Thèse Dysfonction Épithéliale des Voies Respiratoires en Lien avec un Déficit en Stat3 Syndrome Hyper Ige H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
Laboratoire de recherche : VIM - Virologie et Immunologie Moléculaires
Direction de la thèse : Hélène SALVATOR ORCID 0000000192945340
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-23T23:59:59

Le syndrome Hyper-IgE est un déficit immunitaire héréditaire, le plus fréquemment en lien avec une mutation du gène codant pour le facteur de transcription STAT3. Les manifestations pulmonaires sont une cause majeure de morbi-mortalité: infections bactériennes et fongiques répétées et fréquence des anomalies bronchiques et des pneumatocèles faisant suspecter un défaut de réparation épithéliale.

Notre objectif est de comprendre les mécanismes à l'origine des anomalies de l'épithélium respiratoire chez les patients affectés par un HIES et d'étudier des stratégies thérapeutiques pour les reverser

Nous questionnerons la substituabilité des CE nasales humaines (CEN) pour l'étude des CE des voies aériennes inférieures dans le contexte du déficit en STAT3. Les CEN seront récupérées par un frottis nasal. Elles seront comparées à des CE bronchiques (CEB) isolées à partir d'explants pulmonaires humains. Elles seront différenciées in vitro en épithélium pseudo stratifié après culture en interface air-liquide pendant laquelle le déficit en STAT3 pourra être induit de différentes manières (inhibiteur pharmacologique, inhibition d'expression par shRNA ou mutagénèse induite). Les caractéristiques structurelles et fonctionnelles de l'épithélium ainsi reconstitué seront évaluées: composition cellulaire (immunomarquage), rhéologie du mucus, réponses aux stimuli inflammatoires (RNAseq), élimination d'agents bactériens et fongiques, scratch test, cross-talk cellulaire en cas de co-culture avec fibroblastes et monocytes/macrophages.

Des prélèvements de CEN chez des patients atteints de HIES permettront d'évaluer la spécificité de ces anomalies épithéliales en fonction de l'anomalie génétique sous-jacente. Dans ce modèle, plusieurs pistes thérapeutiques seront évaluées pour reverser le phénotype et favoriser la préservation de l'épithélium (transfection d'ARN thérapeutique, inhibiteurs de janus kinases, biothérapies).

Le projet se propose de mettre en lumière les mécanismes biologiques qui relient la signalisation cellulaire via STAT3 et l'homéostasie épithéliale respiratoire. Le développement d'un modèle cellulaire basé sur le prélèvement non invasif de CEN permet d'échantillonner en sécurité des patients porteurs de mutations rares.

Le projet se propose de mettre en lumière les mécanismes biologiques qui relient la signalisation cellulaire via STAT3 et l'homéostasie épithéliale respiratoire. Le développement d'un modèle cellulaire basé sur le prélèvement non invasif de CEN permet d'échantillonner en sécurité des patients porteurs de mutations rares.

Syndrome Hyper-IgE et défaut de signalisation de STAT3
Le syndrome d'hyper IgE (HIES) est un déficit immunitaire héréditaire, classé dans la catégorie des déficit immunitaires combinés syndromiques selon l'Union Internationale des Sociétés d'Immunologie (1). Il a été décrit en 1972 comme l'association de manifestations atopiques, infections pulmonaires et cutanées récurrentes et un taux élevé d'IgE sériques (2,3).
Dans la majorité des cas, le HIES est lié à une mutation de STAT3 (70% des cas) ou à une phénocopie de celui-ci : mutation d'une autre protéine entrainant un défaut de la voie de signalisation de STAT3. Le gène codant pour STAT3 comprend six domaines fonctionnels. Il y a plus de 150 mutations du gène identifiées a l'origine d'un HIES ; la majorité d'entre elles se situent dans le domaine de liaison à l'ADN et/ou domaine de dimérisation de la protéine.
STAT3 est un facteur de transduction du signal induit par un large éventail de cytokines et de facteurs de croissance passant par le système JAK/STAT, notamment IL-6, IL-5, IL-12, IL-23, IFN de type 1 et de type 2, cytokines de la famille IL-10, facteur de croissance épidermique (EGF), facteur de stimulation des colonies de macrophages (M-CSF). Après fixation de la cytokine/facteur de croissance sur son récepteur, une Janus kinase est activée qui va permettre la phosphorylation du facteur STAT3. Ceci contrôle la dimérisation de STAT3 puis son adressage au noyau pour induire l'expression d'un panel de gènes impliqués dans des fonctions variées : immunité, oncogenèse, cicatrisation des plaies, embryogenèse et survie cellulaire, angiogénèse et prolifération des cellules lisses vasculaires (4).

