Susceptibilit6 gknktique aux infections parasitaires humaines : 6tude de la bilharziose

Alain Dessein’, Sandrine Marquet’, Dominique Hillaire’, Virmondbs Rodrigues2, Laurent Abel3

Une etude familiale effect&e dans une population exposee aux schistosomes montre que la resistance humaine a la bilharziose est sous le controle d’un gene majeur et qu’un polymorphisme au niveau de ce locus explique en grande par-tie les differences de susceptibilite P l’infection. Des etudes d’association effect&es sur des sujets exposes aux parasites a I’origine du paludisme et de la leishmaniose indiquent egalement un controle genetique de la susceptibilite humaine a ces infections et aux pathologies qui leur sont associees.

l lnserm unite 399, immunologie et genetrque des maladies parasitaires. faculte de medecine, 27, bd Jean-Moulin, 13385 Marseille cedex 5, France ; 2 Laboratoire d’immunologie. departement des sciences biologiques. Uberera, Bresil ; 3 lnserm unite 436, modelisation mathematique et statistique en biologie et medecine, CHU Pitie-Salpetriere, 91, bd de I’Hbpital, 75013 Paris, France.

L ‘anatyse de la susceptibilite genetrque de l’etre humain aux infections parasitaires et a

leurs consequences pathologiques a et6 initiee relativement recemment ; il faut done se garder de tirer des conclusions generales a partir de quelques resultats positifs obtenus dans certaines parasitoses, car les parasites et les pathologies qui leur sont associes sont tres differents les uns des autres et cette diversite se retrouvera tres probablement au niveau du controle genetique. Neanmoins, les resultats obtenus dans la bilharziose, le paludisme et la leishmaniose sont informatifs quanta l’importance de definir avec soin la strategic a employer en fonc- tion des caracteristiques de l’infec- tion (prevalence des atteints, poids des facteurs environnementaux, etc) et des resultats escomptes (gene majeur ou controle multigenique) ; c’est pourquoi nous decrirons les methodes que nous avons utilisees dans notre analyse de la bilharziose puis nous resumerons certains tra- vaux effect&s par d’autres groupes, sur le paludisme et sur la leishma- niose cutanee. Ces differentes etudes donnent une id&e assez precise des strategies utilisables, ainsi que des resultats obtenus a ce jour dans le domaine du controle genetique des maladies parasitaires. Les etudes effectuees chez l’animal ont montre t&s tot l’importance de facteurs genetiques dans le deve- loppement d’une infection par des agents pathogenes aussi divers que les salmonelles [l], les leishmanies [ 21 ou les mycobacteries [3] ; les pre-

ANNALES DE L’INSTITL’T PASTEUR i dctualitk ( IY9h) 7, 1, 5Y-62 1%; EIW\ ir:-. I’drli

mikes evidences pour un controle genetique des infections humaines n’ont et6 toutefois rapportees que recemment [4-71. Plusieurs raisons expliquent ce retard ; des raisons d’ordre metho- dologique, les methodes d’analyse genetique utilisables avec les souris (backcross, utilisation d’animaux congeniques) n’&ant pas applica- bles en genetique humaine ; des rai- sons d’ordre conceptuel : long- temps, une grande importance a et6 accordee aux facteurs de milieu et de comportement dans la determi- nation des niveaux d’infection et des pathologies graves associees aux infections parasitaires, ce qui ne laissait aux facteurs g&&iques qu’un role accessoire. Des methodes d’analyse efficaces pour tester l’existence d’un contrble genetique dans les populations humaines sont maintenant disponi- bles [B] et les etudes effect&es dans les zones endemiques de malaria et surtout de bilharziose [9] montrent que les facteurs environnementaux et de comportement n’ont sans doute pas l’importance qu’on leur attribuait dans l’explication de la variance des niveaux d’infection et dans l’expression des formes clini- ques s&&es ; probablement parce que dans ces regions, l’exposition au parasite est tres @levee pour la majorite des individus et n’est done pas (plus) le facteur limitant le plus important dans l’expression des phenotypes. Ce point est illustre par la figure 1, qui montre l’effet du degre d’exposition aux eaux infect&es par les schisto-

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l!.

