cellulaires. L’impact de la DLK sur les microtubules a été étudié dans des kératinocytes en culture transduits à l’aide de vecteurs adénoviraux menant à la surexpression de la DLK de même que dans les peaux reconstruites présentant une expression réduite de cette kinase. Ces études ont permis de conclure que la DLK était non seulement en mesure d’induire la réorganisation et la stabilisation des microtubules en périphérie cellulaire, mais que celle-ci était également requise à la réalisation de ces processus. Afin de mieux décrire les mécanismes par lesquels la DLK assure la réorganisation des microtubules en périphérie cellulaire, les effets de la surexpression ou de la sous-expression de la DLK sur les protéines LIS1 et HSP27 (pour Heat shock protein 27 kDa), des régulateurs de la distribution des microtubules, ont été étudiés. Ces analyses ont permis de définir la DLK en tant qu’élément nécessaire à la bonne distribution en périphérie cellulaire de LIS1 et HSP27. Des études plus poussées ont révélé que l’expression de la DLK dans des kératinocytes en culture était non seulement en mesure d’induire la redistribution en périphérie cellulaire d’HSP27, mais également l’insolubilisation et la phosphorylation de cette protéine de choc thermique. Il a également été démontré que l’ensemble de ces processus dépendaient de l’activité de ERK (pour Extracellular-signal Regulated Kinase). Dans le but de définir l’importance des microtubules dans le processus de différenciation des kératinocytes, des peaux reconstruites ont été traitées avec un agent induisant la dépolymérisation de cette composante cytosquelettique soit plus précisément le nocodazole. Un tel traitement produit un phénotype similaire à celui des peaux reconstruites sous-exprimant la DLK suggérant les microtubules comme d’importants effecteurs de la différenciation induite par la DLK. Dans la perspective de mieux définir les effets de la DLK sur la signalisation cellulaire et l’expression génique globale, nous avons eu recours à l’étude de la phosphorylation d’importants médiateurs de la signalisation moléculaire intracellulaire de même qu’à des analyses en micropuce à ADN d’échantillons provenant de peaux reconstruites sous-exprimant la DLK. Cette démarche a permis de révéler une hausse de la phosphorylation de ERK1/2, de JNK1/2/3, de GSK3 (pour Glycogene Synthase Kinase 1) et du récepteur à l’EGF (pour Epidermal Growth Factor). Les analyses en micropuce à ADN ont permis de révéler une réduction dans l’expression de nombreux gènes impliqués dans la formation de l’enveloppe cornée. Finalement, la réduction de c-Jun et de C/EBPα a pu être observée dans les noyaux de peaux reconstruites sous-exprimant la DLK révélant ainsi l’importance de cette kinase dans la régulation de ces facteurs de transcription dans un contexte de différenciation des kératinocytes. Globalement, nos travaux montrent que la DLK est requise pour la différenciation des kératinocytes et que celle-ci y contribue en assurant la réorganisation des microtubules en périphérie cellulaire, la consolidation des desmosomes et des jonctions serrées de même la régulation positive des facteurs c-Jun et C/EBPα. / Skin barrier function greatly depends on proper keratinocyte differentiation in the epidermis. During this process, many changes occur within the cell such as decrease in cell proliferation, cytoskeleton reorganization, changes in gene expression, nucleus and organelles elimination as well as cornified envelope formation. Keratinocyte differentiation must be finely orchestrated since misregulation of this process may lead to pathological conditions. The Dual Leucine zipper-bearing Kinase (DLK) is a Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase showing a strong expression in the granular layer, the last layer composed of living cells before reaching the cornified layer. Previous studies revealed DLK capacity to induce keratinocyte terminal differentiation process. However, how DLK promotes such an event remains unknown. The main objective of this thesis is to identify mechanisms and potential effectors of the DLK-induced keratinocyte differentiation. Our hypothesis is that DLK is required for keratinocyte differentiation by promoting microtubule stabilization as well as the expression or the activity of transcription factors involved in this process. In order to test our hypothesis, a tissue-engineered skin (TES) model with a reduced DLK expression was produced using a RNA interference approach. Impaired distribution of cornified envelope proteins such as filaggrin and transglutaminase 1 as well as reduced granular and cornified layers were observed in TES with reduced DLK expression. In those samples, immunofluorescence and electron microscopy analyses pointed out desmosomal and tight junctional defects suggesting a role for DLK in the maintenance of these types of cell junctions. The impact of DLK expression on microtubules was also studied in TES with reduced DLK expression and in keratinocytes in culture overexpressing DLK following gene transduction using adenoviral vectors. These studies led to the conclusion that DLK not only promotes but is also required for microtubules reorganization and stabilization to cell periphery. To explain DLK capacity to induce such a process, effects of DLK depletion or overexpression on microtubule regulators such as LIS1 and HSP27 were investigated by immunofluorescence staining. These analyses revealed that DLK induces and is required for LIS1 and HSP27 relocalization to cell periphery. In additional studies, our results show that DLK expression in normal human keratinocytes in culture not only promotes HSP27 distribution to cell periphery but also induces HSP27 insolubilization and phosphorylation in an ERK-dependent manner. In order to more precisely define the role of microtubules in keratinocyte differentiation process, TES were treated with nocodazole, a microtubule depolymerizing agent. The effect of such a treatment was to reproduce the phenotype of DLK-depleted TES suggesting that microtubules are important effectors of DLK-induced keratinocyte differentiation. In an attempt to describe the impact of DLK on global gene expression, RNA samples of DLK-depleted TES were studied using microarray analyses. This approach revealed a reduction in the expression of many genes coding for cornified envelope proteins. Reductions of c-Jun and C/EBPα immunofluorescence staining were also noted in TES with a reduced DLK expression suggesting this kinase as a c-Jun and C/EBPα regulator in the context of keratinocyte differentiation. Globally, our works show that DLK is required for keratinocyte differentiation since it promotes microtubule reorganization to cell periphery, desmosomes and tight junction consolidation as well as c-Jun and C/EBPα localization to the nucleus.

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L’épidermolyse bulleuse simplex (EBS) est une maladie orpheline dermatologique qui a une prévalence mondiale de 1/50 000 à 1/30 000. Elle est caractérisée par des mutations transmises de manière autosomale dominante dans les gènes de la kératine 5 (KRT5) et 14 (KRT14), menant à une agrégation des filaments intermédiaires. Phénotypiquement, il y a présence d’ampoules causées par un décollement de l’épiderme. Jusqu’à présent, aucune thérapie efficace n’est disponible. Dans cette étude, des essais cellulaires évaluant le potentiel thérapeutique de deux chaperonnes chimiques, le triméthylamine N-oxyde (TMAO) et le sodium 4-phénylbutyrate (4-PBA), ont été réalisés. Pour ce faire, trois lignées immortalisées de kératinocytes de patients EBS ayant une mutation dans KRT14 et une lignée contrôle ont été utilisées pour déterminer la capacité des molécules à réduire le nombre de cellules ayant des agrégats. Les résultats ont montré un effet bénéfique significatif du TMAO seulement, et ce dans deux lignées uniquement. Ainsi, le TMAO se qualifie comme une approche thérapeutique potentielle.