Skin is daily exposed to sun radiation. Among them, UVA reach the basal layer of epidermis composed of keratinocyte stem cells (KSC) and progenitors commonly called transitory amplifying cells (TA). KSC and TA, responsible of the epidermal renewal, are sensitive to genotoxic agents and more particularly to UV. Indeed, KSC, usually quiescent but composing the stem cell pool all lifelong, as well as TA, are specific targets for photocarcinogenesis and photoageing. In this context, the aim of the project was to develop a method able to isolate KSC and TA for characterizing their response to UVA, and in a more industrial objective, to value a photoprotective and/or genoprotective ingredient by investigating their mechanisms of action. A parallel aim was to define culture conditions suitable for maintaining the stemness of KSC in culture, which is quickly lost from their enter into a proliferative state. Thus we showed that adjunction of adipose derived stem cells (ASC) to fibroblasts in dermis of a skin equivalent model (SE) in order to reproduce the physiological environment of KSC, significantly increases the thickness of the epidermis and preserves the keratinocytes from their senescence. ASC act partially via the increase of fibroblasts proliferation in dermis and potentially via a synergic effect of factors secreted by the combination of ASC and fibroblasts. To compare the behavior of KSC to the one of TA, we firstly optimized the rapid adhesion method ; then compared it to the cell sorting by flow cytometry following the alpha6high/CD71low phenotype, which appeared more efficient. Thus, KSC (alpha6high/CD71low) and TA (alpha6high/CD71high) were then irradiated to UVA. KSC showed a photoresistance compared to TA with a better cell viability and a clonogenic potential superior as well as a better ability to reconstruct a pluristratified epidermis in vitro. We also investigated mechanisms of resistance. Our results demonstrate that the induction of the three types of DNA damage immediately induced by UVA is similar in both populations, but that the repair of single strand breaks (SSB) and of thymin dimers (CPDs) is faster for KSC. Finally, PE1, ingredient preselected by Gattefossé was characterized for its photoprotective and genoprotective effect. We showed that PE1 is able to i) preserve capacity of keratinocytes to form holoclones after UVA radiation, ii) decrease DNA damage, notably 8oxoGuanin and CPDs, and iii) improve several repair genes expression and activities. To conclude, this thesis project showed for the first time that KSC are more resistant to UVA radiation than their direct progeny, TA notably via improved DNA repair systems. Moreover, it allowed to identify a plant extract (PE1) able to protect genome of proliferative keratinocytes to UVA radiation / La peau est quotidiennement exposée aux rayons UV du soleil dont les UVA qui atteignent la couche basale de l'épiderme, composée de cellules souches kératinocytaires (KSC) et de cellules progénitrices appelées communément les cellules d'amplification transitoire (TA). Les KSC et TA, responsables du renouvellement de l'épiderme, sont vulnérables à l'action des agents génotoxiques et plus particulièrement aux rayonnements UV. En effet, Les KSC normalement quiescentes mais constituant la réserve de cellules souches tout au long de la vie de l'organisme, comme les TA, sont des cibles préférentielles pour la photocarcingénèse et le photovieillissement cutanés. Dans ce contexte, le but du projet était de développer une méthode capable d'isoler les KSC et les TA afin de caractériser leur réponse biologique vis-à-vis des UVA et dans un objectif plus industriel, de valoriser un actif photoprotecteur et/ou génoprotecteur par l'investigation de ses mécanismes d'action. Un objectif parallèle était de définir des conditions de culture optimales pour garder le phénotype souche des KSC en culture, qui est rapidement perdu dès leur entrée en prolifération. Ainsi, nous avons montré que l'ajout des cellules souches adipeuses (ASC) aux fibroblastes d'une peau reconstruite (PR), pour reproduire l'environnement des KSC, augmente significativement l'épaisseur de l'épiderme et surtout préserve les kératinocytes de leur entrée en sénescence, en partie par l'augmentation de la prolifération des fibroblastes au niveau du derme et potentiellement par un effet synergique des facteurs solubles sécrétés par la combinaison des ASC/fibroblastes. Afin de comparer le comportement des KSC à celui des TA nous avons donc tout d'abord optimisé la méthode d'adhésion rapide, puis l'avons comparée au tri par cytométrie de flux selon le