Prédisposition génétique aux maladies infectieuses humaines

ARTICLE

L'identification des gènes de prédisposition ou de résistance mendélienne aux maladies infectieuses suit l'une ou l'autre des stratégies suivantes. Une première approche, dite gène candidat, recherche directement des mutations au niveau de gènes désignés d'après les données biologiques disponibles, par exemple la mise en évidence du rôle de ces gènes dans les modèles animaux correspondants. Une deuxième approche, dite par clonage positionnel et basée sur l'analyse de liaison génétique, recherche une région génomique commune aux seuls membres atteints d'une ou plusieurs familles. Les deux stratégies peuvent se combiner, puisque des études de ségrégation et liaison génétique permettent de tester le rôle de gènes candidats tandis que ceux-ci sont volontiers désignés puis testés au sein des régions identifiées par clonage positionnel.

Dans les maladies infectieuses communes, le contrôle génétique de différents phénotypes peut être étudié [3, 4]. Il peut s'agir de phénotypes cliniques (atteint ou sain pour la maladie considérée), ou biologiques reflétant soit l'infection elle-même (niveaux d'infection parasitaire, séropositif ou séronégatif), soit la réponse immunitaire à l'infection (taux d'anticorps ou de cytokines, hypersensibilité retardée à un antigène). Les méthodes d'épidémiologie génétique permettent alors de déterminer la part respective des facteurs génétiques et des facteurs de milieu (en particulier, les facteurs de contamination par l'agent infectieux) dans l'expression des phénotypes observés et d'identifier ainsi la nature des facteurs génétiques en cause [4, 5]. Ces méthodes combinent des informations de nature épidémiologique et génétique. Les données épidémiologiques concernent le recueil de l'ensemble des facteurs de risque qui peuvent influencer la pathologie étudiée (facteurs d'exposition à l'agent infectieux, âge). Les informations génétiques sont représentées par la connaissance des liens familiaux (recueil de données familiales) et par le typage de marqueurs génétiques. Les développements récents de la génétique moléculaire, comme l'établissement d'une carte génétique dense du génome humain basée sur des marqueurs microsatellites très polymorphes [6] et la disponibilité croissante de polymorphismes mononucléotidiques (single nucleotide polymorphism, ou SNP) [7, 8], ont créé des outils irremplaçables pour ces études génétiques.

La méthodologie générale en génétique épidémiologique est de nature statistique et comporte deux grands types d'études, les analyses de liaison génétique (ou analyses de linkage) et les études d'association (figure 1). En génétique humaine des maladies infectieuses, les analyses de liaison sont utilisées pour localiser une région chromosomique contenant un ou quelques gènes d'intérêt. Un de leurs avantages est de pouvoir explorer l'ensemble du génome par criblage complet (genome screen) permettant de détecter l'effet de gènes dont le rôle était a priori inconnu. Il existe deux grands types d'analyses de liaison [9] indiquées sur la figure 1 : 1) Les approches dites modèle-dépendantes (ou paramétriques) représentées par la méthode classique du lod-score [10] qui nécessitent de spécifier explicitement le modèle phénotype/génotype (en général estimé par une analyse de ségrégation), c'est-à-dire la relation entre le phénotype étudié et un gène supposé influencer l'expression de ce phénotype (approches illustrées par les études sur la bilharziose) ; et 2) Les analyses modèle-indépendantes (ou non paramétriques) comme les méthodes de paires de germains qui ne nécessitent pas de spécifier le modèle phénotype/génotype (illustrées par les études sur la lèpre et le paludisme). Bien que ces analyses de liaison génétique permettent d'affirmer le rôle d'une région chromosomique, elles ne fournissent pas une localisation très précise des gènes influençant des phénotypes aussi complexes. L'étape suivante est alors de tester directement, par des études d'association, le rôle de polymorphismes de gènes candidats situés dans les régions ainsi localisées (gènes candidats par expérience). Ces études d'association peuvent également être réalisées en première intention en testant le rôle de gènes candidats par hypothèse (par exemple des gènes impliqués dans la réponse immunitaire). Dans tous les cas, le rôle d'un polymorphisme ne peut être validé que par des études fonctionnelles, soulignant la complémentarité indispensable des études de génétique épidémiologique et moléculaire.

Ces différentes stratégies ont été appliquées à l'étude de la prédisposition génétique à de nombreuses pathologies infectieuses chez l'homme. Nous détaillerons ici les principaux résultats obtenus dans les infections mycobactériennes rares (BCG et mycobactéries atypiques) et communes (lèpre et tuberculose), et dans deux maladies parasitaires causées respectivement par un protozoaire (paludisme) et par un helminthe (bilharziose).

Infections mycobactériennes

La lèpre et la tuberculose, maladies mycobactériennes les plus fréquentes chez l'homme, sont causées respectivement par Mycobacterium tuberculosis et par M. leprae. De nombreuses autres espèces mycobactériennes sont présentes dans l'environnement et sont souvent appelées mycobactéries non tuberculeuses ou atypiques. Comme le vaccin atténué BCG, elles sont généralement moins pathogènes, bien qu'elles puissent être responsables d'infections graves si la réponse immunitaire de l'hôte est imparfaite. Il est maintenant clairement démontré que la virulence intrinsèque d'une espèce mycobactérienne n'est pas le seul facteur déterminant la sévérité clinique de la maladie associée, et que l'expression d'une infection mycobactérienne dépend très largement de facteurs génétiques de l'hôte infecté. En particulier, des avancées majeures ont été réalisées récemment dans l'identification des mutations génétiques responsables des infections disséminées par les mycobactéries peu virulentes. De plus, plusieurs études de génétique épidémiologique ont montré l'influence importante de facteurs génétiques dans l'expression de la lèpre et de la tuberculose, bien que les bases moléculaires de ce contrôle restent encore largement inconnues.

