Le mécanisme qui sous-tend la réponse inflammatoire en cas de défaut de la barrière épidermique reste à élucider. Dans cette étude, nous montrons qu’en cas de rupture de la barrière formée par le stractum corneum épidermal, une réponse inflammatoire mixte de type 17 et 2 est induite. Nous décrivons ici une régulation réciproque entre les axes cytokiniques IL-23/IL-17/IL-22 et TSLP/IL-4 qui conditionne l’apparition du phénotype inflammatoire au niveau cutané. Par ailleurs, nous démontrons également que la flore bactérienne présente à la surface de la peau est engagée dans l’induction de l’IL-23 et de la réponse de type 17 alors que le PAR2 stimule, quant à lui, l’expression de TSLP et à la réponse de type 2. Nos résultats montrent donc la complexité et l’hétérogénéité des réponses inflammatoires en conditions de rupture de la barrière cutanée et ont des implications au niveau des thérapies pour les maladies inflammatoires de la peau. / Dysfunction of the epidermal barrier has been recognized as a critical factor in the development of skin inflammation; yet, the mechanism underlying the inflammatory responses triggered by epidermal defects remains still elusive. Here, by employing mice with corneodesmosin (CDSN) gene ablated in keratinocytes, we show that upon the breakdown of the epidermal barrier, type 17 and type 2 inflammatory responses are co-induced in the skin. Furthermore, we delineate a counter-regulation between IL-23/IL-17/IL-22 and TSLP/IL-4 cytokine axes, which shapes the outcome of the inflammatory phenotype in skin. Moreover, we show that the bacteria skin flora are engaged in the induction of IL-23 and the type 17 response, whereas the protease activation receptor PAR2 mediates TSLP expression and the type 2 response. Our results shed light on the complexity and heterogeneity of inflammatory responses in barrier-defective skin, and have implications for treating skin inflammatory diseases.

La dermatite atopique (DA) est une dermatose inflammatoire dont la prévalence élevée est en constante augmentation dans les pays industrialisés. La physiopathologie de la DA est complexe et associe des facteurs immunologiques, environnementaux et génétiques. L'ensemble de ces facteurs touchent principalement l'épiderme et sont responsables d'une altération de la fonction barrière, ce qui facilite la pénétration transcutanée des molécules en contact avec la peau et la sensibilisation des individus. Ce travail de thèse vise à mieux caractériser le rôle de l'épiderme dans la physiopathologie de la DA. Il repose sur l'utilisation d'un modèle in vitro d'épiderme reconstruit humain généré à partir de cellules progénitrices de follicules pileux prélevés chez des patients atteints de DA, ainsi que chez des individus sains. Ce travail a tout d'abord montré que les épidermes DA générés à partir de patients non porteurs de mutations pour le gène de la filaggrine (FLG+/+) se comportaient comme des épidermes normaux, (i) tant à l'homéostasie, (ii) que suite à une stimulation par de l'interleukine-1beta (IL-1 β) ou par un allergène majeur de la DA, tel qu'un extrait d'acarien (Dermatophagoïdes farinae). Cependant, de façon très intéressante, les épidermes- DA se sont avérés davantage sensibles à l'apoptose induite par une exposition aux ultraviolets (UV), que les épidermes normaux. A cet égard, nous avons observé une modulation différente de certains gènes impliqués dans l'induction/régulation de l'apoptose par les épidermes provenant de patients DA après exposition aux UV. En outre, ce travail a démontré que des épidermes normaux sont profondément affectés par l'IL-1 β qui induit un phénotype atopique caractéristique associant (i) la production de quantité notable de TSLP (thymic stromal lymphopoietin) et (ii) une altération de la fonction barrière. L'impact de l'IL-1 β sur la biologie de l'épiderme et la sensibilité accrue exprimée par les épidermes-DA à l'apoptose induite par les UV sont donc de nouveaux éléments qui confirment l'importance de l'épiderme dans la physiopathologie de la DA ce qui permettra certainement de nouvelles stratégies thérapeutiques / Atopic dermatitis (AD) is an inflammatory skin disease with a high prevalence constantly increased in developed countries. The AD physiopathology is complex and associated with immunological, environmental and genetic factors. These factors impact mainly the epidermis and are responsible of the impaired barrier function which increases antigen penetration and people sensitization. The aim of this work is to improve the understanding of the epidermis role in AD physiopathology. For this, we used an in vitro reconstructed human epidermis model generated from outer root sheath cells taken off AD patients or normal individuals.First of all, this work has shown that epidermis generated from AD patients (AD- epidermis) with no mutation on filaggrine gene (FLG+/+) behave like those from normal individuals (Normal- epidermis), (i) at the steady state, and (ii) after stimulation with interleukin-1beta (IL-1 β) or a major allergen found in AD, Dermatophagoïdes farinae. However, interestingly, AD-epidermis are more sensitized to ultra-violets radiation-induced (UVR) apoptosis than Normal-epidermis. In this regard, we observed a higher expression of genes involved in the induction / regulation of apoptosis by the epidermis from AD patients after UV exposure. Moreover, this work has demonstrated that normal epidermis are profoundly affected by IL-1 β which induces an AD like phenotype associating (i) production of large amount of TLSP (thymic stromal lymphopoietin) and (ii) alterated barrier function. The impact of IL-1 β on epidermis biology and the increased sensitivity that seems to express AD-epidermis to UVR-induced apoptosis are new evidences that confirm the importance of the epidermis in pathophysiology of AD which certainly will lead to new therapeutic strategies

Le diabète de type 1 (DT1) est une maladie auto-immune qui résulte en la destruction des cellules (ß des îlots de Langerhans par les cellules du système immunitaire. Des travaux précédents de notre laboratoire ont identifié la cytokine "Thymic Stromal Lymphopoietin" (TSLP) comme étant un stimulus tolérogénique pour les cellules dendritiques (DCs) chez le modèle murin du DT1, la souris "Non Obese Diabeiic" (NOD). Les DCs conditionnées à la TSLP (TSLP-DCs) présentent un phénotype semi-mature, sont capables d’induire une réponse Th2 ainsi qu’une conversion et une expansion des lymphocytes T régulateurs (Tregs) in vitro et protègent les souris NOD contre le DT1. Ces observations nous ont amené à investiguer les mécanismes qui entraînent cette protection contre le DT1. Les travaux décrits dans ce mémoire montrent que les TSLP-DCs injectées chez les souris NOD migrent vers la rate, de manière privilégiée. Ces observations nous ont amené à étudier l’influence des TSLP-DCs sur la réponse Th1/Th2 au niveau de la rate. Nous avons observé que les splénocytes CD4[indice supérieur +] et CD8[indice supérieur +] de souris injectées avec des TSLP-DCs exprimaient moins d’IFN? par rapport au souris témoins (splénocytes des souris injectées avec des LPS-DCs). Ces résultats suggèrent une diminution de la réponse Th1 chez ces splénocytes. Par contre, les résultats obtenus avec l’IL-10 ne nous ont pas permis de conclure quant à l’influence des TSLP-DCs sur la réponse Th2. Cependant, nous avons confirmé la capacité des TSLP-DCs à induire la conversion des lymphocytes T CD4[indice supérieur +]CD25[indice supérieur -] en Tregs CD4[indice supérieur +]CD25[indice supérieur +]Foxp3[indice supérieur +]. Nous avons aussi montré que ces Tregs partiellement convertis inhibent la prolifération de lymphocytes T 8.3-CD8[indice supérieur +] diabétogènes, et empêchent la production d’IFN?. Les Tregs convertis en présence de TSLP-DCs ou de LPS-DCs ont également été injectés à des souris 8.3-NOD.RAG2[indice supérieur -/-]. Les résultats ont révélé que seuls les Tregs différenciés en présence de TSLP-DCs ont la capacité d’empêcher le développement du DT1. Nos travaux suggèrent que la diminution de la réponse Th1 et l’induction d’une population efficiente de lymphocytes Tregs font partie des mécanismes utilisés par les TSLP-DCs pour protéger les souris NOD contre le DT1.

