Comprendre les mécanismes mis en place au sein du système nerveux pour générer des répertoires locomoteurs complexes reste l'un des grands défis des neurosciences systémiques. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à comprendre comment les neurones de la moelle épinière contribuent à la production et à la modulation de l'activité locomotrice. Pour répondre à ce problème, nous utilisons le poisson-zèbre comme organisme modèle et avons développé de nouvelles approches génétiques et optiques afin de disséquer l'architecture du circuit formé par une classe de neurones sensoriels de la moelle et qui est conservée chez tous les vertébrés. Ces neurones sont appelés les neurones au contact du liquide céphalo-rachidien (Nc-LCR) et nous proposons de sonder leur(s) fonction(s) in vivo. Ces neurones sensoriels forment une interface unique entre le liquide céphalo-rachidien et le réseau de neurones impliqué dans le contrôle du mouvement dans la moelle épinière. Cependant, leur diagramme de connectivité demeure complètement inconnu. Afin de comprendre comment ces " Nc-LCR ou CSF-cNs " modulent la locomotion chez les vertébrés, nous avons développé un projet combinant des approches génétiques, électrophysiologiques, d'imagerie, et d'analyse du comportement, afin de cartographier le circuit qu'elles forment avec les neurones de la moelle épinière. Nos résultats montrent que les CSF-cNs projettent sur de nombreux éléments du centre générateur de rythme de la moelle. Notre approche révèle également la capacité des CSF-cNs à moduler la locomotion selon l'état dans lequel se trouve l'animal, une propriété caractéristique des circuits proprioceptifs dans la moelle épinière. / Understanding how the central nervous system generates motor sequences, coordinates limbs and body orientation in an ever-changing environment, while adapting to sensory cues remains a central question in the field of systems neuroscience. The work presented here aims to understand how local sensory neurons in the spinal cord contribute to the production and/ or the modulation of locomotor activity. We focused our work on a conserved class of spinal sensory neurons termed cerebrospinal fluid contacting neurons (CSF-cNs). These neurons lie at the interface between the CSF and spinal interneurons controlling motor output and represent an interesting yet poorly understood sensorimotor loop in the vertebrate spinal cord. However, the connectivity of CSF-cNs remains completely uncharacterized. To understand how CSF-cNs modulate locomotion in vertebrates, we combined genetics, imaging, optogenetics, electrophysiology, and behavior analysis to map the functional connectivity of these sensory neurons and test their function in the zebrafish larva. Our results demonstrate that CSF-cNs target several elements thought to be part of the locomotor central pattern generator in zebrafish, including glutamatergic spinal neurons involved in slow and fast swimming. We show that CSF-cNs can modulate the duration and occurrence of spontaneous locomotor events in a state dependent manner and tune the frequency of evoked fast escape responses. Altogether our work dissecting sensorimotor integration in the spinal cord bridged single cell function in vivo to behavior in zebrafish and should contribute to a better understanding of the role of sensory feedback during locomotion in vertebrates.

Les progrès dans la compréhension de la biologie osseuse ont permis d’identifier le rôle du système nerveux sensoriel dans la formation osseuse, le remodelage et la régénération tissulaire. Cependant, le rôle précis du système nerveux sensoriel sur la l’ostéogénèse reste encore méconnu. La première partie de ce travail a été d’analyser le rôle des neurones du ganglion de la racine dorsale (DRG) sur la différenciation ostéoblastique des cellules souches mésenchymateuse (MSCs). Pour répondre à cette question, nous avons utilisé une plate-forme microfluidique, qui tente de mimer l’innervation sensorielle du tissu osseux. Dans la seconde partie de cette étude, nous avons cherché à mieux caractériser la sous-population de neurones DRG impliqués dans la régulation directe de la différenciation des MSCs vers le lignage ostéoblastique. En conclusion, l’ensemble des résultats permettent de montrer que: i) les neurones sensoriels ont un effet positif et direct sur la différenciation ostéoblastique des cellules ostéoprogénitrices, ii) la voie de signalisation Wnt/β-caténine est impliquée dans cette transduction du signal; iii) cet effet est principalement régulé par des neurones sensorimoteur, iv) qui peuvent induire la libération locale de facteurs neuroactifs. / Advances in the understanding of bone biology have identified the sensory nervous system as a critical regulator in the orchestration of bone formation, remodeling, and repair. However, the precise role of the sensory nervous system on bone tissue, particularly on osteoprogenitor cells, remains unknown. Firstly, we were interested in clarifying whether dorsal root ganglion (DRG) neurons would be able to induce the osteoblast differentiation by acting directly on mesenchymal stem cells (MSCs). Afterwards, we attempted to understand whether the canonical Wnt signaling pathway could be implicated in the DRG neurons-induced osteoblastogenesis. In the second part of this study, we aimed at better characterizing the subset of DRG neurons involved in the direct regulation of osteoblast differentiation from MSCs. In this work we provide several novel insights: i) we show that sensory neurons have a positive and direct effect on osteoblast differentiation of osteoprogenitor cells, ii) by activating the Wnt/β-catenin signaling pathway; and iii) we suggest that this effect is mainly regulated by sensorimotor neurons, iv) which possibly mediate the local release of neuroactive factors.