Infections par les mycobactéries peu virulentes

Le bacille de Calmette et Guérin (BCG), vaccin vivant de la tuberculose, et les mycobactéries environnementales, dites non tuberculeuses (MNT), sont des mycobactéries peu virulentes chez l'homme. Elles peuvent cependant être à l'origine d'infections sévères chez certains patients qui présentent un déficit immunitaire héréditaire. De telles infections peuvent également survenir chez des individus apparemment sains sans déficit immunitaire caractérisé [11-14]. Ces patients ne présentent pas d'autres infections opportunistes, et ils diffèrent en cela des patients qui ont un déficit immunitaire classique, chez qui de nombreux micro-organismes sont pathogènes. Un syndrome mendélien de transmission autosomale récessive est en général responsable de ce tableau [13, 15]. Dans certaines familles cependant, la ségrégation de la maladie suggère une transmission autosomale dominante [16] ou récessive liée au chromosome X [14]. De plus, le pronostic clinique est variable et fortement corrélé au type de lésions histopathologiques observées, suggérant que le défaut génétique sous-jacent est bien hétérogène [17]. Au cours des cinq dernières années, nous avons largement contribué à décrire différents types de mutations causales de quatre gènes (figure 2), définissant huit maladies génétiques.

En 1996 a été identifiée la première étiologie génétique du syndrome, le défaut complet de la première chaîne du récepteur de l'IFNgamma (IFNgammaR1) [18, 19]. D'autres patients porteurs de ce même défaut génétique ont été décrits depuis [20-23]. Toutes les mutations causales sont nulles et récessives, mais selon le type de mutation le récepteur peut ou non être exprimé en surface des cellules [24]. En effet, certaines mutations n'empêchent pas l'expression du récepteur, mais bloquent la fixation de l'IFNgamma. Il n'existe aucune réponse cellulaire à l'IFNgamma, même à forte concentration. Les cellules immunitaires responsables des infections ne sont pas connues avec précision, car le récepteur de l'IFNgamma est exprimé de façon ubiquitaire. Les défauts complets de la chaîne IFNgammaR1 sont associés au développement précoce d'infections mycobactériennes sévères [25-27]. Quelques virus menacent également mais plus rarement ces enfants [28, 29]. Les granulomes sont lépromatoïdes, fréquemment multibacillaires, mal circonscrits et mal différenciés sans cellules géantes. Le traitement curatif repose sur la transplantation médullaire, puisque les antibiotiques ne permettent pas d'assurer une rémission infectieuse complète, et puisque l'IFNgamma est inefficace en l'absence de récepteur spécifique. Plusieurs autres types de déficit en IFNgammaR1 ont été décrits (figure 3). Un défaut récessif partiel et non complet de la chaîne IFNgammaR1 [30] est causé par la substitution d'un acide aminé dans la région extracellulaire. D'autres patients ont un défaut partiel dominant, et non récessif, de la chaîne IFNgammaR1 [16]. L'allèle IFNGR1 muté porte une petite délétion et code des récepteurs membranaires tronqués non fonctionnels qui s'accumulent en surface et exercent un effet dominant-négatif sur les récepteurs codés par l'autre allèle, sauvage, du gène IFNGR1. La même mutation est survenue indépendamment dans douze familles, définissant le premier point chaud de petites délétions chez l'homme. Le défaut fonctionnel est partiel car des concentrations élevées d'IFNgamma sont capables d'induire une réponse cellulaire. La maladie peut se révéler à l'âge adulte et les granulomes sont tuberculoïdes, paucibacillaires, bien circonscrits et bien différenciés avec des cellules géantes. Le traitement des infections repose sur les antibiotiques et sur l'IFNgamma. Il existe donc une corrélation entre le génotype IFNGR1, le phénotype cellulaire (défaut partiel ou complet), le phénotype histopathologique (granulomes tuberculoïdes ou lépromatoïdes) et le phénotype clinique (pronostic favorable ou défavorable) [16, 31].

Un patient a été identifié qui présente un défaut complet récessif de la seconde chaîne du récepteur de l'interféron gamma (IFNgammaR2) [32]. Une mutation nulle récessive empêche toute expression de la chaîne IFNgammaR2. Les cellules du patient ne répondent pas à l'IFNgamma. Le phénotype histopathologique et clinique est sévère, semblable à celui des patients qui ont un défaut complet de la chaîne IFNgammaR1. Le traitement curatif repose également sur la transplantation médullaire. Un autre patient présente un défaut partiel, et non complet, de la chaîne IFNgammaR2 [33]. Il existe une substitution d'un acide aminé dans la région extracellulaire du récepteur. Cette mutation ne compromet pas l'expression en surface de la molécule IFNgammaR2, mais diminue, sans l'abolir, la réponse cellulaire à l'IFNgamma. Le patient présente un phénotype histopathologique et clinique atténué. Il existe donc aussi pour le défaut de la chaîne IFNgammaR2 une corrélation stricte entre le génotype IFNGR2 et le phénotype cellulaire, histopathologique et clinique. Ces observations suggèrent que le degré d'immunité médiée par l'IFNgamma est le facteur déterminant des lésions histopathologiques et de l'évolution clinique associées aux infections mycobactériennes chez l'homme.

