L’étude de la variabilité du génome humain nous permet d’identifier les variations génétiques des populations humaines, de mieux comprendre l’histoire de notre espèce et, à terme, de faciliter l'identification des gènes responsables de maladies complexes. Notre activité de recherche comprend deux sections complémentaires visant à étudier, par des approches de génétique évolutive et de populations, le poids sur la variabilité du génome humain de la démographie d’une part (étude de régions non codantes), et de la sélection naturelle exercée par les maladies infectieuses d’autre part (étude de gènes impliqués dans la réponse immunitaire). La détection des pressions de sélection dans les différentes régions génomiques étudiées nous permettra d'identifier des gènes ayant joué un rôle important dans la défense immunitaire de l’hôte humain contre les agents infectieux.

Diversité génétique de la région DC-SIGN/L-SIGN et adaptation aux pathogènes

Les deux gènes homologues DC-SIGN (CD209) et L-SIGN (CD209L) sont localisés dans une région de ~30 kb en 19p13.2 et sont impliqués dans la réponse immunitaire, en particulier innée. Ils codent des lectines de type C reconnaissant divers pathogènes, comme Mycobacterium tuberculosis, HIV-1, les virus de la dengue et de l’hépatite C. Afin de mieux comprendre l’histoire évolutive de cette région génomique au sein de notre espèce, nous avons obtenu la séquence complète de ces deux gènes dans un groupe de différentes populations humaines d’Afrique sub-Saharienne, d’Europe et d’Asie de l’Est. La carte détaillée de déséquilibre de liaison de la région génomique montre que les deux gènes ne sont pas en déséquilibre de liaison, malgré leur proximité physique. Nous avons mis en évidence par analyse de diversité nucléotidique et différents tests de neutralité deux scénarios évolutifs opposés pour les deux lectines. DC-SIGN montre un déficit significatif en mutations non-synonymes (mutations changeant l’acide aminé), ce qui suggère la présence d’une contrainte sélective sur ce gène qui empêcherait l’accumulation de changements au niveau protéique. A l’inverse, L-SIGN présente non seulement un excès de diversité de séquence (deux fois plus que la moyenne estimée pour l’ensemble du génome humain), mais aussi une diversité chez les Eurasiens clairement plus élevée que dans les populations africaines. Les données de variabilité observées dans L-SIGN, soutenues formellement par les différents tests de neutralité et distances génétiques entre populations, suggèrent ainsi que ce gène aurait été sous les effets de la sélection balancée (avantage à l’hétérozygote) en Europe et en Asie. En outre, nos résultats suggèrent que la région répétée de l’exon 4 (neck-region), impliquée dans la capacité de ces lectines à reconnaître les pathogènes, pourrait être la cause fonctionnelle des patrons de sélection observés.

Variabilité génétique du gène DC-SIGN et infections mycobactériennes

La forte contrainte sélective mise en évidence dans l’étude précédente suggère que DC-SIGN a joué, et joue encore, un rôle fondamental dans la défense immunitaire de l’hôte humain. De plus, des données fonctionnelles montrent que DC-SIGN est le récepteur majeur des cellules dendritiques humaines à M. tuberculosis, pathogène responsable de la tuberculose (Tailleux et al. 2003). Nous avons ainsi analysé la variabilité génétique (par séquençage systématique et génotypage) de ce gène dans une cohorte de patients avec une tuberculose, que nous avons comparé à des individus contacts sains. Nous avons identifié un haplotype significativement plus représenté chez la population de contrôles sains que chez les patients. Cet haplotype est caractérisé par deux mutations (-871G et -336A) localisées dans la région promotrice du gène. Afin d'écarter une fausse association entre ces deux mutations et la maladie, nous avons également exclu la possibilité que la cohorte étudiée soit « stratifiée » (situation dans laquelle le groupe de cas et le groupe de contrôles différent au niveau de leur « background » génétique populationnel). Nous résultats suggèrent ainsi que les deux variants localisées dans la région promotrice de DC-SIGN confèrent effectivement une protection contre la tuberculose.

Nous avons également testé si DC-SIGN interagissait avec le bacille de la lèpre, M. leprae, et si la variabilité génétique de ce gène était impliquée dans la susceptibilité aux deux principaux types de lèpre ; lèpre lépromateuse et lèpre tuberculoïde. Nos résultats ont montré que DC-SIGN reconnaît M. leprae, ce qui suggère que l’interaction entre DC-SIGN et les mycobactéries n’est pas restreinte au complexe M. tuberculosis. Cependant, nous n’avons pas trouvé d’associations significatives entre la variabilité de ce gène et la susceptibilité ou la pathogenèse de la lèpre.