L'homéostasie chlorure (HC) est un acteur essentiel dans la transmission nerveuse. Le GABA, via son récepteur GABAA, permet les mouvements d'ions chlorures en fonction de leur potentiel électrochimique. Dans les neurones sensitifs de ganglions rachidiens dorsaux (GRD), le co-transporteur cation-chlorure NKCC1 est responsable de l'accumulation intracellulaire des ions Cl- et de l'effet dépolarisant du GABA. Suite à une lésion, l'augmentation de la concentration intracellulaire en ions Cl- ([Cl-]i) permet une amélioration des capacités régénératives neuronales. Au cours de ma thèse, je me suis en premier lieu intéressé à la régulation de l'HC par interleukine 6 (IL6) en réponse à une lésion nerveuse. L'axotomie du nerf sciatique induit l'expression de l'IL6 et son récepteur IL6-Rα dans les neurones sensitifs des GRD lombaires L4-L5. Des mesures par patch perforé sur des neurones sensitifs en culture ont montré une augmentation de la [Cl-]i dépendante de l'IL6 dans une sous-population de neurones mécano- et proprioceptifs en réponse à l'axotomie. Cette régulation est permise par la phosphorylation à la membrane plasmique neuronale de NKCC1. Le co-transporteur KCC3 est impliqué dans une maladie génétique conduisant dès la naissance à une perte sensorimotrice, ce qui m'a conduit à étudier son rôle dans la régulation de l'HC des neurones sensitifs au cours du développement et chez l'adulte. Nos données ont démontré l'existence d'un « switch chlorure » développemental, diminuant la [Cl-]i. Ce switch est altéré chez la souris KCC3-/-, dans laquelle une partie des neurones a déjà diminué sa [Cl-]i. Au stade adulte, nous avons également observé un doublement de la [Cl-]i dans 30% des neurones sensitifs de souris KCC3-/-, pourcentage corrélé à la proportion de neurones WT exprimant KCC3. Ces données prouvent que KCC3 est impliqué, de manière directe ou non, dans la régulation de l'HC des neurones sensitifs au cours du développement et chez l'adulte. / Chloride homeostasis (CH) is a major component of nerve transmission. Interaction between the neurotransmitter GABA and his receptor, GABAA, allows chloride movements depending on electrochemical potential. In dorsal root ganglia (DRG) sensory neurons, the cation-chloride cotransporter NKCC1 is responsible for intracellular accumulation of chloride ions and depolarizing effects of GABA. After injury, an increase of intracellulaire chloride concentration ([Cl-]i) allows an improvement of neuronal regenerative capacities. In a first time, I worked on regulation of CH by interleukine 6 (IL6) in response to nerve injury. Axotomy of the sciatic nerve induces expression of IL6 and his receptor IL6-Rα in sensory neurons from lombar L4-L5 DRG. Perforated patch measurements of sensory neurons have demonstrated an increase of [Cl-]i depending on IL6 in a sub-population of mechano- and proprioceptors in response to lesion. This regulation is provided by phosphorylation at the neuronal plasma membrane of NKCC1. The cation-chloride cotransporter KCC3 is implicated in a hereditary syndrome leading after birth to sensorymotors defects. This is why I have studied his role in regulation of CH in sensory neurons during development and in adulthood. Data have shown the existence of a peripheral developmental “chloride switch”. This switch is abolished in KCC3-/- sensory neurons, in which a part of neurons has already decreased [Cl-]i. In adulthood, we also observed an [Cl-]i twice as much as WT in 30% of sensory neurons from KCC3-/- mice. This percentage is correlated to the proportion of WT neurons expressing KCC3. These results demonstrate for the first time that KCC3 is implicated in regulation of CH in sensory neurons during development and in adulthood.

