The roles of p63 as a key transcriptional regulator in epidermal homeostasis

par Ning Wu

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Xavier Gidrol.

Soutenue le 24-06-2010

à Evry-Val d'Essonne , dans le cadre de Des génomes aux organismes .

  • Titre traduit

    Rôles de p63, un régulateur transcriptionnel clé de l'homéostasie épidermique


  • Résumé

    La couche externe de la peau humaine, l’épiderme, est un tissue épithélial auto-renouvelable, stratifié et squameux. Chez l’adulte, la maintenance de l’homéostasie de l’épiderme dépend de la régulation de la balance entre la prolifération et la différenciation des keratinocytes. Cependant, les mécanismes moléculaires qui contrôlent ces processus ne sont pas encore complètement élucidés. P63 (TP63), un membre de la famille p53, agit comme régulateur clé de la balance prolifération/différenciation des cellules épithéliales en général et des kératinocytes humains en particulier. Malgré les connaissances acquises sur p63 ces dernières années, les mécanismes moléculaires agissant en aval de p63 pour contrôler l’homéostasie épidermique, restent à découvrir. L’analyse des changements transcriptionnels et phénotypiques induit par l’extinction transitoire de p63 ou de MYC dans les keratinocytes humains matures, nous a permis d’identifier les réseaux de gènes agissants en aval de ces deux protéines pour le contrôle de l’homéostasie. Nous avons montré que p63 est impliqué dans le maintien de la prolifération cellulaire et le déclenchement de la différenciation des kératinocytes par deux mécanismes distincts. L’ablation de p63 provoque un défaut d’expression de MYC via les voies de signalisation Wnt/-catenin et Notch et par conséquent réduit la prolifération des keratinocytes. En autre, p63 agit sur la prolifération des keratinocytes en réprimant directement l’expression de la protéine ID2. Nous avons aussi caractérisé un réseau KCF (Keratinocyte Cell Fate) contrôlé par p63, qui déclenche la différenciation. Ce réseau contient plusieurs protéines secrétées, impliquées dans la migration/adhésion cellulaires, telles que la fibronectine (FN1), l’interleukine 1 beta (IL1B), la cysteine-rich protein 61 (CYR61) et jagged-1 (JAG1) qui agissent en aval de p63 pour promouvoir la différenciation. Finalement, nous avons caractérisé un ensemble de miRNAs contrôlés par p63, et démontré leur capacité à engager la différenciation terminale des keratinocytes. Ces miRNAs ciblent de nombreuses MAPKs, qui jouent un rôle important dans la différenciation keratinocytaire. Nous avons montré que l’inhibition des MAPKs peut même restaurer le défaut de différenciation observé en absence de p63. Mon travail de thèse a permis l’émergence d’une vision générale des “effecteurs de la différenciation”: gènes codants des protéines ou des miRNA. Ces gènes agissent en aval de p63 pour réguler la prolifération ou enclencher la différenciation terminale des keratinocytes.


  • Résumé

    The outer layer of human skin, the epidermis, is a self-renewing, stratified squamous epithelial tissue. In adult tissue, the maintenance of epidermal homeostasis depends on an exquisite regulation of the balance between keratinocyte proliferation and differentiation. However, the specific molecular mechanisms governing each of these processes are not completely understood. p63 (TP63), a member of tumor suppressor p53 family, acts as a key regulator in controlling proliferation and differentiation balance in human keratinocytes. Although our knowledge of p63 was tremendously extended in the past years, little is known on the molecular mechanisms downstream of p63 that regulate the epidermal homeostasis. The identification of functional “effectors” acting downstream of p63 is an open question. By analyzing the transcriptional changes and phenotypic consequences of the loss of either p63 or MYC in human mature keratinocytes, I have characterized the networks acting downstream of these two genes to control epidermis homeostasis. I have shown that p63 is required to maintain growth and to commit to differentiation by two distinct mechanisms. Knockdown of p63 led to downregulation of MYC via the Wnt/-catenin and Notch signaling pathways and in turn reduced keratinocyte proliferation. In addition, p63 controls the keratinocyte proliferation by directly repressing the transcription regulator of bHLH family, ID2. I demonstrated that a p63-controlled keratinocyte cell fate (KCF) network is essential to induce the onset of keratinocyte differentiation. This network contains several secreted proteins involved in cell migration/adhesion, including fibronectin 1 (FN1), interleukin 1 beta (IL1B), cysteine-rich protein 61 (CYR61), and jagged-1 (JAG1), that act downstream of p63 as key effectors to trigger differentiation. My findings establish for the first time a connection between p63 and MYC and show that the balance between MYC-controlled cell-cycle progression network and p63-controlled cell migration-related network dictate skin cell fate. Finally, I have characterized a set of miRNAs controlled by p63, and specified their roles in the onset of keratinocyte terminal differentiation. They target MAPKs, which have a strong effect on differentiation. Actually, inhibition of MAPKs was able to rescue the defects of differentiation caused by the loss of p63. My PhD work enabled the emergence of a general view on the “differentiation effectors”, both protein coding and non-coding small RNA genes, acting downstream of p63 to promote the commitment of human keratinocytes to terminal differentiation.

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