phénotype alpha6high/CD71low, qui s'est avérée plus efficace. Les KSC (alpha6high/CD71low) et les TA (alpha6high/CD71high) ont ensuite été irradiés aux UVA. Les KSC ont montré une photorésistante plus importante que les TA avec une viabilité cellulaire et un potentiel clonogénique supérieurs ainsi qu'une meilleure capacité à reconstruire un épiderme pluristratifié in vitro. Nous avons aussi recherché les mécanismes de résistance. Nos résultats démontrent que l'induction des 3 types de dommages à l'ADN immédiatement après irradiation est identique pour les deux populations mais que la réparation des cassures simple brin (SSB) et des dimères de pyrimidine (CPDs) est plus rapide pour les KSC. Enfin, PE1, actif préselectionné par Gattefossé, a été caractérisé pour son effet photoprotecteur et génoprotecteur. Nous avons montré que PE1 est capable de (i) préserver la capacité des kératinocytes à former des holoclones après irradiation, (ii) diminuer les lésions à l'ADN, notamment la 8oxoGuanine et les CPDs (iii) améliorer l'expression de plusieurs gènes et les activités de réparation de l'ADN. Pour conclure, ce travail de thèse a montré pour la première fois que les KSC (alpha6high/CD71low), sont plus résistantes vis-à-vis des UVA que les TA (alpha6high/CD71high) notamment grâce à des systèmes de réparation de l'ADN plus actifs dans les KSC, et a permis d'identifier un extrait végétal (PE1) capable de protéger le génome des kératinocytes proliférants contre les UVA

Le faible poids de naissance (FPN) est un facteur de risque indépendant reconnu de maladies cardiovasculaires et d'hypertension à l'âge adulte, mais les mécanismes physiopathologiques sous-tendant cette programmation précoce ne sont que partiellement connus. Chez l'adulte, la dysfonction endothéliale et l'altération tant quantitative que qualitative de la cellule progénitrice endothéliale (PEC) sont un marqueur précoce et sensible de risque cardiovasculaire. Des altérations vasculaires (raréfaction microvasculaire, anomalies de la structure vasculaire) et une dysfonction endothéliale (altération de la vasodilatation endothélium-dépendante) sont retrouvées chez le nouveau-né de FPN. Cependant, l'hypothèse d'une altération de la cellule progénitrice endothéliale chez le nouveau-né de FPN reste à être démontrée. Au cours de notre travail, nous avons montré une altération des capacités clonogéniques et angiogéniques des PECs des nouveau-nés de FPN, tant in vitro qu'in vivo. Cette dysfonction pourrait être liée à un déséquilibre antiangiogénique d'origine environnementale conduisant à un profil antiangiogénique d'expression génique de la PEC. Ainsi, nous avons pu montrer qu'une surexpression du gène de la thrombospondine-1 pouvait en partie expliquer la réduction du potentiel angiogénique des PECs du nouveau-né de FPN via une inhibition de la transduction du signal de la voie Akt/PI3K. D'autre part, une diminution des concentrations circulantes de VEGF, dont le rôle critique dans la néovascularisation est bien connu, peut-être liée à une augmentation de son inhibiteur circulant, sFlt1 (récepteur soluble au VEGF), a été retrouvée chez le nouveau-né de FPN. / Low birth weight (LBW) is a risk factor for cardiovascular disease in adulthood. However, the mechanisms explaining cardiovascular programming are incompletely understood. In adults, a reduced level of circulating endothelial progenitor cells (EPCs) is correlated with cardiovascular disease and independently predicts atherosclerosis disease progression. Recent studies demonstrated an impairment of vascular structure (microvascular rarefaction) and function (impaired vasodilation) in LBW neonates. Thus, we hypothesized that LBW infants display an EPCs impairment.We demonstrated an alteration of clonogenic and angiogenic capacities of EPCs fropm LBW infants, both in vitro and in vivo. This could be due to a fetal antiangiogenic imbalance and a subsequent antiangiogenic gene expression profile in EPCs of LBW infants. Through an inhibition of Akt/PI3K signaling, an upregulation of thrombospondin-1 expression could partially explain such observations. Moreover, VEGF pathway, the main angiogenesis regulator, could be involved as we found reduced circulating levels of VEGF, probably due to an increase of its main inhibitor, sFlt1 (soluble receptor of VEGF 1) in LBW infants. The addition of VEGF reversed the in vitro negative effect of LBW infants' sera on EPCs angiogenic function.This investigation opens the way for more studies of EPCs function in LBW subjects. Indeed, many questions emerged about the impact of such dysfunction on the future health of LBW infants.

