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.

En dehors du cadre pathologique, la notion de temps est la base essentielle dans le processus de vieillissement de l’organisme et des systèmes associés. Ces derniers vont progressivement présenter un déclin de leur(s) fonction(s) où de nombreux mécanismes complexes vont intervenir à différents niveaux. Parmi les premiers constats proposés, le vieillissement est la conséquence d’un processus inéluctable, d’une succession d’agressions au niveau cellulaires qui pourraient être réparées voire évitées, ouvrant ainsi la voie à de futures études qui permettront à terme de proposer une explication détaillée, complète et claire de ce processus. Pour exemple, les travaux que nous avons menés tentent d’apporter un élément de réponse afin d’établir un lien entre sénescence et vieillissement, avec pour base de générer par reprogrammation cellulaire des cellules hiPSCs à partir de cellules issues de biopsies de patients jeunes et âgées, sénescentes ou prolifératives. Outre la caractérisation de leur état pluripotent comparable à celui des cellules souches embryonnaires, nous avons également mis en évidence après une différenciation spécifique en fibroblastes, que les caractéristiques cellulaires de ces fibroblastes présentaient un effacement des marques du vieillissement, signe d’une plasticité cellulaire possible au cours du vieillissement. A présent, étendre une telle étude au modèle tissulaire cutané par la mise en place de protocoles de différenciation dans le lignage épidermique permettra à l’avenir de mieux comprendre pour mieux appréhender les pathologiques associées au vieillissement, et ainsi pouvoir offrir aux patients une médecine appropriée et concrète. / Beside the pathological context, time is the essential basis in the aging process of the body and associated systems. These will gradually introduce a decline in function(s) where many complex mechanisms will take part at different levels. Among proposed findings, aging is the result of an inevitable process, a succession of cellular stress that could be prevented or repaired, opening the way for future studies that will eventually offer an explanation detailed, clear and complete which occur. For example, our work provide a response element to establish a link between senescence and aging, based on the generation of hiPSCs by cellular reprogramming of cells from biopsies of young, older, senescent and proliferating cells patients. Further characterization of their pluripotent state comparable to that of human embryonic stem cells, we have also showed by a specific differentiation into fibroblasts, that cellular characteristics of those fibroblasts had erased aging features. Next step, is to extend such study in cutaneous tissue model by the introduction of differentiation protocols in the epidermal lineage which will able us to better understand aging-associated diseases, and thus bring the ability to propose an appropriate and cocnrete medicine to aged patients.

Les microARN sont des petits ARN (22 nucléotides en moyenne) non codants connus pour réguler l'expression des gènes au niveau post-transcriptionnel. Ils jouent un rôle dans de nombreux processus cellulaires, notamment dans la peau. La nature et la fonction précise des microRNAs contrôlant la différenciation épidermique restent à clarifier. De même; leur rôle dans la réponse à l'irradiation ionisante du kératinocyte n'a jamais été étudié. Nous avons donc entrepris une analyse d'expression du miRnome par la technique de TLDA dans ces deux contexts. Pour la différentiation épidermique, ces travaux de thèse ont permis de mettre en évidence une induction globale de l'expression des microARN au cours de la différentiation précoce des kératinocytes. Plusieurs microARN significativement modulés ont été caractérisés. Parmi eux, MiR-132 a été validé in vivo sur coupe de peau. Au cours des étapes tardives de la différentiation, miR-23b est induit. Nous avons montré qu'il agit en régulant TGIF1, répresseur de la voie TGF-β et active la phosphorylation de SMAD2, facteur de transcription nécesssaire à la différenciation terminale. Nous avonss également observé que les microARN répondent de façon globale aux rayons γ, mais que la nature de cette réponse dépend de l'état de différenciation des cellules. Cette réponse globale n'est pas corrélée à des modifications d'expression de protéine de la voie de synthèse des microRNAs comme AGO2 et DICERI. Nous avons montré que, dans les cellules proliférantes, l'induction de micro ARN réprimés par les rayons γ affecte la viabilité des cellules après irradiation. Ainsi, ces travaux de thèse contribuent à une meilleure compréhnesion du rôle des microRNA dans la régulation de la différenciation épidermique et la réponse des kératinocytes au stress génotoxique. / MicroRNA are small non-coding RNA (22 nucleotides in mean) known to regulate gene expression at the post-translational level. They play a role in many cellular processes, especially in skin. However, their exact role during epidermal differenciation remains to be clarified. Moreover, their role in the response of keratinocytes to ionizing irradiation has never been studied. Therefore, we settled up a miRnome expression analysis by TDLA technique in both situations. In epidermis differenciation, we observed a global induction of microRNA expression during the early steps of keratinocytes differenciation. Several significantly modulated microRNA have been characterized. Among them, miR-132 was validated in vivo on skin sections. During the late steps of differentiation, miR-23b is induced. We showed that miR-23b is able to regulate TGIF1, repressor of TGF-β pathway and to induce SMAD2 phosphorylation, a key transcription factor in terminal differentiation. In keratinocytes exposed to ionizing irradiation, we observed that microRNA display a global response to γ-rays that is higly dependent to the differentiation state of irradiated cells. This global response is not correleted to expression modifications of proteins from the microRNA synthesis pathway such as AGO2 and DICERI. We finally found that in proliferative keratinocytes the induction of irradiation-repressed microRNA impact cell viability after irradiation. Taken together, those results contribute to a better understanding of the microRNA function in the regulation of epidermal differentiation and in the response of keratinocytes to genotoxic stress

