Criblage bioluminescent microARN spécifique d’une librairie d’extraits naturels de plantes pour des applications dans le remodelage cutané

MicroRNA-based bioluminescent screening of a natural plant extracts library for cutaneous remodeling applications

• Auteur / Autrice : Elodie Henriet
• Direction : Patrick Baril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 24/06/2021
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de biophysique moléculaire (Orléans ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Emilie Destandau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Iuliana Popa, Catherine Grillon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Lamartine, Michel Simon

Mots clés

Mots clés contrôlés

thérapie

Psoriasis

physiologie

Silymarine

métabolisme

Kératinocytes

génétique

microARN

Lifting

Bioluminescence

Criblage pharmacologique

Mots clés libres

RILES

Résumé

Les microARNs jouent un rôle essentiel dans la morphogénèse et l’homéostasie cutanée. Cette classe d’ARN non codant contrôle plusieurs voies de signalisation en régulant l’expression de réseaux entiers de gènes cibles. Ils sont donc considérés comme des cibles biologiques de choix pour les stratégies de criblage de composés bioactifs. Au laboratoire, nous avons conçu une sonde d’imagerie bioluminescente inductible par les microARNs, dénommée RILES pour « RNAi-Inducible Luciferase Expression System » qui se prête particulièrement bien au criblage cellulaire de librairies de composés synthétiques. Au cours de ce doctorat, nous avons placé le système RILES sous contrôle de l’axe de régulation TGF-β1/microARN-21 choisi pour son rôle central dans la ré-épithélialisation cutanée. Le criblage d’une extractothèque de 37 extraits bruts de plantes nous a permis d’identifier trois extraits bruts de plantes, dont celui du Chardon Marie (Silybum marianum (L.) Gaertn) qui a fait l’objet d’études mécanistiques et fonctionnelles poussées.Nous avons montré que l’effet de l’extrait de Chardon-Marie sur le microARN-21 est dépendant d'un complexe contenant six flavonolignanes, appelé silymarine (SM). Des études d’immunoprécipitation de la protéine Argonaute 2 couplée à laRT-qPCR ont permis de révéler un mécanisme de régulation original du microARN-21 par cet extrait. Le séquençage àhaut débit du transcriptome (RNA-seq) des kératinocytes en réponse au traitement par le TGF-β1 et la SM a permis demettre en évidence trois signatures d’expression génique majeures associées à la différenciation kératinocytaire, aucycle cellulaire et de façon inattendue au métabolisme des lipides. Nous avons montré que la SM bloque le cycle cellulaire en phase G0/G1, inhibe la différenciation des kératinocytes via l’inhibition de l’expression de Notch3 et active la synthèse des lipides en inhibant la phosphorylation d’AMPK et en augmentant l’activité transcriptionnelle de PPARγ. Parailleurs, la SM ralentit la migration cellulaire en perturbant la transition épithélio-mésenchymateuse et inhibe les réponses inflammatoires en bloquant l’activité transcriptionnelle de NF-ƙB. Du fait de ces propriétés biologiques, pour certaines nouvelles, nous avons évalué l’effet thérapeutique de la SM contre le développement du psoriasis en plaques induit par l’imiquimod chez la souris. Nos résultats indiquent que la SM pourrait représenter une alternative prometteuse « naturelle » aux traitements pharmacologiques actuels pour la prise en charge de cette pathologie.

MicroRNAs play essential roles in skin morphogenesis and homeostasis. This class of non coding RNA mediates cross-talk between various signaling pathways through repression of multiple targeted genes. Therefore microRNAs areconsidered as relevant biological targets for screening of bioactive compounds. We previously developed a microRNAmonitoring system called RILES, standing for “RNAi-Inducible Luciferase Expression System” that was found particularlywell suited for cell-based screening of synthetic compound libraries. During this Ph.D project, we placed the RILESsystem under the control of the TGF-β1/microRNA-21 axis of regulation because of its pivotal role in the re-epithelialization process. Screening of 37 plant crude extracts enabled us to identify three plant extracts, for which themilk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn) extract was selected for further in-depth functional and mechanisticinvestigation. We showed that the activity of milk thistle extract on microRNA-21 expression is dependent on a mixture ofsix flavonolignans, called silymarin (SM). Argonaute 2 immunoprecipitation (RIP) coupled with RT-qPCR analysisunveiled an original mechanism of action of SM on microRNA-21 regulation. RNA next generation sequencing (RNA-seq)analysis of keratinocytes treated with TGF-β1 plus SM revealed three main transcriptomic signatures associated withkeratinocytes differentiation, cell cycle and surprisingly lipid metabolism. We showed that SM blocks cell cycleprogression in G0/G1 phase, inhibits keratinocytes differentiation through repression of Notch3 and stimulates lipidsynthesis via inhibition of AMPK phosphorylation and activation of PPARγ transcriptional activity. Besides, SM reduceskeratinocytes migration by interfering with epithelial-to-mesenchymal transition and inhibits inflammatory responses bysuppressing NF-ƙB transcriptional activity. Because of these novel biological properties, we evaluated the therapeuticefficacy of SM in IMQ-induced-psoriasis-like mouse model. Our results indicate that SM may represent a naturalalternative treatment for psoriasis management.