4.3 Caractérisation fonctionnelle des gènes responsables d’ichtyoses
4.3.1 La souris : un bon modèle pour l’étude de la barrière épidermique
rière épidermique
La souris est un organisme très utilisé pour l’étude physiologique et biochimique de la peau ainsi que pour l’étude de pathologies cutanées humaines. Une étude comparative des gènes les plus exprimés dans la peau humaine et murine a permis de montrer que la majo- rité des gènes en commun codent des protéines essentielles à la structure et à la fonction « barrière » de l’épiderme (Gerber et al., 2014). Ces gènes codent principalement des pro- téines des jonctions intercellulaires, des protéines structurales (enveloppe cornée, matrice extracellulaire) et des protéines associées à la croissance cellulaire (signalisation, facteurs de transcription). L’épiderme de souris représente donc un bon modèle pour l’étude de pathologies cutanées humaines caractérisées par un trouble de la barrière épidermique.
4.3.2
Les modèles murins présentant un défaut de bar-
rière épidermique
Le développement de nombreux modèles murins KO pour des gènes impliqués dans les étapes tardives de la différenciation épidermique ont permis de mieux appréhender les mécanismes moléculaires contrôlant la mise en place et le maintien d’une barrière épider- mique efficace. Ces modèles sont résumés dans le Tableau 5 et sont classés par fonctions de gènes. Ils se caractérisent tous par un défaut fonctionnel de la barrière épidermique (me- suré en général par une augmentation des pertes en eau transépidermiques) et présentent très souvent une létalité postnatale. Cette perte de fonction de barrière est généralement accompagnée d’anomalies majeures de synthèse et de structure des composants essentiels de la couche cornée (défauts des jonctions intercellulaires, anomalies des lipides, de la des- quamation, des enveloppe cornées...). Ces modèles sont également des outils très précieux pour comprendre les mécanismes compensatoires qui peuvent se mettre en place pour palier au défaut de perméabilité épidermique et pour mettre en évidence la redondance fonctionnelle de certaines protéines (exemple souris KO Lor ou KO Krt10 ). Afin de palier au problème lié à une létalité postnatale, des greffes de peau de nouveau-nés KO sur souris
nude ou des modèles de souris KO inductibles sont très souvent développés et permettent
le suivi à plus long-terme du phénotype cutané d’un épiderme KO. Enfin, bon nombre de ces modèles miment parfaitement certaines ichtyoses et ont ainsi permis des avancées majeures dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués dans ces maladies cutanées (Tableau 5).
CHAPITRE 4. LES ICHTYOSES : DES PATHOLOGIES CUTANÉES CARACTÉRISÉES PAR DES ANOMALIES DE LA COUCHE CORNÉE
Tableau 5 – Modèles murins de trouble de la barrière épidermique
Protéines Fonction Phénotype au cours du déve- loppement
Phénotype nouveau-né Phénotype adulte ou
greffe Ichtyoses Références
Cornéocytes, enveloppe cornée
Evpl Précurseur de l’enveloppe cornée
E16,5 : léger retard dans la mise en place de la bar- rière ; E17,5 : phénotype normal, barrière établie
Phénotype normal (plus d’en- veloppes cornées immatures)
Phénotype normal (étudié jusqu’à 1an) aucune (Maatta et al., 2001) Inv, Ppl, Evpl Précurseurs de l’enve- loppe cornée E16,5-E17,5 : re- tard dans la mise en place de la barrière
P0 : phénotype normal ; P4-P5 : peau sèche, écailleuse, hyperkératose
Adulte : hyperkératose, plaque desmosomale anor- male, diminution des lipides intercornéocytaires, défaut de desquamation dû à une diminution d’activité protéasique aucune (Sevilla et al., 2007) Tgm1 Catalyse les liaisons cova- lentes entre précurseurs protéiques de l’enveloppe cornée E16,5-E18,5 : pas de barrière fonc- tionnelle ; E18,5 : pas d’enveloppe cornée
