Dans l’épiderme, les mélanocytes participent à la protection de la peau contre les rayons ionisants du soleil en synthétisant un pigment, la mélanine, dans des compartiments apparentés aux lysosomes appelés melanosomes. La mélanogenèse est un processus séquentiel initié par la production de fibres amyloïdes dont la composante principale est la protéine PMEL. Ces fibres séquestrent la mélanine et permettent l’élimination d’intermédiaires toxiques produits lors de sa synthèse. La mélanogenèse et le phénotype pigmenté sont affectés lorsque le processus de formation des fibres est altéré. Les fibres résultent du clivage de PMEL dans les endosomes précurseurs des mélanosomes mais les protéases impliquées dans ce processus restent peu ou pas caractérisées. Afin de mieux comprendre les mécanismes de formation des fibres amyloïdes dérivées de PMEL, j’ai étudié le rôle de deux protéases : les Bêta-sécrétases BACE1 et BACE2. En combinant des techniques de biochimie, d’immunocytochimie et d’imagerie photonique et électronique, j’ai montré que la perte de l’expression de Bace2 in vivo (souris KO BACE2) ou sa déplétion (siRNA) dans une lignée de mélanocytes inhibent le clivage amyloïdogénique de PMEL et affectent à la fois la formation de fibres de PMEL dans les mélanosomes et la pigmentation. J’ai pu notamment reproduire in vitro le clivage spécifique de PMEL en utilisant une forme recombinante de BACE2. En parallèle, j’ai également étudié le rôle de BACE1 dans la mélanogenèse. Mes résultats indiquent que BACE1, bien que n’étant pas impliquée dans le clivage de PMEL, régulerait la maturation des mélanosomes précoces in vivo et in cellulo, en modulant les contacts entre mélanosomes et réticulum endoplasmique (RE). Dans les mélanocytes, BACE1 est présente dans le RE et interagit avec des protéines impliquées dans les contacts RE-endosomes. Ces contacts seraient cruciaux pour le transfert de molécules nécessaires à la maturation des mélanosomes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle pour chacune des Bêta-sécrétases dans le processus de mélanogenèse, levant le voile sur des processus clés liés à la biogenèse des mélanosomes. Par ailleurs, les fibres de PMEL constituant le modèle le plus abouti de l’amyloïdogenèse physiologique chez les mammifères, ces études pourraient à plus long terme aider à la compréhension de la formation des fibres amyloïdes pathologiques ; notamment dans la maladie d’Alzheimer où l’amyloïdogenèse d’APP est très similaire à celle de PMEL. / In the epidermis, melanocytes synthetize a pigment called melanin, in lysosome-related-organelles called melanosomes, in order to protect the skin against the ionizing radiations of the sun. Melanogenesis is a sequential process initiated by the formation of amyloid fibrils whose principal component is the protein PMEL. Those fibrils sequester the melanin pigment and allow the removal of toxic intermediates formed during its synthesis. Melanogenesis and the pigmented phenotype are affected when the process of fibrils formation is altered. Fibrils come from the processing of PMEL in endosome precursors of melanosomes but the proteases implicated in this process are not well characterized. In order to better understand the mechanisms implicated in the formation of the PMEL amyloid fibrils, I studied the role of two proteases: the Beta-secretases BACE1 and BACE2. Using a combination of biochemical, immunocytochemical methods and photonic and electronic imaging, I have shown that the loss of Bace2 expression in vivo (BACE2 KO mice) or its depletion (siRNA), in a melanocyte cell line, inhibit the amyloidogenic processing of PMEL and affect both the formation of the PMEL fibrils in melanosomes and pigmentation. I could reproduce in vitro the specific cleavage of PMEL by using a recombinant form of BACE2. In parallel, I have also studied the role of BACE1 in melanogenesis. My results indicate that BACE1, even though it is not implicated in PMEL processing, could regulate the maturation of early melanosomes in vivo and in cellulo, by modulating the contacts between melanosomes and endoplasmic reticulum (ER). In melanocytes, BACE1 is present in the ER and interacts with proteins implicated in ER-endosomes contacts. Those contacts would be crucial for the transfer of molecules that are necessary for melanosome maturation. All together those results demonstrate the role of both Beta-secretases in melanogenesis, and reveal key processes involved in melanosome biogenesis. Moreover, because PMEL fibrils are the most completed model of physiological amyloidogenesis in mammals, theses studies could help in the future the understanding of the formation of pathological amyloid fibrils; in particular in the Alzheimer’s disease where the amyloidogenesis of APP is very similar to the one of PMEL.

Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular / Las Gap Junctions (GJs) son clústers de canales intercelulares localizados en la membrana plasmática que permiten la comunicación directa entre células adyacentes. Cada canal GJ está compuesto por 2 hemicanales hexaméricos conocidos como conexones, los cuales a su vez están compuestos por seis proteínas de transmembrana llamadas conexinas (Cxs), siendo Cx43 la más representada en el sistema inmune. Se ha vinculado la variación de los niveles normales de expresión de las Cxs con la patogénesis de distintas enfermedades, incluyendo sordera congénita, arritmias cardiacas y cáncer. Dentro de esta última nuestro laboratorio ha desarrollado proyectos de investigación que permitan determinar el papel de las GJs en la respuesta inmune antitumoral. Por ejemplo, publicaciones previas de nuestro laboratorio han demostrado que Cx43 participa en la transferencia directa de antígenos tumorales entre células dendríticas (DCs). Así mismo, Cx43 polariza hacia la sinapsis entre DC y linfocitos T (LT) CD4+, formando canales funcionales que permiten una comunicación bidireccional requerida para la activación de LT mediada por APC. Además, se ha encontrado que Cx43 juega un rol en la activación de células natural killer (NK) por parte de DCs y en la regulación de la citotoxicidad de las células NK contra células tumorales. Así mismo, resultados no publicados indican que Cx43 polariza hacia el sitio de contacto entre LT CD8+ citotóxicos (CTLs) y células de melanoma, sugiriendo que Cx43 participaría en la citotoxicidad de CTLs en contra de éstas. Estos antecedentes sugieren que las GJs podría participar en el transporte de moléculas o señales que se encuentren involucradas en el proceso de activación de LT CD8+ mediada por DCs, tema que aún no ha sido estudiado por las investigaciones actuales. En estudios 2 anteriores nuestro laboratorio ha trabajado con modelos celulares humanos, sin embargo, dado que la obtención de LT vírgenes específicos contra el tumor a partir de donantes sanos es improbable y engorroso, en este trabajo decidimos utilizar el modelo murino específico para melanoma pMEL-1 y validar y optimizar su utilización para estudios de la participación de las GJs en la activación de LT CD8+ por parte de DCs. Nuestros resultados indican que el modelo pMEL-1 no representa alteraciones en la expresión de Cx43 respecto a su contraparte silvestre (wild type (WT)), y que es un modelo muy sensible, encontrando expresión del marcador de activación CD69 incluso desde 1 hora post co-cultivo. Además, se determinó que existe transferencia de calceína entre moDC y LT CD8+ pMEL-1 en un contexto estrictamente antígeno específico. Sin embargo, no pudimos dilucidar si las GJs participan del proceso de activación ya que el método de inhibición utilizado, el cual es un péptido mimético de Cx43, presentó problemas técnicos de funcionamiento, fenómeno que fue comprobado en modelos donde anteriormente se había determinado la comunicación mediada por GJs. Proponemos en el futuro utilizar otros métodos de inhibición, como el uso de siRNA contra Cx43, para determinar si estos canales juegan un rol en este proceso. / Gap Junctions are clusters of intercellular channels located in the plasma membrane that allow direct communication between adjacent cells. Each GJ channel is composed of 2 hexameric hemichannels known as connexions, which are composed by six transmembrane proteins called conexins (Cxs), being Cx43 the most represented one in the inmmune system. Variation in normal expression levels on Cxs have been linked to the development of different diseases, including congenital deafness, cardiac arrhythmias and cancer, being the last the one where our laboratory has developed investigation lines that allow to determine the role of GJs in the antitumoral response. In example, previous publications of our group have demonstrated that Cx43 participates in the direct transfer of tumoral antigens between dendritic cells (DCs) and that polarizes to the synapsis between DCs and CD4+ T lymphocytes, forming functional channels that allow bidirectional communication required for the DCs mediated activation of LT. Besides this, we have found that Cx43 plays a role in the activation of natural killer (NK) cells mediated by DCs, and in the regulation of the cytotoxicity of NK cells against tumor cells. Likewise, unpublished data indicate that Cx43 polarizes to the contact site between cytotoxic CD8+ T cells (CTLs) and melanoma cells, suggesting that Cx43 participates in the cytotoxicity of these cells. These backgrounds suggest that GJs may participate in the transport of molecules or signals that may be involved in the process of DC mediated activation of CD8+ T cells, subject that hasn’t been studied by the actual investigations. In previous studies our group has worked with human cellular models, however, given that obtaining naïve T cells from healthy donors is unlikely and difficult, in this work we decided to use the melanoma specific murine model pMEL-1 and valid and optimize it’s use for studies of the participation of GJs in the DCs 4 activation of T cells. Our results indicate that the pMEL-1 model doesn’t have alterations in the Cx43 expression levels compared with the wild type background and that it is a very sensible model, in which we can evaluate the activation of T cells even an hour after co-culture. Besides, it was determined the existence of calcein transfer between moDCs and CD8+ pMEL-1 T cells in a strictly antigen specific context. However, we could not elucidate if the GJs participate or not in the CD8+ T cell activation process, as our inhibition method, which is a Cx43 mimetic peptide, presented technical problems, phenomenon that was proven in models where GJ mediated communication has previously been determinate. We propose in the future to use a different inhibition method, as the use of anti-Cx43 siRNA, in order to determine if these channels play a role in this process.