La ciguatéra est une forme d’intoxication faisant suite à l’ingestion de poissons contaminés par des toxines appelées « ciguatoxines ». Cette intoxication endémique des régions tropicales est un problème économique et de santé non négligeable qui tend à prendre de plus en plus d’ampleur. L’essor du tourisme, le réchauffement climatique et la hausse des exportations internationales de poissons tropicaux favorisent l’expansion de la ciguatéra aux parties du globe au climat tempéré, jusqu’alors peu concernées par cette maladie. Les enjeux thérapeutiques et économiques de la ciguatéra sont de taille puisqu’il n’existe aucun moyen rapide et fiable de détecter un poisson contaminé et qu’aucun traitement efficace permettant sa prise en charge n’a actuellement été établi.Le prurit, terme médical désignant les démangeaisons est un symptôme notamment associé aux maladies de peau qui impacte grandement la qualité de vie des patients qui en souffrent.Ces dernières décennies, de nombreuses études scientifiques ont permis de mieux comprendre sa physiopathologie. Le prurit est un symptôme fréquemment observé chez les personnes atteintes de ciguatéra, d’où l’appellation « la Gratte », souvent employée pour faire référence à la pathologie.Dans le but d’étudier les mécanismes cellulaires à l’origine du prurit et des autres troubles sensoriels cutanés survenant lors de la ciguatéra, nous avons étudié l’effet des ciguatoxines sur un modèle in vitro de neurones sensoriels cocultivés avec des kératinocytes. Nous avons mis en évidence la libération dans le surnageant des neuropeptides de l'inflammation neurogène, SP et CGRP. L'effet d'antagonistes sélectionnés a été testé afin mettre en évidence les médiateurs impliqués dans la libération de neuropeptides. Par ailleurs, la signalisation cellulaire sous-jacente de cette sécrétion de neuropeptides a été étudiée par des expériences d’imagerie calcique réalisées sur neurones et kératinocytes.Les résultats obtenus valident notre coculture en tant que modèle de choix pour l’étude in vitro des mécanismes cellulaires, et plus généralement, dans les troubles neurocutanés impliqués dans le prurit ciguatérique. Parmi les antagonistes testés, une molécule s’est avérée particulièrement intéressante pour inhiber les effets constatés de la toxine. Ces résultats originaux, obtenus avec l’antagoniste d’un médiateur du prurit, présentent une perspective thérapeutique nouvelle et prometteuse, pour répondre à un enjeu de santé publique futur. / Ciguatera fish poisoning (CFP) is a seafood poisoning occurring after contaminated fish fleshes ingestion containing toxins called « ciguatoxines » (CTXs). This illness, originating from tropical and subtropical areas, is an economic and health problems which becomes substantial in relation to international tropical fishes export and tourism development, as well as global warming rise. Those factors contribute to CFP sprouting in non-endemic temperate climate regions which were not until then concerned by CFP. Economic and health stakes of CFP are important since no reliable and ready-to-use detection system for CTXs in fishes have been developed, along with no relevant cure has been established to treat CFP.Pruritus, medical term refer to itch, is a clinical sign usually associated to skin diseases which strongly alter patients’ quality of life. Last decades, several studies allowed to better understand pruritus pathophysiology. Interestingly, people suffering from CFP frequently present pruritus, hence designation “La Gratte” or “La Gratel (le)” employed in endemic areas.The aim of these works was to study cellular and molecular mechanisms of CTXs at the root of neurological cutaneous troubles occurring in CFP. Here, we evaluated CTXs effects on in vitro model composed of sensory neurons cocultived with primary keratinocytes, quantifying neuropeptides known to be involved in pruritus. Compiling knowledges about CFP and pruritus pathophysiology, some antagonists were tested to neutralize CTXs-mediated neuropeptide release. To deal with signaling pathways in depth of neuropeptide exocytosis induced by CTXs, mechanism known to be accurately regulated by calcium homeostasis, calcium imaging experiments were performed.Results obtained in this project confirm the use of such a model to elucidate cellular mechanism of CFP pruritus, but also constitute an alternative in vitro tool to study chemicals inducing abnormal cutaneous senses. Among antagonists tested, one stands out from the crowd and was proved to be effective to inhibit CTXs-evoked effects studied. Those originals results, collected with antagonist of pruritus mediator, show new and promiscuous therapeutic prospects for future health concern.