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Les épithéliums muqueux se présentent comme porte d’entrée majeure du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) et jouent un rôle critique dans la transmission sexuelle du virus. Les cellules épithéliales et les cellules dendritiques dans les muqueuses pluristratifiés, sont des cibles initiales pour la transmission virale. Il a été déjà montré, sur les muqueuses génitales chez l’homme, que la circoncision réduit plus de 60% acquisition du virus chez l’homme. Les mécanismes d’entrée du VIH au niveau du tractus génital chez l’homme sont tres mal connus et pratiquement pas étudiés. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le prépuce, qui est enlevé lors de la circoncision, pourrait être une porte d’entrée majeure du virus. Nous avons d’abord montré que le VIH peut pénétrer effectivement au niveau du prépuce ex vivo, la partie interne du prépuce présente plus permissive que la partie externe. De plus, le virus pénètre uniquement dans le prépuce après formation d’une synapse virologique entre la cellule infectée, présente dans les secrétions génitales et la surface muqueuse du prépuce. La formation de la synapse virologique induit le bourgeonnement massif et polarisé de virions dans la fente synaptique; ceux ci pénètrent dans l’épiderme du prépuce. À l’inverse, l’entrée du VIH sous forme de virus libre dans le prépuce est inefficace. Nous avons ensuite caractérisé la séquence des événements initiaux mis en place lors de l’entrée du VIH dans le prépuce interne. La première cellule cible immune est la cellule de Langerhans (LCs), dont le rôle physiologique est de protéger la muqueuse contre les pathogènes qui l’envahissent. Après la capture du virus les LCs migrent vers le derme pour former des conjugués cellulaires avec les cellules T CD4+ du derme. La dynamique de migration de LCs est régulée par de sécrétion de cytokines et chimiokines (RANTEs et MIP- 3alpha) induites par la pénétration du virus dans le tissu. Nous avons ensuite caractérisé les mécanismes de l’immunité mis en jeu au niveau des kératinocytes de l’épiderme lors de la formation de la synapse virologique et évalué comment ces signaux contribuent à l’entrée efficace du virus dans la muqueuse du prépuce interne chez l’homme, ex vivo. À l’aide d’un modèle cellulaire de muqueuse simplifiée basé sur des kératinocytes primaires humains ex vivo, nous avons montré que les protéines d’enveloppe du VIH , gp120 mais pas gp41, et les molécules d’adhésion (intégrines LFA-1, leurs ligands ICAM-1 and -3) contrôlent la formation de la synapse virologique. La synapse virologique induit au niveau des kératinocytes l’activation de la voie NF- B indépendentmmment de MyD88 après activation du Toll-like-receptor 4 (TLR4) exprimé par les kératinocytes. En recherchant quelle cytokine pouvait être induite par cette signalisation, nous avons montré que la synapse virologique induit la sécrétion par les kératinocytes d’une cytokine produite par les cellules non-hématopoïétiques, la thymic stromal lymphopoietin (TSLP). La TSLP est un chemoattracteur des cellules myéloïdes comme les cellules LCs et peut induire leur maturation. Nous avons ensuite montré que, sur des explants de prépuce humain ex vivo, la synapse virologique induit bien la sécrétion de TSLP, laquelle en premier lieu attire les LCs qui expriment le TSLP-récepteur vers la surface du tissus induisant leur maturation. Les LCs peuvent ensuite migrer dans l’autre sens vers le derme. La sécrétion des cytokines comme RANTEs, MIP-3alpha, qui sont impliquées lors de la pénétration effective du virus dans les tissus n’a pas de rôle dans la signalisation induite par la formation de la synapse virologique proprement dite. Les kératinocytes de l’épiderme du prépuce interne, grâce à leur réponse innée TSLP induite par la synapse virologique ont un rôle déterminant dans l’entrée du VIH dans le prépuce. Ainsi, en réponse de la synapse virologique, les kératinocytes secrètent du TSLP après activation de la voie de NF- B dépendante de MyD88. (...) / The mucosal epitheliums are presented as a major portal of HIV-1, and play a critcal role for the sexual transmission of HIV-1. Epithelial cells, and dendritic cells in the pluristratified mucosa, are the initial targets of viral transmission. It has already been shown, in the genital mucosa in men, circumcision reduces by more than 60 % of virus acqusition by men. The entry mechanisms of HIV-1 in the male urogenital tracts are poorly understood and not pratically studied. We suggested that foreskin, removal by circumcision surgery, could be a major portal of HIV-1 entry. We first showed that HIV-1 could enter efficiently ex vivo inner foreskin mucosa, the inner part of foreskin which is more permissive than the outer part. More over, virus penetrates only after the viral synapse (VS) formation between HIV-1-infected cells and foreskin epidermis, in the presence of