Études in vivo et approches in vitro visant à comprendre les différences entre les peaux de types Caucasien et Africain: rôle spécifique du derme papillaire

Authors


Sarah Girardeau-Hubert, MSc
L’Oréal Research et Innovation
E-mail: shubert@rd.loreal.com

Conflit d'intéréts: Pas déclaré.

Résumé

Contexte  La plupart des différences identifiées entre les types de peau caucasien et africain ont été attribuées à la partie superficielle de la peau, à savoir, l’épiderme. Nous nous sommes attachés àétudier le rôle potentiel joué par le compartiment dermique dans les différences cutanées entre les Caucasiens et les Africains.

Méthodes  Des études comparatives in vivo et in vitro ont été menées à l’aide de biopsies de peaux humaines normales et de peaux reconstruites in vitro correspondantes. Des équivalents de peau ont été réalisés avec des fibroblastes papillaires isolés à partir du derme superficiel de peaux caucasiennes ou de peaux africaines. L’expression des principaux composants de la jonction dermo-épidermique (JDE) a été examinée en fonction du groupe ethnique.

Résultats  Les observations des contrôles histologiques des biopsies cutanées ont montré que le relief de la JDE des peaux de type Africain était plus important que celui des peaux de type Caucasien. Les immunomarquages des collagènes IV et VII, de la laminine-5 et du nidogène au niveau de la JDE étaient plus faibles dans les biopsies de peau africaine comparativement aux biopsies de peau caucasienne.

Conclusions  Cette étude fournit de nouveaux éléments concernant l’implication du derme papillaire dans les différences entre les types de peaux caucasiens et africains. Sachant que les fibroblastes du derme superficiel coopèrent avec les kératinocytes épidermiques dans la production des protéines de la membrane basale, les résultats de cette étude in vivo suggèrent que les fibroblastes papillaires pourraient jouer un rôle dans les caractéristiques observées au niveau de la JDE. Des expériences in vitro préliminaires ont montré, sur les modèles de peau reconstruite élaborés avec des fibroblastes papillaires issus des deux origines, des différences au niveau de l’expression de plusieurs protéines contribuant à la structure de la JDE. Les équivalents de peau in vitro pourraient être utilisés pour expliquer les différences de peaux entre les groupes ethniques.

Introduction

Les principales connaissances biologiques à propos des différences de peaux entre les groupes ethniques sont liées à la partie superficielle de la peau. Les études publiées concernant des peaux de type caucasien et africain sont axées sur les différences au niveau du rôle structural et fonctionnel de l’épiderme en termes de pigmentation, de propriétés photoprotectrices et de la fonction barrière de la couche cornée.1

À ce jour, les études biologiques sur les différences ethniques ne se sont pas focalisées à la partie dermique de la peau. Cet aspect est néanmoins important puisque le derme contribue de façon essentielle aux fonctions de la peau en tant que tissu structuré et complexe. Le derme peut être divisé en deux régions: le derme papillaire et le derme réticulaire, correspondant respectivement à la partie superficielle et à la partie profonde du derme. Chaque région dermique, ainsi que les fibroblastes qui la constituent, présentent des caractéristiques distinctes. Le derme papillaire a été décrit comme étant une structure mince constituée de fibroblastes très prolifératifs tandis que le derme réticulaire représentant la plus grande partie de ce compartiment possède des fibres épaisses et est peuplé de fibroblastes à capacité proliférative lente.2,3 Les fibroblastes papillaires et les fibroblastes réticulaires diffèrent non seulement par l’expression constitutive des molécules solubles et des composants de la matrice extracellulaire mais également par leur capacitéà influencer la morphogenèse de l’épiderme dans des cultures cellulaires en 3D.4,5

Notre étude précédente a montré que des fibroblastes papillaires en culture, isolés à partir de la région superficielle du derme des peaux de type africain et caucasien, pouvaient présenter des activités différentes en termes de sécrétion de molécules solubles.6 Nous avons donc axé cette étude comparative sur le derme papillaire. Des expériences in vivo et in vitro ont été mises en oeuvre en vue d’identifier et de comprendre les différences potentielles au niveau du derme entre les peaux de types caucasiens et africains.