La dégénérescence vasculaire et l’incapacité l’organisme à produire des vaisseaux sanguins de façon adéquate lors d’une condition ischémique est un fait saillant des rétinopathies ischémiques telles que la rétinopathie du prématuré (ROP). La ROP demeure la principale cause de défaillance visuelle et dans les cas extrêmes, de cécité chez les nourrissons prématurés. Elle présente deux phases distinctes soit une phase initiale clef de vasooblitération (VO) rétinienne et choroïdale qui entraînent la deuxième phase de néovascularisation (NV) rétinienne désorganisée et excessive. Au cours du développement normal, la NV oculaire a recours au phénomène d’angiogenèse qui consiste en la formation de nouveaux capillaires à partir de vaisseaux préexistants et de vasculogenèse qui consiste en la formation de nouveaux capillaires à partir de cellules endothéliales progénitrices dérivées de la moelle osseuse (BM-EPCs). Cette vasculogenèse implique la mobilisation des EPCs de la moelle osseuse vers la circulation afin d’être recrutées au site de NV pour contribuer de façon directe, soit en intégrant directement les structures vasculaires pour former des néovaisseaux, ou bien de façon indirecte par leur activité paracrine en libérant différents facteurs de croissance vasculaires. Toutefois, les mécanismes moléculaires impliqués dans la dysfonction des EPCs lors de la ROP sont encore mal compris. Au cours de mon mémoire, mes travaux ont ciblé la première phase de VO rétinienne afin de promouvoir la revascularisation par une thérapie basée sur une supplémentation d’EPCs natives ou reprogrammées. Compte tenu du rôle capital des EPCs dans la NV, mon mémoire s’est d’abord intéressé au rôle de Nogo-A (une protéine de la famille de réticulon), connue pour son action anti-angiogénique, sur l'activité fonctionnelle des EPCs en condition de ROP. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de rétinopathie induite par l’oxygène (OIR) simulant la ROP. L’objectif global de ce projet consiste à évaluer l’interrelation entre l’effet de l’hyperoxie (une condition clef de la ROP) sur la voie de signalisation Nogo-A et de son récepteur NgR1 sur la fonction des EPCs. Premièrement, les résultats obtenus montrent une augmentation de l’expression de Nogo-A et NgR1 chez les BM-EPCs soumis ex vivo à l’hyperoxie, mais aussi dans les EPCs extraites des rats OIR. En addition, l’augmentation de l’expression de Nogo-A/NgR1 par l’hyperoxie corrèle avec la dysfonction angiogénique des EPCs caractérisées par une diminution de leurs capacités de migration et de tubulogenèse. De façon intéressante, l’inhibition de Nogo-A (par un peptide neutralisant) améliore la capacité migratoire et tubulogénique des EPCs, et protège leur fonction contre l’hyperoxie. Également, l’inhibition de Nogo-A induit l’expression du facteur angiogénique et mobilisateur d’EPCs, SDF-1, suggérant que NgR1 régule négativement l’expression de SDF-1. Par ailleurs, nous avions également pour objectif final d’évaluer l’efficacité protectrice d’une supplémentation d’EPCs natives ou reprogrammées (Nogo-/-) pour améliorer la revascularisation rétinienne dans un modèle de rat OIR. Les résultats montrent qu’une supplémentation intrapéritonéale d’EPCs natives diminue significativement la VO rétinienne, mais que cet effet pro-angiogénique devient plus prononcé par le traitement d’EPCs préconditionnées (reprogrammées par l’inhibition de Nogo-A) chez les rats OIR. Collectivement, nos résultats démontrent que : 1) l’hyperoxie cause une dysfonction angiogénique des BM-EPCs en induisant Nogo-A ce qui contribue à la VO rétinienne chez les rats OIR, et que 2) une supplémentation d’EPCs conditionnées (reprogrammées par l’inhibition de Nogo-A) est plus efficace qu’une supplémentation d’EPCs natives pour améliorer la réparation