Absence d’enveloppe cornée, lamelles lipidiques désorgani- sées, couche cornée compacte ; Létalité postnatale <1 jour, déficit fonction barrière
Greffe : comme épiderme nouveau-né + épiderme hyperprolifératif, hyper- kératose, follicules pileux immatures et écailles permettant de réduire le trouble de la barrière ARCI (Kuramoto et al., 2002; Au- fenvenne et al., 2012; Na- kagawa et al., 2012) Flg Agrégation des filaments intermé- diaires de kératine ; Participe au FNH
ND Viable, pas de phénotype à P0 ; Entre 3 et 6 jours après naissance apparition d’une peau plissée, sèche et brillante. Moins de grains de kératohya- line mais SC toujours hydraté. Plus sensibles aux allergies et à la pénétration d’allergènes. ND IV (Kawasaki et al., 2012) Krt1 Protéine des filaments in- termédiaires
ND Létalité postnatale mais pas de phéno-
type apparent, épiderme nor- mal. Barrière épidermique in- tacte. Légère augmentation du TEWL. Nette diminution des enveloppes cornées. ND ECIB (Roth et al., 2012) Krt10 Protéine des filaments in- termédiaires
ND Phénotype normal. Légère augmentation de la taille des kératinocytes granuleux. (Compensation de la perte de Krt10 par d’autres kératines)
ND ECIB (Reichelt et al., 2001) Lor Précurseur de l’enveloppe cornée
E16,5 : retard dans la mise en place de la barrière ; E17,5 : phénotype normal, barrière établie
Peau translucide et brillante ; Fragilité des enveloppes cor- nées.
Dès P4-P5 : phénotype normal ; Augmentation de l’expression d’autres pré- curseurs d’enveloppe cornée (compensation de la perte d’expression de la loricrine) Maladie Camisa (Koch et al., 2000)
Evpl : Envoplakine. Inv : Involucrine. Flg : Filaggrine. Krt1 : Kératine 1. Krt10 : Kératine 10. Lor : Loricrine. Tgm1 : Transglutaminase 1. ARCI : Autosomal Recessive Congenital Ichthyosis. IV : Ichtyose Vulgaire. ECIB : Erythrodermie Congénitale Ichtyosiforme Bulleuse. ND : Non Déterminé. SC : Stratum Corneum.
CHAPITRE 4. LES ICHTYOSES : DES PATHOLOGIES CUTANÉES CARACTÉRISÉES PAR DES ANOMALIES DE LA COUCHE CORNÉE Protéines Fonction Phénotype au
cours du déve- loppement
Phénotype nouveau-né Phénotype adulte ougreffe Ichtyoses Références
Protéines de jonctions Cdsn Protéine structurale des cornéo- desmosomes E18,5 : barrière fonctionnelle si pas de contraintes mécaniques
Défaut de résistance méca- nique des cornéodesmosomes, décollement de la couche cor- née à l’interface avec la couche granuleuse. Létalité postnatale <1 heure, déficit fonction bar- rière
Greffe (4-6 semaines) : épiderme hyperprolifératif, hyperkératose, infiltrat inflammatoire, follicules pileux désorganisés. Greffe (8-9 semaines) : dégénéres- cence de l’épiderme et des follicules pileux. Adulte : squames, hyperkératose, acanthose, TEWL élevé, inflammation PSD (Matsumoto et al., 2008; Le- clerc et al., 2009) Dsc1 Protéine structurale des desmo- somes
ND Présence de fines squames sur le corps entier ; Fragilité de l’épiderme, décollement de la couche cornée ; Perte localisée de la fonction barrière
Différenciation altérée, Alo- pécie, dermatite chronique
aucune (Chidgey et al., 2001) Dsp Protéine structurale des desmo- somes
ND Peau qui pèle, anomalies des desmosomes : absence de plaque desmosomale et de connexion aux filaments intermédiaires, absence des jonctions d’adhérence (létalité non décrite) ND Syndrome SAM (Vasioukhin et al., 2001) Pg Protéine structurale des desmo- somes Létal embryonnaire à partir de E10,5 (défaut cardiaque), 15% survivent jus- qu’à E17,5 : ano- malies des desmo- somes, décollement de la couche cornée