La dermatite de contact allergique (DCA) est une réaction exacerbée du système immunitaire cutané vis-à-vis d’un allergène de contact. La prévalence de la DCA étant de 20 % au sein de la population mondiale, il est important d’identifier les composés allergisants. Différentes réglementations européennes, telles que le règlement REACh ou la directive cosmétique, interdisent l’utilisation de test sur l’animal. C’est dans ce contexte que différentes méthodes alternatives ont été développées pour évaluer la sensibilisation cutanée. La stratégie actuelle d’évaluation du potentiel sensibilisant consiste à réaliser un ensemble de tests alternatifs, chacun mimant un évènement clé du mécanisme : l’hapténisation, l’activation des kératinocytes ou des cellules dendritiques.Cependant, ces tests utilisent principalement des monocultures et ne prennent donc pas en compte les interactions cellulaires qui peuvent avoir lieu in vivo. De plus, les évaluations de la pénétration et du métabolisme cutanés sont négligées dans les tests développés.Afin de mimer la fine orchestration des événements intervenant lors de la sensibilisation cutanée, nous proposons un modèle d’épiderme humain reconstruit (RhE) co-cultivé avec la lignée cellulaire THP-1, servant de substitut aux cellules dendritiques. Nous avons caractérisé, et étudié la pertinence de ce modèle à l’aide de molécules chimiques de référence. Ce travail a permis l’identification de biomarqueurs, tels que CD54, IL-8 et CCL3, spécifiques à l’évaluation in vitro de la sensibilisation cutanée des xénobiotiques. / Allergic contact dermatitis is an exacerbated reaction of skin immune system toward contact allergen. The prevalence of DCA being 20 % among the world population, it is important to identify allergens. Different European regulations such as the REACh regulation or the cosmetic directive prohibit the use of the test on animals. It is in this context that different methods have been developed to evaluate skin sensitization. The current sensitization potential assessment strategy consists of a set of alternative tests, each of which reproduce a key event of the mechanism: the haptenation, the activation of keratinocytes or dendritic cells.However, these tests are mainly based on monocultures and therefore do not account for the cellular crosstalk that happen in vivo. In addition, the evaluations of skin penetration and metabolism are neglected in the developed tests.In order to mimic the fine orchestration of the events involved in skin sensitization, we propose a model of reconstructed human epidermis (RhE) co-cultivated with the THP-1 cell line, as a substitute for dendritic cells. We have characterized and studied the relevance of this model using reference chemical molecules. This work has enabled the identification of biomarkers, such as CD54, IL-8 and CCL3, specific to the in vitro evaluation of skin sensitization to xenobiotics.

