Génétique et Génomique de la capacité immunitaire chez le porc : approches eQTL et étude de biomarqueurs sanguins

Genetics and Genomics of the immune capacities in pigs : eQTL approach and study of blood biomarkers

• Auteur / Autrice : Tatiana Maroilley
• Direction : Claire Rogel-Gaillard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 21/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique animale et biologie intégrative (Jouy-en-Josas,Yvelines ; 2009-....) - Génétique Animale et Biologie Intégrative
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Henri-Jean Garchon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie José Mercat, Juan J Garrido
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandrine Lagarrigue, Gilles Foucras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génomique

Génétique vétérinaire

Porc

Marqueurs biologiques

Réponse immunitaire

Mots clés libres

Génétique

Immunité

Porc

Eqtl

Biomarqueurs sanguins

Génomique

Genetics

Immunity

Swine

Eqtl

Blood biomarkers

Genomics

Résumé

Une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux agents pathogènes couplée à une caractérisation de la capacité immune devient un axe de recherche prioritaire en élevage. L’objectif global de la thèse est d’exploiter des informations de phénotypage, de génétique et de génomique pour étudier l’architecture génétique de la capacité immune chez le porc et contribuer à l’identification de marqueurs génétiques et de biomarqueurs sanguins prédictifs de variations de niveaux de paramètres immuns. Le projet s’articule autour de trois axes complémentaires et les résultats obtenus sont basés sur l’exploitation des jeux de données issus des projets IMMOPIG et SUS_FLORA financés par l’ANR, pour lesquels des cohortes de 450 et 560 porcelets ont été prélevés à 60 jours d’âge, trois semaines après une vaccination contre Mycoplasma hyopneumoniae.Nous avons analysé le déterminisme génétique de l’expression des gènes dans le sang par une analyse eGWAS (génotypage 60K SNP et transcriptome du sang pour 242 animaux) validée pour partie par une étude de la régulation spécifique d’allèles (ASE) des transcrits (RNA-Seq sur 38 animaux). Les résultats d’eGWAS mettent en évidence de multiples associations locales (n=2839) et à distance (n=1752) entre des polymorphes SNP et des variations de transcription, réparties sur l’ensemble des chromosomes. Les analyses ASE confirment l’importance du contrôle génétique en cis, avec une régulation allélique trouvée pour 763 gènes. Les fonctions biologiques associées sont notamment reliées au processing des ARN et à l’immunité. La région du complexe majeur d’histocompatibilité a été trouvée particulièrement riche en eQTL et ASE. L’ensemble de ces données a permis d’établir, pour le porc, une première cartographie des eQTL et gènes soumis à ASE dans le sang.Nous avons étudié les co-variations entre des paramètres immunitaires et le transcriptome du sang pour 243 individus. Les paramètres immunitaires incluent la numération formule sanguine, la caractérisation de sous-populations cellulaires par cytomètre de flux, des dosages sériques (protéine C réactive, haptoglobine, anticorps spécifiques anti Mycoplasma hyopneumoniae), des dosages de réponse suite à des stimulations in vitro du sang total (phagocytose, cytokines IL1b, IL2, IL6, IL8, IL10, TNFa, INFg). Nous avons confirmé l’héritabilité de nombreux paramètres immuns et identifié des covariations avec des profils géniques, offrant des hypothèses sur des biomarqueurs candidats.Nous avons également conduit une analyse fonctionnelle sur quatre animaux de 70 jours d’âge pour caractériser et comparer les profils de transcrits du sang et de trois tissus lymphoïdes associés au tube digestif (ganglion mésentérique, plaques de Peyer jéjunales et iléales). Les données RNA-Seq ont mis en évidence des différentiels d’expression entre les tissus, ce nombre étant plus limité entre les deux types de plaques de Peyer. De manière tout à fait intéressante, parmi les fonctions biologiques enrichies par les gènes différentiellement exprimés entre les deux plaques de Peyer, sont identifiées les voies de différenciation lymphocytaires Th1 et Th2, en cohérence avec une surabondance de lymphocytes B dans les plaques de Peyer iléales.L’ensemble de ces résultats apporte des informations nouvelles pour avancer dans la compréhension du déterminisme génétique des variations de paramètres immunitaires chez le porc, la recherche de polymorphismes causaux de ces variations et l’identification de biomarqueurs sanguins pertinents pour phénotyper la compétence immunitaire.

A better understanding of the mechanisms for resistance to pathogens along with the characterization of the immune capacity has become a priority for research in breeding. The overall objective of this PhD project was to use phenotyping, genetic and genomic information to study the genetic architecture of the immune capacity in the pig and to contribute to the identification of genetic markers and blood biomarkers that predict variations of immune parameter levels. The study was focused on three complementary axes and the results obtained were based on the use of data collected as part of the IMMOPIG and SUS_FLORA projects financed by the ANR, for which 450 and 560 piglet cohorts were sampled at 60 days of age, three weeks after vaccination against Mycoplasma hyopneumoniae.We analyzed the genetic determinism of gene expression in the blood using an eGWAS (60K SNP genotyping and blood transcriptome for 242 animals) confirmed in part by an allele specific expression (ASE) of transcripts (RNA-Seq on 38 animals). The eGWAS results showed multiple local (n=2839) and distant associations between the SNP polymorphisms and transcription variations, spread over all the chromosomes. The ASE analyses confirmed the cis genetic control of gene expression, with allele regulation being found for 763 genes. The biological functions associated were notably associated with RNA processing and immunity. The region of the major histocompatibility complex was found particularly rich in eQTL signals and genes with ASE in the blood.We studied the co-variations between immune parameters and blood transcriptomes for 243 individuals. The immune parameters included the blood count, cell subpopulation characterization by flow cytometry, serum assays (reactive C protein, haptoglobin, antibodies specific for Mycoplasma hyopneumoniae), immune response after in vitro stimulation of peripheral blood (phagocytosis, IL1b, IL2, IL6, IL8, IL10, TNFa, INFg cytokines). We confirmed the heritability of numerous immune parameters and identified covariations with gene profiles, providing hypotheses on biomarker candidates.We also led a functional analysis on four animals at 70 days-of-age in order to characterize and compare the transcriptome profiles of peripheral blood and three gut-associated lymphoid tissues (mesenteric lymph nodes, jejunal and ileal Payer’s patches). The RNA-Seq data showed differential expression between tissues; this number was more limited between the two types of Peyer’s patches. Interestingly, among the biological functions enriched by the differentially expressed genes between the Peyer’s patches, we identified the Th1 and Th2 lymphocyte differentiation pathways, which was in agreement with an over-abundance of B lymphocytes in the ileal Peyer’s patches.Together these results provide new information on the understanding of the genetic determinism of immune parameter variations in the pig, the search for causal polymorphisms of these variations and the identification of relevant blood biomarkers for phenotyping immune competence.