Les Méthodes conventionnelles d’étude de la déformabilité des GR

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Endémicité et indices paludométriques

La situation palustre dans une communauté peut être décrite en termes d’endémicité, qui donne des indications sur l’importance de la transmission, sur la circulation du parasite dans la communauté et sur « l’intensité » de la maladie. Elle permet aussi de délimiter le problème palustre dans l’espace
L’indice de stabilité, déterminé par MacDonald [13], caractérise l’enracinement du paludisme et permet de distinguer :
– les zones de paludisme stable, où la forte transmission entraîne une prémunition. Celle-ci n’empêche pas les habitants d’être parasités mais limite les manifestations pathologiques aux classes d’âge les plus jeunes alors que les adultes sont peu touchés.
– les zones de paludisme instable, où le caractère épisodique de la transmission ne permet pas le développement de la prémunition; la maladie sévit alors sous forme d’épidémie touchant toutes les classes d’âges.
Entre ces deux extrêmes existe toute une palette de situations intermédiaires, modulée par différents facteurs comprenant le type de transmission, le type de vecteur, l’espèce plasmodiale en cause et le niveau d’immunité dans la population ainsi que les caractéristiques environnementales.

Physiopathologie du paludisme (paludisme simple paludisme grave)

De toutes les espèces de plasmodium qui parasitent l’homme, P. falciparum est de loin le plus pathogène et induit la part majeure de la mortalité et la morbidité par paludisme dans le monde. Les personnes vivant dans des zones d’endémie palustre sont constamment exposées aux infections palustres. Cependant dans la majorité des cas, ces infections restent asymptomatiques. Seule une minorité des cas évolue vers le paludisme symptomatique et très peu d’entre eux deviennent graves [16]. Trois éléments déterminent la pathogénicité du plasmodium : le parasite lui-même, l’hôte et l’environnement. Des interactions spécifiques interviennent entre le parasite et l’hôte et aboutissent à diverses manifestations cliniques du paludisme. Parmi ces interactions, nous pouvons citer : l’invasion des GR, la fixation de GR non parasités par des GR parasités formation de rosettes ou « Rosetting »), l’adhésion des GR parasités aux cellules endothéliales dans les petits vaisseaux (Cytoadhérence), la production de toxines par les parasites comme le pigment issu de la digestion de l’hémoglobine (hémozoïne résultant de la polymérisation de l’hème) [17], l’acide urique [18] l’ensemble aboutissant à la libération dans l’organisme de nombreuses cytokines pro-inflammatoires comme le TNFα. [19-26]

L’invasion des globules rouges

L’invasion des GR par le plasmodium contribue indirectement à la physiopathologie du paludisme car elle est indispensable à l’expansion de la population parasitaire au stade sanguin [28]. Il s’agit d’un processus hautement spécifique, ordonné et séquentiel ne dépassant pas 30 secondes. Le mérozoïte s’attache à une hématie susceptible puis s’oriente de manière à apposer son complexe apical sur la membrane de l’hématie. Une invagination se forme, à l’intérieur de laquelle s’introduit le mérozoïte. Cette invagination finit par former une vacuole parasitophore autour du mérozoïte. Les molécules de surface du GR auxquelles se fixe le mérozoïte ont fait l’objet de nombreuses recherches. Les sialoglycoproteines ou glycophorines (GPs) spécialement la GPA et La GPB ont été les premiers récepteurs identifiés [29] mais on peut aussi cite le GP-C, l’antigène du groupe sanguin A. Du côté du parasite, les ligands parasitaires impliqués sont l’EBA 175 (Erythrocyte Binding Antigen), le MSP-1 le MSP-2-4/5 (Mérozoïte Surface Proteins), l’AMA-1 (Apical Membrane Antigen), les RAP1, 2, 3 (Rhoptry associated protein).
Pour un individu donné, et pour une souche parasitaire donnée, la gravité du paludisme dépend intimement de la charge parasitaire. Cette dernière est liée en partie à la capacité du parasite à infecter les GR et à se multiplier à l’intérieur de ce dernier [30]. Des parasite isolés de patients présentant un paludisme grave ont montré un taux initial de multiplication in vitro 3 fois supérieur à ceux de parasites isolés de patients avec paludisme simple [30]

Le Rosetting :

Le rosetting consiste en la fixation des GR non parasités autour d’un GR parasité mature. Il fait intervenir des protéines parasitaires exprimées à la surface des GR parasités telles que le PfEMP-1 et leurs récepteurs présents sur le GR comme le CD36, CR1, et certaines lectines [31-33]. D’autre composant plasmatique pourraient être impliqués dans le rosetting comme des IgM non immunes, le fibrinogène et d’autres composants non identifiés [34, 35]. Le rosetting est associé à la gravité du paludisme dans plusieurs études mais pas dans toutes. Tous les isolats de P. falciparum issus de patients avec paludisme grave se sont montrés capables de rosetting alors que beaucoup d’isolats issus de patients avec paludisme simple en était incapables [36]. Le mécanisme par lequel le rosetting produit la maladie n’est pas complètement élucidé. La formation de rosettes n’a pas été observée de façon convaincante in vivo. Des expériences rigoureuse menées avec des souches de parasites produisant le rosetting et celle ne le produisant pas dans les conditions statiques et même de flux n’ont pas pu prouver une augmentation du taux d’invasion des GR par les parasites induisant le rosetting [37]. Le rosetting a été aussi observé in vitro avec des P. vivax, [38, 39] dont l’infection est peu virulente chez l’homme. Ces observations suggèrent que le rosetting ne peut à soi seul causer du neuropaludisme et de la défaillance multiviscérale. Le rosetting apparaitrait donc comme une expression phénotypique d’autres propriétés du parasite comme la Cytoadhérence qui est, elle, solidement corrélée à la gravité du paludisme[23].

