Institut Pasteur de Madagascar, 29 mars 2011UMR216 ‘Santé de la mère et de l’enfant face aux infections tropicales’évoluti...
histoire de la résistance aux antipaludiquesadapted from Ekland & Fidock, 2008ART-TSE AsiaAto/Pg-Rtravellers
principaux gènes de résistance aux médicaments antipaludiquesART-TSE AsiaAto/Pg-Rtravellers• pfcrt (3 SNPs)• pfmdr1 (SNPs)...
• combien d’origines de chimiorésistance ?• comment évoluent les allèles (gènes) 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• au sein/entre populations• échelle : générations• entre plusieurs espèc...
évolution des populationschangement des fréquences alléliques au sein d’une populationgénération 12N tirages0.750.250.750....
marqueurs du polymorphisme génétique (1)SNP : single nucleotide polymorphismMu et al. 2006• ~ 1 SNP / 300 pdb• ~ 100 000 S...
• polymorphismes de séquences répétées en tandem : microsatellites5’-ATCTAGCACACACACACACACATCCTG-3’ (CA)85’-ATCTAGCACACACA...
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15application 2 :origine de la résistance à la pyrimethamine en Afriquedhfr ts51 59 108wild typetriple mutantNICRSN> base ...
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resistant wild-type-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 +1,5FCM2...
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résistance à Ato-PG0 2000 4000 6000 (pb)codingcox IIIcox I cytb4294a>c → Tyr268Ser4294a>g → Tyr268Cys• résistance à Ato- b...
paradoxe de la résistance à Ato-PG• traitement cher (35-60 €)- pas/peu utilisé dans les zones d’endémies• allèle de résist...
stratégie expérimentale• 7 isolats provenant d’échecs thérapeutiques (portant l’allèle mutée pfcytb268)- Ato-PG (6)- atova...
Mitochondrial genome nucleotide positioncox3 cox1 cytb1 1 1 1 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 56 7 7 8 8 1 5 6 7 9 6 1 6 2 3 5 6 7 9 4...
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variations de séquence avant et après traitement• 5 patients : identité moléculaire parfaite entre D0 et Déchec• 1 patient...
interprétation des donnéesmutation********traitement~ 105~ 108-1012reproductionasexuée**• mutation se produit et est sélec...
• multiples origines de l’allèle de résistance à Ato-PG• cas unique : observer en situation naturelle la phase initiale de...
évolution de la résistance aux antipaludiques• origines rares pour SP et CQ (≥ 3 SNPs)• sélection intense sur les populati...
CNR Paludisme• Pr Jacques Le Bras• Véronique Hubert• Dr Sandrine HouzéUMR216• Pr Jacques Le Bras• Dr Oumou Maïga• Dr Lise ...
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Evolution de la résistance de Plasmodium falciparum aux médicaments antipaludiques

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Evolution de la résistance de Plasmodium falciparum aux médicaments antipaludiques - Conférence de la 8e édition du Cours international « Atelier Paludisme » - CLAIN Jérôme - France - jerome.clain@parisdescartes.fr

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Evolution de la résistance de Plasmodium falciparum aux médicaments antipaludiques

