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histoire de la résistance aux antipaludiques                                                        ART-T                 ...
principaux gènes de résistance aux médicaments antipaludiques                                                             ...
• comment évoluent les allèles (gènes) de chimiorésistance ?• combien d’origines de chimiorésistance ?
1- brefs rappels de génétique des populations2- gène pfdhfr et origine de la résistance à la pyriméthamine3- gène pfcytb e...
les 2 échelles de l’évolution• au sein d’1 espèce                          • entre plusieurs espèces• au sein/entre popula...
évolution des populationschangement des fréquences alléliques au sein d’une population              N individus diploïdes ...
marqueurs du polymorphisme génétique (1)         SNP : single nucleotide polymorphism             allèle sauvage :        ...
marqueurs moléculaires du polymorphisme (2)• polymorphismes de séquences répétées en tandem : microsatellites   5’-ATCTAGC...
diversité génétique et origine des mutations: microsatellite: séquence codante         kb        -5.3   -4.4    -0.1      ...
apparition d’un allèle de résistance par mutation : séquences répétées en tandem (microsatellite) : séquence codante      ...
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diversité réduite à proximité de l’allèle sélectionné                                    12     7    8                    ...
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stratégieallèles dhfr• sauvage (WT)              n = 75• triple mutant             n = 204 : microsatellite : séquence cod...
FCM29        -3.9 -0.1 dhfr +0,5 +1,5              -3,9 -0,1 dhfr +0.5 +1.5     -3.9 -0.1 dhfr +0,5 +1,5                  ...
application 3 :origine de la résistance à l’atovaquone + proguanil               (Ato-PG ou Malarone®)• traitement et prév...
résistance à Ato-PG    • résistance à Ato        - base génétique simple        - 1 SNP mitochondrial : pfcytbY268S/C/N0  ...
paradoxe de la résistance à Ato-PG• traitement cher (35-60 €)      - pas/peu utilisé dans les zones d’endémies• allèle de ...
stratégie expérimentaleéchantillon : CNR Paludisme (Paris, France)    • 7 isolats provenant d’échecs thérapeutiques (porta...
Mitochondrial genome nucleotide position                                               cox3                       cox1    ...
relations entre les haplotypes mitochondriaux                     minimum-spanning network                              R2...
variations de séquence avant et après traitement                                    Ato-PG                     D0         ...
interprétation des donnéesmutation                              ~ 105*                    reproduction         *          ...
conclusions sur la résistance à Ato-PG• multiples origines de l’allèle de résistance à Ato-PG• cas unique : observer en si...
évolution de la résistance aux antipaludiques  • origines rares pour SP et CQ (≥ 3 SNPs)  • sélection intense sur les popu...
UMR216                       Collaborateurs• Pr Jacques Le Bras                       • Dr Abdoulaye Djimdé (MRTC, Bamako)...
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Evolution de la résistance de Plasmodium falciparum aux médicaments antipaludiques. Conférence de la 8ème édition du Cours international « Atelier Paludisme » - CLAIN Jérôme

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Evolution de la résistance de Plasmodium falciparum aux médicaments antipaludiques

  1. 1. évolution de la résistance de Plasmodium falciparum aux médicaments antipaludiques jerome.clain@parisdescartes.fr UMR216 ‘Santé de la mère et de l’enfant face aux infections tropicales’ Institut Pasteur de Madagascar, 29 mars 2011
  2. 2. histoire de la résistance aux antipaludiques ART-T SE Asia Ato/Pg-R travellers adapted from Ekland & Fidock, 2008
  3. 3. principaux gènes de résistance aux médicaments antipaludiques ART-T SE Asia Ato/Pg-R travellers • pfcrt (3 SNPs) • pdhfr (3-4 SNPs) • pfmdr1 (SNPs) • pfmdr1 (CNVs) • pfcytb (1 SNP) • dhps (1-3 SNPs) • vacuole digestive • cytoplasme • mitochondrie • fonction inconnue • synthèse d’ADN • transfert d’e-
  4. 4. • comment évoluent les allèles (gènes) de chimiorésistance ?• combien d’origines de chimiorésistance ?
