La voie JAK/STAT : cible potentielle pour une médecine personnalisée dans la sarcoïdose

The JAK/STAT pathway : a potential target in the treatment of sarcoidosis

• Auteur / Autrice : Thinhinane Iskounen
• Direction : Carole Planès, Valérie Besnard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 26/06/2024
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hypoxie et poumon, pneumopathies fibrosantes, modulations ventilatoires et circulatoires (Bobigny)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Natacha Bessis, Philippe Bonniaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nadia Moulin Nathan, Philippe Gosset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granulomatose

Syndromes lymphoprolifératifs

Mots clés libres

Sarcoïdose

Granulome

Jak/stat

Sarcoidosis

Granuloma

JAK/STAT signaling

Résumé

La sarcoïdose est une granulomatose d'étiologie inconnue, caractérisée par la formation de granulomes immuns dans divers organes, principalement les poumons. La présentation clinique et l'évolution de la sarcoïdose sont variables. L'analyse génomique du sang périphérique des patients a montré que la voie de signalisation JAK/STAT est significativement représentée dans la sarcoïdose et est associée à la gravité de la maladie. Cependant, l'expression spatiale et temporelle des membres de la voie JAK/STAT dans le granulome est encore mal connue. Nous émettons l'hypothèse que l'activation de la voie JAK/STAT dans les granulomes de la sarcoïdose induit leur formation et/ou leur persistance. Premièrement, nous avons réalisé une cartographie de l'expression des membres de la voie JAK/STAT dans le granulome, sur des biopsies de patients atteints de sarcoïdose. Parmi les kinases JAKs activées, seule pJAK2 est détectée, principalement dans les LTCD3+. Seule la localisation nucléaire de pJAK2 a été observée, suggérant l'activation d'une voie JAK2 non canonique. D'autre part, seules pSTAT1,pSTAT3 et pSTAT5 sont détectées dans les granulomes, principalement dans les cellules de la lignée myéloïde CD68+. Deuxièmement, nous avons étudié l'activation de la voie JAK/STAT in vitro dans des cultures de lymphocytes circulants de patients atteints de sarcoïdose et de témoins. La voie non canonique de pJAK2 semble être exclusive aux lymphocytes des granulomes, tandis que, les lymphocytes circulants présentent une activation de la voie canonique JAK2/STAT1, et cela semble être associé à la sévérité de la maladie. Troisièmement,à l'aide d'une analyse multivariée, nous avons comparé l'activation des membres détectés dans le granulome de différents organes, puis associé à la sévérité de la maladie en utilisant deux approches distinctes : (i) en associant les niveaux d'expression des protéines aux caractéristiques cliniques des patients et (ii) en examinant leur relation avec les stades d'évolution des granulomes. L'expression des 4 protéines est plus élevée dans les biopsies pulmonaires (AUC=0.83) et cutanées (AUC=0.89) et est en moyenne associée à la persistance de la maladie (COS=5, p< 0.001). Deux signatures prédominantes sont identifiées dans les lymphocytes/myéloïdes : pJAK2 / pSTAT1-pSTAT5 dans le poumon (AUC=0.84) et pJAK2 /pSTAT3-pSTAT5 dans la peau (AUC=0.80). Enfin, nous montrons une corrélation positive significative entre l'expression de pSTAT1(p<0,05), pSTAT3 (p<0,05), pSTAT5 (p<0,01) et la présence du stade considéré comme précoce dit ''floride''.En résumé, nos résultats montrent un profil d'expression de la voie JAK/STAT différent entre les lymphocytes circulants et ceux des granulomes. La voie canonique JAK2/STAT1 activée dans les lymphocytes circulants est associé à la sévérité de la maladie. En revanche, dans le granulome, la voie non canonique pJAK2 exprimée dans les lymphocytes et potentiellement la voie canonique impliquant l'activation de STAT1, STAT3 et STAT5 dans les cellules myéloïdes sont associées à la sévérité des organes les plus affectés, à savoir : le poumon et la peau. Cependant, leur expression est uniquement corrélée avec le développement des granulomes et sans lien apparent avec la persistance et le stade fibreux.

Sarcoidosis is a granulomatosis of unknown etiology, characterized by the formation of immune granulomas in various organs, principally the lungs. The clinical presentation and evolution of sarcoidosis are variable. Genomic analysis of patients' peripheral blood has shown that theJAK/STAT signaling pathway is significantly represented in sarcoidosis and is associated with disease severity. However, the spatial and temporal expression of JAK/STAT pathway members in the granuloma is still poorly understood. We hypothesize that activation of theJAK/STAT pathway in sarcoidosis granulomas induces their formation and/or persistence. Firstly, we mapped the expression of members of the JAK/STAT pathway in the granuloma,on biopsies from patients with sarcoidosis. Among the activated JAKs kinases, only pJAK2 is detected, mainly in LTCD3+. Only nuclear localization of pJAK2 was observed, suggesting activation of a non-canonical JAK2 pathway. On the other hand, only pSTAT1, pSTAT3 and pSTAT5 were detected in granulomas, mainly in cells of the CD68+ myeloid lineage. Secondly,we studied activation of the JAK/STAT pathway in vitro in circulating lymphocyte cultures from sarcoidosis patients and controls. The non-canonical pJAK2 pathway appears to beexclusive to granuloma lymphocytes, whereas, circulating lymphocytes show activation of the canonical JAK2/STAT1 pathway, and this appears to be associated with disease severity. Thirdly, using multivariate analysis, we compared protein activation detected in granuloma from different organs, then associated with disease severity using two distinct approaches: (i)associating protein expression levels with patients' clinical characteristics and (ii) examining their relationship with granuloma progression stages. Expression of the 4 proteins is higher inlung (AUC=0.83) and skin (AUC=0.89) biopsies, and is on average associated with disease persistence (COS=5, p< 0.001). Two predominant signatures are identified in lymphocytes/myeloid cells: pJAK2 / pSTAT1-pSTAT5 in lung (AUC=0.84) and pJAK2 /pSTAT3-pSTAT5 in skin (AUC=0.80). Finally, we show a significant positive correlation between the expression of pSTAT1 (p<0.05), pSTAT3 (p<0.05), pSTAT5 (p<0.01) and the presence of the early ''florid'' stage.In summary, our results show a different JAK/STAT pathway expression profile between circulating and granuloma lymphocytes. The canonical JAK2/STAT1 pathway activated in circulating lymphocytes is associated with disease severity. In granuloma, on the other hand,the non-canonical pJAK2 pathway expressed in lymphocytes and potentially the canonical pathway involving activation of STAT1, STAT3 and STAT5 in myeloid cells are associated with the severity of the organs most affected : lung and skin. However, their expression is only correlated with granuloma development, with no apparent link to persistence and fibrotic stage.