  1. 1. Institut Pasteur de Madagascar, 29 mars 2011UMR216 ‘Santé de la mère et de l’enfant face aux infections tropicales’évolution de la résistance de Plasmodium falciparumaux médicaments antipaludiquesjerome.clain@parisdescartes.fr
  2. 2. histoire de la résistance aux antipaludiquesadapted from Ekland & Fidock, 2008ART-TSE AsiaAto/Pg-Rtravellers
  3. 3. principaux gènes de résistance aux médicaments antipaludiquesART-TSE AsiaAto/Pg-Rtravellers• pfcrt (3 SNPs)• pfmdr1 (SNPs)• pdhfr (3-4 SNPs)• dhps (1-3 SNPs)• pfmdr1 (CNVs) • pfcytb (1 SNP)• vacuole digestive• fonction inconnue• cytoplasme• synthèse d’ADN• mitochondrie• transfert d’e-
  4. 4. • combien d’origines de chimiorésistance ?• comment évoluent les allèles (gènes) 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• au sein/entre populations• échelle : générations• entre plusieurs espèces• échelle : temps géologiquesmutationmigrationdérive génétiquesélection naturelle
  7. 7. évolution des populationschangement des fréquences alléliques au sein d’une populationgénération 12N tirages0.750.250.750.25urne des gamèteseffectifs infinisN individus diploïdes♀ ♂génération 2Évolution si :• mutation• migration• dérive génétique• sélection naturelle2 allèlesN individus diploïdes
  8. 8. marqueurs du polymorphisme génétique (1)SNP : single nucleotide polymorphismMu et al. 2006• ~ 1 SNP / 300 pdb• ~ 100 000 SNPs (objectif : 350 000)allèle sauvage :allèles mutants :5’-ATAACATGA-3’ATAAAATGA ATAAGATGA« délétère »« désavantageux »« neutre »« bénéfique »« avantageux »5’-ATAATATGA-3’
  9. 9. • polymorphismes de séquences répétées en tandem : microsatellites5’-ATCTAGCACACACACACACACATCCTG-3’ (CA)85’-ATCTAGCACACACACACACACACACATCCTG-3’ (CA)10marqueurs moléculaires du polymorphisme (2)- très polymorphes : nombreux allèles différents dans une population- neutres le plus souvent
  10. 10. dhfr-5.3 -0.1-4.4kbphénotypesensibleSSSSSS1089961211127897101113121097811: microsatellite: séquence codante(TA)n (TAA)n (CG)ndiversité génétique et origine des mutations
  11. 11. dhfr-5.3 -0.1-4.4kbphénotyperésistantsensibleSSSSS1089961211127897101113121097811: séquences répétées en tandem (microsatellite): séquence codante(TA)n (TAA)n (CG)n 51 59 108apparition d’un allèle de résistance par mutation
  12. 12. sélection de l’allèle de résistance10899612111278971011131210978111089961211127897101113121097811traitement=sélection13 12 1013 12 1013 12 1013 12 101. fréquence de l’allèle de résistance  : sélection directionnelle positive2. effet « auto-stop » ou hitchhiking3. déséquilibre de liaison
  13. 13. 899612117897101112109781113 12 1013 12 1013 12 1013 12 1013 12 10diversité réduite à proximité de l’allèle sélectionné
  14. 14. application 1 :recherche de locus sélectionnés par approche genome-scanidentification du gène pfcrt, déterminant de la résistance à la chloroquineWooton 2001, Natureparasites résistants à la chloroquinechromosomesparasites sensibles à la chloroquineRéductiondeladiversitéallélique
  15. 15. 15application 2 :origine de la résistance à la pyrimethamine en Afriquedhfr ts51 59 108wild typetriple mutantNICRSN> base génétique : 3 SNPs dans le gène dihydrofolate reductase> origine unique en Asie du Sud Est> triple mutant asiatique importé dans le sudet l’est de l’Afrique> probabilité élevée d’échec thérapeutique1978? généralisation à l’ensemble du continent africain ?
  16. 16. stratégieallèles dhfr• sauvage (WT) n = 75• triple mutant n = 204-0.1-3.9 51 59 108 +0.5 +1.5 kbWTtriple mutantNICRSN--------dhfr ts: microsatellite: séquence codante
  17. 17. resistant wild-type-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 +1,5FCM29 194 147 IRN 105 202 196 - IRN - - - - IRN - - 185 140 NCS 99 -THAI - - IRN - - - 150 IRN - - - - IRN - - 192 166 NCS 99 -- 139 IRN - - - - IRN 107 - - - IRN - - 187 145 NCS 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 204Maïga, 2007, J Infect Dis-3.9 -0.1 +0.5 +1.5dhfr -3.9 -0.1 +0.5 +1.5dhfr -3.9 -0.1 +0.5 +1.5dhfr-3.9 -0.1 +0.5 +1.5dhfrFCM29Thaï
  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-PG0 2000 4000 6000 (pb)codingcox IIIcox I cytb4294a>c → Tyr268Ser4294a>g → Tyr268Cys• résistance à Ato- base génétique simple- 1 SNP mitochondrial : pfcytbY268S/C/N- sensibilité in vitro à Ato :  x102-103- perte de la synergie entre Ato et PG synergyMusset 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 derésistance pfcytb268 ?
  21. 21. stratégie expérimentale• 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 (portantl’allèle mutée pfcytbY268)• séquençage du génome mitochondrial : analyse de la diversitémoléculaire autour du locus pfcytb2680 2000 4000 6000 (pb)cox IIIcox I cytbéchantillon : CNR Paludisme (Paris, France)analyses :• génotypage de polymorphes nucléaires (microsatellites)
  22. 22. Mitochondrial genome nucleotide positioncox3 cox1 cytb1 1 1 1 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 56 7 7 8 8 1 5 6 7 9 6 1 6 2 3 5 6 7 9 48 1 1 6 9 6 0 9 7 1 4 6 1 9 8 5 2 8 5 54 0 1 9 1 5 9 4 8 3 9 7 9 6 9 2 4 0 4 4r 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 TR3 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 mitochondriauxminimum-spanning networkS8R3R6R7R2S1S4 S6S5 S7S2S3R5: pfcytbY268SRR4R1: pfcytbY268CR• diversité génétique des sauvages etdes résistants comparables• pas compatible avec une origineunique et récente de la résistance
  24. 24. variations de séquence avant et après traitement• 5 patients : identité moléculaire parfaite entre D0 et Déchec• 1 patient : séquence D0 incomplète, identité nucléaire• 1 patient : D0 non collectéMitochondrial genome nucleotide position Microsatellite1 1 1 1 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 56 7 7 8 8 1 5 6 7 9 6 1 6 2 3 5 6 7 9 48 1 1 6 9 6 0 9 7 1 4 6 1 9 8 5 2 8 5 54 0 1 9 1 5 9 4 8 3 9 7 9 6 9 2 4 0 4 4Time Hap A - - G T G A G T C C C A A G C A G C -TAA87TAA60ARA2PfPK2TAA81D22 R4 . - - . . . . . . . . . . G A . . . . - 80 71 98 165 175D0 . - - . . . . . . . . . . . A . . . . - 80 71 98 165 175(length, bp)D0 DéchécAto-PG
  25. 25. interprétation des donnéesmutation********traitement~ 105~ 108-1012reproductionasexuée**• mutation se produit et est sélectionnéechez les patients indépendamment
  26. 26. • 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’endémieconclusions sur la résistance à Ato-PG
  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 parasiteschimiorésistants• origines multiples pour Ato-PG• échecs thérapeutiques liés à la sélection de mutations denovo (SP, CQ)• signatures de sélection naturelle peuvent être recherchéesdans les génomes de populations- diminution de la diversité génétique- différenciation génétique entre populations
  28. 28. CNR Paludisme• Pr Jacques Le Bras• Véronique Hubert• Dr Sandrine HouzéUMR216• Pr Jacques Le Bras• Dr Oumou Maïga• Dr Lise Musset• Emmanuelle Renard• Dr Jérôme ClainCollaborateurs• Dr Abdoulaye Djimdé (MRTC, Bamako)• Dr Milijaona Randrianarivelojosia (IPM)• Dr JF Lepère (Bandraboua, Mayotte)• Dr Agnès Aubouy (Gabon)• Dr Sabah Omar (Kenya)

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