La Cytoadhérence

La Cytoadhérence est un processus dans lequel des GR parasités par des formes matures de P. falciparum se fixent de façon spécifique aux cellules endothéliales des petits vaisseaux (artérioles, capillaires, et veinules post-capillaires). C’est ce qui explique en partie l’absence de formes matures de P. falciparum dans le sang périphérique. La Cytoadhérence est l’interaction cellulaire la plus étudiées dans la pathogénèse du paludisme. Ainsi de multiples molécules présentes sur les GR parasités et les cellules endothéliales impliquées dans ce phénomène ont été identifiées. Ainsi PfEMP-1 (une protéine parasitaire de 200-350 KDa) apparait comme le plus important ligand parasitaire impliqué dans ce phénomène [19, 40, 41]. Sa partie N-terminale comporte plusieurs domaines (DBL, CIDR) opérant l’interaction avec des récepteurs endothéliaux de l’hôte. On peut citer entre autre: l’ICAM-1, le VCAM-1, L’E-selectin, la Thrombospondine, le PECAM ( Platelet –Endothelial Cell Adeshion Molecule), L’antigène du Groupe sanguin A, les IgM non immunes, le CD36 [42-44] Des études ont montré que ICAM-1 et la E-selectin sont exprimés en plus grande quantité dans le micro-vaisseaux des sujets présentant un paludisme grave comparés à ceux des sujets présentant un accès simple [45]. En immobilisant les globules rouges parasités dans les petits vaisseaux, la Cytoadhérence interrompt leur circulation systémique. Ils ne sont donc pas soumis à la clairance splénique s’exerçant normalement sur les globules rouges altérés. La cytoadhérence expose aussi au moins une partie d’entre eux à un environnement pauvre en oxygène, propice à leur croissance, facilitant ainsi l’invasion de nouveaux GR. En induisant ainsi l’adhérence de sa cellule hôte (le GR) ainsi aux cellules endothéliales des petits vaisseaux, le parasite déclenche une souffrance tissulaire. Cette ischémie locale est le mécanisme central du neuropaludisme et de plusieurs composants de la défaillance multiviscérale du paludisme grave [46]. Les globules rouges parasités cytoadhérant peuvent obstruer les petits vaisseaux et déclenchent le recrutement des plaquettes et des monocytes, l’ensemble activant les cellules endothéliales et la production de cytokines.

L’induction de cytokines inflammatoires

Certaines molécules d’origine parasitaire ont été décrites comme ayant une activité toxinique. Parmi elles, l’hémozoïne [47, 48], La Glycosylphosphotidylinositol (GPI) incorporées aux molécules parasitaires [48-50] et l’acide urique parasitaire [18]. La réponse inflammatoire systémique au cours de l’accès palustre contribue à l’expression de récepteurs endothéliaux inductibles comme ICAM1, ce qui amplifie la Cytoadhérence et la séquestration cérébrale des globules rouges parasités.

Anémie palustre

La pathogénèse de l’anémie palustre à P. falciparum est multifactorielle. Cependant l’infection à P. falciparum contribue directement de façon importante à cette manifestation grave. La perte des GR constitue un mécanisme important de l’anémie dans les infections aigue à P. falciparum chez les sujets naïfs [51]. Les troubles d’érythropoïèse souvent observés au cours des infections aigue à P. flaciparum jouent un rôle mineur dans l’anémie palustre [52]. Il a été rapporté que même un arrêt complet d’érythropoïèse n’entraîne que 1% de perte des GR totaux de l’organisme par jour [53]. Cependant, l’inhibition de l’érythropoïèse semble jouer un rôle prépondérant dans l’anémie en cas de portage prolongé à faible parasitémie [54]. L’hypersplénisme et l’hémolyse induite par les anticorps sont considérés comme les principaux mécanismes de l’anémie chez les patients infectés par P. falciparum dans le contexte particulier de la splénomégalie palustre hyper-immune [54, 55].

PfEMP-1 et gènes var

Au cours de son développement intra-érythrocytaire, P. falciparum exprime des protéines très antigéniques qui sont transportées et exposées à la surface des GR infectés. Ces protéines parasitaires appelées Plasmodium falciparum Erythrocyte Membrane proteins (PfEMP) sont exprimées à la surface des GR infectés au niveau des protubérances induites par l’infection par P. falciparum appelées « Knobs ». PfEMP-1 désigne une famille de protéines parasitaires de 200 à 350 kDa. Les membres de la famille PfEMP-1 sont codés par une famille d’une soixantaine de gènes appelés les gènes var et chaque gène var code pour un variant de PfEMP-1 d’antigénicité spécifique [19]. Un seul gène var est exprimé à la fois par le parasite au cours d’un cycle intra érythrocytaire donné [56, 57]. Les anticorps induits par PfEMP-1 étant spécifiques de variant, cela augmente la probabilité que le parasite échappe à une reconnaissance par les anticorps induits par les PfEMP-1 exprimées au cours des infections ou cycles précédents. En plus, les gènes var sont constamment objet de remaniements par recombinaison ou réarrangements donnant naissance à un vaste répertoire de gènes dans la nature. PfEMP-1 joue également un rôle de ligand parasitaire permettant au GR parasités par P. falciparum d’adhérer aux cellules humaines comme les GR, les cellules endothéliales, les monocytes, les plaquettes à travers des récepteurs (voir chapitres précédents). En effet malgré une grande diversité antigénique, la fonction adhésive générique de PfEMP-1 est conservée. En somme, le PfEMP-1 joue un rôle très important pour la survie du parasite durant sa vie intra érythrocytaire en permettant non seulement une évasion de l’immunité adaptative anti-PfEMP-1 variant –spécifique, mais aussi de la clairance innée splénique des GR parasités tout en maintenant les parasites dans un environnement propice à leur développement. Les protéines de PfEMP-1 possèdent un large segment N-terminal extra cellulaire et plusieurs domaines DBL (Duffy binding-like domains) séparés par des régions inter-domaines riches en cystéine (CIDR pour Cystein-rich Inter domain Region) [19, 58]. Les domaines DBL et CIDR peuvent appartenir à un petit nombre de classe de séquence et leur arrangement se fait de façon modulaire. Ainsi les domaine DBL ont été groupés en 7 classes (DBL α, α1, β,,, et x), et les CIDR ont été groupés en 4 classes (CIDR α, α1, β et). En fonction de leur structure, de leur position chromosomique et de leur orientation, les gènes var ont à leur tour été classés en groupe (A, B et C) et en 2 groupes intermédiaires (A/B, B/C) [58-61].Certains variants de PfEMP-1 sont associés à la formation accrue de rosettes in vitro et/ou au paludisme grave [62-64]

