Exploration de la régulation de la respiration mitochondriale et de la mitophagie au cours de la sarcoïdose

Exploring the regulation of mitochondrial respiration and mitophagy in sarcoidosis

• Auteur / Autrice : Thomas El Jammal
• Direction : Alain Calender, Fabien Chevalier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects cellulaires et moléculaires de la biologie
• Date : Soutenance le 17/12/2025
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Mathias Faure
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Calender, Fabien Chevalier, Valérie Besnard, Mireille Laforge, Emmanuelle Sarzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Besnard, Mireille Laforge
• DOI : 10.70675/32312bedz46dez45b7zb97fz72a1495cb4c1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sarcoïdose

Mitochondries

Stress oxydatif

Autophagie

Mots clés libres

Sarcoïdose

Mitochondrie

Stress oxydatif

Mitophagie

Sarcoidosis

Mitochondria

Oxidative stress

Mitophagy

Résumé

La sarcoïdose est une maladie inflammatoire granulomateuse systémique dont l’étiologie reste inconnue et dont la présentation clinique est hétérogène, allant de formes aiguës spontanément résolutives à des évolutions chroniques sévères. Sa physiopathologie repose sur une réponse immunitaire exagérée, principalement médiée par les macrophages et les lymphocytes T CD4+, face à des stimuli environnementaux encore mal définis ou non découverts. Si l’implication de facteurs génétiques et microbiens a été suggérée, aucun déclencheur unique n’a été identifié. Les données de la littérature concernant la sarcoïdose et d’autres maladies interstitielles pulmonaires suggèrent que les maladies inflammatoires pulmonaires sont accompagnées d’une dysbiose, d’une dysfonction mitochondriale et d’un déséquilibre de la balance pro/anti oxydants dont la caractérisation en tant que cause ou conséquence de la maladie reste à démontrer. L’hypothèse explorée dans cette thèse est que des altérations mitochondriales contribuent à la physiopathologie de la sarcoïdose. Pour l’évaluer, nous avons combiné plusieurs approches complémentaires. Tout d’abord, l’analyse de données publiques de séquençage (NCBI SRA, outil STAT) a permis d’examiner la composition microbienne associée à la maladie. Les résultats suggèrent l’absence de pathogène unique, mais des variations du microbiote bactérien en termes de richesse et de constitution, cohérentes avec l’hypothèse d’un déséquilibre écologique plutôt que d’une infection causale. L’exploration génétique intégrant des résultats de GWAS multi-ethniques et un TWAS a confirmé l’importance des loci HLA mais a également mis en lumière des gènes liés au métabolisme énergétique et à la régulation mitochondriale. Dans une famille analysée par séquençage exomique, des variants rares affectant des gènes mitochondriaux ont été identifiés, renforçant l’hypothèse d’un lien entre susceptibilité génétique et fonction mitochondriale. Puis, des données de transcriptomique spatiale (Visium) ont été étudiées afin de caractériser l’infiltrat macrophagique musculaire. Il existait dans les spots une surreprésentation de la signature glycolytique et une sous expression de signature OXPHOS. Ce résultat souligne l’importance de la reprogrammation métabolique dans l’organisation et le maintien des granulomes. Enfin, l’analyse fonctionnelle d’une famille de sarcoïdose a permis de montrer la présence chez les malades d’un défaut de respiration mitochondriale associé à des anomalies morphologiques mitochondriales. On notait également une accumulation d’ADN mitochondrial en réponse à un stress chimique par arséniate de sodium sans altération de la mitophagie. Sur le plan protéomique, l’analyse de fractions mitochondriales issues d’échantillons de sarcoïdose et de témoins a révélé des perturbations dans la chaîne respiratoire prédominant chez les malades, ainsi que des altérations de protéines impliquées dans la dynamique mitochondriale et la mitophagie. Ces observations suggèrent un dysfonctionnement énergétique et une production accrue de ROS pouvant contribuer au maintien de l’inflammation. L’ensemble de ces résultats converge vers un modèle dans lequel les mitochondries, au-delà de leur rôle bioénergétique, participent activement à la physiopathologie de la sarcoïdose en modulant la réponse immunitaire et la formation des granulomes. Ce travail met en évidence la valeur d’une approche intégrative combinant données publiques et expérimentales pour élucider les mécanismes de maladies complexes. Il ouvre des perspectives de recherche translationnelle, notamment pour l’identification de biomarqueurs métaboliques et le développement de stratégies thérapeutiques ciblant l’immunométabolisme.

Sarcoidosis is a systemic granulomatous inflammatory disorder of unknown etiology with a heterogeneous clinical presentation, ranging from acute self-limiting forms to severe chronic courses. Its pathophysiology relies on an exaggerated immune response, mainly mediated by macrophages and CD4+ T lymphocytes, triggered by environmental stimuli that remain poorly defined or unidentified. While genetic and microbial factors have been suggested, no single causal trigger has been established. Data from the literature on sarcoidosis and other interstitial lung diseases suggest that pulmonary inflammatory diseases are associated with dysbiosis, mitochondrial dysfunction, and an imbalance in pro-/anti-oxidant pathways, although whether these alterations represent a cause or a consequence of the disease remains to be determined. The hypothesis explored in this thesis is that mitochondrial alterations contribute to the pathophysiology of sarcoidosis. To address this, we combined several complementary approaches. First, the analysis of public sequencing data (NCBI SRA, STAT tool) was used to examine the microbial composition associated with the disease. The results suggest the absence of a unique pathogen but reveal variations in bacterial microbiota richness and composition, consistent with the hypothesis of an ecological imbalance rather than a causal infection. Genetic exploration integrating multi-ethnic GWAS results and a TWAS confirmed the major role of HLA loci but also highlighted genes involved in energy metabolism and mitochondrial regulation. In a family analyzed by whole-exome sequencing, rare variants affecting mitochondrial genes were identified, supporting the hypothesis of a link between genetic susceptibility and mitochondrial function. Next, spatial transcriptomics data (Visium) were analyzed to characterize muscle macrophage infiltrates. An upregulated glycolytic signature and a down ragulated OXPHOS signature was observed within granulomatous infiltrates as compared with the healthy muscle. This finding underscores the importance of metabolic reprogramming in granuloma organization and maintenance. Finally, functional analysis in a sarcoidosis family demonstrated defective mitochondrial respiration and abnormal mitochondrial morphology in affected individuals. An accumulation of mitochondrial DNA in response to chemical stress with sodium arsenite was also observed, without impairment of mitophagy. At the proteomic level, the analysis of mitochondrial fractions from sarcoidosis samples and controls revealed predominant alterations in respiratory chain complexes in patients, along with changes in proteins involved in mitochondrial dynamics and mitophagy. These findings suggest an energetic dysfunction and increased ROS production that may contribute to the persistence of inflammation. Altogether, these results converge toward a model in which mitochondria, beyond their bioenergetic role, actively participate in sarcoidosis pathophysiology by modulating immune responses and granuloma formation. This work highlights the value of an integrative approach combining public and experimental data to elucidate the mechanisms of complex diseases. It opens perspectives for translational research, particularly for the identification of metabolic biomarkers and the development of therapeutic strategies targeting immunometabolism.