Un enfant présente une mutation nulle récessive du gène codant la sous-unité p40 de l'IL12, une cytokine hétérodimèrique (p70, composée de p35 et p40) sécrétée par les macrophages et les cellules dendritiques [34]. Les lymphocytes du patient ont une capacité de production d'IFNgamma très fortement diminuée après stimulation in vitro. Cependant, il s'agit d'un défaut de production d'IFNgamma secondaire, puisqu'il peut être complémenté d'une façon dose-dépendante par de l'IL12 exogène. Chez d'autres patients, des mutations nulles récessives du gène codant pour la chaîne beta1 du récepteur de l'IL12 (IL12Rbeta1) ont été identifiées [35, 36]. Ni les cellules NK ni les cellules T des patients ne produisent suffisamment d'IFNgamma. Le défaut de sécrétion d'IFNgamma dépendant de l'IL12 est responsable des infections mycobactériennes ; le traitement des infections repose donc sur l'utilisation de l'IFNgamma. L'immunité résiduelle médiée par l'IFNgamma qui persiste indépendamment de l'IL12 est responsable du phénotype atténué. Ces travaux suggèrent à nouveau que le degré d'immunité médiée par l'IFNgamma est le facteur déterminant de l'évolution des infections mycobactériennes. Il est donc probable que l'immunité médiée par l'IFNgamma joue un rôle important dans l'expression clinique de la plupart des infections mycobactériennes.

Au total, ces travaux ont permis d'identifier huit maladies génétiques touchant quatre gènes qui démontrent que l'immunité médiée par IFNgamma joue un rôle essentiel chez l'homme dans la protection vis-à-vis des mycobactéries [2, 37]. Cependant, de nombreuses infections restent encore inexpliquées, suggérant que d'autres mutations sont impliquées. L'observation que le niveau d'immunité médiée par l'IFNgamma est étroitement corrélé avec le degré d'immunité protectrice vis-à-vis des mycobactéries peu virulentes suggère qu'il pourrait en être de même vis-à-vis des mycobactéries plus virulentes responsables de la lèpre et de la tuberculose [38].

Lèpre

La lèpre, causée par M. leprae, est une maladie mycobactérienne chronique dont la prévalence a nettement diminué ces dernières années (moins d'un million de cas dans le monde en 1998) dans de nombreux pays (figure 4), mais dont l'incidence a peu évolué (685 000 nouveaux cas en 1997) [39]. L'expression de la maladie résulte de l'interaction entre le bacille et le système immunitaire de l'hôte infecté [40]. Alors que la grande majorité des individus infectés développe une immunité efficace sans maladie clinique [39], certains présentent un large spectre de manifestations cliniques corrélé à leur réponse immunitaire. À un pôle du spectre, les patients avec une lèpre tuberculoïde présentent une réponse cellulaire spécifique bien développée et de faibles taux d'anticorps contre M. leprae, tandis qu'à l'autre pôle, les patients lépromateux ont une immunité cellulaire déficiente et une forte réponse humorale.

De nombreuses études d'agrégation familiale, comme des études de jumeaux, et plus récemment plusieurs analyses de ségrégation ont clairement montré l'existence d'une prédisposition génétique à la lèpre (revue dans [41]). L'objectif principal des analyses de ségrégation est de rechercher si les distributions familiales du phénotype étudié (la lèpre) sont compatibles avec la transmission d'un gène majeur et de fournir une estimation des effets de ce gène (correspondant au modèle phénotype/génotype mentionné en introduction). En particulier, une analyse de ségrégation réalisée dans l'île antillaise de la Désirade a mis en évidence la présence d'un gène majeur contrôlant la susceptibilité à la lèpre per se (c'est-à-dire la lèpre toutes formes confondues) (42). La fréquence de l'allèle délétère était estimée à 0,3, soit 9 % de sujets homozygotes prédisposés à la maladie. À l'âge de 60 ans, la pénétrance (c'est-à-dire la probabilité pour un sujet d'avoir présenté la maladie jusqu'à l'âge de 60 ans) était d'environ 0,6 pour les homozygotes prédisposés (9 % de la population) alors qu'elle restait inférieure à 0,02 pour le reste de la population.