Les récepteurs (ou contre-ligands) de PfEMP-1

Antigène Cluster of Différentiation 36 (CD36)

Plusieurs isolats de P. falciparum adhérent à l’endothélium via l’antigène CD36. C’est un récepteur commun à un ensemble de molécules incluant la thrombospondine et les acides gras à chaîne longue. Il est exprimé par les plaquettes et les cellules dendritiques aussi bien que l’endothélium. Des polymorphismes du gène de CD36 semblent influencer la susceptibilité des sujets au paludisme [21, 65], [66-68].

Molécule d’Adhésion Intercellulaire-1 (ICAM-1)

ICAM-1 est un membre de la superfamille des immunoglobulines qui comprend les anticorps et les récepteurs des cellules T. ICAM-1 est une protéine transmembranaire qui possède une extrémité amino-terminale extracellulaire et un domaine transmembranaire unique. La structure de ICAM-1 est caractérisée par une forte glycosylation. Il s’agit d’une molécule d’adhésion intercellulaire présente en faible concentration dans les membranes des leucocytes et des cellules endothéliales. Lors de la stimulation par des cytokines, sa concentration augmente considérablement (récepteur inductible). Lorsqu’il est activé, les leucocytes se lient aux cellules endothéliales via ICAM-1 / LFA-1, puis transmigrent dans les tissus [69]. Quelques isolats de P. falciparum adhérent fortement à l’endothélium via l’ICAM-1 [70, 71]. Un polymorphisme au niveau du domaine N-terminal présente des fréquences élevées dans les populations africaines, et réduit l’activité adhésive de l’ICAM-1. Une étude au Gabon a démontré que l’allèle de faible adhérence était associé à une réduction de la susceptibilité au paludisme grave [72].

Le Platelet-Endothelial Adhesion Molecule-1 (PECAM-1, CD31)

Un autre récepteur d’adhésion pour P. falciparum est le CD31, encore appelé PECAM-1 [73]. Le PCAM-1 est une protéine retrouvée à la surface des plaquettes, des monocytes, des polynucléaires neutrophiles et de certaines cellules T. C’est une protéine transmembranaire de 150 KDa appartenant à la superfamille des immunoglobulines. Elle joue un rôle important dans la migration leucocytaire, l’angiogénèse et l’activation des intégrines. Une étude en Thaïlande a rapporté qu’un haplotype de PECAM-1 est plus fréquent chez les sujets présentant le neuropaludisme suggérant le rôle du PECAM-1 dans cette maladie [74].

Le récepteur-1 du complément (CR-1)

La séquestration des parasites n’est pas seulement due à l’adhérence à l’endothélium. Quelques souches de P. falciparum expriment un phénotype connu sous le nom de rosetting, ou les hématies parasitées adhérent à d’autres hématies non-parasitées.
Le récepteur du complément de type 1 (CR1) a été identifié comme étant le principale récepteur de PfEMP-1 parasité impliqué dans le rosetting des hématies non-infectées aux hématies infectées par P. falciparum, et la formation des rosettes a été associée au paludisme sévère [63]. Aussi certains polymorphismes du CR-1 influenceraient la gravité du paludisme chez l’homme [63, 75, 76].

Protection innée et acquise contre le paludisme.

Les études épidémiologiques ont montré que le sujet vivant en zone d’endémie était susceptible d’acquérir une certaine protection contre le paludisme. Cette immunité protectrice, appelée prémunition se caractérise par:
– Une apparition progressive après infections répétées.
– Une installation d’autant plus précoce que la transmission est forte et stable.
– Une action incomplète n’’empêchant pas toute nouvelle infection et ne permettant pas l’élimination complète des parasites par le sujet.
– Une action instable qui diminue si le sujet n’est plus exposé au parasite pendant de longues périodes.
La multiplication de P. falciparum peut entraîner la mort de l’hôte mais , si le sujet survit, il développe des mécanismes protecteurs qui peuvent, à la longue, inhiber la croissance du parasite et supprimer ainsi le stimulus antigénique de l’immunité de protection : on parle alors de tolérance. Aussi, le parasite dispose de certains moyens lui permettant de contourner les mécanismes de défense de l’hôte. Enfin, l’immunité anti palustre jouerait un rôle dans la physiopathologie du paludisme. En effet, certains troubles de la régulation de la réponse immune favoriseraient l’apparition de phénomènes immunopathologiques ou immunodépresseurs, qui peuvent aussi bien entraîner des manifestations graves de la maladie et limiter la croissance du parasite. Ainsi s’établit un équilibre précaire entre la survie de l’hôte et celle du parasite.
I1 existe deux sortes de mécanismes protecteurs :
– Les mécanismes naturels qui inhibent ou ralentissent le développement du parasite chez un hôte naïf (c’est-à-dire n’ayant jamais été exposé au parasite). Bien qu’ils ne soient pas de nature immunologique, on parle cependant d’immunité naturelle.
– Les mécanismes immunologiques spécifiques d’espèce et acquis consécutivement à une primo-infection par le parasite. On parle alors d’immunité acquise.

