# Le contrôle génétique des hyperéosinophilies

B Granel, P Disdier, N Schleinitz, Christophe Chevillard, J R Harle, A Dessein, P J Weiller

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B Granel, P Disdier, N Schleinitz, Christophe Chevillard, J R Harle, et al.. Le contrôle génétique des hyperéosinophilies. Medecine Tropicale, 1998, 58 (4 Suppl), pp.508-11. hal-01593095

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# LE CONTROLE GENETIQUE DES HYPEEOSINOPHILIES

B. GRANEL, P. DISDIER, N. SCHLEINTTZ, C. CHEVILLARD, J-R. HARLE, A. DESSEIN, P.J. WEILLER

**RESUME** • Le polynucléaire éosinophile joue un rôle crucial dans les défenses anti-infectieuses et tout particulièrement contre les helminthes. La survenue d'une hyperéosinophilie est attribuable à deux mécanismes qui peuvent s'associer : une augmentation de leur production médullaire et de leur différenciation et une augmentation de leur durée de vie. La réponse à éosinophiles est sous la dépendance de nombreuses cytokines parmi lesquelles l'IL-5, l'IL-4, l'IL-3 et le GM-CSF. Les gènes codant ces dernières étant situé dans la région 5q31-q33 du chromosome 5, c'est à ce niveau que se sont concentrées les études portant sur l'approche génétique des hyperéosinophiles humaines. L'intérêt de ces études est de pouvoir, à l'avenir, mieux identifier les populations à risque d'helminthiases et celles qui pourraient présenter une dérégulation de la réponse immunitaire susceptible de conduire à l'atopie ou à certaines maladies systémiques inflammatoires.

**MOTS-CLES** • Hyperéosinophiles - Chromosome 5 - Cytokines.

## GENETIC CONTROL OF HYPEEOSINOPHILIA

**ABSTRACT** • Polynuclear eosinophils play a major role in host defefIse against infectious diseases and especially helminthiasis. 011Set of hypereosinophilia can be attributed to two mechanisms which can occur separately or in combination. The first mechanism involves enhaIlce ment of medullary production and differentiation ofeosi-nophils. The second is prolonged life span of eosinophils. Response to eosinophils depends on various cytokines including IL-5, JL-4, JL-3 and GM-CSF. Since it contains the genes codingfor these cytokines, the Sq31- q33 region of chromosome 5 is thefocus of study on gene- tic control of human hypereosinophilia. The goal of these studies is to allow screening of subjects predisposed to hel- minthic infection and to deregulation of immune res- ponses that may lead to atopy and various types systemic inflammatory diseases.

**KEY WORDS** • Hypereosinophilia - Chromosome 5 - Cytokines.

Med. Trop, • 1998 • 58 4 bis • 508-511

Le polynucléaire éosinophile est une cellule relativement peu abondante parmi les leucocytes du sang circulant chez l'homme (il représente jusqu'à 5 % de la formule leucocytaire sanguine et sa situation est surtout tissulaire), mais il joue un rôle crucial dans les défenses anti-infectieuses et tout particulièrement contre les helminthes. La survenue d'une hyperéosinophilie est attribuable à deux mécanismes qui peuvent s'associer: une augmentation de leur production médul- laire et de leur différenciation (éosinopoïèse) et une aug- mentation de leur durée de vie.

Le caractère familial de l'atopie, la variabilité d'un individu à l'autre de la résistance aux helminthes et de la

cytotoxicité des éosinophiles vis-à-vis des tissus humains ont fait suspecter l'intervention de facteurs génétiques dans le contrôle de la réponse à éosinophiles. Cette dernière est sous la dépendance de nombreuses cytokines parmi lesquelles l'IL- 5, l'IL-4, l'IL-3 et le GM-CSF tiennent le devant de la scène. Les gènes codant ces dernières étant situé dans une région bien précise du génome, la région 5q31-q33 du chromosome 5, c'est tout naturellement à ce niveau que se sont concentrées les études portant sur l'approche génétique de hyperéosi- nophiles humaines.

