Des petits « parasols » de mélanine pour protéger la peau des dommages liés aux rayons UV

Silvia Benito Martinez a effectué son doctorat dans l’équipe « Structure and membrane compartments » dirigée par Graça Raposo à l’Institut Curie à Paris.

Je suis fascinée par la biologie de la cellule, à la fois par ce qu’on connaît de son fonctionnement complexe, mais surtout par le fait qu’il reste encore aujourd’hui une infinité de mécanismes à découvrir !

C’est pourquoi en 2017, après mon Master et mon stage en tant qu'étudiante chercheuse au Centre de Biologie Moléculaire Severo Ochoa, à Madrid, j’ai voulu poursuivre un doctorat dans ce domaine. Le projet de Cédric Delevoye, qui était alors à l’Institut Curie à Paris, au sein de l'équipe « Structure & Compartiments Membranaires », dirigée par le Dr Graça Raposo, a éveillé ma curiosité : il s’agissait de développer un modèle cellulaire humain afin de caractériser et de comprendre comment la position de la mélanine (le pigment qui colore la peau) autour du noyau des cellules de peau est régulée. Cette substance est en effet produite par les mélanocytes, des cellules spécialisées de l’épiderme, puis transférée aux kératinocytes, les cellules qui constituent la couche la plus externe de la peau.

Dans des études précédentes, les scientifiques avaient observé que la mélanine se positionne autour du noyau des kératinocytes du côté exposé au soleil, ce qui pourrait contribuer à protéger l’ADN des dommages causés par les UV (c’est la photoprotection). Mais, faute de modèle d’étude, on ne connaissait pas en détail les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régulent ce positionnement ni son rôle dans la photoprotection. C’était donc l’objectif de mes travaux de thèse.

L’enjeu était de reproduire ce qui se passait dans la peau. J’ai donc établi un modèle cellulaire innovant, constitué de kératinocytes humains qui captent la mélanine humaine naturelle qu’on leur apporte via le milieu de culture. Nous l’avons ensuite analysé par différentes techniques d’imagerie microscopique (fluorescence et électronique) et biophysiques, qui nous ont notamment permis de visualiser l'architecture cellulaire, de caractériser la composition moléculaire et de comprendre la dynamique et la rhéologie¹ du processus.

Nous avons découvert qu’une fois dans les kératinocytes, la mélanine réside dans un compartiment membranaire acheminé et positionné autour du noyau grâce à l’association de différents types de filaments présents dans la cellule :

• les microtubules, qui forment des sortes d’autoroutes qui guident le transport des compartiments au sein de la cellule ;
• et des filaments dits intermédiaires, constitués de différents types de kératine (des protéines produites par les kératinocytes). Ces filaments intermédiaires forment des sortes de cages autour des compartiments pigmentés qui rigidifient l’ensemble et maintiennent la mélanine autour et au-dessus du noyau.

D’une manière générale, quand les kératines sont nécessaires à l’organisation 3D de ce parasol, les microtubules et la plectine (une autre protéine de la cellule) assurent son positionnement vertical. Et c’est la coopération entre ces deux types de filaments qui assure le positionnement dans la cellule de ces petits parasols qui protègent des UV le patrimoine génétique contenu dans le noyau !

En conclusion, nous avons découvert que la protection des cellules de la peau contre les UV n’est pas seulement biochimique, via la production de mélanine, mais qu’elle est aussi mécanique. Au-delà d'identifier une stratégie de photoprotection du génome des cellules cutanées, ces travaux révèlent leur implication probable dans la maladie de Dowling-Degos (une maladie génétique rare caractérisée notamment par une hyperpigmentation de la peau).

Microscopie électronique d’une culture de kératinocytes, les cellules formant la couche de surface de la peau. Les compartiments pigmentés qui contiennent la mélanine (indiqués par les flèches) apparaissent comme des grains noirs entourés d’une « cage » de filaments de kératine.
©Cédric Delevoye.

Je tiens à souligner que ce projet est le fruit d’un travail interdisciplinaire, impliquant notamment des équipes de l’Institut Curie, de l’Institut Necker-Enfants malades. A l’Institut Necker-Enfants malades, Cédric Delevoye poursuit les pistes de recherche nouvelles que ces résultats ont soulevées, en particulier en utilisant ce nouveau modèle de kératinocyte pigmenté et en étudiant comment ces cellules s’adaptent et répondent aux rayons UV du soleil afin de préserver leur génome. Il espère aussi identifier des anomalies à l’origine de certaines maladies liées à la pigmentation de la peau.

De mon côté, ce doctorat m'a apporté une solide formation scientifique et analytique et a permis de faire émerger mon goût pour la transmission des connaissances et la communication scientifique. De retour en Espagne, j’ai rejoint l’entreprise Provital, qui fabrique des ingrédients cosmétiques actifs à partir de matières premières naturelles et de biotechnologies, et dispose d'un laboratoire in vitro performant, ainsi que de plateformes de bio-imagerie et de bio-informatique. Chargée de communication scientifique au sein du département Recherche et Développement, je reste très proche de la science et de l'innovation. Je peux ainsi mettre à profit et valoriser toutes mes compétences.

Source : Benito-Martínez S, Salavessa L, Macé AS et al. Keratin intermediate filaments mechanically position melanin pigments for genome photoprotection. Nat Cell Biol 2026 : 28 ; 98–112. https://doi.org/10.1038/s41556-025-01817-4

Lexique

1. Rhéologie : étude de la déformation des structures en réponse à des contraintes.