La protection naturelle anti-palustre

L’immunité innée mieux décrite sous le terme de protection naturelle anti-palustre est assurée essentiellement par des facteurs génétiques constitutionnels qui constituent des barrières naturelles soit au développement de certaines espèces plasmodiales chez des hôtes particuliers, soit à la mise en œuvre des mécanismes pathogènes (parfois même les deux). Parmi ces facteurs on peut citer:

Le type hémoglobinique

Certains types hémoglobiniques sont connus pour leur rôle dans la protection contre les formes graves du paludisme. Parmi ces types hémoglobiniques, l’hémoglobine S dans sa forme hétérozygote encore appelée trait drépanocytaire est le mieux caractérisée. En effet de nombreuses études épidémiologiques ont rapporté une association entre le portage du trait drépanocytaire et la protection contre diverses formes du paludisme [77-82]. Cependant les mécanismes exacts de cette protection restent encore incomplètement élucidés. D’autres types hémoglobiniques ont été trouvés significativement associés à un risque réduit de développement des formes graves du paludisme chez l’homme. On peut citer : l’hémoglobine C [83], [84], et l’alpha thalassémie [80, 85-89]. La protection conférée par ces types hémoglobiniques contre le paludisme sera traitée plus en détail dans le chapitre suivant. L’hémoglobine F (hémoglobine fœtale), la principale hémoglobine présente chez le nouveau-né, inhiberait aussi la croissance de P. falciparum [90], ce qui expliquerait en partie, la rareté des accès palustres chez le nourrisson.

Des déficits enzymatiques.

Le déficit enzymatique le plus nettement associé à la protection des sujets contre le paludisme est le déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase [91, 92]. Le déficit en pyruvate kinase aurait lui aussi un rôle protecteur contre le paludisme grave [93].

Les polymorphismes des récepteurs membranaires du globule rouge

Des molécules présentes à la surface des globules rouges jouent un rôle important dans l’invasion de ces derniers par les plasmodies. Ces molécules jouent un rôle de récepteur pour des ligands de mérozoïtes et certaines sont spécifiques d’espèce plasmodiale. Ainsi, des GR humains dépourvus du groupe Duffy (Duffy négatifs) sont réfractaires à l’infection par P. vivax [94] et P. knowlesi [94]. De même, des GR humains déficients en une glycoprotéine de membrane (la glycophorine A) sont résistants à l’infection par P. falciparum [92]. Cette glycoprotéine pourrait être un des récepteurs membranaires impliqué dans l’invasion par P. falciparum. Certains polymorphismes du récepteur pour le complément-1 (CR-1) seraient aussi associés à la protection contre le paludisme grave [63, 75, 76].

Immunité acquise (adaptative)

Immunité adaptative cellulaire anti-palustre

Les études chez l’homme et les souris indiquent que les cellules T CD4+ et CD8+ sont importantes pour la protection contre le paludisme [95, 96]. Les observations cliniques suggèrent que la durée de l’immunité protectrice dépend de la persistance de l’exposition à l’antigène. La fonction des cellules régulatrices T dans l’infection palustre n’a pas été totalement explorée, bien que les études chez les souris et chez l’homme indiquent que les cellules T régulatrices sont activées pendant la réponse à l’infection palustre et régule négativement la fonction effectrice des cellules T [97]. La déplétion des cellules T régulatrices chez la souris in-vivo augmente l’immunité contre le paludisme. L’examen des échantillons sanguins humains a indiqué qu’il existe une augmentation importante de la production de facteur transformant de croissance béta (TGF-β) et une expansion des populations de cellules T régulatrices pendant le stade asexué de l’infection à P. falciparum. Ces changements sont corrélés avec des densités élevées de parasite. L’origine et les caractéristiques des cellules T régulatrices générées lors de la réponse à l’infection palustre ne sont pas bien connues. En général, les cellules T régulatrices sont hétérogènes et dérivées de différentes populations de cellules T. Au contraire des cellules T régulatrices dérivées du thymus qui expriment le facteur de transcription Foxp3+, les cellules T CD4+ naïves qui sont converties en cellules Foxp3+ en présence du TGF-β peuvent être spécifiques d’antigène et semblent être générées en réponse à l’infection chronique ou à l’exposition à un antigène à des concentrations sous-immunogéniques. L’inoculation avec des sporozoïtes provenant de moustiques infectés par le Plasmodium pourrait déclencher la génération de cellules T régulatrices converties bien que cette idée ne soit pas encore explorée.
L’infection palustre induit à la fois une réponse des cellules B T-indépendantes et T-dépendantes. Les études cliniques dans les années 1960 et dans les années 1990 ont montré que les anticorps peuvent conférer une protection contre le paludisme : les enfants recevant un transfert passif d’anticorps sériques provenant d’adultes vivant en zone d’endémie palustre étaient capables de contrôler la parasitémie et la fièvre mais étaient incapables d’éliminer l’infection [98, 99].

