La peau reconstruite : modèle d'étude du keratinocyte, du fibroblaste et de leurs interactions. Effets des ultraviolets, dommages et réparation

Human skin reconstructed in vitro as a model to study the keratinocyte, the fibroblast and their interactions: photodamage and repair processes

L'Oréal Recherche, Centre C. Zviak, 90, rue du général Roguet, 92583 Clichy, France

Auteur de correspondance : fbernerd@rd.loreal.com

Reçu : 19 Octobre 2005

Résumé

Le rôle de protection de la peau est apporté par les deux tissus majeurs, le derme et l'épiderme. L'une des principales agressions est l'exposition aux rayonnements ultraviolets solaires, dont les conséquences à long terme sont le vieillissement photo-induit et l'apparition de cancers. La caractérisation de la réponse de la peau face aux UV est un point essentiel pour prévenir ou corriger ces effets. L'approche in vitro dite organotypique consiste à reconstruire de la peau à partir de cellules humaines en culture et d'éléments matriciels. Ainsi le modèle de peau reconstruite peut comporter un épiderme différencié, mais aussi un derme équivalent vivant contenant des fibroblastes. Les effets induits par les UVB ont pu être reproduits dans ce modèle. Ils sont localisés dans l'épiderme et sont identiques à ceux observés dans la peau humaine lors d'un coup de soleil modéré, notamment l'apparition dans les kératinocytes des lésions de l'ADN spécifiques des UVB. Des altérations caractéristiques d'exposition aux rayonnements UVA ont aussi été identifiées dans les fibroblastes et ont pu être reliées aux dommages dermiques associés au phénomène de photovieillissement. L'interaction entre les deux types cellulaires a été illustrée dans la production de la MMP-1. Les dommages occasionnés par les UV sont en général réparés par des systèmes spécialisés. Un modèle déficient dans la réparation des lésions induites par les UVB a pu être développé grace à l'utilisation de cellules de patients atteints de Xeroderma Pigmentosum, une maladie génétique de la réparation de l'ADN caractérisée par une hypersensibilité aux UV et une très forte prédisposition aux cancers cutanés sur les zones exposées. Dans ces études, des traits phénotypiques particuliers ont pu être révélés au niveau du fibroblaste XP-C suggérant des interactions stroma-épithélium impliquées dans le développement des signes cliniques. Enfin, dans un contexte de correction de certaines altérations de la peau photoendommagée, des effets bénéfiques de la vitamine C ont été identifiés, particulièrement au niveau de la jonction dermo-épidermique (JDE). Ces effets ont ensuite permis d'approfondir la participation respective des deux types cellulaires majeurs dans la morphogenèse de la JDE. L'ensemble de ces travaux apporte une vision globale et tissulaire de la réponse aux rayonnements UV dans un système in vitro et illustre l'intérêt plus large de ces outils biologiques en biologie cellulaire. L'amélioration des modèles, notamment par l'incorporation d'autres types cellulaires, devrait permettre d'affiner encore nos connaissances.

Abstract

The protective role of the skin is provided by the two major compartments of the skin, dermis and epidermis. Both are affected in the long term by consequences of sun exposure such as skin photoaging and cancer development. Characterization of UV-induced skin response at cellular and molecular levels is needed for prevention or correction of these long term effects. The human skin reconstructed in vitro, comprising both a living dermal equivalent and a fully differentiated epidermis represents a predictive tool to characterize wavelength and cell type specific biological damage together with tissular distribution. While UVB directly affects epidermis, inducing DNA lesions and apoptotic sunburn keratinocytes, UVA radiation can directly target the dermal compartment through ROS generation, dermal fibroblasts alterations and extracellular matrix (ECM) modifications. Interactions between the two compartments have also been found, especially for MMP1 induction. In the normal population, photodamage can be repaired through specialized systems. Using skin cells from Xeroderma pigmentosum (XP, a photosensitive and cancer-prone disease), a DNA-repair deficient skin has been developed in vitro. Specific features due to intrinsic XP cell phenotype have been discovered, some of them being indicative of early steps of neoplasia and suggesting a particular role for stroma-epithelium interactions. Finally, human reconstructed skin can be used for approaches designed to regenerate photodamaged skin. The dermal-epidermal junction (DEJ), which is crucial for skin cohesion, is drastically altered in photo-aged skin. The three-dimensional skin model allowed to visualize the improving effects of vitamin C on the DEJ. Modified skin models, lacking one cell type, allowed us to determine the cellular origin of the different markers, their spatial localization, and the respective roles and interactions of keratinocytes and fibroblasts during DEJ formation. All together these studies give a global and tissular view concerning the effects of UV light on skin cells and emphazise the interest of such models for general aspects of cellular biology. By allowing the control of cells used to reconstruct the model and their origin, these studies make it possible to assess the respective role of the two major cellular actors of the skin as well as their interactions. Ongoing research about incorporating other cell types may certainly give rise to even more relevant models.