Contribution d'ACKR3, le récepteur atypique de la chimiokine CXCL12, à l'homéostasie de la peau et au contrôle du cycle de vie du papillomavirus humain

Contribution of ACKR3, the CXCL12 atypical chemokine receptor, to skin homeostasis and control of the human papillomavirus life cycle

• Auteur / Autrice : Gabriela Cuesta margolles
• Direction : Géraldine Schlecht-Louf, Françoise Bachelerie
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 21/06/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Inflammation, Microbiome, Immunosurveillance
• 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 Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chérine Bechara, José Miguel Rodríguez-frade, Catalina Ribas, Bernard Maillère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chérine Bechara, José Miguel Rodríguez-frade

Mots clés

Mots clés libres

Ackr3

Cxcr4

Récepteur de chimiokine

Peau

Papillomavirus humain (VPH)

Cancer

Ackr3

Cxcr4

Chemokine receptor

Skin

Human papillomavirus (HPV)

Cancer

Résumé

Dans le réseau intriqué des mécanismes assurant l'homéostasie cutanée, les chimiokines sont des régulateurs de la communication entre les cellules structurelles de la peau et celles des systèmes nerveux et immunitaire à l'instar de CXCL12 qui fait partie des facteurs essentiels à ces processus. Une revue exhaustive de la littérature montre une remarquable compartimentation de l'expression de CXCL12 dans la peau, avec des changements dans ses niveaux d'expression et sa localisation au cours de la cicatrisation et de l'inflammation. La plupart des études se concentrent sur la fonction de cette chimiokine via sa liaison à son récepteur canonique CXCR4, qui est largement exprimé dans la peau. La paire CXCL12/CXCR4 régule ainsi la biologie des kératinocytes et des fibroblastes comme la communication entre ces cellules, la migration des cellules immunitaires à l'état de base comme leur recrutement pendant l'inflammation, faisant de cet axe de signalisation un régulateur essentiel des processus de cicatrisation et des réponses fibrotiques/régénératives liées à l'âge. Cet axe est détourné par certains virus cutanés comme les papillomavirus humains (HPV) qui constituent les virus eucaryotes les plus abondants du virome cutané et sont considérés comme des commensaux causant principalement des infections asymptomatiques. Ils peuvent cependant provoquer des verrues, généralement contrôlées par les défenses de l'hôte, qui, dans de rares cas, évoluent vers un cancer. Un gain de fonction de l'axe CXCL12/CXCR4 est à l'origine du syndrome WHIM, une immunodéficience héréditaire rare caractérisée par une susceptibilité sélective à la pathogenèse du HPV. Des années de recherches sur ce syndrome ont permis de caractériser les mécanismes du contrôle exercé par CXCL12/CXCR4 sur le cycle de vie du HPV qui, quand ils sont dérégulés comme dans le cas du WHIM, font de cet axe de signalisation un facteur de susceptibilité dans le passage de ce commensal au pathobionte. Le rôle d'ACKR3, le récepteur atypique de CXCL12, reste peu connu notamment parce que sa détection dans les tissus natifs est entravée par sa localisation intracellulaire prédominante et son recyclage constant. Sa contribution aux fonctions de CXCL12/CXCR4 dans la peau est cependant attendue compte tenu des régulations qu'il exerce sur CXCR4 en piégeant leur ligand commun, CXCL12, et peut-être via la formation d'hétérodimères avec CXCR4. En outre, la signalisation induite par la paire CXCL12/ACKR3 peut jouer un rôle, étant donné l'importance vitale de ce récepteur démontrée par la létalité périnatale des souris knock-out. Dans ce travail de thèse, nous avons optimisé les cultures épithéliales 3D (3Deps) qui modélisent la communication entre les kératinocytes et les fibroblastes de la peau humaine avec pour objectif de caractériser l'expression et la fonction d'ACKR3. La confirmation de la présence d'ACKR3 dans ces conditions natives a permis d'étudier sa contribution à l'homéostasie cutanée comme aux réponses de la peau à la réplication du HPV et à l'inflammation induite par la lumière ultraviolette (UV). Nous avons utilisé des outils innovants développés au sein du réseau ITN ONCORNET 2.0, dont mon travail fait partie, pour moduler le récepteur endogène. Dans ces 3Deps, seul modèle supportant le cycle de vie d'HPV, mon équipe a montré que la signalisation ACKR3 favorise l'oncogenèse virale. Forte de ces observations, j'ai étudié les conséquences de l'exposition aux UV et de la modulation d'ACKR3 sur ce virus. Enfin, dans le but d'étudier le rôle d'ACKR3 dans les processus de cicatrisation et leur modulation en fonction de l'âge, j'ai optimisé un protocole de blessure des 3Deps issues de kératinocytes d'individus d'âge différents. L'ensemble de nos résultats permet de mieux comprendre le rôle d'ACKR3 dans l'homéostasie de la peau et de positionner ce récepteur atypique peu étudié comme un élément incontournable des processus pour lesquels CXCR4 seul ne peut fournir une image complète.