vasculaire rétinienne. Pour conclure, nous mettons donc en évidence une cible potentielle qui est la protéine Nogo-A afin de préserver l’activité biologique des EPCs et ultimement, l’intégrité vasculaire chez les rats OIR. / Vascular degeneration and the inability of the body to produce adequate blood vessels during an ischemic condition is a salient feature of ischemic retinopathies such as retinopathy of prematurity (ROP). ROP remains the leading cause of visual impairment and in extreme cases, blindness in premature infants. It presents two distinct phases: a key initial phase of retinal and choroidal vasoobliteration (VO) which leads to the second phase of disorganized and excessive retinal neovascularization (NV). During normal development, ocular NV uses the phenomenon of angiogenesis which consists of the formation of new capillaries from pre-existing vessels and vasculogenesis which consists of the formation of new capillaries from progenitor endothelial cells derived from the marrow bone (BM-EPCs). This vasculogenesis involves the mobilization of EPCs from the bone marrow to the circulation in order to be recruited at the NV site to contribute directly, either by directly integrating the vascular structures to form new vessels, or indirectly by their paracrine activity by releasing different vascular growth factors. However, the molecular mechanisms involved in the dysfunction of EPCs during ROP are still poorly understood. During my thesis, my work targeted the first phase of retinal VO in order to promote revascularization by therapy based on supplementation of native or reprogrammed EPCs. Given the capital role of EPCs in NV, my thesis was first interested in the role of Nogo-A (a protein of the reticulon family), known for its anti-angiogenic action, on the functional activity of EPCs in ROP condition. To do this, we used an oxygen-induced retinopathy (OIR) model simulating ROP. The overall objective of this project is to assess the interrelationship between the effect of hyperoxia (a key condition of ROP) on the Nogo-A signaling pathway and its NgR1 receptor on the function of EPCs. First, the results obtained show an increase in the expression of Nogo-A and NgR1 in BM-EPCs subjected to hyperoxia ex vivo, but also in EPCs extracted from OIR rats. In addition, the increase in the expression of Nogo-A / NgR1 by hyperoxia correlates with the angiogenic dysfunction of EPCs characterized by a decrease in their capacity for migration and tubulogenesis. Interestingly, inhibition of Nogo-A (by a neutralizing peptide) improves the migratory and tubulogenic capacity of EPCs, and protects their function against hyperoxia. Also, inhibition of Nogo-A induces expression of the angiogenic and mobilizing factor of EPCs, SDF-1, suggesting that NgR1 negatively regulates the expression of SDF-1. In addition, our final objective was also to evaluate the protective efficacy of supplementation of native or reprogrammed EPCs (Nogo - / -) to improve retinal revascularization in an OIR rat model. The results show that intraperitoneal supplementation of native EPCs significantly decreases retinal VO, but that this pro-angiogenic effect becomes more pronounced by treatment of preconditioned EPCs (reprogrammed by inhibition of Nogo-A) in OIR rats. Collectively, our results demonstrate that: 1) hyperoxia causes angiogenic dysfunction of BM-EPCs by inducing Nogo-A which contributes to retinal VO in OIR rats, and that 2) supplementation of conditioned (reprogrammed by inhibition of Nogo-A) is more effective than supplementation of native EPCs in improving retinal vascular repairs. To conclude, we therefore highlight a potential target which is the Nogo-A protein in order to preserve the biological activity of EPCs and ultimately, vascular integrity in OIR rats.