Pas de survie après E17,5 ND aucune (Bierkamp et al., 1996) Cldn1 Protéine structurale des jonctions serrées ND Augmentation perméabilité des jonctions serrées dans la couche granuleuse, Trouble de la cornification, cornéocytes de morphologie anormale. Létalité postnatale <1 jour, déficit fonction barrière
Greffe : épiderme hyperpro- lifératif, infiltrats inflamma- toires Syndrome NISCH (Furuse et al., 2002; Su- gawara et al., 2013) Lipides (partie 1/2) Abca12 Transporteur transmem- branaire dépendant de l’ATP
E18,5 : pas de bar- rière fonctionnelle
Peau rouge et tendue cou- verte d’écailles, hyperkératose, couche cornée compacte, diffé- renciation prématurée de l’épi- derme, anomalie des corps la- mellaires, anomalie de la com- position et de l’homéostasie li- pidiques. Létalité <1 jour, dé- ficit fonction barrière
Greffe de peau souris mu- tées Abca12 (4 semaines) : hyperkératose, acanthose ARCI (Smyth et al., 2008; Ya- nagi et al., 2008; Zhang et al., 2016) Alox12b Enzyme de conversion de l’acide arachi- donique E16,5-E18,5 : pas de barrière fonc- tionnelle
Fragilité de l’enveloppe cor- née, composition épidermique en céramides anormale, matu- ration de la filaggrine anor- male, couche cornée compacte, vacuoles dans la couche gra- nuleuse. Létalité postnatale <3 heures, déficit fonction barrière
ND ARCI (Epp et al.,
2007) Aloxe3 Hépoxiline synthase E16,5-E18,5 : pas de barrière fonc- tionnelle
Phénotype épidermique sem- blable aux nouveau-nés KO Alox12b mais moins sévère. Di- minution des céramides liés co- valemment aux protéines de l’enveloppe cornée. Létalité postnatale <12 heures, déficit fonction barrière
ND ARCI (Krieg
et al., 2013)
Abca12 : ATP-binding cassette transporter. Alox12b : 12R-Lipoxygénase. Aloxe3 : Lipoxygénase 3. Cdsn : Cornéodesmosine. Cldn1 : Claudine 1. Dsc1 : Desmocolline 1. Dsp : Desmoplakine. Pg : Plakoglobine. NISCH : Neonatal Ichthyosis-Sclerosing CHolangitis. PSD : Peeling Skin Disease. SAM : Skin dermatitis, multiple severe Allergies and Metabolic wasting.
CHAPITRE 4. LES ICHTYOSES : DES PATHOLOGIES CUTANÉES CARACTÉRISÉES PAR DES ANOMALIES DE LA COUCHE CORNÉE Protéines Fonction Phénotype au
cours du déve- loppement
Phénotype nouveau-né Phénotype adulte ougreffe Ichtyoses Références
Lipides (partie 2/2) Fatp4 Protéine de transport des acides gras à longue et très longue chaîne
E18,5 : pas de bar- rière fonctionnelle
Hyperkératose, trouble de la desqua- mation. Composition épidermique en acides gras anormale, diminution taille des grains de kératohyaline de type F. Létalité postnatale <1 jour, déficit fonction barrière
ND Syndrome d’ichtyose- prématurité (Herrmann et al., 2003) Cgi-58 Enzyme du métabolisme des triglycé- rides
ND Accumulation de triglycérides sous forme de gouttelettes, hyperkératose avec couche cornée très compacte, couche épineuse plus épaisse. Léta- lité postnatale <16 heures, déficit fonction barrière
Greffe : épiderme hyperpro- lifératif, défaut de dévelop- pement des poils
Syndrome de Chanarin- Dorfman (Radner et al., 2010)
Cers3 Synthèse des céramides à très longue chaîne
E18,5 : pas de bar- rière fonctionnelle
Hyperkératose, couche cornée très compacte. Absence d’enveloppes li- pidiques. Diminution des céramides et glucosylcéramides. Létalité post- natale <3-4 heures, déficit fonction barrière ND ARCI (Jennemann et al., 2012) Pnpla1 Acyltransférase : synthèse des ω-O- acylcéramides
E18,5 : pas de bar- rière fonctionnelle
Trouble de la perméabilité épider- mique. Anomalie de la différen- ciation épidermique, hyperkératose, couche cornée très compacte et acan- those. Anomalie de formation des la- melles lipidiques et dans la synthèse des acylcéramides. Létalité post- natale <12 heures, déficit fonction barrière. KO épidermique : même phénotype mais Létalité à 6 jours.