Ce travail visait à exploiter le potentiel des protéines de soya afin de concevoir et de développer des biomatériaux sous forme de biofilms aux propriétés physico-chimiques, et surtout biologiques, contrôlées. Pour ce faire, des films à base d'isolats de protéines de soya (IPS) ont été préparés à l'aide de plastifiant, le glycérol, et de différentes concentrations d'agent de réticulation, le formaldéhyde, afin d'obtenir un biomatériau favorable pour la culture de cellules cutanées (fibroblastes et kératinocytes) humaines. La toxicité des films a été testée en évaluant l'adhésion, la croissance, la prolifération et la formation d'une structure cutanée bien organisée. La biocompatibilité et l'immunogénicité des biofilms ont été étudiées grâce aux analyses de cytokines produites par les fibroblastes et les kératinocytes. Les diverses observations microscopiques ont démontré l'innocuité de tous les biofilms vis-à-vis des kératinocytes qui ont adhères. Ces biofilms n'ont aucun effet nocif sur la viabilité cellulaire. Il est intéressant de noter que ces cellules ont une prolifération croissante malgré l'augmentation de la concentration en réticulant. La prolifération des cellules cutanées est, cependant, réduite à fort pourcentage de formaldéhyde. En effet, celles-ci prolifèrent mieux sur les biofilms contenant 0 %, 1 % et 2 % de formaldéhyde comparativement à ceux contenant 3 % d'agent de réticulation. En conclusion, les biofilms à base de protéines de soya offrent un environnement favorable à l'adhésion et la croissance des kératinocytes. Les biofilms ayant le meilleur potentiel sont ceux contenant une concentration de 1 % de formaldéhyde.

Les lipides de la couche cornée, la partie externe de la peau, sont connus pour jouer un rôle très important au niveau de la perméabilité de celle-ci. Une modification des propriétés de perméabilité est observée lors de certaines maladies cutanées, dont le psoriasis. La première partie du projet consistait à la caractérisation physicochimique de substituts sains et psoriasiques produits par la méthode d'auto-assemblage. Nos résultats ont permis de montrer que les substituts psoriasiques lésionnels présentent une couche cornée plus désorganisée que les contrôles. Nous avons également posé l'hypothèse que les propriétés de la peau non-lésionnelle des patients pourraient varier selon la gravité de la pathologie. De plus, des systèmes lipidiques modèles de la couche cornée ont été étudiés pour tenter d'établir le mécanisme d'action de l'acide oléique qui facilite la pénétration de molécules à travers la peau. Nos résultats démontrent une déstabilisation des membranes par l'acide oléique.

Les aquaporines (AQPs) sont des petites protéines formant des canaux hydriques àtravers les membranes cellulaires. Les AQPs 0, 1, 2 ,4 ,5 ,6 et 8 assurent le transport sélectif de l'eautandis que les AQPs 3, 7, 9 et 10 permettent également le passage du glycérol. Nous avons étudié leurexpression dans l'épiderme, la couche supérieure de notre peau supposée imperméable. Dans lesmélanocytes, des cellules dendritiques responsables de la pigmentation, seule l'AQP1 est exprimée.Nous avons montré que les kératinocytes, les cellules majoritaires de l'épiderme, expriment enprolifération les AQPs 3 et 10, alors que les kératinocytes différenciés expriment les AQPs 3 et 9. Lalocalisation de l'AQP3 a été précédemment rapportée à la membrane plasmique des kératinocytes, de lacouche basales à la couche épineuse. Nous avons localisé l'AQP9 dans les kératinocytes différenciés dela couche granuleuse au contenu riche en glycérol et réduit en eau. De fait nous pensons que l'AQP9 ysert de transporteur de glycérol. Enfin contrairement à d'autres auteurs, nous n'avons pu mettre enévidence de lien entre prolifération tumorale et expression des aquaporines.

