Insights on interspecies disease tolerance mechanisms through comparative and functional genomics

La sensibilité des primates aux pathogènes et aux maladies inflammatoires chroniques varie considérablement. Par exemple, les singes (tels que les humains et les chimpanzés) sont très sensibles à de très petites doses de lipopolysaccharide (LPS), une molécule mimétique d'agent pathogène, qui cause de graves lésions tissulaires en raison de l'immunopathologie tandis que les singes africains et asiatiques clades soeurs AAM (tels que les macaques et les babouins) sont beaucoup plus tolérants à des doses beaucoup plus élevées de LPS. Cet écart entre l'homme et les autres primates est connu pour être, au moins partiellement, dû à la différence interspécifique de la réponse immunitaire. Dans cette thèse, j'ai effectué une analyse comparative de la réponse immunitaire à travers différentes lignées de primates pour obtenir des informations supplémentaires sur l'évolution de la réponse immunitaire. J'ai trouvé que les singes provoquent une réponse immunitaire beaucoup plus forte aux stimulants (bactériens ou viraux) par rapport aux AMM. Une telle réponse plus élevée s'est également avérée corrélée avec la phylogénie du primate, la plus élevée chez le primate supérieur (humain) et la plus faible chez le primate basal (lémurien). Une réponse aussi élevée peut être bénéfique pour la médiation d'une destruction efficace des agents pathogènes, mais elle est probablement accompagnée de lésions tissulaires plus élevées, ce qui pourrait expliquer pourquoi les humains sont plus sensibles aux maladies immunopathologiques telles que la septicémie. J'ai également caractérisé le paysage réglementaire de la réponse immunitaire chez ces primates. J'ai trouvé que l'activité des éléments régulateurs était significativement différente entre les différentes espèces de primates après une stimulation immunitaire mettant en évidence le rôle de l'épigénétique dans la conduite du changement de la réponse immunitaire chez les primates. De plus, j'ai trouvé une signature d'évolution adaptative sur les régions actives associées aux gènes qui ont la réponse la plus élevée chez l'homme par rapport aux AMM révélant le rôle de la sélection naturelle sur le façonnement de la réponse immunitaire chez les primates. Primates vary remarkably in their disease susceptibility to pathogens and chronic inflammatory diseases. For instance, apes (such as humans and chimps) are highly sensitive to very small doses of lipopolysaccharide (LPS), a pathogen mimicry molecule, that causes severe tissue damage due to immunopathology while sister clade African and Asian monkeys AAMs (such as macaque and baboon) are far more tolerant to much higher doses of LPS. This discrepancy between humans and other primates is known to be, at least partially, due to interspecies differences of the immune response. In this dissertation, I performed comparative analyses of immune responses across different primate lineages to gain further insights on the evolution of immune response. I found that apes elicit a much stronger immune response to stimulants (bacterial or viral) relative to AMMs. Such a higher response was also found to be correlated with the primate phylogeny, highest in the higher primate (human) and lowest in the basal primate (lemur). Moreover, this high response may be beneficial in mediating effective pathogen killing but it is likely accompanied by higher tissue damage, which might explain why humans are more susceptible to immunopathological diseases such as sepsis. I also characterized the regulatory landscape of immune response across these primates. I found the regulatory elements activity to be significantly different between different primate species after immune stimulation highlighting the role of epigenetics in driving the immune response change across primates. In addition, I found a signature of adaptive evolution on active regions associated with genes that have the highest response in humans versus AMMs revealing the role of natural selection in shaping the immune response in primates.

Keyphrases: lipopolysaccharide, Évolution de la réponse immunitaire, Éléments régulateurs, Évolution des primates, lipopolysaccharide, Immune response evolution, Regulatory elements, Primate evolution