Les facteurs génétiques d'hôte en relation avec le paludisme
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Florence Migot-Nabias
UR 10 « Santé de la mère et de l’enfant »IRD, Dakar, Sénégal
Facteurs génétiques humains& paludisme à P. falciparum
Existence d’une régulation génétique des réponses immunitaires spécifiques du
paludisme
Différences individuelles, familiales ou ethniques des réponses immunitaires contre P. falciparum, dans des conditions d’exposition identiques
Concordance plus importante entre jumeaux monozygotes que dizygotes:
Pour le développement de fièvre lors d’un accès palustre: régulation génétique des cytokines pyrogènesPour la production d’anticorps dirigés contre différents antigènes plasmodiaux
Système HLA & paludisme
Souris:restriction génétique des réponses lymphocytaires à des épitopes de la CSP et de Pf155/RESA
Accès palustre grave: Protection contre le neuropaludisme (HLA-B53) et contre l’anémie sévère liée au paludisme (HLA-DRB1*1302-DQB1*0501)Plus grande susceptibilité au neuropaludisme chez les sujets homozygotes ou hétérozygotes pour l’allèle TNF-308AAllèle TNF-238A associé (+) à l’anémie sévère liée au paludisme ou (-) au neuropaludisme
Accès palustre simple:HLA I et II non associés à la résistance aux accès simples Présence ou non de relations entre allèles HLA I et II et réponse immunitaire à des antigènes des stades sanguins de P. falciparum
DN DO
Organisation génétique du système HLA
Centromère duchromosome 6
Classe II Classe III Classe I
D C4A, C4B, C221-OHase
B C A
TNF
α β
(α2)
(β2)
α1
β1
DQ
(α)(α2) α1
(β2) β1
DP
(β1)
DR
α
β1 β3 β4
Association peptide/HLA I et reconnaissance par les LyT cytotoxiques
In: « Immunologie », Revillard, 1994
CPAcytoplasme
protéine HLA classe Ipeptideprotéasome β2-microglobuline
Réticulum endoplasmiqu
e
Golgi
Vésicule de sécrétion
Ly T cytotoxique
CD8
TCRLyse de la cellule infectée
Association peptide/HLA II et reconnaissance par les LyT auxiliaires
In: « Immunologie », Revillard, 1994
CPA -cytoplasme-
Réticulum endoplasmique
+ + =
I α β αβ + I
Ly T auxiliaire
CD4
TCRProtéine exogène
récepteur
Endosome(protéases
)
Compartiment des molécules HLA classe II
Dissociation et dégradation de la chaîne I+
GolgiLysosome
peptides
•Production d’anticorps par les Ly B
•Relargage de cytokines induisant la lysedes micro-organismes intracellulaires par les macrophages
Facteurs non-HLA de régulation génétique
Contribution importante de gènes non liés à la région HLA dans la régulation génétique des réponses immunitaires dirigées contre P. falciparum
La région chromosomique 5q31-q33 (gènes de cytokines, gènes de régulation de la réponse immune) interviendrait dans le contrôle des niveaux d’infection par P. falciparum
Polymorphisme érythrocytaire & paludisme
Protection cliniqueTrait drépanocytaire, alpha-thalassémie, déficit en G6PD, ovalocytose, groupe sanguin ABO, groupe Duffy
Mécanismes proposésModification des antigènes érythrocytaires de surface favorisant la reconnaissance immunitaire (alpha-thal)Sensibilité accrue au stress oxydant favorisant la phagocytose des parasites (déficit G6PD)Ralentissement de la croissance parasitaire dans les hématies anormales (Hb S)Facilitation (groupe A) ou limitation (groupe O) de la formation de rosettes
Autres polymorphismes érythrocytaires moins directement liés à la protection
Hb C, Hb E, béta-thalassémie, récepteur du complément CR1
Pourquoi s’intéresser en 2004 au polymorphisme érythrocytaire en relation
avec le paludisme ?