La lysyl oxydase (LOX) est une enzyme extracellulaire dont le rôle canonique est de catalyser la réticulation des fibres de collagènes et de l’élastine, assurant ainsi l’intégrité des tissus conjonctifs. La LOX agit également dans plusieurs types cellulaires comme régulateur de différents processus biologiques, soulignant des fonctions à la fois extra et intracellulaires. Ces travaux de thèse ont contribué à améliorer la compréhension du rôle de LOX dans l’épiderme, et plus précisément au cours de la différenciation des kératinocytes. Le développement d’un modèle de culture en monocouche à confluence, et d’un modèle tridimensionnel d’épiderme reconstruit ont permis d’aborder l’étude de LOX au cours de l’induction du programme de différenciation des kératinocytes et du processus de différenciation terminale conduisant à la formation d’un épiderme pluristratifié, cornifié et fonctionnel. L’expression de LOX est induite au cours des premières étapes de la différenciation de kératinocytes primaires ainsi que d’une lignée de kératinocytes immortalisés. Grâce à l’établissement de lignées de kératinocytes éteignant l’expression de LOX de façon stable, nous avons mis en évidence l’implication de la protéine LOX, indépendamment de son activité enzymatique, dans la régulation des premières étapes de différenciation des kératinocytes. En absence de LOX, l’initiation du programme de différenciation est perturbée, affectant la différenciation terminale et fonctionnelle des épidermes reconstruits. Ainsi, une régulation fine de l’expression de LOX est nécessaire au déroulement normal du processus de différenciation des kératinocytes, et donc au maintien de l’homéostasie épidermique / Lysyl oxidase (LOX) is an extracellular enzyme that catalyzes the cross-linking of fibrillar collagens or elastin, thereby regulating the structural integrity of connective tissues. Moreover, LOX displays multiple roles in different cell types, acting as a regulator of various biological processes at both extra and intracellular levels. The aim of the present work was to shed light on LOX functions in the epidermis, especially during keratinocyte differentiation. The development of culture models, consisting of confluent monolayers or reconstructed-epidermis allowed us to study LOX functions during the induction of the differentiation program, and furthermore during the terminal differentiation process leading to the formation of a pluristratified, cornified and functional epidermis. LOX expression is induced at the onset of the commitment to differentiation, both in primary and immortalized keratinocytes. Stable silencing of LOX expression affects the induction of the differentiation program and strongly impairs terminal and functional epidermal differentiation in reconstructed-epidermis. Therefore, LOX protein acts during the first steps of keratinocyte differentiation, independently of its enzymatic activity, and is implied for subsequent commitment into terminal differentiation. Taken together, these results suggest that a finely regulated expression of LOX is required for normal keratinocyte differentiation, and thus for maintenance of epidermal

Le virus de la maladie de Marek (MDV) est un alpha-herpesvirus responsable de lymphomes T mortels chez la poule. La peau et en particulier le follicule plumeux est considéré comme le seul site de production de particules virales extracellulaires et est à l'origine de la dissémination horizontale du virus et de la contamination de l'environnement. Cependant, aucun système cellulaire ne permet de reproduire ce qui se passe dans ce tissu. Le but de ma thèse a donc été de développer de nouveaux systèmes de culture permettant de reproduire la réplication, la morphogenèse et l’excrétion décrites in vivo. Pour cela, j’ai développé deux systèmes, des explants de peau d’embryons de poulet cultivés ex vivo et des kératinocytes obtenus par différenciation de cellules souches embryonnaires de poule. J’ai également montré la permissivité au MDV de ces deux modèles de peau puis y ai étudié la réplication et la morphogénèse virale. Ces modèles permettront la recherche des déterminants viraux et cellulaires impliqués dans la production de virions extracellulaires et leur dissémination. / Marek's disease (MD) is a highly contagious virus-induced lymphoma in chicken, caused by an alphaherpesvirus named Marek’s disease virus (MDV). The skin and especially, the feather follicle is the only tissue known to produce infectious cell-free virions and is responsible for the shedding of MDV into the environment and transmission between birds. However, no cell culture system actually reproduces this process ex vivo. Herein my thesis aim was to develop new culture systems to reproduce the efficient MDV replication, morphogenesis and shedding from the feather follicle. For that, I developed two systems, skin explants derived from embryos cultivated ex vivo and keratinocytes obtained by differentiation of chicken embryonic stem cells. I also showed that these two models were permissive to MDV infection and I studied in each one MDV replication and morphogenesis. These models will allow the search of viral and cellular determinants involved in the production of extracellular virions and shedding.