  5. 5. 1- brefs rappels de génétique des populations2- gène pfdhfr et origine de la résistance à la pyriméthamine3- gène pfcytb et résistance à la Malarone (atovaquone-proguanil)
  6. 6. les 2 échelles de l’évolution• au sein d’1 espèce • entre plusieurs espèces• au sein/entre populations • échelle : temps géologiques• échelle : générations mutation migration dérive génétique sélection naturelle
  7. 7. évolution des populationschangement des fréquences alléliques au sein d’une population N individus diploïdes 2 allèles 0.75 génération 1 0.25♀ ♂ Évolution si : • mutation urne des gamètes effectifs infinis • migration 2N tirages • dérive génétique • sélection naturelle N individus diploïdes 0.75 0.25 génération 2
  8. 8. marqueurs du polymorphisme génétique (1) SNP : single nucleotide polymorphism allèle sauvage : 5’-ATAACATGA-3’allèles mutants : ATAAAATGA 5’-ATAATATGA-3’ ATAAGATGA « bénéfique » « délétère » « neutre » « avantageux » « désavantageux » • ~ 1 SNP / 300 pdb • ~ 100 000 SNPs (objectif : 350 000) Mu et al. 2006
  9. 9. marqueurs moléculaires du polymorphisme (2)• polymorphismes de séquences répétées en tandem : microsatellites 5’-ATCTAGCACACACACACACACATCCTG-3’ (CA)8 5’-ATCTAGCACACACACACACACACACATCCTG-3’ (CA)10 - très polymorphes : nombreux allèles différents dans une population - neutres le plus souvent
  10. 10. diversité génétique et origine des mutations: microsatellite: séquence codante kb -5.3 -4.4 -0.1 dhfr (TA)n (TAA)n (CG)n phénotype 13 12 10 sensible 12 7 8 S 10 8 9 S 9 9 9 S 7 7 6 S 8 10 12 S 11 11 11 S
  11. 11. apparition d’un allèle de résistance par mutation : séquences répétées en tandem (microsatellite) : séquence codante kb -5.3 -4.4 -0.1 dhfr (TA)n (TAA)n (CG)n 51 59 108 phénotype 13 12 10 résistant 12 7 8 sensible 10 8 9 S 9 9 9 S 7 7 6 S 8 10 12 S 11 11 11 S
  12. 12. sélection de l’allèle de résistance1. fréquence de l’allèle de résistance  : sélection directionnelle positive2. effet « auto-stop » ou hitchhiking3. déséquilibre de liaison 13 12 10 13 12 10 13 12 10 13 12 1013 12 10 13 12 1012 7 8 12 7 810 8 9 10 8 9 9 9 9 traitement 9 9 9 7 7 6 = 7 7 6 8 10 12 sélection 8 10 1211 11 11 11 11 11
  13. 13. diversité réduite à proximité de l’allèle sélectionné 12 7 8 10 8 9 9 9 9 7 7 6 8 10 12 11 11 11 13 12 10 13 12 10 13 12 10 13 12 10 13 12 10
  14. 14. application 1 : recherche de locus sélectionnés par approche genome-scan identification du gène pfcrt, déterminant de la résistance à la chloroquineRéduction de la diversité allélique chromosomes parasites résistants à la chloroquine parasites sensibles à la chloroquine Wooton 2001, Nature
  15. 15. application 2 : origine de la résistance à la pyrimethamine en Afrique > base génétique : 3 SNPs dans le gène dihydrofolate reductase dhfr ts 51 59 108wild type N C Striple mutant I R N > probabilité élevée d’échec thérapeutique > origine unique en Asie du Sud Est 1978 > triple mutant asiatique importé dans le sud et l’est de l’Afrique? généralisation à l’ensemble du continent africain ? 15
  16. 16. stratégieallèles dhfr• sauvage (WT) n = 75• triple mutant n = 204 : microsatellite : séquence codante dhfr ts -3.9 -0.1 51 59 108 +0.5 +1.5 kbWT - - N C S - -triple mutant - - I R N - -
  17. 17. FCM29 -3.9 -0.1 dhfr +0,5 +1,5 -3,9 -0,1 dhfr +0.5 +1.5 -3.9 -0.1 dhfr +0,5 +1,5 -3,9 -0,1 dhfr +0.5 +1.5 -3.9 -0.1 dhfr +0,5 +1,5 -3,9 -0,1 dhfr +0.5 +1.5 -3.9 -0.1 dhfr +0,5 +1,5 -3,9 -0,1 dhfr +0.5 +1.5 FCM29 194 147 IRN 105 202 196 - IRN - - - - IRN - - 185 140 NCS 99 - ThaïTHAI - - - 139 IRN IRN - - - - - - 150 - IRN IRN - 107 - - - - - - IRN IRN - - - - 192 187 166 145 NCS NCS 99 109 - - - - IRN 107 - - - IRN 111 - - - IRN - - 190 127 NCS 93 - - IRN 107 - - - IRN 111 - - - IRN - - 191 127 NCS 109 - - - IRN 107 - - - IRN - - - - IRN - - 191 136 NCS 107 204 - - IRN 109 - - - IRN - - - - IRN - - 192 127 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 136 NCS 107 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 196 127 NCS 99 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 198 139 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 198 151 NCS 99 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 214 158 NCS 95 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 188 127 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 137 NCS 103 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 206 140 