Ce travail se situe dans le cadre d'un projet pluridisciplinaire, visant à utiliser un nouveau mode de stimulation des neurones sensoriels par l'infrarouge (IR) à 1875 nm. Actuellement les prothèses cochléaires et visuelles utilisent la stimulation électrique qui permet certes de visualiser des objets et de suivre une conversation mais avec une résolution qui pourrait certainement être améliorée par un autre mode de stimulation, notamment l'infrarouge. Nous avons d'abord démontré qu'une telle technique était possible dans les cellules ganglionnaires de la rétine ainsi que celles du ganglion de Scarpa (vestibule). Les réponses biologiques obtenues sous forme de variations transitoires de calcium intracellulaire et de potentiel d'action, (enregistrées par les techniques d'imagerie calcique et de patch-clamp) nous ont permis d'approfondir cette étude. En effet, de précédents travaux ont montré la faisabilité de la stimulation optique par IR des nerfs périphériques. Mais le mécanisme à l‟origine de la réponse évoquée par IR dans le tissu biologique n'a jamais été décrit jusqu'ici. Nous décrivons pour la première fois le mécanisme moléculaire qui conduit à la genèse de VVEL (variation de potentiel de membrane évoquée par laser IR). L'élément déclencheur de ce mécanisme au niveau membranaire a été révélé à l'aide d'une approche pharmacologique. Le blocage des canaux-récepteurs thermosensibles de la famille de 'Transient Receptor Potential' (Vanilloides) par le rouge de ruthénium et le RN1734, inhibe les VVELs. Nous démontrons que le mécanisme fait intervenir des canaux sodiques et calciques dépendants du voltage, dont l'activation lors d'une stimulation par l'IR est dépendante de l'ouverture des canaux thermosensibles TRPV4. / Infrared (IR) laser irradiation has been established as an appropriate stimulus for primary sensory neurons under conditions where sensory receptor cells are impaired or lost. Yet, development of clinical applications has been impeded by lack of information about the molecular mechanisms underlying the laser induced neural response. Here, we first demonstrate that retinal and vestibular ganglion cells generate biological responses evoked by mid laser irradiation. Then, we directly address this question through pharmacological characterization of the biological response evoked by mid infrared irradiation of isolated retinal and vestibular ganglion cells from rodents. Whole-cell patch-clamp recordings reveal that both voltage-gated calcium and sodium channels contribute to the laser evoked neuronal voltage variations (LEVV). In addition, selective blockade of the LEVV by micromolar concentrations of ruthenium red and RN1734 identifies thermo-sensitive TRPV4 channels as the primary effectors of the chain reaction triggered by mid infrared laser irradiation.

