Photobiomodulation en dermatologie : rôle de Nrf2 dans la réponse anti-inflammatoire de la lumière visible

Photobiomodulation in dermatology : role of Nrf2 in the anti-inflammatory response of visible light

• Auteur / Autrice : Sara Salman
• Direction : Saadia Kerdine-Römer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie
• Date : Soutenance le 20/11/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Inflammation, microbiome, immunosurveillance (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Santé et médicament (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Marcel Bonay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Morel, Nicolas Lebonvallet, Sophie Achard, Stefan Martin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Morel, Nicolas Lebonvallet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Peau

Kératinocytes

Inflammation

Mots clés libres

Nrf2

Inflammation

Kératinocytes

Peau

Photobiomodulation

Lumière visible

Nrf2

Inflammation

Keratinocytes

Skin

Photobiomodulation

Visible light

Résumé

La photobiomodulation (PBM), également connue sous le nom de thérapie par lumière de faible intensité, est une technologie en plein essor qui utilise de faibles niveaux d'énergie de lumière visible ou proche-infrarouge pour stimuler la régénération tissulaire, soulager la douleur et réduire l'inflammation. Elle est désormais un outil précieux en dermatologie cosmétique et médicale pour traiter de nombreuses affections cutanées. À ce jour, les mécanismes cellulaires et moléculaires responsables de l'effet anti-inflammatoire de la PBM n'ont pas été entièrement élucidés. L'objectif de cette thèse est d'étudier les mécanismes moléculaires mis en jeu dans la réponseanti- inflammatoire cutanée induite par la PBM.Dans ce travail de Thèse, nous avons adressé le rôle du facteur de transcription Nrf2 dans la réponse anti-inflammatoire à la lumière visible, vu que des études antérieures ont pu mettre en évidence le rôle clé de Nrf2 dans le contrôle de la composante inflammatoire cutanée, induite par des molécules allergisantes. Dans notre étude, nous avons utilisé un modèle de kératinocytes (KCs) humains primaires exposés au 2,4-dinitrochlorobenzène (DNCB), une molécule allergisante mimant un stress pro-inflammatoire. Grâce à des diodes électroluminescentes (LEDs), les KCs ont été exposés séparément à deux longueurs d'ondes : 660 nm et 520 nm, représentant la lumière rouge et la lumière verte, respectivement. Nous avons montré que ces deux longueurs d'ondes permettent l'activation de Nrf2 dans les KCs stimulés. De plus, la réponse inflammatoire mesurée par l'expression des cytokines pro-inflammatoires telles que l'IL-6, l'IL-8 et le TNF-α est significativement régulée par les deux types de lumières. L'approche par ARN d'interférence nous a permis de montrer que la régulation de la réponse inflammatoire par la PBM est Nrf2-dépendante. En effet, en absence de Nrf2, la lumière est incapable de moduler la composante inflammatoire induite par le DNCB.Pour approfondir notre compréhension des mécanismes moléculaires anti-inflammatoires, nos recherches se sont concentrées sur le rôle du Récepteur Transitoire Vanilloïde 1 (TRPV1), un canal ionique sensible à la lumière. Dans ce même modèle de KCs primaires, nous avons pu montrer que le blocage de TRPV1 par son antagoniste, la capsazépine, inhibe les effets bénéfiques de la lumière verte, suggérant que TRPV1 est une cible cruciale par laquelle la lumière verte exerce son activité thérapeutique en réduisant l'inflammation dans les KCs. Nos résultats ont également montré que le canal TRPV1 est essentiel pour l'activation de la voie Nrf2 par la lumière verte dans des conditions inflammatoires induites par un stress chimique.Afin de comprendre comment la lumière peut réguler le microenvironnement cutané, nous nous sommes intéressés aux cellules de Langerhans (LCs), cellules présentatrices d'antigène jouant un rôle crucial dans l'immunosurveillance cutanée. Dans des explants de peau humaine exposés au DNCB, nous avons montré que la lumière rouge régule l'activation des LCs en maintenant leur structure et dendricité, ainsi qu'en réduisant leur migration dans le derme.Dans l'ensemble, nos résultats soutiennent la fonction régulatrice de la PBM en modulant des cellules clés dans l'épiderme. Elle inhibe la composante inflammatoire primaire des KCs, principalement via la voie Nrf2, et réduit l'activation des LCs. Ces résultats soulignent le potentiel de la PBM en tant que thérapie prometteuse et non invasive pour les maladies inflammatoires cutanées.

Photobiomodulation (PBM) therapy, also known as low-level light therapy, is a fast-growing technology using low levels of visible or near-infrared light to stimulate tissue healing, relieve pain, and reduce inflammation. It emerges as a valuable tool in cosmetic and medical dermatology for treating numerous skin conditions. To date, the cellular and molecular mechanisms responsible for the anti-inflammatory effect of PBM have not been fully elucidated. This thesis aims to investigate the molecular mechanisms involved in the cutaneous anti-inflammatory response induced by PBM.In this thesis work, we addressed the role of the transcription factor Nrf2 in the anti-inflammatory response to light, as previous studies have highlighted its key role in regulating skin inflammation in response to chemical molecules. In our study, we used a model of primary human keratinocytes (KCs) challenged with 2,4-dinitrochlorobenzene (DNCB), a contact sensitizer that mimics pro-inflammatory stress. Using light-emitting diodes (LEDs), the KCs were illuminated with two wavelengths separately: 660 nm and 520 nm, representing red and green light, respectively. Both wavelengths enhanced Nrf2 activation in stimulated KCs. Additionally, the inflammatory response measured by the expression of pro-inflammatory cytokines such as IL-6, IL-8, and TNF-α was regulated by both lights. RNA interference approach demonstrated that the regulation of the inflammatory response by PBM is Nrf2-dependent, as the absence of Nrf2 prevented light from modulating the inflammatory component induced by DNCB.To gain deeper insights into the less-explored molecular mechanisms involved in the anti-inflammatory effect of green light, our research focused on investigating the role of Transient Receptor Vanilloid 1 (TRPV1), a light-gated ion channel. In the same primary KC model, we showed that blocking TRPV1 with its antagonist, capsazepine, inhibits the beneficial effects of green light, suggesting that TRPV1 is a critical target through which green light mediates its therapeutic activity, reducing inflammation in KCs. Interestingly, our findings showed that the TRPV1 channel is essential for the activation of the Nrf2 pathway by the green light under inflammatory conditions induced by chemical stress.To understand how visible light can regulate the skin microenvironment, we investigated Langerhans cells (LCs), antigen-presenting cells that play a crucial role in cutaneous immunosurveillance. In human skin explants exposed to DNCB, we showed that red light regulates the activation of LCs by maintaining their structure and dendricity and reducing their migration into the dermis.Overall, our results support the regulatory function of PBM modulating key cells in the epidermis. It inhibits the primary inflammatory response induced in KCs, mainly through the Nrf2 pathway, and reduces LC activation. These findings highlight the potential of PBM as a promising non-invasive therapy for skin-related inflammatory diseases.