Sur le plan immunologique, le déficit de signalisation de STAT3 est associé à une altération de la voie lymphocytaire Th17 et une diminution de la maturation et de la fonction des cellules lymphocytaires B, ce qui explique la susceptibilité infectieuse présentée par les patients (5). L'expression ubiquitaire de STAT3 explique également la multiplicité des symptômes rencontrés dans le HIES, touchant divers systèmes et organes. Les patients peuvent en effet présenter une éruption cutanée néonatale, des infections cutanées et abcès froids à S.aureus, une susceptibilité accrue aux infections bactériennes et fongiques, en particulier respiratoires, une vasculopathie pouvant mener à la constitution d'anévrysmes, des anomalies du squelette et du tissu conjonctif responsables d'une scoliose et de fractures pathologiques (2). Des anomalies de la dentinogénèse expliquent une rétention prolongée des dents de lait et il a été décrit un faciès caractéristique (asymétrie faciale, front proéminent, yeux enfoncés, arête nasale large et pointe du nez charnue, prognathisme) (3,6).

Manifestations pulmonaires au cours du syndrome Hyper IgE
Les manifestations pulmonaires sont une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les sujets atteint d'HIES (7,8). Dans une cohorte française de 60 patients atteints de l'AD-HIES, jusqu'à 90 % des patients ont présenté une pneumonie, principalement causée par Staphylocccus aureus (31 %) ou Streptococcus pneumoniae (30 %) (8). Les pneumonies récurrentes étaient associées à des bronchectasies secondaires et à des pneumatocèles (67 %), qui peuvent secondairement se surinfecter à Aspergillus (22 %) (8). Les infections fongiques sont fréquentes, principalement à Aspergillus spp. Elles recouvrent un spectre clinique large : aspergillome et aspergillose chronique cavitaire par surinfection de cavités pré-existantes, aspergillose semi invasive ou forme aspergillose broncho pulmonaire allergique (ABPA-like) purement endobronchique (9). Outre des complications infectieuses, de nombreuses manifestations non infectieuses émergent : pneumothorax, asthme, maladie thromboembolique, hémorragie pulmonaire, insuffisance respiratoire chronique sévère.

Dysfonction épithéliale respiratoire et déficit en STAT3
Une des particularités des manifestations pulmonaires chez les sujets atteints d'HIES est la fréquence élevée des dystrophies bronchiques voire des pneumatocèles survenant dans les suites d'une infection, faisant suspecter un défaut de réparation épithéliale. En effet, il a été montré que le déficit en STAT 3 entraînait un défaut de cicatrisation au niveau de l'épithélium cutané (10). La voie IL-6 /STAT 3 serait également impliquée dans la cicatrisation de l'épithélium respiratoire et la régénération des cellules ciliées à partir des cellules basales (11).
Figure 2. Exemple de pneumatocèle chez un patient atteint de HIES. La survenue de cette cavité fait suite à la résolution aberrante d'une pneumopathie. Elle est à risque de surinfection fongique ultérieure

Nous avons contribué à une étude de Zhang et al. qui a rapporté des anomalies de l'épithélium des voies respiratoires causé par une déficience en STAT3 (12). Les cellules basales bronchiques porteuses de mutations STAT3 étaient à l'origine d'un épithélium présentant une composition cellulaire anormale, une clairance mucociliaire altérée et une réponse inflammatoire réduite en cas d'infection bactérienne. Cela a permis d'identifier qu'un dysfonctionnement épithélial s'ajoutait aux anomalies immunitaires, pour expliquer la pathogenèse des complications pulmonaires dans ce syndrome. Ling Sun et al. ont également suggéré que la mutation STAT3 inhibait la ciliogenèse et altérait le transport mucociliaire de manière dépendante du CFTR, augmentant ainsi la viscoélasticité du mucus (13).