Immunité adaptative humorale anti-palustre

La plupart des réponses humorales sont T-dépendantes nécessitant ainsi une interaction entre les cellules B et les cellules T CD4+. Beaucoup d’études ont recherché les rôles spécifiques des différentes sous-classes de d’IgG dans l’acquisition de l’immunité anti-palustre. Des différences substantielles dans la distribution des sous-classes d’IgG ont été rapportées entre les individus ayant une prémunition et ceux n’ayant pas de prémunition contre le paludisme. Les IgG1 et IgG 3 ayant une propriété cytophile sont apparues prédominantes chez les individus protégés suggérant ainsi leurs rôles importants dans la prémunition contre le paludisme clinique [100-104]. Il a été par la suite montré que les taux d’IgG3 spécifiques au parasite étaient positivement corrélés à une prémunition contre les cas de paludisme contrairement au taux d’IgG totales spécifiques du parasite [105]. L’efficacité des IgG cytophile (IgG1 et IgG3) dans la protection contre le paludisme s’expliquerait par leur habilité à se fixer sur des cellules phagocytaires portant leurs récepteurs comme les monocytes. LesIgG1 et IgG2 opéreraient ainsi une inhibition cellulaire de la croissance des parasites en opsonisant les GR parasités.[100, 106, 107]. Les rôles des IgM et IgE ont été rapporté dans la protection et ou la pathogenèse du paludisme. Ainsi le rôle des IgE dans l’immunité et la pathogenèse du paludisme reste encore mal élucidé à cause des donné contradictoires. Certaines études ont trouvé une association entre des taux élevés d’IgE et des manifestations graves de la maladie [108] alors que d’autres ont rapporté leurs rôles dans la protection contre le paludisme [109, 110].

L’hémoglobine S ou Sickle hemoglobin:

Herrick fut le premier à décrire des GR en forme de faucille chez un patient de l’Ouest de l’Inde d’origine américaine [116]. Il a été par la suite démontré que cette déformation des GR était causée par la présence dans ces derniers d’une hémoglobine particulière différant de l’Hb normale adulte HbA par ses propriétés électrophorétiques. L’origine moléculaire de la drépanocytaire venait d’être décrite [117]. Cette Hb particulière fut appelée HbS ou «Sickle Hemoglobin». L’hémoglobine S est une variante de l’hémoglobine qui résulte d’une mutation ponctuelle au niveau du codon six sur le gène de la-globine (β6 GAGGTG). Cette mutation a pour conséquence la substitution de l’acide glutamique (Glu) par la valine (Val) de la séquence d’acide aminé (aa) de la β-globine (6 GluVal) [118]. L’Hb S possède un caractère hydrophobe induisant sa polymérisation en situation d’hypoxie et ou de déshydratation. Le gène de la-globine est situé sur le bras court du chromosome 11. La transmission de l’allèle HbS se fait donc suivant le mode autosomique (mode de transmission des allèles située sur les chromosomes non sexuels). Il s’agit d’un allèle co-dominant dont la présence à l’état hétérozygote suffit à la synthèse de l’HbS. Cependant le portage hétérozygote de l’allèle HbS n’induit de manifestation pathologique que dans des situations contraignant d’hypoxie ou de déshydratation (altitude très élevée et activité physique intense). Les sujets porteurs de l’allèle muté S à l’état homozygote souffrent d’une maladie appelée «drépanocytose». L’état hétérozygote caractérisé par le portage d’un allèle muté S et d’un allèle naïf A est encore appelé trait drépanocytaire (HbAS). Le trait drépanocytaire n’est pas associé à la drépanocytose sauf dans des conditions extrême d’hypoxie (plus de six mille mètres d’altitude). L’allèle muté HbS semble émerger de façon complètement indépendante dans diverses régions du globe. En effet, plusieurs haplotypes ont été décrits, chacun prenant le non de la localité où elle a été décrite pour la première fois. Il s’agit des haplotypes Sénégal, Benin, Bantu ou Central African Republic (CAR) et Arabo-Indian (ou Asian) [119-122]. Cette émergence de façon indépendante en plusieurs points conforte l’hypothèse que la mutation confère un avantage sélectif aux sujets qui la portent.

L’hémoglobine C:

En 1951, Itano a décrit une nouvelle variante d’Hb similaire à l’HbS mais cette fois ci différente de L’HbA par substitution de l’Acide Glutamique par la lysine en position 6 de la séquence d’aa de la-globine ((β6 GAGAAGβ6 GluLys) [123]. La mutation est donc au même site que celle de l’hémoglobine S). Ranney a décrit l’HbC comme étant un allèle de l’HbS qui se caractérise par une diminution de la solubilité, une augmentation de l’agrégation moléculaire intra érythrocytaire et une cristallisation de l’Hb, le tout aboutissant à une déshydratation global des GR et la formation de « Cellules cibles » par les GR [123]. Ces différentes propriétés de l’HbC réduisent considérablement la déformabilité des GR qui en sont porteurs et donc leur rétention au niveau de la rate. L’HbC est surtout fréquentes chez les habitants autochtones de la zone voltaïque de l’Afrique de l’Ouest englobant le Ghana, le Burkina Faso, le nord de la Côte d’Ivoire et le sud du Mali. Sa fréquence peut atteindre jusqu’à 50% dans certaines populations vivant dans cette zone. Elle est aussi retrouvée à une moindre fréquence chez certaines populations isolées géographiquement et culturellement en Afrique du Nord [124, 125]

Thalassémie (α-Thal):

