Evolution de la lame basale épidermique au cours du vieillissement cutané

Evolution of the epidermal basement membrane during skin aging

• Auteur / Autrice : Eva Roig Rosello
• Direction : Patricia Rousselle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Piccerelle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Rousselle, Walid Rachidi, Ingrid Masse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Piccerelle, Walid Rachidi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Crêtes épidermiques

Jonction dermo-épidermique

Matrice extracellulaire

Peau

Mots clés libres

Matrice extracellulaire

Jonction dermo-épidermique

Crêtes épidermiques

Peau,vieillissement

Propriétés mécaniques

Extracellular matrix

Dermal-epidermal junction

Epidermal rete ridges

Skin,aging

Mechanical properties

Résumé

La peau représente la première barrière physique et chimique entre le corps et l'environnement. La jonction dermo-épidermique (JDE), une structure en forme de feuillet de matrice extracellulaire hautement spécialisée, relie l'épiderme et le derme. Dans la peau inter-folliculaire humaine, la JDE possède une microarchitecture ondulée constituée d'excroissances de l'épiderme, appelées crêtes épidermiques, qui s'intercalent dans le derme papillaire, créant ainsi les papilles dermiques. Cette structure ondulée augmente la cohésion mécanique tout en favorisant les échanges moléculaires entre les deux couches. De même, il permet que les papilles dermiques soient pourvues de capillaires sanguins par lesquels les kératinocytes obtiennent des nutriments. La JDE est principalement constituée de laminines, de collagènes IV et VII, de nidogène et de sulfates d'héparane comme le perlecan ou le collagène XVIII. La laminine 332 et le collagène VII sont spécifiquement exprimés sur la JDE qui constituent le complexe d'ancrage. Plus précisément, la laminine 332 interagit simultanément avec les domaines extracellulaires des composants des hémidesmosomes et le collagène VII, qui à son tour se lie au réseau de collagène IV en formant des structures en forme de U qui entourent les fibrilles interstitielles du derme papillaire. Néanmoins, une détérioration de la composition de la JDE et un aplatissement de son patron d’ondulation surviennent au cours du vieillissement. La distribution et la topographie des protéines ubiquitaires et du complexe d'ancrage de la JDE ont été étudiées en réalisant des marquages d’immunofluorescence et de la microscopie confocale, et toutes les analyses quantitatives ont été évaluées en utilisant le logiciel Fiji-ImageJ. Pour effectuer nos expériences, nous avons utilisé des biopsies cutanées d'individus âgés de 2 ans et des biopsies de peau abdominale de femmes âgées de 20 à 59 ans, présentant un phototype cutané Fitzpatrick I-III. En outre, les propriétés mécaniques intrinsèques des régions épidermiques et dermiques proches de la JDE des parties supérieure et inférieure des crêtes ont été étudiées avec de la microscopie à force atomique. L'analyse exhaustive des composants de la JDE sur les biopsies de prépuce a révélé que les composants du complexe d'ancrage présentaient un profil d'expression sous forme de gradient d'intensité croissante du bas vers le haut des crêtes, tandis que les composants ubiquitaires de la membrane basale ne présentaient aucune variation en fonction de l'emplacement et restaient uniformément exprimés. De plus, l'étude des deux profils d'expression sur la cohorte a montré que la présence du profil d'expression sous forme de gradient diminue progressivement en même temps que le raccourcissement de la longueur des crêtes au cours du vieillissement. D’autre part, les expériences de microscopie à force atomique ont montré des différences significatives entre les propriétés mécaniques intrinsèques des différentes zones étudiées. Nos résultats montrent que la distribution des structures d'ancrage fluctue tout au long de la JDE et que les forces mécaniques provenant des zones supérieures et inférieures varient en fonction de leur emplacement sur les crêtes, en suggérant que la force d'ancrage de l'épiderme est plus élevée à l'apex des papilles dermiques. De même, ils mettent en évidence la perte progressive de la distinction entre les parties supérieure et inférieure des crêtes parallèlement à l'aplatissement de la JDE au cours du vieillissement. En conclusion, l’ensemble des résultats indiquent que les deux réseaux moléculaires superposés interfèrent de manière différentielle avec la topographie de la JDE, attribuant aux composants du complexe d'ancrage un potentiel rôle dans le maintien du modèle ondulé distinctif de la JDE ainsi que dans l’influence du comportement des cellules épidermiques.

Skin represents the first physical and chemical barrier between the body and the environment. The dermal epidermal junction (DEJ), a highly specialized sheet-like structure of extracellular matrix, interconnects the epidermis and the dermis. In human interfollicular skin, DEJ possesses a wave-like microarchitecture constituted of epidermis outgrowths, known as epidermal rete ridges, which intercalate into papillary dermis, creating dermal papilla. This undulating pattern increases the mechanical cohesion as well as enhances the molecular exchange between both layers. Likewise, it allows the dermal papillae to be endowed with blood capillaries through which keratinocytes obtain nutrients. DEJ is mainly constituted of laminins, collagens IV and VII, nidogen and heparan sulfates as perlecan or collagen XVIII. Laminin 332 and collagen VII are epithelial-specific DEJ components that constitute the anchorage complex. More specifically, laminin 332 interacts simultaneously with extracellular domains of hemidesmosomes components and collagen VII, which in turn binds collagen IV network forming U-shaped structures that surround dermal interstitial fibrils. Nevertheless, deterioration of DEJ composition and flattening of its undulating pattern occur during aging. Distribution and topography of ubiquitous basement membrane and anchoring DEJ complex proteins were studied using immunofluorescence staining and confocal microscopy, and all quantitative analyses were assessed using Fiji-ImageJ program. Experiments were performed using foreskin biopsies from 2-year-old individuals and abdominal skin biopsies of females aged from 20 to 59 years old, with Fitzpatrick skin phototype I-III. Furthermore, intrinsic cellular mechanical properties of epidermal and dermal regions closed to DEJ from the top and the bottom areas of rete ridges were studied using atomic force microscopy. Exhaustive analysis of DEJ components in foreskin biopsies revealed that anchoring structure elements showed a pattern of expression in a gradient of increasing intensity from the bottom to the top of rete ridges, whilst ubiquitous basement membrane components did not display any location-dependent variation and remained evenly distributed. Furthermore, the study of both DEJ expression patterns on the cohort has shown that the presence of the gradient expression pattern declines progressively along with the shortening of rete ridges depth during aging. Besides, atomic force microscopy experiments have displayed significant differences between the intrinsic mechanical properties from the distinct studied areas. Our results demonstrate that anchoring structures distribution fluctuates along the DEJ and mechanical forces from the upper and lower areas vary depending on their location over rete ridges, suggesting that the anchoring strength of the epidermis is higher at the apex of dermal papillae. Likewise, they highlight the progressively loss of distinctiveness between the upper and the bottom parts of rete ridges accompanied by the DEJ flattening during aging. In conclusion, they indicate that the two superimposed molecular networks differentially interfere with the topography of the DEJ, assigning to anchoring complex components, a potential role in maintaining the distinctive DEJ microarchitectural undulating pattern and potentially influencing epidermal cell fate.