Les particularités des érythrocytes « anormaux » peuvent être utilisées pour la conception d’un vaccin
Utilisation de la réponse anticorps anti-bande 3 (protéine exprimée à la surface des érythrocytes sénescents, ou infectés par Plasmodium, ou de sujets drépanocytaires, déficitaires en G6PD ou béta-thalassémiques)JR Kennedy, Int J Parasitol 2001 & Med Sci Monit 2002
Les modifications des réponses immunitaires spécifiques engendrées par les facteurs génétiques affectant l’érythrocyte restent méconnues
Nos programmes de recherche au Gabon (1995-2001) puis au Sénégal (2002-2005)
Structure de l’hémoglobine
Chromosome 11
Chromosome 16α2 α1α2 α1
Gγ Αγ δ β
Gγ Αγ δ β
naissance
αβ
δγ
Hb Fα2 γ2
Hb Aα2 β2
Hb A2α2 δ2
α
α
β β
hème
Trait drépanocytaire & Paludisme
Mutation ponctuelle au locus des β globines (hémoglobine S): Hb AS
Fréquence variant de >20% en Afrique équatoriale à <5% en Afrique du nord
Protection des jeunes enfants Hb AS contre les accès simples (60%) et graves (90%) (Hill 1992)
Mécanismes:Élimination plus rapide des GRP falciformes par la ratePersistance de Hb F qui retarde la croissance du parasite
HbS-F5’agtcagggcagagccatctattgcttacatttgcttctgacacaactgtgttcactagcaacctcaaacagacaccatggtgcatctgactcc(93pb)/tgTggagaagtctgccgttactgccctgtggggcaaggtgaacgtggatgaagttggtggtgaggccctgggcaggttggtatcaaggttacaagacaggtttaaggagaccaatagaaactgggcatgtggagacagagaagactcttgggtttctgataggcactgactctctctgcctattggtctattttcccaccc(201pb)/ttAggctgctggtggtctacccttggacccagaggttctttgagtcctttggggatctgtccactcctgatgctg(75pb)
HbS-R: 3’agacaggtgaggactacgac 5’
Séquence du fragment amplifié du variant HbS(chromosome 11, exon 6 du gène de la béta-globine, 369 pb)
Substitution nucléotidique A>T entraînant une modification d’acide aminé Glu>Val
Digestion par l’enzyme de restriction Dde I:La mutation abolit le site de coupure
294 pb201 pb
93 pb75 pb
Hé HéHo NPM
Détermination du variant HbS (PCR-RFLP)
Alpha-thalassémie & Paludisme
Délétion d’1 à 4 gènes de l’alpha globine
Afrique: -α3.7 thalassémie (5-40%)
La délétion α+ homozygote (-α/-α) favorise l’infestation précoce des enfants par P. vivax. Ceci permettrait le développement ultérieur d’une meilleure immunité vis-à-vis de P. falciparum et aussi envers d’autres agents infectieux (Williams 1996, Allen 1997)
Détermination des –α3.7 thalassémies par PCR
5’ 3’α2 α1
La délétion -α 3.7 de 3.7 kb entraîne la formationd’un gène hybride fonctionnel α2α1
α2α1
TS1 TS2 TS1 TS3
α0/α+
α+ homozygoteα+ hétérozygote
Appellation
1,9---/-α3.7
1,9--α3.7/-α3.7
1,9 + 2,11,9-α3.7/αα
2,1 kb1,9 kbαα/αα
TS1/TS3 (α1)TS1/TS2 (α2)Génotype
Déficit en G6PD & Paludisme
Etudes épidémiologiques
400 millions de personnes concernées dans le mondeVariant G6PD A- associé à 46% (58%) de réduction du risque d’infection sévère chez les filles hétérozygotes (garçons hémizygotes) – Ruwende 1995 -
Mécanismes en jeu
Le déficit en G6PD crée un stress oxydant qui altère la croissance du parasite dans le GRAprès 4 à 5 cycles de schizogonie, le parasite s’adapte en exprimant sa propre G6PD – Usanga & Luzzatto 1985 -
Déficit en G6PD / Physiologie
La Glucose-6-Phospho-Déshydrogénase (G6PD)
Enzyme cytoplasmique qui catalyse la première réaction de la voie des pentoses phosphates contribue à diminuer le stress oxydant subi par les cellules