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C’LASSFS D’EXPOSITION

Figure 7. Nweaux d’infechon pour chaque classe d’ex- posit/on. Les niveaux d’infection sont expnmtk comme la moyenne gtiomhque du nombre d’i-euis excrhtes.

somes sur les niveaux d’infection par ce parasite dans une population d’une region de bilharziose ende- mique. La bilharziose est causee par un ver trematode (le schistosome) qui se developpe essentiellement entre deux hates : 1’Ptre humain et un gasteropode aquatique (cycle detaille voir [lo]) ; l’etre humain s’infecte en penetrant dans les tours d’eau peuples par le gasteropode infecte qui &met le parasite aux heures chaudes de la journee. La frequence, la duke et la nature des contacts avec les tours d’eau infect& peuvent etre mesurees et donnent une estimation relativement fiable du degre d’exposition a l’agent in- fectieux, surtout si le niveau de

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contamination des eaux peut etre &al& a l’aide de souris sentinelles. L’analyse de la courbe revele claire- ment l’effet de l’exposition sur les niveaux d’infection, lesquels sont mesures par le nombre d’ceufs du parasite excretes par les sujets infec- t&. Les individus appartenant aux classes d’exposition les plus basses (classe 1 ou 2) ont des niveaux d’in- fection en moyenne 5 a 50 fois infe- rieurs a ceux des sujets appartenant aux classes 3 et 4, suggerant que I’exposition est le facteur principal expliquant la variance de ce pheno- type ; or cette conclusion est erro- r-&e, car la courbe s’aplatit aux classes d’exposition &levee aux- quelles appartiennent la plupart des sujets etudies. Dans ces conditions, les differences, parfois considerables, de niveaux d’infection ne peuvent s’expliquer par des differences d’exposition. 11 est probable que cette situation soit commune aux zones de fortes ende- mies ou les taux de transmission sont eleves. Dans la plupart des endemies para- sitaires, les niveaux d’infection et la survenue des formes cliniques graves dependent egalement de l’age, les jeunes enfants et les ado- lescents etant plus infect& et plus gravement atteints que les individus plus ages. Cet effet de l’age est B met- tre en relation avec le developpement d’une immunite acquise qui, dans le cas de certaines infections parasi- taires, telles que le paludisme ou la bilharziose, est relativement lente a

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se mettre en place. Cet effet n’est d’ailleurs pas facile a analyser car les comportements changent avec l’age et une partie de son influence sur l’infection peut s’expliquer par des modifications d’exposition a l’agent infectieux, comme cela a 6% etabli dans le cas de la bilharziose. Ces deux variables, age et exposi- tion au schistosome, ont et4 preci- sees pour chaque individu, comme cela est illustre sur la figure 2 ; la comparaison des niveaux d’infec- tion des enfants des familles 1 et 2 montre clairement que ces deux fac- teurs n’expliquent pas les grandes differences des niveaux d’infection observees entre ces enfants puisque ceux-ci ont des ages comparables et appartiennent aux classes d’exposi- tion elevee. Cette figure suggere egalement une certaine concentration familiale des phenotypes (< infection elevee >) ou c( infection basse )) ; cette impression est d’ailleurs confirmee par l’ana- lyse de l’ensemble des familles de notre etude. Cette concentration fa- miliale suggere que le phenotype pourrait etre sous controle geneti- que relativement simple ; mais d’au- tres explications de cet effet familial, ne faisant pas intervenir d’effets ge- netiques, sont ggalement possibles. Dans les modeles experimentaux, l’etude de l’expression du pheno- type au sein des generations issues de differents backcross permettrait de tester l’existence d’un controle genetique par un ou plusieurs genes. Cette approche n’est pas uti-

El Homme

\ I-. El 440 740 .uvo 5600 1500 1050 El IO IOU IJO u

Figure 2. Age (A). nweau d’exposlbon (fj. niveau dinfechon brul (El/ pour /es membfes des deux families.