Les Thalassémies ou syndromes thalassémiques sont des affections génétiques caractérisées par une production réduite d’un ou des deux chaines (α et β) de globine de l’Hb. On parle d’- thalassémie lorsque le ratioα-globine/β-globine est inférieur à 0.8 [126]. Il s’agit donc d’un défaut de synthèse de l’-globine.
Sur le plan moléculaire, un individu normal dispose de deux paires de gènes d’-globine, tous situés sur le chromosome 16 (deux gènes par chromosome). Ce génotype s’écrit ααααLes quatre gènes sont capables d’être exprimés de façon indépendante. L’α-thalassémie résulte le plus souvent de la délétion d’un ou de plusieurs des 4 gènes.  chez un individu. Deux principales délétions ont été décrites : la délétion3.7 (rightward deletion) et la délétion 4.2 (leftward deletion) [127-129]. Occasionnellement, des mutations ponctuelles survenant dans des régions critiques des gènes de l’-globine peuvent empêcher leurs expressions. On parle alors de- thalassémie non délétionnelles. Quand une mutation ou délétion abolit l’expression d’un seul gène α, (-α/αα), on parle de α-thalassémie hétérozygote asymptomatique. L’abolition de l’expression de deux gènes α situé sur le même chromosome (–/αα) est appelée α0-thalassémie hétérozygote. Celle de deux gènes α situés sur deux chromosomes différents (-α/-α) est appélé α+-Talassémie homozygote. L’α0-thalassémie hétérozygote et l’α+-talassémie homozygote sont des thalassémies mineures. Elles sont responsables d’anémie modérée microcytaire (Microcytose). Lorsque 3 gènes α chez ne sont pas exprimé chez un individu (–/-α) on parle d’hémoglobinose H responsable de microcytose marquée. La délétion des 4 gènes α chez un individu (–/–) donne l’hémoglobine Bart’s (Hb Bart’s) responsable du syndrome d’hydrops foetalis incompatible avec la vie. Les thalassémies non délétionnelles les plus connues sont : αIVSI(-5 nt)α (en zone Méditerranéenne), α2AATAAG, et α2AATGAA (Zone méditerranéenne et au moyen orient) [130, 131].

Protection antipaludique conférée par les hémoglobinopathies: Données épidémiologiques (cas  de l’HbS, l’Hb C et de l’α-thalassémie)

L’HbS et paludisme

Le portage à l’état hétérozygote de HbS (HbAS) est le mieux décrit de tous les traits génétiques associés à la protection contre le paludisme, archétype de polymorphisme équilibré. L’étroite superposition de sa distribution géographique avec celle du paludisme rapporté par de nombreux auteurs [112, 137-139], fut le premier argument en faveur de cette hypothèse. Cependant la première preuve irréfutable de la protection des sujet porteurs de trait drépanocytaire contre le paludisme sont venu des travaux d’Allisson [78, 140],. Il a rapporté l’existence d’un risque réduit de d’infection palustre chez les sujets porteur d’HbS dans les conditions d’exposition naturelles. Allisson a aussi démontré que ces sujets HbAS résistaient mieux au développement d’une infection palustre même après l’administration intraveineuse de grande quantité de GR infecté par P. falciparum [140]. Depuis, de nombreuses études ont été menées dont les résultats ont permis de confirmer l’hypothèse d’Haldane concernant l’HbS, en particulier la superposition de la répartition géographique des fréquences élevées de l’allèle HbS et de celle des prévalences élevés de paludisme passée et présente. Récemment, une étude a quantifié de façon statistique cette relation géographique entre l’HbS et le paludisme en Afrique mais pas en Amérique et en Inde [141]. Cela s’expliquerait par le fait que l’HbS n’est pas présente chez les populations autochtones d’Amérique et y a été introduite récemment avec la traite des noirs. En Asie, elle est confinée dans un petit nombre de tribus de l’Inde. Aussi de nombreuses études (Cas-Contrôles, de Cohorte ou d’association à base familiale) conduites dans diverses populations ont rapporté l’effet de protection de l’HbS contre le paludisme sur le plan clinique.
De façon générale, l’HbAS est associée à près de 50% de réduction de risque de faire une épisode de paludisme non compliqué, cette réduction pouvant atteindre jusqu’à 80% concernant le paludisme grave ou compliqué [77, 142-144]. Aidoo et collaborateurs ont rapporté une réduction d’environ 55% de la mortalité (toutes causes confondues) chez ces sujets HbAS de 6 à 16 mois dans l’Ouest du Kenya [82]. Tenant compte de la place du paludisme dans la mortalité des enfants dans cette région du monde, on peut imaginer aisément l’effet protecteur de l’HbAS contre la mortalité palustre. D’autres études ont rapporté l’incidence du paludisme grave chez les sujet HbAS. Cette incidence était réduite de 71% dans la première étude [143] alors que la réduction atteignait 83% dans la seconde [143]. Ackerman et collaborateurs sur la base d’analyse cas-contrôle avait trouvé une incidence de 0.011% chez les sujet HbAS contre 0.087% dans le groupe contrôle [145]. L’effet de protection de l’HbAS contre le paludisme grave concerne la presque totalité des formes graves du paludisme allant du neuropaludisme à l’anémie grave [80]. Concernant les épisodes palustres non compliqués, de multiples études prospectives ont décrit une réduction du risque liée à l’HbAS [143, 146-149]. En plus de la réduction du risque de paludisme, Crompton et al ont rapporté un retard de plus de 30 jours dans l’avènement du premier épisode de paludisme chez les sujets HbAS, au cours d’une saison de transmission, comparé à un groupe contrôle de sujets HbAA vivant dans les mêmes conditions d’exposition au paludisme. [150]. Cette observation a été récemment confirmée [151]
En revanche, les études du portage asymptomatique de P. falciparum chez les sujets HbAS comparé au sujets HbAA ont donné des résultats contradictoires. Quelques études ont rapporté des prévalences plus faibles du portage asymptomatiques chez les sujets HbAS [140] [152, 153]. Billo MA et collaborateurs en plus de rapporter une faible incidence de l’infection asymptomatique palustre chez les sujets HbAS avaient aussi trouvé que ces sujets éliminaient plus rapidement leurs parasites en absence de tout traitement avant même l’apparition des symptômes [154]. Beaucoup d’autres études ont par ailleurs trouvé des prévalences de portage asymptomatique similaires entre les sujets HbAS et HbAA [146, 155-162]. D’autres études ont rapporté que la prévalence du portage asymptomatique du parasite apparaissait plus élevées chez les sujets HbAS [163, 164].Ces observations viennent d’être confirmées encore par une importante étude prospective chez les enfants de moins de 5 ans au Mali [151]. Ntoumi et collaborateurs ont rapporté une prévalence élevée d’infections multiples à P. falciparum chez les sujets HbAS [165]. Dans ces études de prévalence de paludisme asymptomatique, les parasitémies chez les sujets HbAS étaient soit plus faibles soit similaires à celles observées chez les sujets HbAA. Dans une importante étude prospective au Mali, il a été rapporté une réduction de 150 parasites/µl de la parasitémie chez les sujets HbAS malades comparés au sujets HbAA malades. Cette même étude rapportait une réduction de 34% de l’incidence du paludisme chez les sujets HbAS par rapport au sujet HbAA [79].