## LES BASES PHENOTYPIQUES DES HYPEEOSINOPHIUES

### Le modèle de l'atopie.

L'atopie est une tendance constiIlionnelle ou hérédi- taire à présenter des réactions d'hypersensibilité immédiate (asthme allergique par exemple) ou d'autres réactions aller- giques à des allergènes qui ne provoquent aucune réaction chez les sujets normaux. Elle se caractérise par une production anor- malement importante d'IgE et par une rupture de tolérance vis-

<footnote>• Travail du Sen,ice de Médecine Inteme (B.G., Inteme :PD., Professeur : Pl. W, Professeur, Chefde Service) de /'Hôpital de la Timone, du Service de Médecine Interne (J.R.H., Professeur, Chefde Sen.ice) de /'Hôpital de la Conception, et de /'Unité d'immunologie el Génétique des Maladies Parasitaires/INSERM U399 (N.S., Inteme : C.C., Docteur en Sciences : A.D., Professeur, Chefde Service) de la Faculté de Médecine, Marseille, France.</footnote>

<footnote>• Correspondance: P. DISDIER, Service de Médecine Inteme, Hôpital de la Timone, 13385 Marseille Cedex 5, France • Fax: 04 91 34 74 0f • e-mail : pweil/er@ap-hm.fr •</footnote>
à-vis de certains antigènes de l'environnement habituellement non immunogènes. Chez les patients atopiques, l'analyse de lymphocytes T CD4+ spécifiques d'antigène a permis de retrouver un profil de sécrétion de cytokines de type Th2 : production préférentielle d'IL-5 et d'IL-4, peu ou pas de production d'IL-2 et d'interféron y (INFy) (1). L'IL-5 intervient dans la production, la survie et l'activation des éosinophiles, l'IL-4 étant indispensable à la commutation isotypique vers les IgE. Les mastocytes activés sont les effecteurs de la réaction allergique aiguë et leur activation se fait l'ia le récepteur de haute affinité des IgE (FcERI) par pontage des IgE après contact avec l'allergène. Le recrutement des éosinophiles est assuré au niveau du foyer inflammatoire grâce à l'action de cytokines et de chémokines dont l'IL-5 et l'éotaxine. Le récepteur de haute affinité de cette dernière, le CCR3, est exprimé à la fois par les éosinophiles et les basophiles, mais aussi par une population de lymphocytes T de type Th2 ce qui tend à faire de l'éotaxine un facteur de recrutement d'éosinophiles et de lymphocytes Th2 au sein de la réaction allergique.

## Le modèle des helminthiases.

Un phénotype de résistance aux helminthiases a été mis en évidence au sein des populations vivant en état d'en-démie parasitaire. Ainsi, la résistance à la bilharziose semble sous-tendue par une différenciation lymphocytaire dans le sens Th2, la balance de production IgE/JgG4 réglant les modalités de la réponse antiparasitaire. Là encore, les éosinophiles interviennent par des phénomènes de cytotoxicité directe impliquant le FcERI. Leur action cytotoxique passe par la dégranulation et le relargage de médiateurs telles que la protéine cationique des éosinophiles (ECP), la protéine basique (MBP : major basic protein) ou la neurotoxine (EDN). Li a été récemment rapporté que l'IL-5 peut induire l'expression d'une pro-MBP dans des éosinophiles en cours de différenciation (2). Par ailleurs, l'induction, dans les éosinophiles activés, de nitrique oxyde synthétase, enzyme impliquée dans la régulation de la réponse immunitaire, vient d'être démontrée (3).

## Le modèle des syndromes myéloprolifératifs à éosinophiles.

Les proliférations d'éosinophiles de nature clonale qui rejoignent le cadre nosologique des affections malignes sont bien connues en pathologie humaine. Les principales régions chromosomiques impliquées dans la pathogénie des syndromes myéloprolifératifs avec hyperéosinophilie sont le bras court du chromosome 12 et du chromosome 8, le bras long du chromosome 5 et du chromosome 16 (4-7). Différentes anomalies cytogénétiques ont pu être décrites au cours du syndrome hyperéosinophilique primitif et certaines d'entre elles impliquent la région 5q31-32. D'autres observations portent sur des trisomies telles que la trisomie 8 ou divers types de translocations t(8 ; 21) ; t(5 ; 14), t(5 ; 12) ou t(3 ; 5)(p 13 ; q 13). Toutefois, le produit des gènes altérés n'est pas connu avec certitude dans l'ensemble des observations publiées. Ces descriptions pour la plupart isolées ont cependant le mérite d'attirer l'attention sur un contrôle génétique des éosinophiles.

