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.

L'épiderme est un tissu stratifié, majoritairement constitué de kératinocytes qui forme la première barrière de l'organisme contre les agressions extérieures. Après blessure cutanée, la migration des kératinocytes est une phase cruciale de la cicatrisation. Le comportement des kératinocytes est placé sous le contrôle des molécules de la matrice extracellulaire ainsi que par les facteurs solubles (facteurs de croissance et cytokines..) sécrétés dans le microenvironnement. Les cellules résidentes ou recrutées sur le site de lésion libèrent également des nucléotides extracellulaires (ATP, UTP) dans l'environnement des kératinocytes. Dans ce travail de thèse, nous avons examiné l'impact des nucléotides extracellulaires et du récepteur purinergique P2Y2 sur la migration des kératinocytes et sur l'activité motogénique de deux facteurs de croissance, l'IGF-I et de l'EGF. Dans un premier temps, nous avons pu montrer que l'activation de P2Y2 et de la protéine hétérotrimérique Gαq inhibe l'activité de l'isoforme p110α de la PI3K sur des cellules stimulées par l'IGF. Cette inhibition de la voie PI3K/Akt aboutit à une perturbation de la mobilisation de la cortactine et de la formation des lamellipodes ainsi qu'une diminution de la vitesse de migration des kératinocytes. Dans un second temps, nous avons mis en évidence que l'activation de P2Y2 inhibe l'activation de la voie ERK1/2 par l'EGF en inhibant la phosphorylation des protéines MEK1/2, ERK1/2 et p90RSK. Nous avons établi que la conséquence de cette inhibition est la stabilisation des hémidesmosomes / The epidermis is a stratified tissue, mainly composed of keratinocytes, that forms the first barrier of the organism. When skin injury occurs, the epidermis structure is altered and many signalling pathways are activated in order to re-establish its homeostasis. Among these signalling pathways, the PI3K and MAPK ERK1/2 pathways play key roles by controlling keratinocyte migration and proliferation. The aim of this thesis was to analyse the regulation of these two signalling pathways by extracellular nucleotides, acting through purinergic receptors P2Y2 and the heterotrimeric Gαq protein and to evaluate the impact of this receptor on keratinocyte migration. Firstly, we showed that P2Y2 receptor activation inhibits PI3K p110α isoform and consequently alters keratinocyte cell shape and migration. Additionally, we showed that purinergic signalling activation inhibits EGF-induced ERK1/2 pathway activation by inhibiting the phosphorylation of MEK1/2, ERK1/2 and p90RSK proteins. As a consequence, P2Y2 stabilizes α6β4 integrin localisation into hemidesmosome-like structures and inhibits keratinocyte migration. The involvement of purinergic signalling pathway in regulation of different signalling events suggests that it may play a central role in regulation of cellular events that occurred during skin wound healing process. Moreover, our present data in association with those of the literature show that extracellular nucleotides can act as a double-edged sword in the regulation of cell migration: either activate or block cell migration in a striking cell-specific manner.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les protéasomes jouent un rôle majeur dans la protéolyse intracellulaire non-lysosomale et interviennent de ce fait dans la régulation de toutes les voies biologiques intracellulaires ainsi que dans la production des peptides antigéniques présentés au système immunitaire. La biosynthèse du protéasome 20S (le cœur protéolytique) est un processus complexe qui met en œuvre plusieurs protéines chaperonnes qui facilitent l'assemblage des sous-unités entre elles pour former d’abord des « hémi-protéasomes ». Ces hémi-protéasomes s'unissent ensuite deux à deux pour créer le protéasome 20S. La Protéine de Maturation du Protéasome (POMP) est une chaperonne « clé » de l’assemblage du protéasome: son hyperexpression induit une augmentation des activités protéolytiques du protéasome et une augmentation d’expression de plusieurs de ses sous-unités. Cette surexpression augmente également la longévité de la levure Saccharomyces cerevisiae, et augmente ses capacités de résistance au stress oxydant. L’activité protéolytique et l’expression des sous-unités des protéasomes sont augmentées dans l’épiderme psoriasique. Nos précédents résultats étaient en faveur d’une régulation post-transcriptionnelle de cette expression. Nous avons émis l’hypothèse que POMP était impliquée dans la biosynthèse accrue du protéasome dans la peau psoriasique. L'objectif de cette thèse a donc été d’étudier l’assemblage du protéasome et l’expression de POMP dans la peau psoriasique et au cours de la différenciation kératinocytaire. L'expression des protéasomes et de POMP a été évaluée au niveau protéique et au niveau des ARN messagers par Immuno-Histochimie, Western-blots et RT-PCR. L’assemblage du protéasome a été étudié par électrophorèse en conditions non dénaturantes, à partir de lysats de peaux psoriasiques ou de kératinocytes. L’expression de POMP a été modulée