Hémoglobinopathie et paludisme chez les femmes enceintes.

Très peu d’auteurs se sont intéressés à la relation entre les hémoglobinopathies et la protection contre le paludisme chez les femmes enceintes. Les résultats de ces études ne sont pas concluants. La plupart de ces études n’ont pas trouvé de protection associée aux hémoglobinopathies chez les femmes enceintes. Ainsi aucune différence n’a été observée en terme de prévalence de la parasitémie chez les entre sujets HbAA et HbAS multi-gestes au Nigeria [173]. Bouyou-Akotet et collaborateurs ont fait le même constat chez les femmes primo-gestes et seconde-gestes au Gabon [174]. Dans deux études au Ghana, une relation n’a pu être établie entre l’HbS, l’HbC ou l’α-thalassémie et la prévalence du paludisme chez les femmes enceintes [175]. La prévalence du paludisme était même plus élevée chez les femmes enceintes HbAS que les femmes enceinte HbAA en Uganda [176]. Une autre étude menée en Papouasie Nouvelle Guinée n’a retrouvé aucun lien entre l’α-thalassémie et les parasitémies placentaire ou maternelles. [177].
Toutefois ces études sont souvent confrontées à un problème de taille d’effectif donc de puissance analytique.

Spécificité de la réponse immunitaire innée et adaptative dans la rate :

La rate le plus gros organe lymphoïdes de l’organisme humain et joue un rôle très important dans la lutte contre les infections par les bactéries encapsulées comme Streptoccoccus pnemonia, Haemophilus influenzae, Neisseria meningitidis et les salmonelles non typhiques.
L’architecture complexe des différentes parties de la rate lui permet d’assurer à la fois la filtration du sang et l’initiation de la réponse immunitaire aux antigènes retenus in situ. Ces deux fonctions interfèrent mutuellement l’une avec l’autre. La phagocytose, le transport, la préparation et la présentation des antigènes par les cellules phagocytaires et les cellules stromales sont très importantes pour l’induction de la réponse immunitaire T (cellulaire) et B (humorale). En retour, la fonction de clairance de la rate est sous l’influence de cytokines et d’anticorps cytophiliques spécifiques produits par les lymphocytes T et B au cours de la réponse immunitaire adaptative. La pulpe rouge et la zone marginale de la rate constituent les sièges privilégiés de clairance la de substances particulaires par les cellules phagocytaires [232-234]. Il s’agit d’une phagocytose non spécifique d’antigène concernant tous les microorganismes sanguins contre lesquels l’organisme hôte n’est pas immunisé. Un cas particulier de la clairance splénique innée des particules du sang est l’élimination physiologique des érythrocytes défectueux dont la durée de vie de 120 jours, les GR humains sont éliminés à un taux de 2×1011 /jour, principalement par les macrophages de la pulpe rouge de la rate et secondairement ceux du foie [235] et d’autres organes.[236, 237] Bien que les macrophages de la rate et du foie soient capables d’éliminer les antigènes particulaires de façon non spécifique, cette élimination est moins efficace pour les antigènes solubles. Cependant, l’élimination des antigènes particulaires et celle des antigènes solubles sont plus efficacement assurées chez les sujets immunisés. En effet la fixation des anticorps circulant sur les antigènes aboutit à la formation des complexes immuns dont la taille dépend du ratio anticorps/antigène. Ce phénomène encore appelé opsonisation augmente la phagocytose des antigènes par les cellules phagocytaire en favorisant leur attachement au complexe immun à travers l’interaction entre la portion Fc des immunoglobulines et leur récepteur sur les cellules phagocytaires. L’opsonisation des antigènes solubles augmente considérablement leur phagocytose par les cellules phagocytaire au niveau de la rate.
En résumé, de part sa connexion directe sur la circulation sanguine et son architecture micro-anatomique, la rate joue un rôle très important dans l’élimination des pathogènes circulants. A cause de sa richesse en cellules immunitaires, (lymphocyte B, lymphocyte T, macrophages, plaquettes) elle participe activement à l’élimination non spécifique des antigènes (surtout particulaires) et réunit les conditions favorables à la mise en place des réponses immunitaires spécifiques.