## Les altérations de l'apoptose.

Certaines cellules T produisant des cytokines impliquées dans l'éosinopoïèse pourraient échapper à l'apoptose en exprimant insuffisamment la molécule Fas (récepteur) ou en produisant une protéine Fas soluble antagonisant la protéine normale Fas ligand. Un tel mécanisme vient d'être rapporté dans un cas de syndrome hyperéosinophilique essentiel et dans un cas d'éosinophilie au cours de l'infection par le VIH, les cellules T produisant les cytokines éosinopoïétiques étant de phénotype CD4- CDS- (8).

## LE CONTROLE GENETIQUE DES HYPEEOSINOPHIUES

### Les gènes impliqués dans la synthèse et la régulation de l'interleukine-5.

L'IL-5 est produite par les lymphocytes T activés, les mastocytes et les éosinophiles eux-mêmes. Sa production par les cellules T soutient la notion communément admise de dépendance T de l'éosinophilie. L'IL-5 favorise la croissance et la différenciation des éosinophiles, leur activation et leur chimiotactisme et est impliquée dans la différenciation des lymphocytes B. L'inactivation de l'IL-5 (knock-out de la chaine du récepteur) entraîne une diminution du nombre d'éosinophiles circulants à l'état basal et en réponse à une infection parasitaire. Le gène del 'IL-5 est localisé sur le chromosome 5 en position 5q23.3-3 l. l.

Il est très probable que certaines éosinophiles auraient pour origine une production anormale d'IL-5 comme plusieurs auteurs l'ont déjà rapporté à partir de cas étudiés isolément. Cette dérégulation de la production d'IL-5 peut avoir une origine génétique et être associée à certaines mutations dans les gènes qui ont été impliqués dans le contrôle des niveaux d'IL-5 chez des sujets infectés par des helminthes. Chez ces patients qui produisent des quantités élevées d'IL-5, les différences de production qui ont été observées entre les individus soumis aux mêmes conditions de stimulation sont expliquées par un contrôle génétique impliquant un gène majeur. C'est un polymorphisme au niveau de ce gène qui pourrait rendre compte de la variance du niveau d'IL-5 dans la population.

Actuellement, deux gènes connus sont impliqués directement dans la production ou dans le contrôle de l'IL-5 : l'un est le gène codant pour l'IL-5, qui se trouve en position 5q31-q33, l'autre un gène majeur de régulation de la production d'IL-5 dont l'existence a été récemment postulée et qui peut rendre compte de plus de 70 % de la variance du niveau de production d'IL-5 chez des sujets infectés par *Schistosoma mansoni*. L'existence de ce second gène a été démontré par analyse de ségrégation et sa localisation génétique est en cours à l'aide de microsatellites (9). L'intérêt de ce gène est qu'il est le premier gène majeur de contrôle d'une cytokine rapporté à ce jour. L'étude de son polymorphisme sera sans doute d'un intérêt majeur dans l'étude des mécanismes des hyperéosinophiliès humaines.
## Les gènes impliqués dans la synthèse et la régulation de l'interleukine-4.

L'IL-4 est sécrétée par un nombre restreint de cellules dont les lymphocytes T. Elle joue un rôle crucial dans le développement des cellules Th2 et inhibe la production d'IFN-γ par les cellules Th1. L'inactivation de l'IL-4 (knock-out de l'IL-4) entraîne chez la souris une incapacité à développer une réponse Th2. Elle est aussi sécrétée par les basophiles/mastocytes après pontage d'IgE fixées sur le Fci:RI par l'antigène. L'IL-4 joue un rôle fondamental dans la production d'IgE. De plus, l'immunité protectrice contre certains parasites tels que *Schistosoma mansoni* (10) ou *Trichine/la spiralis* (11) dépend du recrutement et de l'acquisition des éosinophiles dans les tissus qui est en grande partie dépendante des IgE. Le gène de l'IL-4 humaine est situé sur le chromosome 5, près des gènes de l'IL-5, de l'IL-3 et du GM-CSF.