Matériels et Méthodes

Échantillons de peaux (ex-vivo) et peaux reconstruites 3D (in vitro)

Les biopsies de peaux humaines normales ont été obtenues à partir de mammo-plasties (zones non exposées au soleil) réalisées chez des femmes adultes (âgées de 19 à 42 ans) d’origines caucasienne (n = 10) et africaine (n = 10). Ces échantillons de peaux ont été utilisés pour l’analyse histologique et immunohistochimique.

Les fibroblastes papillaires ont été isolés après expansion à partir de la partie superficielle du derme (jusqu’à 0,3 mm de profondeur) d’explants cutanés tel que décrit antérieurement.5 Les kératinocytes ont été obtenus à partir d’une peau humaine normale provenant d’un donneur supplémentaire (femme caucasienne âgée de moins de 30 ans) et après culture sur une couche nutritive de fibroblastes Swiss 3T3.7

Les équivalents de peau ont été réalisés tel que décrit antérieurement.8 En résumé, les équivalents dermiques ont été préparés avec des fibroblastes papillaires (1 × 106 cellules par derme) isolés à partir de trois donneurs à type de peau caucasien et de trois donneurs à type de peau africain, respectivement, et du collagène bovin de type I. Ce mélange a été laissé en culture le temps de la contraction de la lattice. L’épiderme a été formé par l’ensemencement des kératinocytes à la surface des équivalents dermiques. Les cultures ont été maintenues en immersion pendant 7 jours pour permettre la prolifération des kératinocytes, et la différenciation de l’épiderme a été obtenue après que les cultures aient été amenées à l’interface air-liquide durant 7 jours.

Histologie et immunohistochimie

Des échantillons de peaux humaines et de peaux reconstruites ont été fixés dans la formaline neutre, inclus dans de la paraffine et des coupes transversales ont été colorées à l’hématoxyline-éosine-safran (HES) en vue d’une étude histologique classique.

Des échantillons de peau humaine ont été inclus dans du Tissue-tek OCT (Sakura Finetek, Pays-Bas) et congelés dans l’azote liquide. Des immunomarquages ont été réalisés sur des coupes transversales congelées d’une épaisseur de 5 μm séchées à l’air. Des anticorps monoclonaux primaires murins ont été utilisés pour marquer les protéines humaines de collagène de type IV (Dako, Glostrop, Danemark), de collagène de type VII (Chemicon, Millipore, Billerica, MA, États-Unis), de la laminine-5 (Chemicon) et lunanticorps primaire polyclonal de lapin pour la protéine humaine de nidogène (Calbiochem, Nottingham, Royaume Uni). Les anticorps primaires ont été révélés par des anticorps de lapin anti-souris ou de porc anti-lapin conjugués au FITC (Dako). Les noyaux ont été soumis à une contre-coloration à l’iodure de propidium (Sigma, St Louis, MO, États-Unis). Les coupes transversales préparées en vue des études histologiques et immunohistochimiques ont été examinées à l’aide d’un microscope LEICA DMDR (Microsystems, Wetzlar, Allemagne).

Résultats et Discussion

L’étude in vivo sur peaux humaines d’origines caucasienne et africaine a révélé des différences nettes au niveau de la jonction dermo-épidermique. La JDE de la peau africaine présentait un relief plus important, avec un grand nombre de papilles dermiques et de projections épidermiques distribuées de manière homogène par rapport à la peau caucasienne (Fig. 1a,b). La JDE étant une structure macromoléculaire complexe,9 nous avons focalisés nos observations sur plusieurs protéines impliquées dans la structure de la membrane basale (MB) épidermique. Nos études immunohistochimiques ont démontré que les marquages du collagène de type IV (Fig. 1c,d), du collagène de type VII (Fig. 1e,f), de la laminine-5 (Fig. 1g,h) et du nidogène (Fig. 1i,j) étaient plus importants dans les biopsies d’origine caucasienne que dans celles d’origine africaine. Ces différences peuvent être attribuées à une architecture distincte ou à une expression différentielle, par les populations cellulaires cutanées, des protéines de la MB entre les peaux d’origine africaine et les peaux d’origine caucasienne.

Figure 1.