Within the intricate network of processes needed to ensure skin homeostasis, chemokines are critical regulators in the communication between the structural cells of the skin and those of the nervous and immune systems. Given that CXCL12 is one of the major factors secreted by fibroblast populations in the dermis, it is unsurprising that this chemokine belongs to a cluster of genes of pivotal importance for both homeostatic and pathological skin processes. A comprehensive literature review shows remarkable compartmentalization of CXCL12 in the skin, with changes in expression levels and localization during acute wound healing and inflammation. Most of the evidence focuses on the function of this chemokine through its well-characterized canonical G protein-coupled receptor, CXCR4, which is widely expressed in the skin. In particular, CXCL12 and CXCR4 regulate the biology and communication between epidermal keratinocytes and fibroblasts, immune cell migration in steady state and recruitment during inflammation, being its participation essential in wound healing and in the regulation of age-dependent fibrotic and regenerative responses. Consequently, this signalling axis is hijacked in some skin infections, such as those carried out by Human Papillomaviruses (HPVs). These epitheliotropic commensal viruses are the most abundant eukaryotic viruses on human skin, mainly resulting in asymptomatic infections. However, they can cause warts, which are usually controlled by the host defences, but in some rare cases, can progress to cancer. A gain of function of the CXCL12/CXCR4 axis causes the WHIM syndrome, a rare inherited immunodeficiency characterized by a selective susceptibility to HPV pathogenesis. Years of extensive research on the WHIM syndrome have identified this axis as a gatekeeper of the HPV life cycle and a host susceptibility factor in the shift of this commensal towards pathogenesis. However, there remains a significant gap in our understanding of the role of ACKR3, the atypical chemokine receptor for CXCL12. Given that this β-arrestin-biased receptor modulates CXCR4 function by scavenging their shared ligand, CXCL12, and possibly through heterodimer formation with CXCR4, its contribution to the CXCL12/CXCR4 functions in the skin is expected. In addition, CXCL12/ACKR3 signalling may also play a role in the skin, given the importance of this receptor in both homeostatic and developmental processes, as evidenced by the perinatal lethality of knock-out mice. ACKR3 has been largely overlooked in native tissues because its predominant intracellular localization and constant recycling have hampered its detection. Here, we have optimized 3D epithelial cultures (3Deps) that recapitulate human skin keratinocyte-fibroblast communication and characterized the expression pattern of ACKR3 in reconstituted human epidermis on dermis equivalent. Confirmation of the presence of this receptor in native conditions allowed us to use 3Deps to investigate the contribution of ACKR3 to skin homeostasis, HPV replication and ultraviolet (UV) light-induced inflammatory states. To do this, we used innovative tools developed within the ITN ONCORNET 2.0 consortium, of which my work is part, to modulate endogenous ACKR3. In 3Deps, a unique model recapitulating the complete HPV replicative life cycle, my team has shown that ACKR3 expression and signaling promote HPV oncogenesis. In this system, I have studied the consequences of UV exposure on viral replication and the effects of ACKR3 modulation. Finally, with the aim of investigating the role of ACKR3 in age-dependent skin healing responses to wounds, I have optimized a wound healing protocol in primary keratinocyte-based 3Deps. Together, our findings provide insights into the role of ACKR3 in maintaining skin homeostasis and positioning this understudied atypical receptor as a valuable target for a more comprehensive understanding of processes where CXCR4 alone may not provide a complete picture.