D'autres arguments en faveur de facteurs génétiques dans l'expression des formes de lèpre sont venus des études d'association avec le système HLA. Dans la lèpre tuberculoïde, les résultats les plus cohérents ont été obtenus avec HLA-DR2 (revue dans [43, 44]). En utilisant les techniques de typage moléculaire, une étude [45] a précisé ces résultats en montrant une association positive entre des patients tuberculoïdes indiens et les allèles DRB1*1501, DRB1*1502 (tous deux des allèles DR2) et DRB1*1404, ces trois allèles étant caractérisés par des arginines en position 13 ou 70-71. La forme lépromateuse de la lèpre a été associée à HLA-DR3 dans plusieurs études (revue dans [43, 44]). Le rôle du système HLA dans les formes de lèpre a également été mis en évidence par plusieurs analyses de liaison génétique utilisant la méthode des paires de germains atteints. Une ségrégation non aléatoire des haplotypes parentaux HLA a été observée chez des enfants atteints de lèpre tuberculoïde originaires du Surinam [46], d'Inde [47] et du Vénézuela [48] ainsi que chez des enfants atteints de forme lépromateuse au Vénézuela [48] et en Chine [49]. En revanche, aucune distorsion de ségrégation des haplotypes HLA parentaux n'était observée chez des enfants atteints lorsque toutes les formes de lèpre étaient confondues [47], ce qui va à l'encontre d'une liaison génétique entre la région HLA et la susceptibilité à la lèpre per se [43, 44].

L'identification du gène humain NRAMP1 [50], homologue du gène murin Nramp1 [51], a fourni un excellent gène candidat pour l'étude de la susceptibilité à la lèpre per se. Chez la souris, une mutation ponctuelle du gène Nramp1 est responsable d'une prédisposition à plusieurs pathogènes intracellulaires dont M. leprae murium, le bacille de Calmette-Guérin (BCG), et Leishmania donovani [52, 53]. Les études fonctionnelles montrent que Nramp1 joue un rôle important dans l'activation précoce du macrophage et qu'il a de nombreux effets pléïotropiques sur la fonction macrophagique (revue dans [54]). Chez l'homme, une récente étude de paires de germains malades au Vietnam a montré une liaison génétique entre la lèpre per se et la région du gène NRAMP1, indiquant pour la première fois que NRAMP1 pourrait être un gène de prédisposition à la lèpre [55]. De plus, cette étude combinée à une précédente analyse de ségrégation suggérait l'existence d'une hétérogénéité génétique entre les familles d'origine vietnamienne et celles d'origine chinoise. Cette hétérogénéité pourrait expliquer au moins en partie les résultats de deux analyses précédentes dans des populations différentes qui ne retrouvaient pas de liaison entre lèpre et NRAMP1 [56, 57]. Par ailleurs, dans ces mêmes familles vietnamiennes, une liaison génétique a également été mise en évidence entre la région du gène NRAMP1 et la réaction de Mitsuda qui mesure la réponse immunitaire retardée après injection intradermique de lépromine [58]. Ce dernier résultat est en accord avec l'hypothèse selon laquelle NRAMP1 pourrait être impliqué dans le développement de la réponse immunitaire vis-à-vis des antigènes mycobactériens avec un rôle possible dans la régulation de la différenciation lymphocytaire dite Th1/Th2. Il est ainsi intéressant de noter que les formes tuberculoïdes de lèpre (qui présentent généralement des réactions de Mitsuda positives) sont associées à une réponse dite Th1 prédominante alors qu'une réponse dite Th2 est observée dans les formes lépromateuses (ayant le plus souvent des réactions de Mitsuda négatives) [59, 60]. De plus, une autre étude récente d'association en Inde suggérait que le gène du récepteur de la vitamine D (VDR) pourrait jouer un rôle dans la régulation Th1/Th2 [61]. Dans cette étude, les deux allèles d'un polymorphisme au codon 352 du gène VDR notés T et t (t étant le moins fréquent) étaient positivement associés avec respectivement les formes lépromateuses et tuberculoïdes de la lèpre. Ce résultat suggère que les homozygotes TT pourraient tendre à présenter une réponse immunitaire dite Th2, alors que les homozygotes tt produiraient une réponse plutôt de type Th1.

Tuberculose

La tuberculose, causée par M. tuberculosis, connaît actuellement une résurgence inquiétante puisqu'elle est devenue une des premières maladies infectieuses en termes de mortalité dans le monde [62]. Comme pour la lèpre, l'expression de la maladie résulte d'interactions complexes entre le bacille, des facteurs de milieu et des facteurs propres à l'hôte, et il est assez remarquable de noter que, comme dans la lèpre, la grande majorité (environ 90 %) des individus infectés ne développent pas de symptomatologie clinique. Chez l'homme, le rôle de facteurs génétiques a été suggéré par la mise en évidence de fortes différences interethniques montrant en particulier une prévalence de maladie plus élevée dans les populations d'origine africaine que dans celles d'origine caucasienne [63]. Les études de jumeaux ont confirmé l'importance de ces facteurs génétiques en montrant un taux de concordance pour la maladie plus grand chez les jumeaux monozygotes (~ 60 %) que chez les dizygotes (~ 20 %) (revue dans [64]). Cependant, en comparaison avec la lèpre, très peu d'études familiales ont été réalisées dans la tuberculose. Une récente analyse de ségrégation réalisée au Brésil mettait en évidence un contrôle génétique complexe avec le rôle de plusieurs gènes [65]. Une liaison génétique faiblement significative avec la région NRAMP1 était également observée dans cette étude, mais jusqu'à présent, aucune grande étude de liaison génétique sur la tuberculose n'a été publiée.