Les interactions neuro-immunitaires entre les systèmes sensoriels et immunitaires ont été abondamment étudiées; cependant, leur rôle dans la régulation des cancers est encore mal connu. Les interactions croisées entre les cytokines, les facteurs de croissance et les neuropeptides peuvent promouvoir la progression des tumeurs. Les neuropeptides libérés par les nocicepteurs peuvent affecter la polarisation, la chimiotaxie et l'activité du système immunitaire acquis. Étant donné que les neurones sensoriels libèrent localement des neuropeptides qui modulent l'activité des lymphocytes, nous faisons l'hypothèse que les nocicepteurs sécrètent des neuropeptides qui induisent l'épuisement des cellules T CD8 et la croissance tumorale. L’épuisement des lymphocytes T CD8 est un phénomène observé dans le cadre d’infections chroniques et de cancers. Elle est définie comme une perte de la fonction effectrice des lymphocytes T CD8 (diminution de la production d'IFN-γ, de TNF-α et d'IL-2) ainsi qu'une expression élevée de récepteurs inhibiteurs tels que PD-1 (protéine 1 de mort cellulaire programmée), LAG-3 (gène 3 d'activation des lymphocytes) et TIM-3 (protéine 3 d'immunoglobuline des lymphocytes T et de contenant du domaine mucine). Nous avons utilisé le modèle murin de mélanome pour tester cette hypothèse et avons observé que les cellules malignes de cancer de la peau B16F10 interagissent avec les nocicepteurs pour promouvoir la croissance des neurites, la sensibilité aux ligands activateurs et la libération de neuropeptides. En conséquence, le peptide lié au gène de la calcitonine (CGRP), qui est libéré par les nocicepteurs, augmente directement l'épuisement des cellules T CD8 et réduit leur capacité à éliminer les cellules du mélanome. L'ablation génétique des neurones sensoriels, leur inhibition pharmacologique ou le blocage du récepteur au CGRP (RAMP1) suffisent à limiter l'épuisement des lymphocytes infiltrés dans la tumeur et la croissance tumorale. De plus, l'injection de CGRP recombinant dans des souris dépourvues de neurones sensoriels réduit l'épuisement des cellules T CD8. Les cellules T CD8 RAMP1-/- montrent aussi moins d'épuisement que leurs homologues sauvages lorsqu'elles sont co-transplantées dans des souris immunodéficientes Rag1-/- portant une tumeur. En résumé, réduire la libération de CGRP en bloquant localement les nocicepteurs associés à la tumeur limite les effets immunomodulateurs de CGRP sur les cellules T cytotoxiques CD8 et représente une stratégie d'intérêt pour protéger l'immunité antitumorale. / Neuroimmune crosstalk between the nervous and the immune systems has been widely studied; however, their modulating roles are largely unknown in cancer. Bilateral interactions of cytokines, growth factors and neuropeptides may support tumor progression. Nociceptor-released neuropeptides can affect polarization, chemotaxis and adaptive immune system activity. Since sensory neurons locally release neuropeptides that modulate the activities of lymphocytes, we hypothesized that nociceptors might secrete neuropeptides leading to CD8+ T-cell exhaustion and tumor growth. CD8 T cell exhaustion is a phenomenon observed in the context of chronic infections and cancer. It is defined as loss of effector function of CD8 T cells (decreasing the production of IFN-γ, TNF-α, and IL-2) as well as high expression of inhibitory receptors such as PD-1 (programmed cell death protein 1), LAG-3 (lymphocyte-activation gene 3), and TIM-3 (T-cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 3). We used the mouse model of melanoma cancer to test this hypothesis and found that malignant B16F10 skin cancer cells interacted with nociceptors to expand neurite outgrowth, responsiveness to noxious ligands, and neuropeptide release. Consecutively, neuropeptide calcitonin gene-related peptide (CGRP), which is released by nociceptors, directly increased the exhaustion of cytotoxic CD8+ T cells and reduced their ability to eliminate melanoma cells. Genetic ablation of sensory neurons, local pharmacological silencing, and antagonism of the CGRP receptor (RAMP1) were all able to limit the exhaustion of tumor-infiltrating lymphocytes (TIL) and tumor growth. Moreover, treatment with recombinant CGRP in sensory neuron- depleted mice reduced the exhaustion of CD8+ T cells. Compared with wild-type cells, RAMP1-/- CD8+ T cells were rescued to go under exhaustion when co-transplanted into tumor-bearing Rag1-/- deficient mice. In summary, reducing CGRP release by local silencing of tumor-associated nociceptors, limits the immunomodulatory effects of CGRP on cytotoxic CD8+ T cells and represents an ideal strategy to protect anti-tumor immunity.

