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La connaissance de la séquence complète du génome humain permet l'analyse systématique des protéines et des gènes de l'hôte ainsi que de leurs variations génétiques (polymorphismes et mutations). Ceci permettra une meilleure compréhension du rôle des gènes humains dans la variabilité de la sensibilité aux agents infectieux. Beaucoup de progrès ont été faits dans les domaines de la génétique de l'hôte au sujet du VIH, de la tuberculose et de la malaria. Dans le cas du VIH, la connaissance actuelle permet d'expliquer jusqu'à un certain point la variation interindividuelle observée de la sensibilité à l'infection et à la progression de la maladie. A l'avenir, l'utilisation de la prédiction génétique dans la sensibilité à la maladie et dans la réponse au traitement pourrait aider la prise en charge des patients infectés par le VIH.
L'héritage polygénique des maladies infectieuses
Le bagage génétique de chaque individu modifie la sensibilité aux infections et l'évolution ultérieure de la maladie. Certaines conditions monogéniques (dues à la mutation d'un seul gène) ont été associées à une sensibilité augmentée ou à une résistance aux infections.1 Cependant il s'agit d'une exception, et la prédisposition aux maladies infectieuses est généralement un phénomène polygénique et multifactoriel, où de multiples gènes contribuent au résultat de manière modeste, additive ou opposée. Comme pour la plupart des maladies à étiologie complexe, telles que les maladies cardiovasculaires, des approches multiples et l'accès à un large éventail de technologies sont nécessaires afin de progresser dans leur compréhension.
L'infection VIH est un exemple de maladie polygénique et multifactorielle. L'efficacité de transmission du virus est faible (moins de 1% des expositions sexuelles ou percutanées) et certaines personnes ne sont jamais infectées malgré des expositions répétées. L'infectiosité limitée de la plupart des particules virales, l'effet de protection combinée de l'immunité innée et acquise, ainsi que les facteurs génétiques de l'hôte jouent un rôle dans l'évolution de l'infection.2 Une fois l'infection établie, le taux de progression de la maladie est variable : 5 à 15% des individus séropositifs maintiennent une immunité proche de la normale (nombre de cellules T CD4) durant une à deux décennies de suivi médical. A l'opposé, 5% des individus infectés progressent rapidement dans les deux ans vers l'immunosuppression et la mort.
Un grand nombre de gènes humains (> 500) sont modulés (stimulation/inhibition) dans une cellule nouvellement infectée par le VIH.3 Plusieurs douzaines de protéines cellulaires interagissent avec la machinerie virale ou sont incorporées dans le virion. Certains des gènes humains participant au cycle cellulaire du VIH peuvent être polymorphiques (variables dans leur structure protéique ou leur expression génétique), et peuvent influencer la pathogenèse. En effet, le polymorphisme de certains gènes codant pour les chémokines, les récepteurs aux chémokines, les cytokines, et le système HLA sont des facteurs bien connus pour contribuer à la variation observée de la sensibilité et de la progression de la maladie. Dans un cas particulier, une délétion de 32 paires de bases dans le gène CCR5 (récepteur aux chémokines et corécepteur du VIH), peut empêcher efficacement l'infection par le VIH. La contribution de tous les autres facteurs identifiés est modeste et difficile à évaluer. Malgré l'attention portée aux récepteurs cellulaires, d'autres protéines, qui sont elles intracellulaires, procurent des mécanismes de défense antivirale efficaces,4,5 et leur distribution peut être spécifique à chaque cellule.6 Un tableau complet nécessitera l'identification de gènes additionnels, en particulier ceux directement impliqués dans la sensibilité unique des cellules humaines au VIH.7
Nous présentons ici quelques-unes des techniques utilisées pour l'identification de nouveaux gènes, pouvant affecter la pathogenèse du VIH.
1. Analyse d'association de génotypes d'allèles par la méthode des SNP (single nucleotide polymorphism) ou des microsatellites (short tandem repeats) adjacents aux gènes candidats.8 Cette approche identifie des distorsions dans la fréquence allélique et dans l'équilibre de Hardy-Weinberg (la tendance des fréquences d'un génotype à apparaître selon une distribution polynomiale) chez des groupes de patients avec différentes évolutions naturelles de l'infection VIH. Les SNP sont des marqueurs utiles, car ils peuvent être associés (dans un déséquilibre de liaison) à un changement génétique fonctionnel pouvant se situer ailleurs. De telles positions polymorphiques peuvent être analysées par un grand nombre de techniques moléculaires hautement processives. Un grand nombre de patients (typiquement 2000) est nécessaire pour obtenir des associations statistiquement significatives.
2. Analyse dirigée de variations génétiques des gènes impliqués dans la pathogenèse du VIH. Cette approche nécessite l'identification précise de nouveaux polymorphismes dans une région génétique d'intérêt, et l'évaluation de leur conséquence fonctionnelle. Les polymorphismes peuvent influencer l'expression de la protéine, sa fonction, ou potentiellement la fréquence d'un épissage alternatif. Cette analyse directe de
gènes importants nécessite habituellement un nombre plus limité de patients si l'influence du polymorphisme est forte et/ou la fréquence allélique dans la population est élevée.