De nombreuses études d'association ont été réalisées entre la tuberculose et le système HLA, et les résultats les plus cohérents ont été obtenus avec les allèles HLA-DR2 et HLA-DQB1*0503 [66]. L'influence de polymorphismes des gènes de l'antagoniste du récepteur de l'interleukine 1 (IL1Ra) et de l'interleukine 1beta (IL1beta) sur l'hypersensibilité de type retardée vis-à-vis de la tuberculine et l'expression clinique de la tuberculose a également été rapportée dans une population d'origine indienne [67]. Enfin, une association entre la tuberculose et certains polymorphismes du gène NRAMP1 a été mise en évidence dans une population d'origine gambienne [68]. En particulier, les sujets hétérozygotes pour deux polymorphismes notés INT4 et 3'UTR étaient plus fortement prédisposés à la maladie. Dans la même population, le statut homozygote pour l'allèle t du polymorphisme du gène VDR (décrit dans la section sur la lèpre) était moins fréquent parmi les patients tuberculeux que parmi les témoins [69] et il est à noter que le déficit en 25-hydroxycholécalciférol a récemment été associé aux formes actives de tuberculose chez des sujets d'origine asiatique [70].

En conclusion, ces études sur la tuberculose et la lèpre ne font que débuter, et les premiers résultats obtenus (par exemple avec le gène NRAMP1) devront être confirmés dans d'autres populations et validés par des études fonctionnelles. De plus, le rôle de nombreux autres gènes (par exemple, ceux intervenant dans l'immunité médiée par l'IFNgamma et impliqués dans les prédispositions mendéliennes aux mycobactéries peu virulentes) reste à explorer afin de mieux définir les bases moléculaires du contrôle génétique, vraisemblablement assez complexe, présidant à l'expression de la lèpre et de la tuberculose.

Maladies parasitaires

En dehors du paludisme, l'influence de facteurs génétiques de l'hôte dans la susceptibilité aux autres infections parasitaires humaines n'a pas été admise facilement, probablement parce que les facteurs d'environnement comme les vecteurs et les réservoirs du parasite jouent un rôle important dans la transmission. De plus, certaines propriétés intrinsèques du parasite (variabilité, virulence) étaient supposées rendre compte pour une large part de l'hétérogénéité de réponse observée parmi les sujets vivant en zone d'endémie. Ces notions ont évolué ces dernières années, et si les facteurs précités jouent un rôle important dans les maladies parasitaires, il est clairement apparu qu'il existait de grandes différences constitutionnelles de susceptibilité ou de résistance aux parasites chez les individus exposés, qui pouvaient influencer fortement la réponse aux infections plasmodiales mais aussi à d'autres infections parasitaires majeures comme la bilharziose ou la leishmaniose. Dans les deux paragraphes suivants, nous résumons les principaux résultats obtenus dans le paludisme et la bilharziose au cours de ces dernières années.

Paludisme

Le paludisme est la plus grande endémie parasitaire avec 300 à 500 millions de personnes infectées à travers le monde et une mortalité annuelle estimée à entre 1,5 et 2,7 millions d'individus, touchant surtout les enfants [71]. La pathogénie de l'infection résulte des interactions entre le parasite et le système de défense de l'hôte [72], et il existe une très grande variabilité de réponses à l'infection entre des individus vivant dans les mêmes zones d'endémie. Le rôle de facteurs génétiques régulant, d'une part, la sévérité de l'infection palustre, et, d'autre part, les niveaux d'immunisation par certains antigènes parasitaires a été démontré chez l'animal [73]. Il a ainsi été récemment localisé chez la souris, en particulier sur le chromosome 8, des loci contrôlant la sévérité de l'infection par Plasmodium (P.) chabaudi [74, 75]. Chez l'homme, les études d'épidémiologie génétique les plus nombreuses ont concerné la recherche des facteurs génétiques impliqués dans les formes graves observées dans les infections à P. falciparum, un phénotype souvent appelé paludisme sévère. L'autre grand groupe de travaux, plus récents, a concerné l'étude de phénotypes biologiques (quantitatifs) reflétant soit les niveaux d'infection par le parasite, soit la réponse immunitaire (taux d'anticorps ou de cytokines spécifiques ou non d'un certain antigène).

Paludisme sévère

Les formes graves de paludisme regroupent en général les neuropaludismes avec coma et les anémies sévères dues au parasite. Compte tenu de la relative rareté et de la sévérité (une évolution fatale n'est pas rare) de ces manifestations, les études familiales du phénotype « paludisme sévère » sont extrêmement difficiles. En conséquence, tous les travaux de génétique humaine réalisés jusqu'à présent sur ce phénotype sont des études d'association comparant la fréquence de certains polymorphismes génétiques candidats entre des sujets ayant présenté un paludisme sévère et différents types de sujets témoins (population générale, sujets hospitalisés, sujets infectés par P. falciparum sans complication).

