Facteurs de risque génétiques et environnementaux de l'infection par Mycobacterium tuberculosis

Genetic and environmental risk factors for infection by Mycobacterium tuberculosis

• Auteur / Autrice : Jocelyn Quistrebert
• Direction : Laurent Abel, Aurélie Cobat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Épidémiologie génétique
• Date : Soutenance le 10/02/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Pierre Louis de santé publique : épidémiologie et sciences de l'information biomédicale (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Maladies Génétiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Anne Bourgarit-Durand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Bourgarit-Durand, Jacques Fellay, Etienne Patin, Audrey Sabbagh
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Fellay, Etienne Patin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie informatique

Locus de caractère quantitatif

Étude d'association pangénomique

Prédisposition génétique à une maladie

Épidémiologie génétique

Résistance aux maladies

Tuberculose

Facteurs de risque

Mots clés libres

Tuberculose

Infection tuberculeuse

Résistance

Intradermoréaction

Test de production d’interféron-gamma

Étude d'association pangénomique

C10Orf90

FATS

ADAM12

10q26.2

Tuberculosis

Infection

Resistance

Tuberculin skin test

Interferon-gamma release assay

Genome-wide association study

C10Orf90

FATS

ADAM12

10q26.2

Résumé

La tuberculose est une maladie infectieuse chronique causée par Mycobacterium tuberculosis (Mtb). C’est l'une des 10 premières causes de mortalité dans le monde et la première par un unique agent infectieux. Après exposition à Mtb, une majorité d’individus deviennent infectés. L’infection est asymptomatique et ne conduit à la tuberculose maladie que dans ~10% des cas. Le diagnostic d’infection tuberculeuse repose sur des tests immunologiques in vivo (intradermoréaction, IDR, ou test de Mantoux) ou ex vivo (test de production d’interféron-gamma ou IGRA pour interferon-gamma release assay). L’objectif global de cette thèse était d’explorer les facteurs de risques génétiques et non génétiques associés à l’infection tuberculeuse. Mon premier travail s’est focalisé sur une population à haut-risque d’infection: le personnel de santé. Un large échantillon de 631 employés a été recruté au Maroc, un pays où la tuberculose est moyennement endémique et la couverture par le vaccin BCG (Bacille Calmette et Guérin) presque complète. Ces employés ont été testés à la fois par IDR et IGRA. Une forte prévalence de l’infection a pu être observée, allant de 41% si l’on utilisait un test IGRA positif à 52% si l’on utilisait l’IDR avec un seuil de positivité de 10 mm. En définissant un statut d’infection plus robuste par la positivité aux 2 tests, le sexe masculin, l’âge, un antécédent familial de tuberculose et travailler en pneumologie étaient des facteurs de risque associés à l’infection. La consommation de tabac était associée à la positivité à l’IGRA mais pas à l’IDR. Cette étude a confirmé que les résultats d’IDR et d’IGRA ne sont pas pleinement concordants et que, en pratique, un diagnostic d’infection doit tenir compte des propriétés de chaque test et du contexte dans lequel il est réalisé. Dans un deuxième travail, je me suis intéressé aux facteurs génétiques associés au phénotype d’infection. Il existe en effet de nombreuses preuves épidémiologiques qu’une partie des individus fortement exposés à Mtb ne s’infectent pas et la grande variabilité de réponse à une exposition à Mtb à environnement égal par ailleurs suggère un rôle important de ces facteurs génétiques. Une cohorte de contacts familiaux a été établie dans une région très endémique du Vietnam à partir du recensement de cas index atteints d’une tuberculose maladie. Ces contacts ont donc été intensément exposés pendant plusieurs semaines/mois et ont été testés par IDR et IGRA. J’ai réalisé une étude d’association pangénomique sur plus de 5 millions de polymorphismes nucléotidiques entre des individus considérés comme résistants à l’infection testés doublement négatifs par IDR et IGRA (n = 185), et des individus infectés testés doublement positifs ou atteints d’une tuberculose pulmonaire (n = 353). J’ai pu mettre en évidence une association significative au seuil pangénomique sur un locus du bras long du chromosome 10 (10q26.2) dont les polymorphismes confèrent une forte protection contre l’infection par Mtb (pour le marqueur génotypé rs17155120, odds ratio, OR = 0.42, P = 3.71 × 10-8). Cette association a été validée dans une cohorte indépendante constituée de contacts familiaux très exposés en France, en région parisienne, et dans un second échantillon familial recruté en banlieue du Cap, Afrique du Sud, région hyper-endémique pour la tuberculose, avec un OR combiné de 0.50 (P = 1.26 × 10-9) pour le marqueur rs17155120. Ces polymorphismes associés au phénotype sont situés dans l’intron du gène C10Orf90 (ou FATS) codant une ubiquitine ligase E3 qui active le facteur de transcription p53. L’analyse in silico a montré que les allèles protecteurs sont associés à une baisse d’expression du gène voisin ADAM12, pouvant conduire à une réponse exacerbée de lymphocytes Th17. En conclusion, ce travail a permis d’identifier des facteurs de risques de l’infection tuberculeuse sur diverses populations fortement exposées.