Le promoteur du gène de l'IL-4 contient une séquence P spécifique à laquelle se fixe une protéine activatrice. Des mutations dans les régions promotrices de l'IL-4 mises en évidence dans des lignées lymphocytaires B humaines ont déjà été rapportées et s'accompagnent d'une augmentation des niveaux de transcription dans des modèles *in livo*. Une mutation ponctue le 590C>T du promoteur de l'IL-4, a été mise en évidence chez environ 30 % des patients atopiques (12) et est associée à une élévation sérique des IgE totales, des IgE spécifiques de poussières de maison et à la survenue d'une dermatite atopique. Cette mutation poun-ait avoir un effet positif sur la production d'IL-4 en créant un site de fixation à proximité d'un site de fixation pour NFAT-1, molécule appaitenant à la classe des *Nuclear Factor of Activated T Cells* dont le rôle est d'amorcer la transcription des gènes codant pour diverses cytokines.

L'IL-4 se fixe par ailleurs à des récepteurs de haute affinité exprimés sur de nombreux types cellulaires. Une mutation ponctuelle de la sous-unité α du récepteur de l'IL-4 semble liée au syndrome de Job qui associe des infections récurrentes et une élévation importante des IgE et à certains sujets atopiques.

## Les gènes impliqués dans la synthèse et la régulation de l'interleukine-3 et du GM-CSF.

L'IL-3 et le GM-CSF font partie d'une catégorie de facteurs de croissance hématopoïétiques dont les activités biologiques se recouvrent souvent et qui ont la propriété d'agir sur des précurseurs immatures. Leurs gènes sont situés sur le chromosome 5.

L'IL-3 est principalement produite par les lymphocytes T, particulièrement les cellules T CD4+ qu'elles soient de type Th1 ou Th2. Une autre source d'IL-3 est le mastocyte activé après cross lüzking de ses récepteurs Fci:RI. Le GM-CSF est produit par de nombreux types cellulaires dont les lymphocytes T activés, les macrophages/monocytes, les fibroblastes ... Dans tous les cas, sa production nécessite une stimulation par d'autres cytokines (TNF, IL-1...) ou par des endotoxines. Parmi les nombreuses activités biologiques de l'IL-3 et du

GM-CSF, il faut retenir l'induction de la formation de colonies de granulocytes, de macrophages, d'éosinophiles et de mégacaryocytes.

Des souris transgéniques porteuses d'un déficit partiel en IL-3 présentent un syndrome lymphoprolifératifpré-B et une atteinte cérébelleuse. L'inactivation du GM-CSF (knock-out de GM-CSF) chez la souris entraîne une pathologie pulmonaire avec protéinose alvéolaire et infiltration lymphocytaire péribronchique.

## La mutation de l'exon 7 du récepteur de haute affinité pour les IgE : FcëRI.

Fci:RI est composé de 3 sous-unités: α permet la liaison avec le fragment Fe des IgE ; et y possèdent un motif ITAM (*Immwzoreceptor Tyrosine-based Activatory Motif*) permettant le recrutement de protéines tyrosine-kinases. La sous-unité qui participe à l'amplification du signal transduit α Fci:RI peut être l'objet d'une mutation A > G à + 6843 dont la fréquence est évaluée aux environs de 5 % et qui pourrait s'associer à la positivité de tests cutanés d'atopie et à la présence d'IgE spécifiques de poussières de maison chez certains patients allergiques (13).

## LES PERSPECTIVES D'AVENIR

Deux perspectives sont clairement attendues. L'une concerne un meilleur classement nosologique des pathologies non parasitaires accompagnées d'hyperéosinophilie et l'on peut s'attendre à une révision des critères diagnostiques de certaines maladies telles que le syndrome de Churg et Strauss ou le syndrome hyperéosinophilique essentiel. L'autre concerne la thérapeutique, et l'on sait déjà que les éosinophiles possèdent un récepteur à l'interféron α dont la stimulation inhibe la dégranulation et le relargage de médiateurs tels que la protéine cationique des éosinophiles (ECP), la neurotoxine (EDN) et l'IL-5 (14). On comprend ainsi l'engouement que suscite déjà le traitement de certaines hyperéosinophilies myéloprolifératives graves à tropisme tissulaire par l'interféron α recombinant (15, 16).

## REFERENCES

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