Options thérapeutiques limitées dans le contexte d'un déficit en STAT3
À ce jour, les approches thérapeutiques pour les patients atteints d'HIES se sont principalement concentré sur l'aspect immunologique. Cependant, ni la greffe de cellules souches hématopoïétiques ni les traitements immunomodulateurs n'ont donné jusqu'à présent de résultats satisfaisants pour la prise en charge de l'ensemble des symptômes que peuvent présenter ces patients (14). Pour pouvoir améliorer leurs symptômes, Il est nécessaire de mieux comprendre les conséquences pathologiques engendrées par le déficit en STAT3 dans une approche spécifique à chaque organe, en particulier les troubles bronchiques pour ce qui concerne l'atteinte respiratoire.
Modèles de cellules épithéliales respiratoires dans le contexte d'un déficit en STAT3
Les souris présentant une déficience complète en STAT3 sont létales au stade embryonnaire. Un modèle murin de perte de fonction (LOF) de STAT3 humain, reproduisant une variante faux-sens, a été développé, mais il ne reproduit pas complètement le phénotype respiratoire des patients (15). L'accès aux cellules épithéliales (CE) des voies respiratoires inférieures chez l'homme peut s'avérer difficile en raison des complications potentielles liées à la procédure d'échantillonnage invasive (bronchoscopie, chirurgie). Il est nécessaire de disposer d'une approche mini-invasive et sûre pour mener des études sur l'épithélium respiratoire humain. Les cellules épithéliales nasales (CEN) peuvent servir de substitut adéquat aux cellules épithéliales bronchiques (CEB), comme cela a été démontré pour l'étude de l'activité du CFTR (16) ou dans le contexte d'une infection par le rhinovirus (17). La procédure de prélèvement peu invasive (brossage nasal) facilite la collecte chez les patients et permet ainsi d'étudier l'épithélium respiratoire dans le contexte de mutations rares.

Notre objectif est de comprendre les mécanismes sous-jacents aux anomalies épithéliales respiratoires chez les patients atteints de syndrome HyperIgE causé par un déficit en STAT3, et d'étudier des stratégies thérapeutiques pour les inverser.
Nous proposons un modèle d'épithélium respiratoire humain reconstruit à partir de cellules basales récupérées à partir d'explants bronchiques et de brossages nasaux. Nous travaillerons à la fois sur des échantillons témoins dans lesquels l'expression de STAT3 aura été inhibée (Objectif 1) et sur des échantillons prélevés chez des patients atteints d'HIES porteurs d'une mutation avec perte de fonction du STAT3 (Objectif 2).
L'étude de l'épithélium sera multimodale afin de saisir toutes les caractéristiques qui déterminent la biologie bronchique à l'état stable et en réponse à des stimuli infectieux.
Enfin, nous évaluerons plusieurs stratégies thérapeutiques en vue d'inverser in vitro les anomalies structurelles et fonctionnelles de l'épithélium respiratoire associées à un défaut de signalisation STAT3 (Objectif 3).

Nous prévoyons une étude translationnelle afin d'étudier les conséquences d'un déficit de la signalisation STAT3 sur la composition et la fonction de l'épithélium respiratoire reconstruit à partir d'échantillons nasaux et bronchiques humains primaires.
Nous évaluerons les conséquences de l'inactivation de STAT3 dans des échantillons témoins (Objectif 1), tandis que les échantillons prélevés sur des patients atteints d'HIES nous permettront d'étudier les spécificités associées à des mutations rares (Objectif 2).
Une étude approfondie des caractéristiques de l'épithélium explorera : la composition de la barrière épithéliale, la réponse à l'agression/infection et la communication intercellulaire.
Enfin, plusieurs stratégies thérapeutiques seront évaluées dans le but d'inverser le phénotype épithélial respiratoire dysfonctionnel (Objectif 3).

Modèles cellulaires et culture :
cellules humaines primaires
CEB = cellules épithéliales bronchiques
CEN = cellules épithéliales nasales
Les échantillons nasaux sont prélevés par brossage au niveau du tiers moyen du cornet inférieur
Les échantillons bronchiques humains sont obtenus à partir de spécimens de résection pulmonaire chirurgicale ou d'anneaux trachéaux récupérés à partir de greffes pulmonaires.
Les cellules adhérentes (cellules basales) se multiplient en culture liquide pendant une semaine avant d'être récupérées et placées sur des inserts pour une culture dans des conditions air-liquide pendant 4 à 5 semaines, ce qui leur permet de se polariser progressivement et de se différencier en un épithélium pseudo-stratifié.