ND ARCI ()
Ugcg Enzyme ca- talysant la synthèse des glucosylcéra- mides
ND Défauts visibles à partir de P3-P4, desquamation augmentée, anoma- lies de l’arrangement lipidique dans les corps lamellaires, décollement de la couche cornée localisé, apoptose dans couches suprabasales. Létalité postnatale <5 jours, déficit fonction barrière
Adulte (KO épidermique) : peau squameuse, hyperké- ratose, acanthose. Trouble de la différenciation épider- mique, retard de formation des enveloppes cornées, ab- sence de glulcosylcéramides et défaut de liaisons des cé- ramides aux précurseurs de l’enveloppe. aucune (Jennemann et al., 2007; Amen et al., 2013)
Gba Hydrolyse les glucosylcé- ramides en céramides
ND KO épidermique : Altération de la perméabilité épidermique. Anoma- lie de formation des lamelles lipi- diques. Augmentation des glucosyl- céramides et diminution des céra- mides.
Adulte (KO total, non-tissu spécifique) : Inflammation systémique. Au niveau de la peau, acanthose, hyperkéra- tose et infiltrat inflamma- toire dermique. Maladie de Gaucher (Holleran et al., 1994; Mi- zu- kami et al., 2002) Elovl1 Enzyme d’élongation des acides gras à très longue chaîne
E18,5 : pas de bar- rière fonctionnelle
Morphologie anormale de l’épiderme et nouveau-nés de très petite taille. Peau brillante et érythémateuse. Desquamation anormale, anomalie de formation des corps lamellaires et des lamelles lipidiques. Anoma- lie de la composition en lipides de la couche cornée. Létalité postnatale <1 jour, déficit fonction barrière
ND aucune (Sassa et al., 2013) Elovl4 Enzyme d’élongation des acides gras à très longue chaîne
E18,5 : ND Absence de céramideω-hydroxylé à longue chaîne, désorganisation des lipides des corps lamellaires et des lamelles lipidiques. Létalité postna- tale <1 jour, déficit fonction bar- rière, déficit fonction barrière
ND ISQMR (Vasireddy
et al., 2007)
Cers3 : Céramidase 3. Elovl1 : Elongase 1. Elovl4 : Elongase 4. Gba : β-Glucocérébrosidase. Pnpla1 : (Patatin Like Phospholipase Domain Containing 1. Ugcg : Glucosylcéramide synthase. ISQMR : Ichthyosis, Spastic Quadriplegia, and Mental Retardation
CHAPITRE 4. LES ICHTYOSES : DES PATHOLOGIES CUTANÉES CARACTÉRISÉES PAR DES ANOMALIES DE LA COUCHE CORNÉE
Protéines Fonction Phénotype au cours du déve- loppement
Phénotype nouveau-né Phénotype adulte ou
greffe Ichtyoses Références
Protéases et inhibiteurs de protéases
Lekti Inhibiteur de protéase à sé- rine de type Kazal E18,5 : trouble ponctuel de la barrière
Clivage des cornéodesmosomes par protéolyse prématurée de ses compo- sants, décollement de la couche cor- née à l’interface avec la couche gra- nuleuse. Augmentation maturation protéolytique de la filaggrine ; Léta- lité postnatale <1 jour, déficit fonc- tion barrière
Greffe : épiderme hyperpro- lifératif, hyperkératose, in- filtrat inflammatoire, folli- cules pileux désorganisés
Syndrome de Nether- ton (Yang et al., 2004; Des- cargues et al., 2005) St14 Protéase à sé- rine membra- naire
ND Défaut de maturation de la profi- laggrine, anomalie de formation de l’enveloppe lipidique, désorganisa- tion des lipides des corps lamellaires, surface de l’enveloppe cornée aug- mentée. Anomalies des follicules pi- leux, absence de vibrisses. Létalité postnatale <2 jours, déficit fonction barrière