La douleur est perçue par des neurones spécialisés, les nocicepteurs, dont le corps cellulaire est localisé, au niveau du tronc, dans les ganglions de la racine dorsale (DRG). Ces neurones détectent les informations sensorielles en périphérie (peau, muscles ou viscères) et les transmettent aux neurones spinaux qu'ils connectent au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière. D'un point de vue morphologique, anatomique, physiologique, mais également moléculaire, une hétérogénéité importante de ces neurones est observée. Le but principal du laboratoire est de trouver de nouvelles molécules impliquées dans les mécanismes moléculaires qui spécifient les différentes sous-populations neuronales des DRG. Dans ce cadre, il a été possible d'identifier et valider plusieurs gènes présentant un profil d'expression très particulier et spécifiant des populations neuronales bien distinctes au sein des DRG. Parmi ces gènes, tafa4 est principalement exprimé dans des neurones non-peptidergiques de type C. Tafa4 est une petite protéine sécrétée proche des chemokines de type CC dont la fonction est jusqu'à présent inconnue, et dont l'expression dans les DRG n'a encore jamais été décrite. Au cours de ce travail, j'ai pu identifier Tafa4 comme un nouveau marqueur d'une sous-population de neurones sensoriels des DRG : les C-LTMRs (C-Low Threshold MechanoReceptor). La génération d'une lignée de souris Tafa4 KO dans laquelle le gène tafa4 a été remplacé par la protéine fluorescente Vénus, nous a permis de mettre en évidence que la population de neurones tafa4+ projette en central dans la lamina II interne de la moelle épinière et en périphérique exclusivement au niveau de la peau poilue. / The perception of pain is initiated by the detection of noxious stimuli by the peripheral endings of primary nociceptive neurons. They are a specialized group of small-diameter pseudounipolar neurons with cell bodies in the dorsal roots ganglia (DRG). They give rise to thinly myelinated (Ad-fibers) or unmyelinated (C-fibers) afferent fibers, which convey the signal from the periphery to the dorsal horn of the spinal cord. Our laboratory is interested in molecular mechanisms which underlie the specification of somatic sensory neurons and their properties. In order to find novel molecular factors involved in this process, we identified several new nociceptor subtype specific genes by microarray experiments. Among these genes, tafa4 which encodes a small secreted protein distantly related to CC chemokine with unknown function, appears to have a DRG-specific expression from early developmental stages and becomes restricted to a subset of C-fibers non-peptidergic nociceptors in adult DRG. By using transgenic mice, we show that Tafa4 neurons specifically project to the dorsal horn lamina IIi and innervate the hairy skin. They have electrophysiological signature of C-Low-threshold mechanoreceptors (C-LTMRs), a population of sensory neurons implicated in the injury-induced mechanical hyper-sensitivity as well as in the affective component of touch. Mutant mice lacking Tafa4 do not present developmental defects and specify Tafa4 population correctly. However, despite no obvious molecular changes in Tafa4 mutants, these mice display significant increase in tissue injury induced hyper-sensitivity which could be reduced by intrathecally applied Tafa4 protein.

L’inflammation neurogène cutanée (INC) est une inflammation de la peau induite par l’activation des fibres nerveuses intra-épidermiques qui secrètent des neuropeptides tels que la substance P (SP). L’INC est impliquée dans des dermatoses inflammatoires prurigineuses comme le psoriasis, la dermatite atopique (DA) et le syndrome de Netherton (SN). Un nouveau concept émerge, suggérant que les kératinocytes sont également des acteurs majeurs de l’INC. Le récepteur activé par des protéases de type 2 (PAR-2) est fortement incriminé dans l’INC associée à ces dermatoses, ce qui permet de comprendre les voies du prurit non-histaminergique. Les enjeux thérapeutiques sont de taille puisqu’il n’existe actuellement aucun traitement efficace permettant la prise en charge spécifique du prurit histamino-indépendant au cours des dermatoses prurigineuses associées à l’INC.Bien que le rôle de PAR-2 dans la sécrétion de neuropeptides à partir des neurones sensoriels soit clairement établi, son implication dans la modulation de gènes pouvant contribuer à l’entretien ou l’amplification de l’INC reste méconnue. Le rôle inflammatoire de PAR-2 a également été démontré sur des kératinocytes cultivés en monocouche via la sécrétion de cytokines par des mécanismes dépendants du Ca2+. La surexpression de PAR-2 et la perte d’expression de certains canaux calciques impliqués dans sa réponse calcique dans les kératinocytes