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 206 154 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 224 142 NCS 95 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 187 141 NCS 93 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 191 127 NCS 97 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 191 163 NCS 95 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 197 - NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 200 150 NCS 85 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 202 160 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 204 137 NCS 99 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 206 127 NCS 109 204 - - IRN - - 189 - IRN - - - IRN - - 207 137 NCS 103 - - - IRN - - - - IRN 103 - - - IRN - - 210 150 NCS 99 204 - - IRN - - - - IRN 103 - - - IRN - - 191 153 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN 95 - 201 127 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 212 146 NCS 97 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 140 NCS 99 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 200 156 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 202 147 NCS 85 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 188 140 NCS 97 204 - - IRN - - - - IRN - - 192 152 IRN 103 204 189 153 NCS 95 - - - IRN - - - - IRN - - 196 - IRN - - 189 154 NCS 95 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN 107 204 192 135 NCS 97 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 135 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 135 NCS 107 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 135 NCS - 204 - - IRN - - 200 - IRN - - - - IRN - - 192 140 NCS 99 - - - IRN - - 202 - IRN - - - - IRN - - 192 144 NCS 102 - - 154 IRN - - - 150 IRN - - - - IRN - - 192 154 NCS 103 204 - 154 IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 - NCS 101 - - IRN 103 - - - IRN - - - - IRN - - 202 139 NCS - 204 - - IRN - 204 - - IRN - - - - IRN - - 202 143 NCS 85 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 204 141 NCS 97 195 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 204 143 NCS - - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 206 139 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - 192 - IRN - - 206 146 NCS 99 - - - IRN 103 - - - IRN - - 202 - IRN - - 206 151 NCS 97 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN 107 - 208 135 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 210 137 NCS 95 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 212 127 NCS 111 205 - - IRN - - 151 IRN - - - - IRN - - - 139 NCS 99 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 187 143 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 188 162 NCS 103 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 192 144 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 198 140 NCS 99 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 198 149 NCS 93 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 200 144 NCS 85 204 - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 212 149 NCS - - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 214 127 NCS 99 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - - 150 NCS 95 - - - IRN - - - - IRN - - - - IRN - - 190 142 NCS 99 204 - - IRN - - - - IRN - - 191 127 NCS 111 204 resistant wild-type Maïga, 2007, J Infect Dis
  18. 18. application 3 :origine de la résistance à l’atovaquone + proguanil (Ato-PG ou Malarone®)• traitement et prévention des infections à P. falciparum• Ato : inhibe le complexe mitochondriale : cytochrome bc1• proguanil (PG) : augmente l’activité de l’atovaquone (Ato)
  19. 19. résistance à Ato-PG • résistance à Ato - base génétique simple - 1 SNP mitochondrial : pfcytbY268S/C/N0 2000 4000 6000 (pb) cox I cytb coding cox III 4294a>c → Tyr268Ser 4294a>g → Tyr268Cys - sensibilité in vitro à Ato :  x102-103 - perte de la synergie entre Ato et PG synergy Musset 2007, Microb Inf
  20. 20. paradoxe de la résistance à Ato-PG• traitement cher (35-60 €) - pas/peu utilisé dans les zones d’endémies• allèle de résistance pfcytb268 extrêmement rare dans populations naturelles - donc probablement non transmis par le moustique• échecs thérapeutiques chez les voyageurs : 0,1 - 1 % !! - résistance du parasite - allèle mutant non détecté au début du traitement ? ces échecs sont-ils dus à un seul ou différents allèles de résistance pfcytb268 ?