 Histologie et immunomarquage des protéines de la membrane basale dans les peaux de type caucasien et africain. Des coupes de peaux ont été colorées à l’HES (a, b), et marquées pour visualiser le collagène de type IV (c, d), le collagène de type VII (e, f), la laminine 5 (g, h) et le nidogène (i, j). Les crêtes épidermiques et papilles dermiques sont plus prononcées dans la peau africaine (b) par rapport à la peau caucasienne (a) Le marquage immunofluorescent est plus prononcé pour les composants de la membrane basale dans la peau caucasienne (c, e, g, i) par rapport à la peau africaine (d, f, h, j). Barre d’échelle: 100 μm

Le relief de la JDE peut provenir de plusieurs processus tels que la prolifération de la couche épidermique et l’environnement matriciel extracellulaire (MEC). L’intéraction entre les kératinocytes et les fibroblastes conduit à la formation de la membrane basale cutanée. Chaque population cellulaire, épidermique et dermique, contribue à ce phénomène du fait de l’expression spécifique des protéines de la MB 10,11 et des effets interactifs pouvant faire intervenir des facteurs solubles sécrétés. Lors d’expériences in vitro précédentes, nous avons remarqué que les fibroblastes papillaires d’origine africaine cultivés en monocouche présentaient une plus grande activité de synthèse protéique pour le facteur de croissance KGF et la MCP-1, par comparaison aux fibroblastes papillaires d’origine caucasienne.6 Cela nous a conduits à suggérer que les différences de sécrétion de molécules, entre les fibroblastes papillaires de la peau africaine et ceux de la peau caucasienne, pourraient avoir une influence sur l’activité des kératinocytes et moduler l’équilibre protéique au niveau de la MB.

Le relief extrêmement développé de la JDE, l’expression spécifique in vitro des protéines sécrétées,6 et ces nouveaux résultats in vivo sur les marqueurs de la MB dans les peaux de type africain pourraient refléter des interactions intercellulaires différentes entre le derme et l’épiderme par rapport aux peaux de type caucasien (Fig. 2). Il nous a donc semblé important d’examiner ces propriétés à travers des études comparatives in vitro sous l’angle tridimensionnel. La peau reconstruite in vitro, contenant les compartiments épidermique et dermique avec des cellules vivantes, constitue un outil pertinent pour l’étude des interactions cellules-cellules et cellules-matrice. Les peaux reconstruites ont été réalisées avec des fibroblastes papillaires provenant de peaux de type caucasien ou de type africain pour l’équivalent dermique et à partir d’une source commune de kératinocytes d’origine caucasienne pour l’équivalent épidermique (Fig. 3). Nos expériences préliminaires avec des équivalents de peau suggèrent que l’expression de plusieurs protéines de la MB pourrait être plus élevée au niveau de la JDE lorsque des fibroblastes papillaires caucasiens sont inclus dans l’équivalent dermique plutôt que des fibroblastes papillaires africains (travaux en cours). Ces données peuvent être mises en relation avec nos données in vivo sur l’expression des protéines de la JDE. Hormis l’expression des médiateurs solubles, il semble que les fibroblastes papillaires africains et caucasiens diffèrent en termes d’expression des protéines de la MEC, pouvant fournir une explication sur les différences observées in vivo au niveau de la JDE.

Figure 2.

 Représentation schématique des différences cutanées entre les peaux de type caucasien et africain. Ces propriétés disctinctes peuvent s’expliquer par les différences fonctionnelles spécifiques des fibroblastes papillaires

Figure 3.

 Histologie de peaux reconstruites constituées de fibroblastes papillaires isolés à partir de biopsies de peau caucasienne (a) ou africaine (b). Barre d’échelle: 100 μm

Pour conclure, même si des connaissances ont été acquises récemment dans le domaine des types de peaux ethniques, peu d’entre elles ont concerné des études biologiques au niveau cellulaire. Nous avons donc décidé d’étudier les différences entre les peaux d’origines caucasienne et africaine à l’aide d’approches complémentaires in vivo et in vitro. Les résultats in vivo sur le derme papillaire et in vitro sur les fibroblastes papillaires dermiques ont montré que les différences ethniques correspondantes ne sont pas limitées à la partie superficielle de la peau, mais qu’elles concernent aussi les couches plus profondes comme le derme. Ces propriétés distinctes observées entre les peaux de type africain et de type caucasien pourraient fournir une nouvelle explication sur les différences potentielles de physiologies et physiopathologies cutanées.

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