différenciés suggèrent des mécanismes d’action de PAR-2 différents pour ceux-ci. Dans le but d’étudier le rôle pro-inflammatoire de PAR-2 au cours des dermatoses prurigineuses, nous avons analysé l’effet de son activation sur des monocultures de neurones sensoriels issus de ganglions rachidiens dorsaux (GRD) de rat et de kératinocytes humains différenciés (DhPK), en criblant l’expression de médiateurs de l’inflammation. Pour approfondir, les voies calciques de PAR-2 sous-jacente à la modulation d’expression dans les kératinocytes différenciés, des expériences d’imagerie calcique ont été réalisées et différents antagonistes ont été utilisés pour analyser les acteurs impliqués.Dans le cadre d’un partenariat avec les laboratoires dermatologiques d’Uriage, nous avons testé les effets de l’eau thermale d’Uriage sur la modulation de gènes induite par PAR-2 dans les DhPK. Nous avons également utilisé une lignée de PC12 différenciables en neurones par le NGF afin de les utiliser comme alternatives des neurones sensoriels issus des GRD de rat pour l’étude de l’INC.L’ensemble des résultats obtenus au cours du criblage des gènes modules par PAR-2 confirme le rôle pro-inflammatoire de PAR-2 dans les neurones sensoriels de rat et dans les DhPK. La découverte d’une nouvelle voie calcique de PAR-2 dans les DhPK offre de nouvelles pistes thérapeutiques pour les dermatoses prurigineuses telles que le psoriasis, la DA et le NS. Les résultats obtenus avec l’eau thermale d’Uriage peuvent présenter une perspective thérapeutique pour les patients souffrants de dermatoses prurigineuses réfractaires aux traitements conventionnels. L’utilisation d’une lignée neuronale comme lesPC12 pour l’étude de l’INC serait une alternative utile dans le développement des tests cosmétiques avec les industriels pour notre laboratoire. / Cutaneous neurogenic inflammation (CNI) is an inflammation of the skin induced by the activation of intraepidermal nerve fibers that release neuropeptides such as substance P (SP). CNI is involved in pruritic inflammatory skin disorders such as psoriasis, atopic dermatitis (AD) and Netherton syndrome (NS). A new concept is growing, suggesting that keratinocytes could also trigger INC. The proteases activated receptor 2 (PAR-2) is strongly incriminated in CNI associated with these dermatoses, which allow to understand the histamine-independent itching pathways. The therapeutic stakes are high since there is currently no effective treatment allowing the specific management of histamine-independent pruritus during skin disorders associated with CNI.Although the role of PAR-2 in the secretion of neuropeptides from sensory neurons is clearly established, its involvement in the modulation of genes involved in the maintenance or amplification of CNI remains unknown. The inflammatory role of PAR-2 on keratinocytes has also been demonstrated through the production of cytokines in a Ca2+-dependent mechanisms. The overexpression of PAR-2 and the loss of ORAI1 expression, a calcium channel following keratinocytes differentiation suggest different signaling pathways downstream to PAR-2 activation between undifferentiated and differentiated keratinocytes.In order to study the pro-inflammatory role of PAR-2 during pruritic dermatoses, we analyzed the effect of its activation on rat primary sensory neurons from dorsal spinal ganglia (DRG) and on differentiated human primary keratinocytes (DhPK) by screening the expression of inflammatory mediators. To deepen the Ca2+ pathways underlying PAR-2-mediated inflammatory mediator modulation in DhPK, we performed Ca2+ imaging experiments and different antagonists were used to analyze the involvement of intracellular actors. In a partnership with the dermatological laboratories of Uriage, we tested the effects of Uriage thermal water on PAR-2-induced gene modulation in DhPK. We also used a PC12 cell line differentiable in neurons by the NGF in order to use them as alternatives of rat primary sensory neurons from DRG for the study of INC. We also used a PC12 cell line differentiable in neurons by the NGF use them as alternatives of rat primary sensory neurons from DRG for the study of INC.The results obtained during the screening of the PAR-2-modulated genes confirmed the proinflammatory role of PAR-2 in rat primary sensory neurons and in DhPK. The discovery of a new PAR-2-mediated Ca2+ pathway in DhPK offers new therapeutic pathways for pruritic dermatoses such as psoriasis, AD and NS. The results obtained with the thermal water of Uriage can present a therapeutic perspective for patients suffering from pruritic dermatoses refractory to conventional treatments. The use of a neuronal cell line as the PC12 for the study of INC would be an useful alternative in the development of cosmetic tests.