Rôle de Contrôle de qualité de la surface et de la déformabilité des globules rouges.

Les GR qui arrivent dans la rate à travers l’artère splénique peuvent s’engager l’une dans l’une des deux microcirculations parallèle : la circulation rapide ou fermée ou la circulation lente ou ouverte [238]. Dans la microcirculation rapide, les GR passent directement de la zone circulatoire périfolliculaire à la lumière des veinules. Il s’agit là d’une circulation quasi conventionnelle où les GR ne subissent pas de contrainte mécanique particulière. Dans la circulation lente ouverte, les GR en provenance des cordons de la pulpe rouge doivent se faufiler à travers de très étroits espaces séparant les cellules endothéliales de la paroi des veinules (fentes inter-endothéliales) pour atteindre la lumière des veinules. La traversée des fentes inter-endothéliale de la rate constitue la contrainte de déformabilité la plus rigoureuse pour les GR dans le l’organisme [239] pouvant aboutir à la rétention des GR moins déformables ou à l’expulsion des corps intra érythrocytaires (pitting) [238, 240].
A la différence des capillaires conventionnels bien structurés en forme de canal, les lits microcirculatoires labyrinthiques de la pulpe rouge de la rate sont dépourvus d’endothélium. Cette microcirculation ouverte qui représente entre 10 et 20% du sang total passant à travers la rate expose le GR à un contrôle précis de leur déformabilité [238, 241]. Ainsi chaque GR circulant est susceptible d’être soumis à ce contrôle de qualité toutes les 2 à 3 heures. Chez les sujet sains ; la demi-vie des GR chauffés dans la circulation sanguine est de 1 heure [242]. D’autres facteurs sont impliqués dans la rétention des GR dans la circulation lente de la rate comme des interactions classiques ligand-récepteur telle que l’opsonisation de la protéine band 3 (contre laquelle des anticorps ont été identifiée) et la détection par les macrophages de la phosphatidylserine exposée à la membrane externe du GR [243, 244]. La vélocité des GR est approximativement 20 plus faible dans circulation lente de la rate que dans les capillaires ce qui favoriserait l’établissement des fortes interactions entre des ligands des GR et leurs récepteurs des macrophages et permettrait même la formation de liaisons faibles [238]. La rétention des GR dans la rate présage leur destruction subséquente et leur recyclage. Les macrophages représente environ la moitié du volume de sang présent dans la pulpe rouge et cette particularité de ce environnement joue très probablement un rôle dans la modification poste rétention des GR se traduisant par une phagocytose [238].

Table des matières

Chapitre I : Introduction
I – Généralité sur le paludisme
1. Agents pathogènes
2. Endémicité et indices paludométriques
3- Physiopathologie du paludisme (paludisme simple paludisme grave)
4- PfEMP-1 et gènes var
5- Les récepteurs (ou contre-ligands) de PfEMP-1
6- Protection innée et acquise contre le paludisme.
II- Hémoglobinopathies et paludisme : Cas de l’HbAS, de l’HbC et de l’α-thalassémie
1- L’Hypothèse d’Haldane :
2- Quelques définitions:
3- Protection antipaludique conférée par les hémoglobinopathies: Données épidémiologiques (cas de l’HbS, l’Hb C et de l’α-thalassémie)
4- Mécanismes identifiées ou suspectées dans la protection conférée par les hémoglobinopathies contre le Paludisme
III : Rate et Paludisme
1-Anatomie et physiologie de la rate :
2- Influence de la rate sur l’issu de l’infection palustre
IV : Déformabilité des globules rouges et physiopathologie du paludisme
1- Définition et facteurs déterminant la déformabilité des globules rouges
2- Les Méthodes conventionnelles d’étude de la déformabilité des GR
3- Déformabilité des globules rouges parasités par le Plasmodium falciparum
Chapitre II : Problématique générale de la thèse, questions posées, axes de travail
Chapitre III : RESULTATS OBTENUS
1- Organisation pratique et articulation générale des travaux de thèse
2- Article I : Cytoadhérence des GR infectés de sujets porteurs d’α-thalassémie
2.1- Démarche – Rappel des hypothèses de travail.
2.2- Conditions de réalisation de l’étude.
2.3- Participation personnelle à ces travaux.
2.4- Résultats obtenus.
2.5- Autres résultats importants présentés dans cet article
3- Article II – Cytoadhérence d’isolats primaires de Plasmodium falciparum isolées d’enfants Maliens porteurs d’HbAA, de HbAS ou de HbAC.
3.1- Démarche– Rappel des hypothèses de travail.
3.2- Participation personnelle aux travaux de l’article
3.3- Résultats obtenus
1- Article III: Exploration de la rétention splénique mécanique des GR contenant des formes jeunes de Plasmodium falciparum dans le contexte de l’HbS.
4.1- Démarche générale et hypothèses de travail.
4.2- Participation personnelle aux travaux de l’article :
4.3- Démarche expérimentale et principaux résultats:
Chapitre IV : Discussion générale
I- Cytoadhérence et protection des sujets α-thalassémiques contre le paludisme grave
II- Phénotype de cytoadhérence des isolats primaires de Plasmodium falciparum et hémoglobinopathies
IV- Proposition de mécanisme générique responsable de la protection des sujets porteurs d’hémoglobinopathie contre les manifestations graves du paludisme
V- Quelles implications pour ces études de protections et de leurs mécanismes dans lutte contre le paludisme ?
ChapitreV : Conclusion et perspectives
Références Bibliographiques

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