Greffe : épiderme hyperpro- lifératif, hyperkératose avec couche cornée très com- pacte, dégénérescence des follicules pileux ARIH (List et al., 2002, 2003; Schar- sch- midt et al., 2009) Casp14 Protéase à as-
partate
E16,5-E17,5 : pas de phénotype
Défaut de maturation de la filaggrine en acide aminés hygroscopiques ; Dé- faut de la protection anti-UVB de la couche cornée
Adulte : phénotype similaire aux nouveau-nés ARCI (Denecker et al., 2007) Prss8 Protéase à sérine liée à la membrane par ancre GPI, active des canaux
ND Composition lipidique de la couche cornée anormale, altération de la maturation de la profilaggrine, aug- mentation de taille des cornéocytes, défaut des jonctions serrées. Léta- lité postnatale <60h, déficit fonction barrière
ND aucune (Leyvraz
et al., 2005)
Casp14 : Caspase 14. Lekti : Lympho-epithelial Kazal-type-related inhibitor. Prss8 : Prostatine. St14 : Matriptase. ARIH : Ichtyose Autosomique Récessive avec Hypotrichose
CHAPITRE 5. RÔLE PHYSIOLOGIQUE ET IMPLICATIONS PATHOLOGIQUES DE LA CORNÉODESMOSINE
Chapitre 5
Rôle physiologique et implications
pathologiques de la cornéodesmosine
Historiquement, la cornéodesmosine (CDSN) humaine a été découverte au laboratoire par le groupe du Pr Guy Serre au début des années 90. Elle a été identifiée grâce à des anticorps monoclonaux produits après immunisation de souris par un broyat de couche cornée plantaire humaine. La production de ces anticorps avait été initiée à l’époque dans le but d’identifier de nouveaux marqueurs tardifs de la différenciation épidermique (Serre et al., 1991). Depuis, la CDSN a fait l’objet de nombreuses recherches afin de la localiser et de mieux comprendre son rôle au sein de l’épiderme. Notamment le développement de modèles murins KO Cdsn a permis de démontrer que cette protéine joue un rôle crucial dans le maintien de l’intégrité épidermique et du follicule pileux. Pour la première fois, en 2010, le gène CDSN a été identifié muté chez des patients atteints d’une ichtyose inflammatoire, le « Peeling Skin Disease » (PSD). Les travaux antérieurs sur la CDSN ont permis de mieux comprendre la cause du PSD : un défaut de cohésion du stratum
corneum. L’identification récente du substratum génétique de cette ichtyose a valu un
regain d’intérêt pour la CDSN, et surtout, a initié des travaux de recherche visant à mieux comprendre la physiopathologie du PSD. L’objet de cette thèse en fait partie.
5.1
La cornéodesmosine : protéine des étapes tar-
dives de la différenciation terminale kératinocy-
taire
La CDSN est reconnue spécifiquement par deux des anticorps monoclonaux qui ont été produits au laboratoire et nommés G36-19 et F28-27 (Serre et al., 1991). Par des marquages immunohistologiques et d’immunomicroscopie électronique, ces anticorps ont permis d’étudier finement son expression tissulaire et sa localisation subcellulaire. La
CHAPITRE 5. RÔLE PHYSIOLOGIQUE ET IMPLICATIONS PATHOLOGIQUES DE LA CORNÉODESMOSINE CDSN est principalement exprimée dans les épithéliums malpighiens cornifiés (épiderme et épithélium du palais dur chez l’homme) et dans le follicule pileux (Figure 35). De plus, elle est présente dans les corpuscules de Hassal (corpuscules thymiques), qui contiennent des cellules épithéliales très similaires aux kératinocytes épidermiques différenciés. Elle est absente des épithéliums non cornifiés tels que le vagin, l’utérus et l’œsophage (Serre et al., 1991; Gallinaro et al., 2004).