Les réactions immunitaires de la peau sont initiées par les cellules dendritiques cutanées (dendritic cells, DCs). L'effet potentiellement sensibilisateur d'un composé peut être prédit in vitro en utilisant des monocytes humains différenciés en DCs (MonoDCs). Cependant, ces modèles simplistes restent imprécis car l'activation des DCs cutanés par les sensibilisateurs peut être déclenchée ou modulée par des interactions microenvironnementales avec de multiples types de cellules non immunitaires. Notre objectif est de développer une peau immunocompétente qui combinera des MonoDCs avec tous les éléments structurels et fonctionnels de la peau, c'est-à-dire une barrière épidermique posée sur un derme contenant une pseudo-vascularisation et des neurones nociceptifs. Une matrice de collagène a été ensemencée avec des fibroblastes et des cellules endothéliales, puis avec des précurseurs de fibres nerveuses dérivées soit de l'iPSC humaine, soit de la DRG embryonnaire murins. Enfin, nous avons introduit les MonoDC et les kératinocytes. Nous avons observé que les neurones différenciés in situ innervent l'épiderme comme observé habituellement dans la peau humaine normale. De plus, les neurones dérivées d’iPSCs, expriment neuropeptides et canaux calcique spécifiques des fibres nociceptives. Enfin, les Mono-DC intégrés au modèle restent stable pendant toute la durée nécessaire à la formation de l’épiderme et peuvent être stimulé. Le modèle sera utilisé pour prédire le potentiel irritant des composés chimiques et l'impact de l’innervation nociceptive sur l'activation des DCs. / Immune reactions in the skin are initiated by the cutaneous dendritic cells (DCs). The potential sensitizing effect of a compound can be predicted in vitro using human monocytes differentiated into DCs (Mono-DCs). However, these simplistic models remain inaccurate because the activation of cutaneous DCs by sensitizers may be triggered or modulated by microenvironmental interactions with multiple types of non-immune cells. Our goal is to develop an immunocompetent human tissue-engineered skin that will combine DCs with all structural and functional element of the skin, i.e. an epidermal barrier laid upon a dermis containing a pseudo-vascularization and nociceptive neurons. Collagen matrix was seeded with fibroblasts and endothelial cells, then with precursors of nerve fibers derived from either human iPSC or murine embryonic DRG. Finally, we introduced Mono-DCs and keratinocytes. We observed that in situ differentiated neurons grow axons towards the epidermis as usually observed in normal human skin. What's more, the neurons derive from iPSC, express neuropeptides and calcium channel as normal nociceptive fibers. Moreover, Mono-DCs settled as expected beneath the epidermis and remained sessile to stimulation for several weeks. The model will be used to predict the irritant potential of chemical compounds, and the impact of nerves on DC activation.

Les neurones nocicepteurs jouent un rôle clé dans la défense de l’organisme. Dans le cas des réactions inflammatoires, ils initient des réflexes protecteurs tels que la toux, les vomissements, où les démangeaisons, et participent à la régulation de plusieurs mécanismes physiologiques, notamment la réponse immunitaire. Ils jouent ainsi un rôle prépondérant dans l’inflammation de type 2, souvent associée aux allergies. Mais les mécanismes qui permettent l’activation de ces neurones dans ce contexte sont encore mal connus. Au cours de ce projet de recherche, nous avons exploré la capacité des neurones nocicepteurs à détecter les signaux immunitaires spécifiquement associés à l’asthme. Nous avons ainsi identifié les caractéristiques des nocicepteurs des voies aériennes. Nous avons également démontré leur sensibilité aux allergènes grâce à l’expression du récepteur aux immunoglobulines de type E, FcεR1, ainsi que leur capacité à modifier leur transcriptome en réponse aux cytokines IL-4 et IL-13. Ces travaux soutiennent l’importance de la communication entre systèmes nerveux et immunitaires, et mettent en évidence de nouvelles cibles pour limiter la contribution neuronale aux réactions allergiques. / Nociceptor neurons play a major role in organism defense. In the context of inflammation, they initiate protective reflexes such as cough, vomiting, or itch, and participate in the regulation of various physiological mechanisms, including the immune response. They notably participate in type 2 inflammation, often associated with allergies. But the mechanisms driving the activation of nociceptor neurons in this context are still elusive. During this research project, we investigated the ability of nociceptor neurons to sense immune signals specifically associated with asthma. We identified the characteristics of airway innervating nociceptors. We also demonstrated their sensitivity to allergens through the expression of the Immunoglobulin E receptor FcεR1, as well as their ability to change their transcriptome in response to IL-4 and IL-13. This work supports the importance of bidirectional communication between the nervous and immune systems and unravels new targets to regulate neuronal contribution to inflammation.