genital secretion on the surface of foreskin mucosa. The formation of VS induces massive and polarized budding of HIV-1 particles within the synaptic cleft. The virions therefore penetrate into the foreskin epidermis. Inversely, cell-free virus entry is inefficient in the foreskin. Next, we characterized the initial events of HIV-1 VS formation in the inner foreskin. The first cell type that HIV-1 encounters is Langerhans cells (LCs), whose physiological role is to protect the mucosa against invasive pathogens. After capture of virus, LC migrates towards the dermis to form intercellular conjugates with dermal CD4+ T cells. The dynamic of LC migraiton is regulated by the secretion of cytokines in the mucosa, induced by HIV-1 entry, including RANTEs and MIP-3alpha. We then characterized the mechanisms of foreskin epidermal keratinocyte (KC), activated innate immunity during the VS formation and the signaling pathway contributed to the efficient entry of HIV-1 via inner foreskin mucosa. Using a simplified mucosal model based on human primary foreskin keratinocytes, we demonstrated that HIV-1 envelope protein, gp120, but not gp41 and the adhesion molecules (integrins LFA-1, ICAM-1/-3), contribute to the VS formation. VS induces at the KC level the activation of NF- B pathway by I B and p65 molecules, after activation of TLR4 expressed on KCs. By searching for which cytokine could be induced by this signalisation, we then showed that VS induced the secretion by KC of one cytokine, which is produced by the non-hematopoetic cells, thymic stromal lymphopoietin (TSLP). TSLP is an chemoattractant for myeloid cells like LCs, and could induce LC maturation. We then showed, using the foreskin explants that, VS induces the secretion of TSLP, which first attracts LC expressing constitutively TSLP receptors to the apical surface of foreskin, inducing its maturation. These matured LCs then migrate to another direction towards the dermis. The secretion of cytokines such as RANTEs and MIP-3alpha, involved in the HIV-1 efficient entry has no roles in the signaling induced by VS formation as mentioned above. The Inner foreskin keratinocytes, due to the innate response of TSLP induced by VS, have a determinant role in the HIV-1 entry into the foreskin. Likewise, in response to VS, KCs secrete TSLP after NF- B activation dependent on regulator MyD88. The secreted TSLP, in addition to four different proinflammatory cytokines and chemokines (IL-6, IL-8, MIG, and MMP-9) allows virus to attract LCs to the foreskin surface, to capture the virus present in the synaptic cleft in order to facilite efficient transmission at the level of foreskin mucosa. Likely to the conventional immune cells, KCs, in one hand protects the foreskin mucosa and in another, is hijacked to facilitate HIV-1 transmission.

<p>Food allergies are immune system-driven diseases that lead to reproducible adverse reactions which can be fatal. These severe systemic reactions are primary mediated by immunoglobulin E (IgE) that is derived from B cells which have been activated by T helper type 2 (Th2) cells. While much work has advanced the clinical and pharmacological management of patients with allergic diseases, much remains to be elucidated about how individuals initially acquire allergy. This Thesis details a mechanism linking initial gastrointestinal exposure to peanut (PN) allergen, to the generation of Th2 cells: PN allergen activates epithelial cell secretion of interleukin (IL)-33 and eosinophil degranulation of eosinophil peroxidase, which causes CD103+ dendritic cell (DC) activation and migration to mesenteric lymph nodes where DC OX40L engages naïve T cells to secrete IL-4 in an autocrine/paracrine manner to promote and consolidate Th2 cell differentiation. These events are followed by B cell activation and PN-specific IgE production, which sensitizes mast cells to be hypersensitive to PN re-exposure by causing immediate allergic reactions including anaphylaxis. This is later followed by eosinophilic inflammation that is partially mediated by innate lymphoid cells. As food allergy also serves as a unique model to better understand mechanisms of adaptive immunity, especially Th2 immunobiology, both basic science and clinical implications are discussed in this Thesis. Major themes include Th2 and disease heterogeneity, identification of ‘the original source of IL-4’, an unprecedented <em>in vivo </em>requirement for eosinophils in priming adaptive immune responses, and the need to weigh basic science findings against the human disease <em>in natura </em>litmus test. Looking forward, many questions remain to be answered in the field of food allergy research, but the findings of this Thesis may be one step towards the prevention, management or cure of a disease with growing public concern, potentially fatal consequences, and an unmet need in understanding its pathogenesis.</p> / Doctor of Philosophy (Medical Science)