  21. 21. stratégie expérimentaleéchantillon : CNR Paludisme (Paris, France) • 7 isolats provenant d’échecs thérapeutiques (portant l’allèle mutée pfcytb268) - Ato-PG (6) - atovaquone seule (1) • 28 isolats appariés provenant de succès thérapeutiques par Ato-PG (portant l’allèle mutée pfcytbY268)analyses : • séquençage du génome mitochondrial : analyse de la diversité moléculaire autour du locus pfcytb268 • génotypage de polymorphes nucléaires (microsatellites) 0 2000 4000 6000 (pb) cox I cytb cox III
  22. 22. Mitochondrial genome nucleotide position cox3 cox1 cytb 1 1 1 1 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 5 6 7 7 8 8 1 5 6 7 9 6 1 6 2 3 5 6 7 9 4 8 1 1 6 9 6 0 9 7 1 4 6 1 9 8 5 2 8 5 5 4 0 1 9 1 5 9 4 8 3 9 7 9 6 9 2 4 0 4 4 r r r n n s r i i i s s n n n s s i i rHaplotype Origin n A - - G T G A G T C C C A A G C A G C - R1 IVC 1 . - - . . . . . . . . . . G . . . . . - R2 IVC 1 . - - T . . T . . . . . . C . . . . T T R3 UPV 1 . - - . . . . . . . . T . C . . . . . - R4 UPV 1 . - - . . . . . . . . . . G A . . . . - R5 UPV 1 . - - . . . . . . . . . . C . . . . . - R6 GUI 1 . - - . . A . T . . . . . C . . G . . - R7 THA 1 . - - . . . . . C . . . . C . . . . . - S1 IVC/UPV/GUI 13 . - - . . . . . . . . . . . . . . . . - S2 IVC/UPV/GUI 9 . - - . . . . A . . . . . . . . . . . - S3 IVC 1 . - - . . . . C . . . . T . . . . . . - S4 UPV 1 . - - . C . . A . . . . . . . . . . . - S5 UPV 1 . - - . . . . A . . T . . . . T . . . - S6 GUI 1 . - - . . . . A . . . . . . . . . T . - S7 GUI 1 . A T . . . . A . . . . . . . . . . . - S8 GUI 1 G - - . . . . . . T . . . . . . . . . - Musset , Mol Biol Evol 2007
  23. 23. relations entre les haplotypes mitochondriaux minimum-spanning network R2 R4 R3 R7 R : pfcytbY268C S1 R : pfcytbY268S R1 R5 S8 S3 S2• diversité génétique des sauvages et R6des résistants comparables S4 S6• pas compatible avec une origineunique et récente de la résistance S5 S7
  24. 24. variations de séquence avant et après traitement Ato-PG D0 Déchéc (length, bp) Mitochondrial genome nucleotide position Microsatellite 1 1 1 1 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 5 T T A P T 6 7 7 8 8 1 5 6 7 9 6 1 6 2 3 5 6 7 9 4 A A f A R 8 1 1 6 9 6 0 9 7 1 4 6 1 9 8 5 2 8 5 5 A A A P A 4 0 1 9 1 5 9 4 8 3 9 7 9 6 9 2 4 0 4 4 8 6 K 8 2 7 0 2 1Time Hap A - - G T G A G T C C C A A G C A G C -D22 R4 . - - . . . . . . . . . . G A . . . . - 80 71 98 165 175D0 . - - . . . . . . . . . . . A . . . . - 80 71 98 165 175 • 5 patients : identité moléculaire parfaite entre D0 et Déchec • 1 patient : séquence D0 incomplète, identité nucléaire • 1 patient : D0 non collecté
  25. 25. interprétation des donnéesmutation ~ 105* reproduction * asexuée *traitement ~ 108-1012******* • mutation se produit et est sélectionnée chez les patients indépendamment
  26. 26. conclusions sur la résistance à Ato-PG• multiples origines de l’allèle de résistance à Ato-PG• cas unique : observer en situation naturelle la phase initiale del’évolution la résistance, avant la transmission de l’allèle mutantpar le moustique• Ato-PG non recommandé pour un usage massif en zoned’endémie
  27. 27. évolution de la résistance aux antipaludiques • origines rares pour SP et CQ (≥ 3 SNPs) • sélection intense sur les populations • migrations intra et intercontinentales • échecs thérapeutiques liés à la transmission de parasites chimiorésistants • origines multiples pour Ato-PG • échecs thérapeutiques liés à la sélection de mutations de novo (SP, CQ) • signatures de sélection naturelle peuvent être recherchées dans les génomes de populations - diminution de la diversité génétique - différenciation génétique entre populations
  28. 28. UMR216 Collaborateurs• Pr Jacques Le Bras • Dr Abdoulaye Djimdé (MRTC, Bamako)• Dr Oumou Maïga • Dr Milijaona Randrianarivelojosia (IPM)• Dr Lise Musset • Dr JF Lepère (Bandraboua, Mayotte)• Emmanuelle Renard • Dr Agnès Aubouy (Gabon)• Dr Jérôme Clain • Dr Sabah Omar (Kenya)CNR Paludisme• Pr Jacques Le Bras• Véronique Hubert• Dr Sandrine Houzé

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