Adaptation de l’homme à l’environnement xénobiotique : le cas des gènes NATs

Les deux arylamine N-acétyltransférases (NATs) humaines, NAT1 et NAT2, sont des enzymes de phase-II impliquées dans les chaînes de détoxication et de métabolisation de xénobiotiques par acétylation. Nous avons étudié la diversité génétique et le déséquilibre de liaison de ces gènes afin de mieux comprendre dans quelle mesure la sélection naturelle et l’histoire démographique des populations ont influencé leurs patrons de variabilité. NAT1 montre un déficit significatif de diversité aussi bien dans la région codante qu’au niveau d’un microsatellite dans sa région 3’ UTR, ce qui suggère une contrainte sélective. En ce qui concerne NAT2, le test « long-range haplotype » - qui identifie directement des allèles soumis à sélection positive récente - nous a permis d’identifier un haplotype de NAT2 (NAT2*5B) qui a été sélectionné positivement dans les populations européennes et du Moyen-Orient. Cet haplotype est défini par une mutation qui altère la fonction de la protéine et entraîne le phénotype d’acétylation le plus altéré (acétylateur lent). En outre, la distribution géographique de cet haplotype, ainsi que la date estimée (~6500 ans) à partir de laquelle cette mutation a augmenté en fréquence, suggèrent que le début de la sélection positive coïncide avec le passage d’un mode de vie de chasseur-cueilleur à un mode de vie d’agriculteur. Ainsi, nos résultats suggèrent que ce changement de mode de vie (probablement le changement le plus important de l’histoire de l’homme avec l’Industrialisation) a pu influencer l’environnement xénobiotique des populations et donc les processus d’adaptation de ces populations à l’environnement. Nos données suggèrent qu’être « acétylateur lent » a été avantageux dans le passé. Cependant, ce même haplotype est aujourd’hui associé à la susceptibilité au cancer de la vessie et aux effets secondaires (hépatotoxicité) après traitement anti-tuberculeux à l’isoniazide. Ces avantages différentiels dans le temps pour un même haplotype rappellent la théorie du « thrifty genotype » (Neel 1962) qui postule que des variants génétiques avantageux par le passé (maximisation du rendement énergétique des aliments dans des conditions d’accès limité à la nourriture) seraient désavantageux aujourd’hui (épidémies de diabète, obésité, hypertension etc.) suite aux changements de modes de vie des populations.

Diversité de MBL2 et déficience en MBL : de la génétique des populations à l’immunologie

La protéine MBL (mannose-binding lectin) interagit avec un grand nombre de microorganismes et active la voie « mannose-binding » du complément. Une très bonne corrélation a été établie entre certains allèles du gène MBL2 (dans l’exon 1 ou dans la région promotrice) et une diminution des concentrations sériques de MBL, voire une absence de protéine, résultant en une déficience en MBL. Les manifestations cliniques de la déficience en MBL ont été amplement étudiées, mais le rôle biologique de cette lectine dans l’immunité à l’infection reste controversé. En effet, différentes études ont montré une corrélation entre déficience en MBL et une fréquence accrue d'infections. Cependant, le fait que les allèles entraînant une diminution ou une déficience en MBL présentent des fréquences très élevées dans différentes populations humaines (Figure 1) suggère que la déficience en MBL pourrait avoir conféré aussi une protection contre certaines maladies infectieuses. Afin de mieux comprendre les forces évolutives responsables de la fréquence mondiale élevée des allèles associés à une déficience en MBL, nous avons caractérisé la diversité de séquence de la région de MBL2 dans 24 populations humaines d’origines ethnique et géographique différentes. Nos résultats montrent que la variabilité génétique de MBL2 est compatible avec la neutralité, et que l’augmentation en fréquence des allèles déficients n’est pas due aux effets de la sélection positive. Ainsi, la prévalence, au niveau des populations humaines d’aujourd’hui, des allèles conduisant à de faibles concentrations en MBL ou absence de MBL résulte uniquement de la dérive génétique. Nos résultats basés sur une approche évolutive et de génétique de populations éclaircissent le débat sur le rôle de MBL comme étant protecteur, délétère, ou les deux, et suggèrent plutôt un rôle redondant de cette lectine dans le contexte de la réponse immunitaire. Cependant, même si nos résultats montrent clairement que MBL n’a pas joué un rôle majeur dans la défense de l’hôte contre les pathogènes, ceux-ci n’excluent pas un rôle de « disease modifier » dans un contexte de morbidité coexistante, comme la présence d’autres déficiences ou chez des individus immunodéprimés.

Mots-clés: génomique, populations, évolution, sélection naturelle, immunité, génétique humaine