3. Génétique in vitro. Le VIH permet le développement de modèles «in vitro» où des cellules spécifiques (lymphocytes T CD4) d'un grand nombre de donneurs de sang sains sont infectées en laboratoire avec le VIH dans des conditions de culture standardisées. Dans ces conditions, une collection de cellules peut être caractérisée par leur permissivité au VIH et fournit une grande quantité de matériel biologique permettant une analyse génétique minutieuse, incluant l'analyse de l'ensemble des ARN messager («transcriptome») par la technologie des micro-arrays, et de l'ensemble des protéines («protéome»). De telles conditions contrôlées ne sont pas rencontrées avec du matériel clinique provenant de patients VIH positifs.
Les gènes potentiels ou reconnus pour jouer un rôle dans la stimulation ou la diminution de la réplication virale dans la cellule humaine peuvent être évalués grâce à une inhibition d'expression ciblée. Ceci est actuellement réalisé en inhibant l'expression du gène cible souhaité en utilisant la technologie des «small interfering RNA» (siRNA9). Ces ARN, d'une longueur de quelques 20 résidus, sont complémentaires aux ARN messagers et amènent leur destruction.
L'Etude de la Cohorte VIH suisse (SHCS) a démarré en avril 2001 un projet génétique visant à inclure des paramètres génétiques connus influençant l'histoire naturelle du VIH, ainsi que des données pharmacogénétiques (gènes influençant la réponse au traitement) et immunogénétiques (gènes influençant la réponse immunitaire) dans la base de données de la SHCS. Dès lors, les sept centres de la cohorte et les médecins participants ont recruté des patients acceptant (par consentement écrit) de se soumettre à cette étude approuvée par les différentes commissions d'éthique. Le taux d'acceptation de l'initiative génétique parmi les patients infectés par le VIH a été extrêmement haut (96%).
L'analyse d'un processus infectieux doit prendre en compte le pathogène dans le contexte de l'hôte, et la variabilité génétique des deux. Les gènes de l'hôte devraient être systématiquement sujets à l'analyse du polymorphisme, des différences dans l'expression ARN/protéine, et si possible dans le type des formes d'épissage alternatif.10 Cette approche serait complétée méthodiquement par des tentatives d'inhibition de l'expression du gène cible particulier en utilisant la technologie des siARN, permettant ainsi de dériver une information sur le rôle exact du gène dans la pathogenèse de l'agent infectieux.
La compréhension de la pathogenèse du VIH peut conduire à l'identification de cibles chez l'hôte pouvant être modifiées par des moyens soit pharmacologiques soit, dans le futur, génétiques. La découverte de l'existence d'êtres humains naturellement dépourvu de CCR5 et résistants au VIH, a stimulé le développement de nouvelles classes de médicaments tels les inhibiteurs spécifiques de chémokines et les inhibiteurs de la fusion.
Un bénéfice évident de la recherche génétique est la possibilité d'identifier des facteurs pronostiques de maladie ou au contraire de son absence, et des marqueurs de réponse au traitement. Le développement de plateformes d'analyse multigénique offrira certainement dans un futur assez proche des outils pour l'évaluation individualisée de la maladie VIH.11 Les outils de criblage génétique incluront aussi des gènes modifiant la réponse au traitement (pharmacogénétique) : gènes codant pour des transporteurs «multi-drogues», enzymes du métabolisme ou récepteurs de médicament, qui modifieront la disponibilité et l'efficacité d'un médicament. Les médicaments métabolisés par des voies polymorphiques sont souvent responsables d'effets secondaires.12 Dans le cas d'une thérapie antirétrovirale, les inhibiteurs de la protéase ainsi que les inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse sont tous deux des substrats de transporteurs, tels que le transporteur P-glycoprotein, et les isoenzymes CYP450.13 Les réactions d'hypersensibilité peuvent être prédites par l'usage de marqueurs immunogénétiques.11
Une prédisposition génétique peut influencer le risque de développement de complications métaboliques associées à l'usage d'agent antirétroviraux. Les patients portant les allèles apolipoprotéine E-2 ont un niveau de triglycérides plus élevé qui peut s'accroître encore lors d'un traitement avec un inhibiteur de protéase, la variation de la «Sterol-Regulatory Element Binding Protein 1c» (SREBP-1c) est prédictive de l'hyperlipoprotéinémie liée à la thérapie, et le polymorphisme du gène TNF-alpha pourrait être un déterminant du développement de la lipoatrophie liée au VIH. Un polymorphisme dans le gène LMNA, codant pour la lamine A/C, a été associé au syndrome de lipodystrophie partielle familiale, et pourrait jouer un rôle dans le développement de la lipoatrophie associée aux antirétroviraux.14
L'utilisation future de marqueurs génétiques nécessitera une attention envers un certain nombre de défis dans l'interprétation des études génétiques. Le défi immédiat dans la génétique des populations de maladies à étiologie complexe inclut une définition stricte : 1) du phénotype d'étude ; 2) de la population d'étude ; 3) des outils de statistiques/modélisation appropriés ; 4) de la puissance de l'étude ; 5) de la structure haplotypique, et 6) de la plausibilité biologique.15 Ces considérations sont importantes étant donné que seuls 30% des associations génétiques rapportées peuvent être considérées comme prouvées en conséquence de ces biais multiples et des erreurs d'expérimentations.16