Rôle du trafic vésiculaire dans la barrière épidermique // Role of intracellular trafficking in the epidermal barrier

La fonction principale de l'épiderme est d'établir une barrière entre l'organisme et son environnement. La couche la plus superficielle de l'épiderme, la couche cornée ou stratum corneum, s'oppose aux déperditions hydriques, prévient la pénétration de molécules exogènes et d'agents pathogènes, s'oppose aux rayonnements UV et procure une grande résistance mécanique. Les propriétés de la couche cornée sont directement dépendantes des cellules sous-jacentes, les kératinocytes granuleux du stratum granulosum, qui constituent la dernière couche de cellules vivantes de l'épiderme.
Les kératinocytes granuleux sécrètent dans le milieu extracellulaire des lipides, des enzymes du métabolisme lipidique, des protéases et leurs inhibiteurs, des peptides anti-microbiens, etc., qui ont un rôle majeur dans la fonction barrière de l'épiderme. La plupart de ces molécules sont préalablement stockées dans des structures tubulo-vésiculaires présentes dans le cytoplasme des kératinocytes granuleux, les corps lamellaires. Des travaux antérieurs de notre équipe ont permis d'identifier certains éléments moléculaires, régulateurs du trafic des corps lamellaires, tels que les GTPases Rab11A, Rab27B et le moteur moléculaire Myosine 5B. Les kératinocytes les plus superficiels du stratum granulosum subissent une dégradation progressive de leurs organites et du noyau via un processus d'autophagie, appelé organellophagie. Ce processus participe à la génération des cellules mortes, rigides et kératinisées de la couche cornée : il est lui aussi dépendant d'un trafic vésiculaire finement régulé dans l'espace et dans le temps.
Le but de cette thèse sera d'étudier les voies moléculaires qui conduisent à la régulation (1) du trafic des corps lamellaires jusqu'à l'étape finale de sécrétion et (2) de l'organellophagie, dans les kératinocytes granuleux. Ces études seront menées sur la peau humaine normale ainsi que sur la peau de patients atteints de dermatite atopique, une pathologie cutanée présentant un défaut de barrière épidermique.
En nous basant sur des données « omiques » (génomiques, transcriptomiques, protéomiques) produites dans notre équipe ou résultant de la ré-analyse de données publiques (bases de données GWAS, GSEA, GEO), nous focaliserons notre travail sur des régulateurs du trafic vésiculaire et/ou de l'autophagie exprimés dans les couches superficielles de l'épiderme et possiblement sous- ou sur-exprimés dans la dermatite atopique. Sur un plan expérimental :
(i) Nous analyserons l'expression et la distribution de ces éléments moléculaires dans la peau normale et de patients atopiques, par immunohistologie et imagerie confocale. Notre équipe possède une collection de 30 biopsies de patients (zone lésionnelle, zone non-lésionnelle et contrôle sain apparié) établie avec le Service de Dermatologie du CHU. (ii) Nous produirons des modèles 3D d'épidermes humains reconstruits dans lesquels l'expression des éléments moléculaires d'intérêt sera modulée: soit négativement (par CRISPR-Cas9 ou interférence ARN), soit positivement (par expression de lenti-vecteurs sous promoteur IVL). Ces modèles seront analysés par RT-PCR, western-blotting, immunohistologie, microscopie optique confocale et microscopie électronique, afin de déterminer les conséquences phénotypiques sur le trafic des corps lamellaires ainsi que sur l'organellophagie. Des tests fonctionnels de barrière épidermique seront également réalisés. (iii) En parallèle, nous produirons des modèles 3D d'épidermes humains mimant la dimension inflammatoire de la dermatite atopique, par addition de cytokines inflammatoires. Ces modèles atopiques seront soumis aux mêmes modulations géniques qu'en (ii), ainsi qu'aux mêmes analyses phénotypiques. Une collaboration déjà établie avec une équipe de recherche autrichienne (Pr Sandrine Dubrac, Medical University of Innsbruck, Autriche) nous permettra d'étendre nos études à des modèles murins atopiques : lignée de souris « Flaky tail » et souris traitées au MC903.
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The main function of the epidermis is to establish a barrier between the organism and its environment. The most superficial layer of the epidermis, the stratum corneum, acts as a barrier against water loss, prevents the penetration of exogenous molecules and pathogens, protects against UV radiation, and provides significant mechanical resistance. The properties of the stratum corneum are directly dependent on the underlying cells, the granular keratinocytes of the stratum granulosum, which form the last layer of living cells in the epidermis.
First, granular keratinocytes secrete lipids, lipid metabolism enzymes, proteases and their inhibitors, antimicrobial peptides, etc., into the extracellular space, playing a major role in the barrier function of the epidermis. Most of these molecules are initially stored in tubular-vesicular structures within the cytoplasm of granular keratinocytes, called lamellar bodies, and are then secreted to contribute to the composition of the stratum corneum. Previous works from our team have identified molecular elements that regulate the trafficking of lamellar bodies, such as GTPases Rab11A, Rab27B, and the molecular motor Myosin 5B. Second, the most superficial keratinocytes of the stratum granulosum undergo progressive degradation of their organelles and nuclei via an autophagy process called organellophagy. This process contributes to the generation of dead, rigid, and keratinized cells of the stratum corneum: it is also dependent on a vesicular trafficking which is finely regulated in space and time.
The aim of this PhD thesis is to study the molecular pathways leading to the regulation (1) of lamellar body trafficking until the final secretion step, and (2) of organellophagy, in granular keratinocytes. These studies will be conducted on normal human skin as well as on skin from patients with atopic dermatitis, a very common skin disease characterized by a defective epidermal barrier.
Based on 'omic' data (genomic, transcriptomic, proteomic) produced within our team or resulting from the re-analysis of public data (GWAS, GSEA, GEO databases), we will focus our work on regulators of vesicular trafficking and/or autophagy expressed in the superficial layers of the epidermis and potentially under- or over-expressed in atopic dermatitis.
On an experimental level:
(i) We will analyze the expression and distribution of these molecular elements in normal skin and in atopic patients' skin using immunohistology and confocal imaging. Our team has a collection of 30 biopsies from patients (lesional, non-lesional, and matched healthy control) established in collaboration with the Dermatology Department of the Toulouse University Hospital, which will be used for the study.
(ii) We will produce 3D models of reconstructed human epidermis in which the expression of the molecular elements of interest will be modulated: either negatively (via CRISPR-Cas9 or RNA interference) or positively (via lentiviral vectors under the IVL promoter). These 3D models will then be analyzed by RT-PCR, western blotting, immunohistology, confocal optical microscopy, and electron microscopy to determine the phenotypic consequences on lamellar body trafficking as well as organellophagy. Functional epidermal barrier tests will also be performed.
(iii) In parallel, we will produce 3D models of human epidermis mimicking the inflammatory dimension of atopic dermatitis by adding inflammatory cytokines. These atopic models will undergo the same genetic modulations as in (ii) and the same phenotypic analyses. An established collaboration with an Austrian research team (Pr. Sandrine Dubrac, Medical University of Innsbruck, Austria) will allow us to extend our studies to atopic murine models: the 'Flaky tail' mouse strain and mice treated with MC903.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Toulouse

151 BSB - Biologie, Santé, Biotechnologies

Etudiant(e) particulièrement motivé(e), possédant de bonnes bases de biologie cellulaire et/ou physiologie animale, de formation universitaire ou autre.
A particularly motivated student, with a strong background in cell biology or animal physiology would be appreciated.