60 \\UAI FS LIE L’INSTITUT PASTEUR / actualit& (1996) 7, 1

lisable dans la population humaine et d’autres mkthodes d’analyse ont &Z d&eloppGes permettant de tes- ter I/existence d’un contrble gknkti- que, en particulier lorsque celui-ci fait intervenir un gene ayant un effet majeur. Ces methodes d’analyse [8, 11, 121 testent si la distribution des phkno- types darts la population est compa- tible avec la skgr@gation d’un g&e majeur en prenant en compte les relations parents-enfants et les variables dont l’effet sur le phPno- type a &P ttabli (par exemple 1’Sge et l’exposition). Une telle analyse effectuke sur les observations . collect@es sur 45 familles indiqua la presence d’un contrale g&ktique des ni\reaux d’infection par un g&e codominant majeur avec deux alkles, l’un asso- cik aux infections &levees et l’autre aux infections basses. Ce g&e expli- que environ 50 “% de la variance des niveaux d/infection par SC~Z&~~OV~~ ~znfwwi et la tiquence de l’alkle de susceptibilitk &ait estirke 2 0,22 [S]. La figure 3 montre la distribution des homozygotes et des h&Qozy- gotes telle qu’elle peut &tre calculke B partir du modPle le plus probable proposb par l’analyse de skgrbga- tion. Cette analyse ne permet pas, i elle seule, de conclure d&finitive- ment B la prksence d’un gene majeur ; une @tape critique pour la dkmonstration du contr6le g&&i- que est la localisation du gene, en utilisant les param$tres foumis par l’analyse de &grPgation. Cette localisation a PtP men& rkemment avec SUCCPS dans nntre laboratoire [13] et avec I’aide prP- cieuse du Gknkthon. Le gPne a et6 localisk par analyse de liaison, en utilisant le polymorphisme de mar- queurs hautement polymorphes : les microsatellites [13]. L’analyse compkte du g&nome de 132 individus avec des marqueurs distants en moyenne de 10 B 20 CM a f%@ nfkessaire. Une seule region a don& un loil-score suggestif (sup& rieur a 1,9) [15]. Cette region a fX analysee en d&tail a\lec un ensemble de marqueurs espack d’environ 12 2 CM, des lo&ems nettement signi- ficatifs (supkrieurs 2 4) ont ktk obte-

nus pour deux marqueurs. Dans cette m$me rkgion, sont localis& les genes codant pour des mokules impliquees dans la rkponse immu- nitaire. Parallillement B l’analyse gknktique conduite par une kquipe de notre laboratoire, une kvaluation immu- nologique Ptait men&e par une autre equipe de notre laboratoire, qui a cornpar@ la rkponse immunologi- que des sujets homozygotes r&is- tants a celle des sujets homozygotes susceptibles. La rkponse anticorps a d’abord ktk ktudike ; de nombreuses observations indiquaient que ceux- ci pourraient jouer un i-ale impor- tant dans la protection, car ils inter- viennent dans les rkactions de cyto- toxicitk dirigt!e contre le parasite impliquant les &osinophiles ou les macrophages et activent les sys- temes d’alerte au site de p&&ration du parasite. Cette ktude montra que les niveaux de resistance h l/infection etaient probablement command& en par- tie par les taux relatifs de deux iso- types l’un protecteur (IgE) et l’autre (IgG4) exer<ant une action antago- niste facilitant l’infection [16, 171. Un rkultat identique a @tk kgale- ment rapport6 par nos colkgues anglais travaillant dans des regions endkmiques de Gambie et du Kenya [18, 191. Comme de nombreux t;a- \‘aux dans les modeles expkrimen-