Les premiers polymorphismes incriminés dans la survenue des paludismes sévères sont les anomalies génétiques touchant le globule rouge (revue dans [76, 77]). Ainsi, les sujets hétérozygotes pour certaines hémoglobinopathies, en particulier la drépanocytose (hémoglobinose S), présentent une forte protection contre les formes graves de paludisme. Des travaux récents ont également confirmé l'effet protecteur contre les formes graves de paludisme du déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PD) en Afrique [78] et de l'alpha⁺-thalassémie en Papouasie Nouvelle-Guinée [79]. Enfin, un dernier groupe de facteurs génétiques du globule rouge concerne les récepteurs membranaires aux parasites (revue dans [72]). L'exemple le plus célèbre concerne la résistance à l'infection par P. vivax des sujets porteurs du groupe sanguin Duffy [80] expliquée par le fait que ce parasite ne peut pas pénétrer les globules rouges de ces sujets ; cependant, ce polymorphisme génétique n'a pas d'effet sur les infections à P. falciparum. Tous ces polymorphismes génétiques touchant le globule rouge ont certainement joué un rôle de sélection dans les populations particulièrement exposées à l'infection palustre, mais ne peuvent pas expliquer à eux seuls la variabilité de réponse à l'infection par le parasite observée entre les individus [76] ; il est ainsi possible d'estimer à partir de la fréquence de ces gènes (par exemple la fréquence de l'hémoglobinose S) l'impact qu'a eu le paludisme sur ces populations en termes de mortalité [81].

Outre ceux liés à des anomalies génétiques du globule rouge, les polymorphismes les plus étudiés dans la survenue des formes graves de paludisme sont situés au niveau du complexe HLA-TNF du chromosome 6p21. Il est à noter que la grande majorité des résultats obtenus avec des polymorphismes de ce complexe proviennent d'une seule étude cas/témoin réalisée en Gambie. Une première étude [82] a mis en évidence un effet protecteur d'un antigène de classe I, HLA-B-53 (et à un degré moindre, d'un antigène de classe II, HLA-DRB1*1302), dont le mécanisme immunologique présumé [83] a été discuté sur le plan parasitologique [84]. De plus, les associations avec HLA-B53 et HLA-DRB1*1302 n'ont pas été retrouvées dans une étude réalisée par le même groupe au Kenya [85] avec une explication potentielle qui pourrait résider dans des interactions entre HLA et des polymorphismes du parasite lui-même [86, 87]. Un deuxième groupe de travaux dans cette étude gambienne s'est intéressé à des polymorphismes situés au niveau du promoteur du gène codant pour le TNFalpha qui apparaît comme un bon gène candidat puisque de forts niveaux sanguins de TNF sont souvent observés chez des enfants présentant un neuropaludisme [88]. Le premier polymorphisme étudié, TNF_-308, situé à 308 paires de bases avant le début du site de transcription, existe sous 2 formes alléliques TNF_-308G/-308A. Une première analyse dans la population gambienne [89] montrait que les homozygotes pour l'allèle rare TNF_-308A, qui augmente les niveaux de transcription du gène du TNFalpha par rapport à l'allèle commun TNF_-308G [90], avaient un risque accru de neuropaludisme. Deux autres polymorphismes du promoteur du gène du TNFalpha ont ensuite été étudiés, TNF_-238G/-238A et TNF_-376G/-376A. Le variant rare TNF_-376A augmente la production de TNF par recrutement du facteur de transcription OCT-1 [91], alors que le rôle fonctionnel de TNF_-238A n'est pas clairement établi. Une analyse multivariée du rôle de ces différents polymorphismes dans la population gambienne a montré que TNF_-376A était associé à la survenue de neuropaludisme, alors que TNF_-238A n'avait pas d'action [91]. La même analyse dans un échantillon d'origine kenyanne donnait des résultats plus difficiles à interpréter avec un effet protecteur de TNF_-238A qui semblait annulé par l'effet délétère de TNF_-376A et une absence du rôle de TNF_-308A [91]. Au total, les effets de ces polymorphismes du promoteur du gène du TNFalpha apparaissent tout à fait intéressants, mais ils méritent d'être confirmés dans d'autres populations, et il faut noter que dans tous les cas, ils ne concernent qu'une proportion relativement faible de la population étudiée (de 1 à 5 %).

Niveaux d'infection et réponse immunitaire au Plasmodium

L'autre grand groupe de travaux en épidémiologie génétique du paludisme a concerné l'étude de phénotypes biologiques (quantitatifs) reflétant soit les niveaux d'infection par le parasite, soit la réponse immunitaire (taux d'anticorps ou de cytokines, spécifiques ou non d'un certain antigène). Ces études sont très complémentaires des précédentes car les processus conduisant de l'infection aux phénomènes pathologiques peuvent être tout à fait différents de ceux qui régulent les niveaux d'infection. De nombreux arguments suggèrent le rôle de facteurs génétiques dans le contrôle de ces phénotypes biologiques, comme une récente étude au Burkina Faso, qui montre de fortes différences interethniques dans les charges parasitaires à P. falciparum et dans les taux d'anticorps spécifiques de certains antigènes plasmodiaux [92], et des études de jumeaux qui retrouvent une plus grande concordance de ces taux d'anticorps chez les jumeaux monozygotes que chez les jumeaux dizygotes [93, 94].