avec des ARN interférents dans des lignées HaCaT. Nous avons observé que les protéasomes 26S et 20S (et leur activité protéolytique) étaient augmentés dans la peau psoriasique lésée, de même que les régulateurs PA28β, PA28γ, PA200 et la sous-unité RPT4 du 19S. Ces résultats suggèrent que toutes les formes majeures des protéasomes sont augmentées dans la peau psoriasique. POMP est surexprimée dans l’épiderme psoriasique et associée à des précurseurs du protéasome. Au cours de la différenciation des cellules HaCaT, l’assemblage des protéasomes 20S et 26S et l’expression de POMP augmentent aux temps précoces (3 premiers jours) alors qu’aux temps plus tardifs les protéasomes 26S se désassemblent. Ce profil de désassemblage (marqué par la diminution du protéasome 26S, l’augmentation du protéasome 20S et l'accumulation du complexe régulateur 19S) est très similaire à celui observé au cours du stress oxydatif. L’inhibition forte de l'expression de POMP a un effet anti-proliferatif et pro-apoptotique via l’inhibition de l’assemblage du protéasome dans les lignées kératinocytaires. Une inhibition plus modérée diminue l’expression des marqueurs de différenciation kératine 10 et involucrine au cours de la différenciation calcium-induite des HaCaT. L’ensemble de ces résultats suggère que l’augmentation de l’assemblage, de l’activité et de la quantité des protéasomes dans l’épiderme psoriasique est liée (au moins en partie) à la surexpression de POMP et que la dérégulation de POMP pourrait altérer la prolifération et la différenciation kératinocytaires. Nos travaux sont donc en faveur de l’implication de POMP et de l’assemblage du protéasome dans la pathogénie du psoriasis. Le ciblage thérapeutique de POMP pourrait potentiellement avoir une action anti-proliférative et anti-inflammatoire (via notamment l’inhibition de NF-κB) et représente donc une perspective thérapeutique intéressante dans le psoriasis. / Proteasomes play a major role in non-lysosomal intracellular proteolysis and thereby are involved in the regulation of all intracellular biological pathways as well as in the production of antigenic peptides presented to the immune system. The biosynthesis of the 20S proteasome (proteolytic core) is a complex process that requires several chaperone proteins that facilitate the assembly of the subunits to form "hemi-proteasomes" that then combine in pairs to create the 20S proteasome. Proteasome Maturation Protein (POMP) is a key chaperone for proteasome assembly: its overexpression induces an increase in proteolytic activities of the proteasome and an increase in expression of several of its subunits. This overexpression also increases the longevity of the yeast Saccharomyces cerevisiae and increases its capabilities of resistance against oxidative stress. The proteolytic activity and expression of the proteasome subunits are increased in psoriatic epidermis. Our previous findings suggested a post-transcriptional regulation of this expression. We hypothesized that POMP was involved in the increased biosynthesis of proteasome in psoriatic skin. The objective of the thesis project was to study proteasome assembly and POMP expression in psoriatic skin and during keratinocyte differentiation. The expression of proteasomes and POMP has been evaluated at the protein and mRNA levels by immunohistochemistry, Western blots and RT-PCR. Proteasome assembly was studied by electrophoresis under non-denaturing conditions, from lysates of psoriatic skin or keratinocytes. POMP expression was modulated by RNA interference in HaCaT cell lines. We observed that proteasomes 26S and 20S (and their proteolytic activity) were increased in the lesional psoriatic skin, as well as the proteasome regulators PA28β, PA28γ, PA200 and the 19S subunit RPT4. These results suggest that all the major proteasomal forms are increased in psoriatic skin. POMP is overexpressed in psoriatic epidermis and associated with precursors of the proteasome. During the differentiation of HaCaT cells, the assembly of 20S and 26S proteasomes and POMP expression increases at early time (first 3 days), while in later times 26S proteasomes disassemble. This disassembly profile (marked by the decrease of the 26S proteasome, the increase of the 20S proteasome complex and the accumulation of its 19S regulator) is very similar to that observed during oxidative stress. The strong inhibition of POMP expression has an anti-proliferative and pro-apoptotic effect via inhibition of proteasome assembly in the HaCaT keratinocyte cell line. However a moderate inhibition decreases the expression of differentiation markers keratin 10 and involucrin during calcium-induced differentiation of these cells. All these results suggest that the increase of the assembly, the activity and amount of proteasomes in psoriatic epidermis are linked (at least partially) to the overexpression of POMP and that deregulation of POMP could alter keratinocyte proliferation and differentiation. Our work is therefore in favor of the involvement of POMP and assembly of the proteasome in the pathogenesis of psoriasis. Therapeutic targeting of POMP could potentially have anti-proliferative and anti-inflammatory effects (particularly through the inhibition of NF-κB) and therefore represents an interesting therapeutic perspective in psoriasis.