Receptor syndecan-1 controls MMP-9 expression during keratinocyte migration

par Anna Michopoulou

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Patricia Rousselle.

Le président du jury était Jean-François Nicolas.

Le jury était composé de Nor Eddine Sounni, Benjamin Richard.

Les rapporteurs étaient Jelena Gavrilovic, Fabrice Allain.

  • Titre traduit

    Le récepteur syndecan-1 contrôle l'expression de MMP-9 au cours de la migration des kératinocytes


  • Résumé

    La phase de l'épithélialisation de la réparation cutanée se déroule en impliquant plusieurs processus dynamiques et interactifs pendant lesquels les kératinocytes migrent, prolifèrent et se différentient afin de reconstruire la fonction de la barrière. La migration des kératinocytes est l'événement qui détermine l'efficacité du processus entier. Le comportement migratoire est contrôlé au même temps au niveau extracellulaire et intracellulaire et dépend d'interactions dynamiques entre les cellules et leur environnement extracellulaire, des facteurs de croissance et des cytokines. Parmi les protéines de la matrice extracellulaire, la laminine 332 est un substrat d'adhésion majeur des kératinocytes qui joue un rôle important au cours de la migration des kératinocytes, travers son domaine LG4/5 localisé à l'extrémité carboxy-terminale de sa chaine a. Des études récentes ont rapporté que l'induction de la migration des kératinocytes par LG4/5 est dépendante des Métalloprotéinases Matricielles pro-migratoires (MMP)-9 et -1 qui jouent des rôles essentiels au cours de la cicatrisation et surtout pendant la ré-épithélialisation. Etant donné que des travaux antérieurs du laboratoire ont montré que le domaine LG4/5 participe à la dynamique du cytosquelette et à la motilité cellulaire au travers de liaisons avec les récepteurs de type de protéoglycanes à heparane sulfate, syndécan-1 et -4 on a regardé l'implication potentielle de ces récepteurs au processus. Afin d'analyser la participation possible des syndecans dans ce processus, nous avons développé une approche de mutagénèse dirigée dans la protéine LG4/5 recombinante pour altérer les sites de liaison aux syndécan-1 ou -4. Notre analyse PCR et nos résultats de zymographie ont révélé une différence du profile d'activation des MMPs en fonction de la mutation produite et donc de la capacité de la protéine à recruter le syndécan-1 ou le syndécan-4, ainsi que le syndécan-1, et pas la syndécan-4, est impliqué dans l'activation de la production de la MMP-9 par LG4/5. Nous avons ensuite confirmé ces résultats en réduisant l'expression du syndécan-1 dans des kératinocytes et on a pu aussi montrer que le traitement avec des cytokines telles que TNFalpha et IL-1beta, connues pour leur capacité d'induire l'activation de la MMP-9, a produit le même résultat dans ce systéme. L'addition de l'héparine dans nos experiences a inhibé l'activation de l'expression de MMP-9 suggerant que les heparanes sulfates dans syndecan-1 sont impliqué au mécanisme. Pour confirmer ces résultats des experiences avec des séries de syndecan-1 mutés sont en cours. Pour conclure, nos résultats montrent pour la première fois un rôle important de syndecan-1 à l'expression de MMP-9 suggérant que sa re-distribution au front des kératinocytes migratoires puisse éventuellement être liée au clivage ou à la dégradation des protéines de la matrice extracellulaire. En plus, nos résultats proposent que le domain LG4/5 de la laminin 332 libéré soit capable d'affecter la balance de l'expression de la MMP-9 lors de la migration des kératinocytes en leur permettant de traverser le caillot de fibrine


  • Résumé

    During skin repair, the epithelialization phase occurs by an orderly series of events whereby keratinocytes migrate, proliferate, and differentiate to restore the barrier function. Keratinocyte migration determines the efficiency of the overall wound repair process. The migratory behaviour is governed at both the extracellular and intracellular levels and depends on the carefully balanced dynamic interactions of the cells with ECM components, growth factors and cytokines. Among extracellular matrix proteins, laminin 332, known as a major adhesion substrate for keratinocytes was shown to contribute to skin reepithelialization through its a3 chain C-terminal domains LG45. Recent studies have reported that LG45 induces keratinocyte migration, an event that relies on the involvement of the pro-migratory matrix metalloproteinases-1 and -9, two MMPs known to play a role in the reepithelialization phase of wound healing. As findings from our laboratory have reported that LG45 domains participate in cytoskeleton dynamic and cell movement through binding of the heparan sulphate proteoglycans syndecan-1 and -4, we analyzed the potential involvement of these receptors in this process. To that end, we have developed a site-directed mutagenesis approach within a recombinant LG45 protein to alter either the syndecan-1 or syndecan-4 binding site. Our PCR analysis and zymography results revealed that depending on the mutants, syndecan-1 or syndecan-4 recruitment induced different MMP activation profile and suggested that syndecan-1 plays a role in LG45 induced MMP-9 expression and activation. We confirmed these results by down regulating syndecans expression in keratinocytes and revealed that this phenomenon also occurred when cells were treated with TNFalpha or IL1beta, two cytokines known to up-regulate MMP-9 expression. Addition of heparin in these experiments abolished MMP-9 expression activation suggesting that syndecan-1 heparan sulfate moieties are involved in this mechanism. Confirming experiments using a series of mutated syndecan-1 in their ectodomain (lacking glycosaminoglycan chains) or in their cytoplasmic tail are ongoing in the lab. Taken together, our data demonstrate for the first time that syndecan-1 plays a pivotal role in MMP-9 expression, suggesting that its re-distribution at the front edge of migrating keratinocyte may have a role to play in the cleavage or degradation of extracellular matrix proteins. Our results further suggest that the released laminin 332 LG45 domain has the ability to impact the MMP9 expression balance during keratinocyte migration therefore facilitating their path through the fibrin clot

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