Plusieurs analyses familiales, de type analyse de ségrégation, ont été effectuées sur les niveaux d'infection dans des villages entiers au Cameroun [95, 96] et au Burkina Faso [97]. Les niveaux d'infection étaient évalués par des parasitémies sanguines à P. falciparum mesurées à plusieurs reprises et ajustées sur les différents facteurs connus pour influencer ces parasitémies tels que la saison du prélèvement, le lieu d'habitation (plus ou moins proche des marigots) ou l'âge du sujet. Toutes les études ont montré une grande variabilité interindividuelle des niveaux d'infection mais avec une forte corrélation familiale, en particulier entre germains. Alors que les résultats de l'analyse de ségrégation réalisée dans la première population camerounaise étaient en faveur d'un gène majeur récessif contrôlant les niveaux d'infection palustre [95], les deux autres analyses retrouvaient un modèle génétique plus complexe incompatible avec la présence d'un seul gène majeur [96, 97]. Compte tenu de ces résultats et du fait que la première population camerounaise n'a pu être explorée par typage de marqueurs génétiques, les deux autres études se sont poursuivies par des analyses de liaison génétique utilisant une méthode non paramétrique par paires de germains, puisque aucun modèle phénotype/génotype n'avait pu être clairement identifié par l'analyse de ségrégation. L'analyse de liaison réalisée dans la deuxième population camerounaise a recherché le rôle de quelques régions chromosomiques contenant des gènes candidats et a mis en évidence l'intérêt de la région 5q31-q33 [98] où avait été localisé précédemment le gène contrôlant les niveaux d'infection par Schistosoma mansoni [99]. L'étude menée au Burkina Faso dans un échantillon de familles beaucoup plus important a confirmé le rôle de la région 5q31-q33 dans le contrôle des niveaux d'infection par P. falciparum [100]. Cette région contient plusieurs gènes codant pour des molécules immunologiques telles que l'interleukine 4 (IL4) et l'IL12 qui régulent la balance des lymphocytes T auxiliaires de type Th1 et Th2.

Bilharziose

La bilharziose ou schistosomiase est la deuxième grande maladie parasitaire après le paludisme, affectant plus de 200 millions de personnes dans le monde. Schistosoma mansoni est le parasite responsable de la bilharziose hépato-intestinale, la forme la plus fréquente chez l'homme. Le risque de contamination est d'autant plus grand que le contact avec l'eau infestée par la forme jeune du parasite est plus prolongé, et le facteur de milieu prépondérant est dans ce cas l'importance de ce contact. Durant ces dernières années, de nombreuses études ont montré l'influence de la susceptibilité/résistance de l'hôte humain sur deux phénotypes, les niveaux d'infection par S. Mansoni, et le développement d'une fibrose hépatique sévère chez les sujets infectés. Dans les deux cas, une stratégie d'étude dite modèle-dépendante (ou paramétrique) basée sur la succession analyse de ségrégation - analyse de liaison génétique [4] a été employée pour localiser les régions chromosomiques d'intérêt pour ces deux phénotypes. Il s'agit de l'approche la plus puissante en analyse de liaison génétique lorsque le modèle phénotype/génotype peut être correctement estimé.

Niveaux d'infection par Schistosoma mansoni

La première étude sur les niveaux d'infection par S. Mansoni s'est déroulée dans un village du Nord-Est brésilien hyperendémique pour ce parasite [101]. Le phénotype reflétant l'intensité de l'infection par le parasite était le nombre d'œufs de schistosomes dans les selles mesuré à plusieurs reprises et avant tout traitement. Dans cette population, les niveaux d'exposition à l'eau infestée et l'âge expliquaient environ 30 % de la variance des niveaux d'infection, mais, après prise en compte de ces facteurs, il persistait une grande variabilité individuelle de niveaux d'infection avec une forte agrégation familiale (figure 5). L'analyse de ségrégation a alors montré que ces distributions familiales étaient expliquées par l'existence d'un gène majeur contrôlant l'intensité de l'infection par S. mansoni avec environ 3 % de la population prédisposée à de fortes infections [101]. Ce gène, appelé SM1, avait un effet très important puisqu'il rendait compte d'environ 40 % de la variance des niveaux d'infection.

La deuxième étape de cette étude a été alors de localiser SM1 par analyse de linkage utilisant une stratégie de criblage complet du génome. L'analyse de liaison génétique a été effectuée par la méthode des lod-scores utilisant le modèle phénotype/génotype estimé par l'analyse de ségrégation. Les résultats observés sur l'ensemble du génome ont montré qu'une seule région chromosomique en 5q31-q33 donnait, pour deux marqueurs adjacents, des lod-scores supérieurs à +3 [99, 102]. Un typage complémentaire de marqueurs génétiques dans cette région a alors été réalisé et a permis de localiser SM1 avec des valeurs de lod-score très significatives (supérieures à 4,5) pour deux marqueurs situés à 3 centimorgans l'un de l'autre : D5S636 et un marqueur situé dans le gène du récepteur de CSF1 (Colony stimulating factor 1) qui est un facteur stimulé par les infections intervenant dans la production des phagocytes mononucléaires [99]. Outre le gène du récepteur de CSF1, la région 5q31-q33 identifiée par notre analyse de linkage contient plusieurs autres gènes candidats potentiels pour SM1 tels ceux codant pour l'interleukine 4 (IL4), l'IL5, l'IL13 et la sous-unité p40 de l'IL12. Il est à noter que la liaison génétique des niveaux d'infection par S. Mansoni dans la région 5q31-q33 a été confirmée dans une population du Sénégal [103]. De plus, parallèlement à cette étude génétique, une étude immunologique évaluant la réponse spécifique T auxiliaire chez les sujets de l'étude a montré que les sujets homozygotes prédisposés aux fortes infections produisent 10 à 100 fois plus d'IFNgamma que d'IL5 et d'IL4 (réponse de type Th1), alors que les sujets homozygotes résistants présentent un profil de sécrétion inverse [104]. Ces résultats indiquent que SM1 pourrait avoir un rôle important dans la différenciation des lymphocytes T auxiliaires et dans la balance Th1/Th2. Ces résultats combinés à ceux mentionnés plus haut sur la lèpre et les niveaux d'infection par P. falciparum soulignent l'intérêt considérable d'identifier les facteurs génétiques régulant la balance Th1/Th2 lors de la réponse aux agents infectieux.

