Etude physiopathologique d'une ichtyose inflammatoire, le "peeling skin disease", à l'aide de deux modèles murins invalidés pour la cornéodesmosine

La cornification est la dernière étape de la différenciation terminale de l'épiderme. Elle est caractérisée par de profonds remaniements morphologiques et biochimiques du kératinocyte et aboutit à la formation d'une couche cornée solide, résistante, imperméable et hydratée, responsable de la fonction " barrière " de l'épiderme. Certaines génodermatoses rares, appelées ichtyoses, sont dues à des mutations de gènes impliqués dans la cornification. Le " Peeling Skin Disease " (PSD, OMIM 270300) est une ichtyose inflammatoire généralisée, caractérisée par une importante desquamation, de l'eczéma et un prurit souvent sévère et insomniant. Cette maladie chronique entraine une altération importante de la qualité de vie du patient. A ce jour, aucune thérapie efficace n'est disponible. Le PSD est dû à des mutations homozygotes du gène Cornéodesmosine (CDSN), qui code une protéine adhésive de l'épiderme essentielle à la cohésion du stratum corneum (SC) et à l'homéostasie de la barrière épidermique. La physiopathologie du PSD est encore mal connue. Le décollement du SC conduit à une rupture de la barrière épidermique, qui déclenche à son tour érythème, atopie et prurit, par des mécanismes non élucidés. Afin de décortiquer ces mécanismes, j'ai utilisé deux modèles murins d'invalidation du gène Cdsn (knock-out, KO) dans l'épiderme. Le premier mime le stade précoce du PSD (décollement du SC chez l'embryon E18.5 Cdsnep-/-) et le second, qui est inductible, reproduit le stade chronique (défaut persistant de la barrière épidermique chez la souris adulte Cdsniep-/-). J'ai réalisé l'étude comparative du transcriptome cutané de ces deux modèles à l'aide de puces à ADN. Des signatures d'expression génique distinctes, en lien avec une réponse de restauration de la barrière cutanée, ont été obtenues : induction principalement de gènes de l'inflammation et de la prolifération (Cdsnep-/-) vs des gènes de défenses de l'hôte et de la cornification (Cdsniep-/-). En particulier, une forte expression de gènes codant des inhibiteurs de protéases à cystéine de la famille des stéfines A (cystatine A chez l'homme) et des protéases à sérine de la famille des kallikréines (KLKs), caractérise le modèle adulte Cdsniep-/-. Ceci a été secondairement confirmé dans l'épiderme de patients atteints de PSD. Parmi les KLKs, KLK13 est apparue la plus fortement exprimée, contrairement à KLK5 dont l'expression reste faible et stable. KLK13 pourrait donc intervenir dans la réponse inflammatoire et/ou la desquamation, mécanismes dans lesquels jusqu'à présent seule KLK5 a été décrite comme jouant un rôle central. Une surexpression de KLK13 avait déjà été décrite dans l'épiderme de patients atteints de PSD et au niveau de lésions psoriasiques, ce qui conforte notre hypothèse. Ainsi, mes résultats mettent en lumière KLK13, dont la fonction dans l'épiderme est encore très peu connue. En parallèle, dans le cadre d'un travail collaboratif, j'ai participé à une étude centrée sur la composante inflammatoire de la maladie, réalisée à l'aide de notre modèle de souris adultes Cdsniep-/-. Les résultats obtenus montrent un développement simultané des voies inflammatoires de type Th2 et Th17, ainsi qu'une contre-régulation entre ces deux axes au cours de la maladie chez la souris. En conclusion, mon travail contribue à mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques du PSD. Notamment, le modèle adulte Cdsniep-/- apparaît comme particulièrement pertinent pour étudier la maladie humaine. L'exploration du rôle, dans le contexte du PSD, des gènes candidats identifiés pourrait déboucher sur la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques. Enfin, nos résultats seront certainement bénéfiques à l'étude d'autres maladies dermatologiques inflammatoires rares (syndrome de Netherton, syndrome SAM) ou fréquentes (psoriasis, dermatite atopique), qui présentent un défaut de barrière épidermique.Cornification is the final step of epidermal differentiation. It is characterized by structural and biochemical modifications of keratinocytes and leads to the formation of a solid, resistant, impermeable and moisturized cornified layer, responsible for the "barrier" function of the epidermis. Some rare genodermatoses, called ichthyoses, are caused by mutations of genes involved in cornification. The Peeling Skin Disease (PSD, OMIM 270300) is a generalized inflammatory ichthyosis characterized by important desquamation, eczema and severe itching. This chronic disease severely affects patients 'quality of life and no specific therapy is currently available. PSD is due to homozygous mutations in the Corneodesmosin (CDSN) gene, which codes an adhesive epidermal protein crucial for the cohesion of the stratum corneum (SC) and the epidermal barrier homeostasis. The pathophysiology of PSD is still poorly understood. The detachment of the SC leads to an impairment of the epidermal barrier which could in turn trigger erythema, atopic manifestations and pruritus by so far unidentified mechanisms. In order to dissect these mechanisms, I used two epidermis-specific Cdsn-deficient mouse models (knock-out, KO). The first mimics the early phase of PSD (detachment of the SC in Cdsnep-/- E18.5 embryos) and the second, inducible, reproduces the chronic phase (permanent permeability defect in Cdsniep-/- adult mice). I performed a comparative analysis of the skin transcriptome between these two models using DNA microarrays. Distinct molecular signatures related to a skin barrier repair response were highlighted: increased expression of inflammatory and proliferative genes (Cdsnep-/-) vs antimicrobial defense and cornification genes (Cdsniep-/-). In particular, a strong expression of genes coding for inhibitors of cysteine proteases from the stefin A family (cystatin A in humans), and serine proteases of the kallikrein (KLK) family, was distinguishable in Cdsniep-/- mice. This was secondarily confirmed in the epidermis of PSD patients. Among the KLKs, KLK13 was the most strongly up-regulated, contrary to KLK5 whose expression remains low and constant. Thus, KLK13 could take part into the inflammatory response and/or the desquamation when until now only KLK5 was described as playing a central role in these mechanisms. An up-regulation of KLK13 has already been described in the epidermis from PSD patients and from chronic psoriatic plaques, reinforcing our hypothesis. Thus, my results highlight KLK13, whose epidermal function is still poorly characterized. At the same time, I was part of a collaborative study focusing on the inflammatory component of the disease carried out with our Cdsniep-/- adult mouse model. The results showed a simultaneous development of type 2 and type 17 T lymphocytes responses as well as a counter-regulation between these two inflammatory axes. In conclusion, my work contributes to a better understanding of PSD pathophysiology. Notably, the Cdsniep-/- adult mouse model seems especially relevant to study the human disease. A further exploration, in the context of PSD, of the role of the candidate genes we identified could lead to the discovery of new therapeutic targets. Finally, our results will certainly be helpful for the understanding of other inflammatory skin diseases with epidermal barrier defects, whether they are rare (Netherton syndrome, SAM syndrome) or frequent (psoriasis, atopic dermatitis)