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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L’épidermolyse bulleuse simplex (EBS) est caractérisée par un décollement intra-épidermique au niveau de la couche basale de l’épiderme aboutissant à la formation de bulles et de cloques cutanées. L’EBS est causée par des mutations au niveau des gènes qui codent pour la kératine 5 (K5) ou la kératine (K14), qui sont transmises majoritairement selon un mode autosomique dominant. L’EBS affecte environ 1/50 000 à 1/30 000 personnes dans le monde et elle est considérée comme une maladie orpheline. Dans cette étude, les kératinocytes ont été isolés de biopsies de la peau de patients atteints d’EBS ayant des mutations dans le gène KRT14 et de témoins non atteints. Des essais thérapeutiques utilisant l’interféron gamma (IFN-γ) ont été réalisés afin de stimuler la production de la K15. Les résultats ont révélé que l’IFN-γ réduit l’expression et la production de la K15 contrairement à ce que suggérait la littérature. Cette discordance pourrait s’expliquer par un effet « régulateur » de l’IFN-γ sur la K15 lorsque les cellules seraient activées. Cette hypothèse a été validée par l’augmentation de l’expression de la KRT16 qui est considérée comme un marqueur de préactivation des kératinocytes. Ainsi, l’IFN-γ ne semble pas être une cible thérapeutique potentielle pour l’EBS causée par une mutation de KTR14 (R125S).

La lumière solaire constitue le principal facteur de risque des cancers de peau non mélanocytaires (NMSC). L'effet génotoxique de la lumière solaire est dû aux dommages dans l'ADN induits par les rayonnements ultraviolets (UV). Les rayons UVB longs (290-315 nm) sont les principaux responsables de l'initiation et de la promotion des NMSC qui prennent naissance dans les kératinocytes épidermiques. En effet, l’absorption directe des photons d’UVB par l’ADN conduit à la génération de deux principaux types de dommages, les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPD) et les photoproduits de pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PP). Les CPD sont les plus abondants et sont hautement mutagènes. Ils sont responsables des mutations de transitions C → T au niveau des sites dipyrimidiniques, les mutations signatures observées dans les cancers de peau. Les cellules possèdent différents mécanismes pour éviter la conversion des CPD en mutations, à savoir, l’arrêt du cycle cellulaire, la réparation des dommages dans l'ADN par le système de réparation par excision de nucléotides (NER) et la mort cellulaire par apoptose. L’importance de la NER dans la prévention des cancers de peau est bien démontrée par le fait qu’une déficience en protéines de la NER, comme chez les patients atteints de Xeroderma Pigmentosum (XP), entraîne une incidence jusqu’à 2000 fois plus élevée de cancers de peau. De nombreux facteurs influencent la NER et une meilleure compréhension de ces derniers pourrait conduire au développement de nouvelles stratégies de prévention contre les cancers de peau. La peau est un assemblage complexe de cellules et de matrice dans lequel la communication entre les composants épidermiques et dermiques est essentielle pour de nombreux mécanismes cutanés. En utilisant des peaux reconstruites dérivées uniquement de fibroblastes et de kératinocytes primaires humains, nous avons analysé l’impact des composants dermiques sur l’efficacité de réparation des CPD épidermiques. Nous avons montré que l’élimination des CPD dans les kératinocytes est positivement influencée par la présence d'un derme et nous avons déterminé que cet effet du derme sur les kératinocytes proviendrait de molécules sécrétées. En étudiant le sécrétome, nous avons découvert que la cytokine CXCL5 (ou ENA78 - Epithelial neutrophil-activating peptide 78) possède un patron d'expression unique : elle est pratiquement absente du milieu de culture des peaux reconstruites, comparativement au milieu de culture de fibroblastes et de kératinocytes seuls. En modulant les niveaux de CXCL5 dans les milieux de culture de kératinocytes, nous avons montré que CXCL5 était un inhibiteur de la réparation des CPD. Cette première étude décrit l'impact des molécules sécrétées par le derme sur la réparation iii des CPD épidermiques et met en lumière un nouveau rôle de CXCL5 dans la réparation des dommages induits par les rayons UV. L’environnement immédiat des kératinocytes n’est pas le seul facteur qui peut influencer la réparation des CPD, le régime d’irradiation a également un impact sur cette efficacité d’élimination des lésions. Jusqu’à présent, l'efficacité de la NER a été largement étudiée après une seule exposition aiguë aux rayons UV. Cependant, l'utilisation d’une irradiation unique n'est pas représentative de l'exposition solaire humaine, qui est plutôt constituée d’une multitude d'irradiations répétées. Dans ce travail, nous avons donc exposé des cellules