Dans une première partie du projet (Objectif 1), les échantillons utilisés seront des «CEB et CEN contrôles» dans lesquelles le déficit en STAT3 pourra être induit. Il est prévu d'induire le déficit en STAT3 par différentes stratégies (inhibiteur pharmacologique, shRNA transfectés par lentivirus ou editing génétique). Dans une deuxième partie (Objectif 2), il est prévu de prélever des patients porteurs d'une mutation en lien avec un syndrome Hyper IgE. Les patients seront identifiés via le registre du CEREDIH (Centre de Référence pour les Déficits Immunitaires Héréditaire, Hôpital Necker).

Exploration des modèles cellulaires
Les caractéristiques de l'épithélium respiratoire pseudo-stratifié obtenu après 4 semaines de cultures seront évaluées de façon multimodale:
- Composition cellulaire étudiée par immunomarquage (microscopie confocale, plateforme Cymages UVSQ): ZO-1 (jonctions intercellulaires), -tubuline (cellules ciliées), MUC5AC (cellules productrices de mucus) et par RT-QCR pour l'expression de FOXJ1 (cellules ciliées) et MUC5AC.
- Réparation épithéliale: étude de la mobilité des cellules après réalisation d'un scratch manuel, réalisé sur cellules immergées (cellules basales) et sur transwell (cellules différenciées). Les cellules sont monitorées par microscopie en temps réel (Cymages UVSQ)
- Rhéologie du mucus. Le mucus produit par les cultures cellulaires en ALI sera récupéré et on évaluera ses caractéristiques en utilisant le dispositif Rheomuco qui mesure élasticité et viscosité du fluide.
- Réponse inflammatoire. Les cultures cellulaires pleinement différenciées seront stimulées avec divers stimuli inflammatoires: Poly I:C, TNF, IFNy et IFN, antigène fongique (GAG, GM, BDG), LPS, PAMPs. En réponse, nous évaluerons la production de cytokines (ELISA dans les surnageants + RNA sequencing).
- Adhésion et élimination d'agents pathogènes. Une suspension bactérienne ou fongique (~6×108 CFU/ml) sera ajoutée au pôle apical des cellules différenciées, incubées 1 h avant lavage et lyse des cellules. Le décompte des CFU viables dans le liquide de rinçage et dans le lysat cellulaire permettra de déterminer le pourcentage d'agent pathogène capté et éliminé par l'épithélium. En collaboration avec l'équipe du Pr Fekkar (CIMI, Pitié-Salpétrière), nous utiliserons également une approche basée sur la microscopie confocale à disque rotatif (SDCM) pour analyser les réponses de l'épithélium à l'infection par A. fumigatus (endocytose, inhibition de la germination, invasion tissulaire et maintien de l'intégrité tissulaire).
- Co-culture et cross-talk cellulaire. Nous prévoyons de réaliser des co-cultures en associant, dans le
secteur basal des puits transwells, des fibroblastes et des monocytes/macrophages qui pourront avoir
été inactivés pour STAT3 précédemment, stimulés ou traités par les agents thérapeutiques évalués.

Evaluation thérapeutique
Dans une troisième partie, nous évaluerons la pertinence de différentes stratégies thérapeutiques pour reverser le phénotype épithélial associé au déficit en STAT3 (cultures cellulaires prélevées sur des patients HIES et/ou des sujets contrôles):
- ARN thérapeutique STAT3 wild-type vectorisé dans des nanoparticules et ajouté pendant la phase de différenciation ou après agression mécanique et stimulation inflammatoire.
- Ruxolitinib ou autre JAKinhibiteur ajouté avant stimulation de l'épithélium par agents inflammatoires et/ou infectieux. Les cibles évaluées seront la réponse inflammatoire et notamment l'induction de la voie STAT1 ainsi que la rhéologie du mucus et les capacités microbicides de l'épithélium.
- Biothérapies: blocage de la voie TSLP (reconnue pour induire de la transition épithélio mesenchymateuse (TEM) via p38-STAT3 dans des fibroblastes (18)) ou blocage de la voie IL-4 (stratégie testée en pratique clinique dans les formes infectieuses endobronchiques ABPA (19)). Ces stratégies seront particulièrement testées dans le cas de co-cultures et après agression de l'épithélium.
D'autres traitements pourront être testés en fonction des voies d'activation d'intérêt qui auront émergé des expériences menées lors des étapes précédentes.