Le photo-vieillissement cutané est en partie dû aux effets néfastes des rayonnements UV qui induisent un stress oxydant. Celui-ci joue un rôle promoteur dans l’installation d’un statut micro-inflammatoire lié à la production de médiateurs tels que des cytokines pro-inflammatoires, des métalloprotéinases de la matrice extracellulaire (MMPs) et des prostaglandines E2. Mes travaux ont été effectués sur le kératinocyte, cellule majeure de l’épiderme et acteur du processus de vieillissement cutané. Dans une première partie, nous décrivons différentes expériences menées pour évaluer l’association de plusieurs molécules anti-oxydantes connues afin d’en potentialiser l’activité. Cette étude a mis en évidence que dans certains cas, un effet pro-oxydant pouvait être observé. Dans une seconde partie, grâce à un système de multiplexing, nous avons pu identifier 39 cytokines et 4 MMPs sécrétées par les kératinocytes suites à une irradiation par des UVB. Nous avons également pu mettre en évidence une différence entre donneurs jeunes et âgés, avec une augmentation des cytokines pro-inflammatoires et une diminution des cytokines anti-inflammatoires pour ces derniers. Dans une dernière partie, l’activité d’un extrait de fleurs de Butea monosperma a été étudiée. L’extrait présente une activité anti-oxydante en piégeant les EORs intracellulaires, anti-inflammatoire en diminuant la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires (IL-1; IL-6 et IL-8) et protectrice du derme en inhibant la production de MMP-1 ; 2 ; 9 et 10. Cette étude multifactorielle a permis d’expliquer les utilisations traditionnelles de cette plante comme anti-inflammatoire. En conclusion, afin de comprendre et de limiter les effets des radiations UVB sur le vieillissement cutané, il est nécessaire d’avoir une approche multifactorielle. Comme nous l’avons observé, le stress oxydant n’est pas le seul responsable du statut micro-inflammatoire cutané mais en est le promoteur. Il faut donc agir en amont en limitant la production d’EORs et en aval en contrôlant la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires et de MMPs. / Early signs of skin aging are related amongst others by UV irradiation that induces an oxidative stress. This one is associated with a skin micro-inflammatory status which is the consequence of mediator productions as pro-inflammatory cytokines, matrix metalloproteinases (MMPs) and prostaglandin E2. Studies reported in this thesis were mainly conducted with human keratinocyte, one of the cells involved in the skin aging process. In a first part, we describe various experiments led to evaluate the association of several antioxydant molecules in the aim to increase their activities. This study has shown that in certain cases, a pro-oxidizing effect could be observed. In a second part, through a multiplexing system, we have identified 39 cytokines and 4 extracellular MMPs that are secreted upon UVB irradiation. We have also found a difference between the cytokines secreted by keratinocytes from young and old donors; the latter has an increase of pro-inflammatory cytokines and a decrease in anti-inflammatory cytokines. Finally, in a last part, an extract of flowers of Butea monosperma has been studied. The extract present an anti-oxidant activity by scavenging intracellular ROS, an anti-inflammatory effect by reducing the secretion of pro-inflammatory cytokines (IL-1 , IL-6 and IL-8) and a protective effect of the dermis by inhibiting the production of extracellular MMP-1, 2, 9 and 10. These results explain the strong protective anti-inflammatory activity of this plant which is widely used. In conclusion, in order to understand and limit the impact UVB radiations on skin aging, it is necessary to have a multifactorial approach. As we have observed, oxidative stress is not solely responsible for the micro-inflammatory status associated with photo-aging, but is the proponent. We must act upstream by limiting production of ROS and downstream by controlling the secretion of pro-inflammatory cytokines and MMPs.