Fibrose hépatique sévère due à Schistosoma Mansoni

L'autre phénotype d'intérêt dans la bilharziose à S. Mansoni est le phénotype maladie correspondant au développement d'une fibrose hépatique sévère avec les conséquences graves de l'hypertension portale. La raison pour laquelle seule une faible proportion (2 à 10 %) des sujets infectés par le parasite développe une maladie grave n'est pas connue, mais plusieurs observations suggèrent le rôle de facteurs génétiques [105] et une large étude d'épidémiologie génétique sur ce phénotype a récemment été conduite dans un village soudanais. La prévalence des fibroses hépatiques graves avec hypertension portale évaluées par échographie hépatique y était de 6 %. L'analyse de ségrégation réalisée sur les familles de ce village a mis en évidence un gène majeur contrôlant ces formes graves de fibrose hépatique [106]. La fréquence de l'allèle prédisposant à la fibrose hépatique sévère était estimée à 0,16. Les homozygotes pour cet allèle ont une pénétrance estimée à 50 % après 9 (pour les hommes) ou 14 ans (pour les femmes) de résidence dans la zone d'exposition ; cette pénétrance de 50 % est atteinte après 19 ans de résidence pour les hétérozygotes hommes, alors que pour tous les autres sujets la pénétrance reste inférieure à 2 % après 20 ans d'exposition.

Une analyse de liaison génétique utilisant ce modèle phénotype/génotype a été réalisée sur quatre régions génétiques (incluant la région 5q31-q33) et a montré que ce gène était localisé dans la région 6q22-q23 où est situé le gène IFNGR1 codant l'une des chaînes du récepteur de l'IFNgamma qui a un rôle antifibrogénique connu [106]. Ces résultats suggèrent donc que des polymorphismes situés dans le gène IFNGR1 pourraient influencer le développement d'une fibrose hépatique sévère dans l'infection à S. mansoni. De plus, ils indiquent que IFNGR1 est un excellent gène candidat pour l'étude du contrôle de la survenue pathologique de fibrose dans d'autres maladies. En conclusion, l'ensemble de ces résultats indiquent que les niveaux d'infection par S. Mansoni et le développement ultérieur d'une fibrose hépatique sévère sont sous le contrôle de facteurs génétiques différents [107].

CONCLUSION

La génétique humaine des maladies infectieuses est une discipline en pleine émergence. Les situations de prédisposition ou de résistance mendéliennes sont nombreuses, mais chacune ne concerne que de très rares individus. Ces situations sont néanmoins des modèles essentiels, à la fois parce que la relation de cause à effet peut y être établie avec certitude, mais aussi parce que les susceptibilités plus complexes aux maladies infectieuses communes peuvent être liées à des défauts plus mineurs des mêmes gènes. Il est clair que toutes ces études bénéficient pleinement des progrès majeurs réalisés dans les domaines de la génétique moléculaire et de l'immunologie, et auront beaucoup à gagner de l'approche complémentaire portant sur l'étude des phénotypes cliniques et des phénotypes biologiques d'infection et de réponse immunitaire. Il est néanmoins probable qu'avec la multiplication du nombre de polymorphismes génétiques régulièrement mis en évidence, on se retrouve assez fréquemment dans des situations assez complexes comme celle ébauchée dans le paludisme sévère par l'étude du promoteur du gène codant pour le TNFalpha [91], qui nécessiteront le développement de nouvelles méthodes d'analyse pour identifier le ou les polymorphismes réellement fonctionnels. Cependant, ces études passionnantes sont fondamentales pour l'avenir, compte tenu de leurs implications potentielles dans la lutte contre les maladies infectieuses. Elles contribueront certainement à la compréhension des mécanismes complexes intervenant dans la pathogénie des maladies infectieuses et à une meilleure appréciation de la part respective des différents facteurs impliqués. Elles permettront également de souligner la nécessité de prendre en compte une variabilité génétique (identification de sujets à risque) dans le développement et l'évaluation des programmes de contrôle de la maladie et dans l'élaboration de nouvelles stratégies vaccinales. Enfin, la recherche de l'effet biologique de(s) gène(s) identifié(s) par ces méthodes pourrait ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques visant à restaurer une réponse immunitaire partiellement déficiente.

Remerciements. Nous remercions Alain Dessein, Unité INSERM 399 d'immunologie et génétique des maladies parasitaires, pour l'aide apportée à la rédaction du paragraphe sur la bilharziose.

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