Tuberculosis is a chronic infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb). It is one of the top 10 causes of death worldwide and the first by a single infectious agent. After exposure to Mtb, a majority of people become infected. The infection is asymptomatic and only leads to tuberculosis disease in ~ 10% of cases. The diagnosis of tuberculosis infection is based on immunological tests in vivo (tuberculin skin test, TST, or Mantoux test) or ex vivo (IGRA for interferon-gamma release assay). The overall objective of this thesis was to explore the genetic and non-genetic risk factors associated with tuberculosis infection. My first work focused on a population at high risk of infection: healthcare workers. A large sample of 631 employees was recruited in Morocco, a country where tuberculosis is moderately endemic and coverage by the BCG vaccine (Bacille Calmette and Guérin) almost complete. These employees have been tested by both TST and IGRA. A high prevalence of infection was observed, ranging from 41% using a positive IGRA test to 52% using the TST with a cut-off point of 10 mm. By defining a more robust infection status by positivity on 2 tests, male sex, age, a family history of tuberculosis and work in pulmonology were risk factors associated with the infection. Tobacco use was associated with IGRA positivity but not with TST. This study confirmed that the results of TST and IGRA are not fully consistent and that, in practice, an infection diagnosis must take into account the properties of each test and the context in which it is performed. In a second work, I looked at the genetic factors associated with the infection phenotype. There is indeed a great deal of epidemiological evidence that some of the individuals highly exposed to Mtb do not become infected and the great variability of response to exposure to Mtb in the same environment suggests an important role for these genetic factors. A household contact cohort was established in a highly endemic region of Vietnam from the census of index cases with tuberculosis disease. These contacts were therefore intensely exposed for several weeks / months and were tested by TST and IGRA. I carried out a genome-wide association study on more than 5 million nucleotide polymorphisms between individuals considered resistant to infection tested double negative by TST and IGRA (n = 185), and infected individuals tested double positive or pulmonary tuberculosis patients (n = 353). I was able to demonstrate a significant association at the genome-wide threshold on a locus of the long arm of chromosome 10 (10q26.2) whose polymorphisms confer strong protection against infection by Mtb (for the genotyped marker rs17155120, odds ratio, OR = 0.42, P = 3.71 × 10-8). This association was validated in an independent cohort of household contacts at high risk in France, in the Paris region, and in a second family-based sample recruited in the suburbs of Cape Town, South Africa, a region hyper-endemic for tuberculosis, with a combined OR of 0.50 (P = 1.26 × 10-9) for the marker rs17155120. These phenotype-associated polymorphisms are located in the intron of the C10Orf90 (or FATS) gene encoding an E3 ubiquitin ligase that activates the transcription factor p53. In silico analysis showed that the protective alleles are associated with a decrease in the expression of the neighboring ADAM12 gene, which may lead to an exacerbated response of Th17 lymphocytes. In conclusion, this work has made it possible to identify risk factors for tuberculosis infection in various populations at high risk.