épidermiques à un régime d’irradiation chronique composé de faibles doses d’UVB (CLUV) afin de déterminer l’impact de cette irradiation sur la réparation NER. Nous avons montré que le traitement CLUV entraîne l’accumulation de CPD résiduels, qui ne sont pas réparés mais plutôt tolérés et dilués lors de la réplication de l’ADN. Nous avons également constaté que le prétraitement CLUV réduisait la capacité d'élimination des nouveaux dommages sans induire de sensibilité accrue à la mort cellulaire. Enfin, en utilisant nos données expérimentales, nous avons élaboré un modèle théorique pour prédire l’induction, la dilution et la réparation des CPD épidermiques lors d’une irradiation chronique aux rayons UVB. Nos résultats montrant que les kératinocytes accumulent des dommages dans l'ADN après des irradiations chroniques, constituent un facteur important à prendre en compte, car l'accumulation de CPD non réparés pourrait entraîner une augmentation des mutations dans les kératinocytes. Dans l’ensemble, ces travaux soulignent l’importance d’utiliser des modèles plus complexes, visant une meilleure représentation physiologique, pour mieux comprendre les réponses de la peau à l’exposition solaire. / Skin exposure to solar light is the main risk factor for non-melanoma skin cancers (NMSC). The genotoxic effect of sunlight is attributed to DNA damage induced by ultraviolet (UV) radiations. Long UVB wavelengths (290-315 nm) are the main responsible for NMSC initiation and promotion that occur in epidermal keratinocytes. Indeed, the direct absorption of UVB photons by DNA leads to the generation of the two main types of UV-induced DNA damage, i.e. cyclobutane pyrimidine dimers (CPD) and (6-4) pyrimidine-pyrimidone photoproducts (6-4PP). CPD are the most abundant and are highly mutagenic. They are responsible for the C → T transition mutations at dipyrimidine sites, the signature mutation found in sun-related skin cancers. Skin cells use different mechanisms to avoid the conversion of UVB-induced CPD into skin cancer driver mutations, i.e. cell cycle arrest, DNA damage removal by nucleotide excision repair (NER) pathway and cell death by apoptosis. The importance of NER for skin cancer prevention is well demonstrated by the fact that a deficiency in NER proteins, such as in Xeroderma Pigmentosum (XP) patients, leads to an increase of up to 2,000-fold in skin cancer occurrence. Many factors influence NER and a better understanding of those factors might lead to new prevention strategies against skin cancer. Skin is a complex assembly of cells and matrix in which a crosstalk between epidermal and dermal components is essential for many cutaneous mechanisms. Using self-assembled tissue-engineered skin equivalents derived from human primary fibroblasts and keratinocytes, we have analyzed the impact of dermal components on epidermal CPD repair efficiency. We showed that CPD repair in keratinocytes is positively influenced by the presence of the dermis and we brought evidence that this dermal effect comes from secreted molecules. We then investigated the secretome and found that the cytokine CXCL5 (also known as ENA78 - Epithelial neutrophil-activating peptide 78) has a unique expression pattern, i.e. is virtually absent in the culture medium of reconstructed skin, when compared to the media from fibroblasts and keratinocytes alone. By modulating CXCL5 levels in keratinocytes culture medium, we have shown that CXCL5 is an inhibitor of CPD repair. This work outlines the impact of the secreted dermal components on epidermal UV-induced DNA damage repair and shed light on a novel role of CXCL5 in CPD repair. The immediate environment of the keratinocytes is not the only factor that can influence the CPD repair, the irradiation protocol also has an impact on this damage removal. Until now, v NER efficiency has been extensively studied after a single acute UVB exposure. However, the use of single UVB irradiation is not representative of the human solar exposure, which is rather a multitude of repeated irradiations than a single acute one. In this work, we thus exposed keratinocytes to a chronic low-dose of UVB (CLUV) protocol to determine the impact of this irradiation procedure on CPD removal. We showed that the CLUV treatment leads to the accumulation of residuals CPD. Those residual CPD are not repaired but rather tolerated and diluted through DNA replication. We also found that a CLUV pre-treatment reduces CPD removal rate of newly generated damage without inducing a higher sensitivity to UV-induced cell death. Finally, using our experimental data, we derived a theoretical model to predict CPD induction, dilution and repair that occur in keratinocytes when chronically irradiated with UVB. These results showing that keratinocytes accumulate DNA damage after chronic irradiations is an important factor to consider since the accumulation of unrepaired CPD might lead to an increase of skin cancer driver mutations formation. Taking together, this work outlines the importance of more relevant and physiological models to study the skin response to solar exposure.