Gène porté par le chromosome X
Phénomène de lyonisation de l’XNécessité de mener des analyses séparées en fonction du sexeA un génotype donné ne correspond pas un phénotype donné
Variants G6PD en Afrique sub-saharienne
3 variants alléliques principaux parmi les 400 identifiés
Génotypes et phénotypes
BA-, AA-, A-A-BB, BA, AAFemmeA-B, AHomme
DéficitaireNormal
G6PD B, 60 à 80%activité enzym. normale
G6PD A, 15 à 40%activité enzym. de 85%
mutation ponctuelle 376G
G6PD A-, 0 à 25%activité enzym. de 12%
mutation ponctuelle 202A additionnelle à 376Gautres mutations additionnelles: 542T (Santamaria), 680T et 968C
Détermination du variant G6PD A (PCR-RFLP)
G6PD-35’ctgcgttttctccgccaatcatagttgggtgtcatgattttggagagagagctttctccagtgtatttctcccaggtcaaaatatcctgaaatctggcctctgtcctaaggcacaggggtcccagcctggggcagtgtctgtgctgcctgctttggcctccctccctctGgatgtgcagagct(183pb)/gctaagatggggctgaacccagtgtgggacggggacactgacttctgagggcaccctccctggacctccagggaagaccctccactcccctggggcagaacacacacggactcaaagagaggggctgacatctgtctgtgtgtctgtctgtccgtgtctcccaggccaccccagaggagaagctcaagctggaggacttctttgcccgcaactcctatgtggctggccagtacgatgatgcagcctcctaccagcgcctcaacagccacatGgatgccctccacc(285pb)/tggggtcacaggccaaccgcctcttctacctggccttgcccccgaccgtctacgaggccgtcaccaagaacattcacgagtcctgcatgagccagatgtaaggcttgccgttgccct(117pb) 3’ G6PD-2:3’cattccgaacggcaacggga 5’
Séquence du fragment amplifié du variant G6PD A (chromosome X, exon 5, 585 pb)
117 pb
402 pb
285 pb
183 pbDigestion par l’enzyme de restriction Fok
I: la mutation crée le site de coupure
M = homo- ou hémi-zygoteH = hétérozygote
Substitution nucléotidique A>G en position 376de la partie codante, entraînant une modification
d’acide aminé Asn>Asp en position 126 de la protéine
Digestion par Nla III: la mutationcrée le site de coupure
Substitution nucléotidique G>Aen position 202 de la partie codante,
entraînant une modification d’aa Val>Methen position 68 de la protéine
Séquence du fragment amplifié du variant G6PD A- (chromosome X, exon 4, 109 pb)
G6PD-65’gtggctgttccgggatggccttctgcccgaaaacaccttcatcAtg(46pb)/ggctatgcccgttcccgcctcacagtggctgacatccgcaaacagagtgagcccttcttcaag(63pb)G6PD-7: 3’cgtttgtctcactcgggaagaagttc 5’
109 pb63 pb46 pb
Hét PM HomHém
PMN
Détermination du variant G6PD A- (PCR-RFLP)
Génotypage de la G6PD / Niakhar, Sénégal
403 enfants d’origine Sereer, sans lien de parenté direct
G6PD A: Filles G6PD BA = 38% et G6PD AA = 9%Garçons G6PD A = 30%
G6PD A-: seulement 1,2% (3 G6PD BA-, 1 G6PD AA-, 1 G6PD A-)
HypothèsesParticularité génétique de l’ethnie SereerAutre mutation additionnelle associée à un déficit enzymatique que la mutation 202A
Poursuite du génotypage (collaboration Hôp. Robert Debré, Paris)Enfants G6PD A: recherche des mutations 968C, 542T (Santamaria) et 680TEnfants G6PD B: recherche de la mutation 542T (Malaga)
Conclusion
Discordance des étudesAssociation possible de plusieurs anomalies génétiques
Modifications géniques importantes de l’hôte en réponse à la pression de sélection exercée par P. falciparum
Hématie: site direct d’action de l’infection palustreSystème immunitaire (MBP, répertoire TCR, cytokines …)Autres systèmes (HTA, surcharge en fer)
Polymorphisme antigénique du parasite
Complexité des interactions hôte-parasiteImplications vaccinales potentielles