taux animaux montrent le r61e cen- tral des lymphocytes auxiliaires dans l’orientation et la diffkrentia- tion de la rgponse immunitaire pro- tectrice antischistosome, une &alua- tion de ces cellules a et& conduite. Elle a r&& une importante difference entre les sujets susceptibles et les su- jets rksistants : les sujets homozy- gotes susceptibles produisent de 10 ;? 100 fois plus d’interfkron gamma que d’IL5 et d’IL4, alors que les sujets homozygotes resistants prksentent un pattern de s&r&ion inverse, c’est-g-dire qu’ils produisent plus d’IL4 et d’IL5 que d’interfgron gam- ma [20]. La bilharziose est pour I’instant la seule endgmie parasitaire pour laquelle une ktude familiale de liai- son gk-&tique a &? effectke. N&an- moins, d’autres groupes ont utilisk d’autres approches, dont le principe est de comparer la frkquence des alleles de genes candidats dans un groupe de sujets atteints 2 la frk- quence de ces m@mes alleles dans un groupe contrale composk de su- jets non atteints qui ont ktk appari& pour les covariables explicatives. Cette approche a permis de montrer une association entre la protection contre les formes graves du palu- disme et certains haplotypes du systPme HLA [6] et entre la suscep- tibilite au neuroDaludisme et la DOS- session de l’alkie TNF2 [7]. 1

NI\‘EAK D’INFECTION locurdam: APRES A,JIlSTEMENT ET STANDARDISATiON

Figure 3 Dshbubon du phenotype ~c Weenat d’infecbon j) teiie q/e//e est prhd!te par le modile du g&e codomlnant majeur. en supposant une dwtbubon normale pourchaque gknotype. Avecaa : homozygote r&sfant. Aa hetkrozygote. AA : homozygote susceptible

Lallele TNF2 est un v,ariant de la region promotrice du gene du TNFcx et est associe avec un niveau de transcription 6leve du gene. Recemment, une etude comparable a revel6 une frequence @levee de TNF2 chez les sujets atteints de leishmaniose cutanee disseminee [20] par rapport aux patients pre- sentant des leishmanioses cutanees simples. Les mkthodes d’analyse employees dans ces etudes ne peu- vent detecter que des g&nes majeurs deja repertories comme genes can- didats potentiels, a la difference de l’approche utilisee pour l’etude des niveaux d’infection dans la bilhar- ziose, qui a inclus l’etude de l’en- semble du genome. Toutefois, une telle etude familiale n’est pas toujours possible, en parti- culier lorsque les cas atteints repre- sentent une faible fraction de la po- pulation etudiee, comme dans le neuropaludisme ou lorsqu’il n’est pas possible d’evaluer avec une pre- cision suffisante I’effet des facteurs de milieu sur le phknotype ; par exemple, quand le niveau d’exposi- tion de chaque individu ne peut etre evalue. Dans ces cas difficiles, d’autres methodes dites <( non parametri- ques )) permettent neanmoins de tester une liaison entre marqueurs genetiques et phenotype. Ces ana- lyses (en particulier la methode des paires de germains) ne necessitent pas de connaitre les modalites pre- cises de l’effet du gene sur le pheno- type et constituent done une alter- native interessante aux methodes dites cc parametriques )) comme l’analyse par lad-wore que nous avons utilise pour la bilharziose.

Ces etudes de la susceptibilite gene- tique aux maladies parasitaires n’en sont qu’& leur debut et bkneficient pleinement des progres majeurs realises dans le domaine de la gene- tique moleculaire et de l’immunolo-

gie. On peut neanmoins envisager leurs implications potentielles dans la lutte contre ces affections. Elles contribueront certainement a la comprehension des mecanismes complexes intervenant dans la pathogenic de ces infections et a une meilleure appreciation de la part des differents facteurs impliques. Elles pourront Pgalement souligner la nkessite de prendre en compte une variabilitk genetique (identifi- cation de sujets a risque) dans Ie developpement et l’evaluation des programmes de controle de ces ma- ladies et dans l’elaboration de nou- velles strategies vaccinales. Enfin, la recherche de l’effet biologi- que de g&e(s) identifie(s) par ces methodes pourrait ouvrir de nou- velles perspectives therapeutiques.

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