L'épiderme humain contient une pile physiologique dont le potentiel varie de 10 à 60 mV en fonction de la localisation sur le corps. Un gradient sodique décroissant de la couche basale jusqu'en dessous de la couche cornée est maintenu par l'action de pompes ioniques créant ainsi une différence de potentiel trans-épithélial (PTE). En condition normale, aucun rôle physiologique n'a encore été attribué à ce potentiel. Lorsque la peau est endommagée, une fuite d'ions provenant de la rupture du gradient sodique induit un champ électrique endogène (100 à 200 raV/mm) en bordure de la plaie. Le champ électrique endogène est dirigé vers le centre de la plaie. Il a été suggéré que la présence d'un champ électrique endogène est importante dans la réépithélialisation des plaies. Toutefois, les mécanismes d'action de celui-ci demeurent peu connus. Les recherches actuelles sur le sujet sont davantage orientées sur les effets des champs électriques sur la guérison des plaies et très peu concernent le rôle du PTE. Pourtant, c'est la présence du PTE présent dans la peau intacte entourant la plaie qui permet l'induction du champ électrique endogène à la suite d'une blessure. Notre objectif général était d'évaluer les effets de champs électriques d'intensités physiologiques sur les kératinocytes en monocouches et d'étudier la formation du PTE lors de la réépithélialisation de l'épiderme. Tout d'abord, nous avons étudié la réponse cellulaire des kératinocytes en présence de champs électriques par la mesure de la variation du calcium intracellulaire (Ca2+j) avec la sonde fluorescente fluo-4. Les variations de la fluorescence en fonction du temps ont été enregistrées à l'aide d'un système d'observation microscopique en continu. Nos résultats montrent que la stimulation de kératinocytes avec des intensités de champ électrique d'ordre physiologique et supraphysiologique (100 à 900 mV/mm) produit une élévation du taux de Ca2+; et que l'ampleur de cette réponse dépend de l'intensité du champ électrique appliqué. Nous avons également noté que les variations de Ca2+j observées suite à une stimulation électrique sont spécifiques aux kératinocytes peu différenciés. Ces résultats montrent pour la première fois que la stimulation électrique de kératinocytes humains en colonies induit une augmentation de Ca2+j et que cette réponse cellulaire est dépendante du niveau de différenciation des cellules. L'étude du PTE est complexe puisqu'elle nécessite un modèle d'étude en trois dimensions représentant l'épiderme humain. À l'aide du modèle de peau reconstruite ii humaine (PRH) par génie tissulaire développée au LOEX, nous avons étudié la formation du PTE lors de la genèse et de la réépithélialisation de l'épiderme. Tout d'abord, nous avons élaboré un système adapté pour les mesures du PTE sur des PRH et sur un modèle animal de plaies cutanées. Des mesures du PTE ont ensuite été réalisées sur des PRH et des biopsies ont été réalisées sur les épidémies en formation ainsi que sur les plaies en fonction du temps. Nos résultats montrent que le PTE varie durant la formation de l'épiderme. Cette période est composée d'une phase ascendante et suivie d'une phase descendante. Une période similaire de rétablissement du PTE a également été observée durant la réépithélialisation de plaies sur notre modèle de PRH et ces observations ont été corrélées in vivo sur un modèle de plaie cutanée chez le porc. La période du PTE a également été corrélée avec l'expression variable (ascendante et descendante) de la pompe Na+/K+ ATPase en fonction du temps et en fonction de la différenciation de l'épiderme. Ces résultats suggèrent que les pompes Na+/K+ ATPase régleraient le transport des ions sodiques pour l'établissement du PTE durant la formation ainsi qu'au cours de la réépithélialisation de l'épiderme. L'ensemble des résultats procure une meilleure compréhension des mécanismes reliés au champ électrique endogène et au potentiel transmembranaire dans la peau humaine.