3.2 Gènes DE au cours de l’infection
3.3.4 Différences subtiles entre les races
L’analyse globale de l’expression des gènes ainsi que des fonctions biologiques qui leurs sont associées a montré que, quelle que soit leur race (tolérante ou sensible), les bovins réagissaient de manière relativement similaire à l’infection, comme cela avait déjà été observé ((O'Gorman et al., 2006), (O'Gorman et al., 2009), (Noyes et al., 2011)). Néanmoins, certaines subtilités existent entre les différentes races notamment en termes d’intensité et de précocité de réponse à l’infection, d’enrichissement et d’intensité d’activation ou d’inhibition de certaines fonctions biologiques ou voies métaboliques.
Race N’Dama
Lors de l’infection, et comme nous le supposions, le transcriptome bovin a été modifié de façon très significative chez toutes les races. Toutefois, la race NDA a présenté, tout au long de l’infection, le plus grand nombre de gènes DE à l’exception de DPI.30 où la race LAG en a eu plus. La race NDA semblait ainsi réagir de façon plus précoce et plus intense à l’infection comme cela avait déjà été observé par (O'Gorman et al., 2009).
Parmi les fonctions associées au cycle cellulaire et au métabolisme de l’ADN (p-value = 10-7
, score z-score = 3,7), nous avons observé que la ségrégation des chromosomes (p-value = 10-15 et un score z-score = 2), l’interphase, la mitose ainsi que la transition entre les phases G2 et M ont été fortement enrichies, de manière précoce à DPI.20 ainsi qu’à DPI.30.
Les CanPath enrichis chez cette race sont relatives à la voie de signalisation des sirtuines, au dérèglement des mitochondries et à la phosphorylation oxydative. On trouve également des voies enrichies associées au cycle cellulaire notamment l’entrée en phase S médiée par les œstrogènes, les voies des cyclines et la régulation du cycle cellulaire (p-value = 10-6, z-score = 2,4) ou encore une voie associée à la réparation de l’ADN.
Parmi les UpStream significativement activés avec des valeurs de z-score élevées, on trouve notamment CSF2 alors que RICTOR était significativement très inhibé.
La phosphorylation oxydative (B-H value = 10-12, z-score = 7,1 à DPI.30-0) et le dysfonctionnement mitochondrial (B-H value = 10-12, z-score = NA) ont été les CanPath les plus
enrichies chez la NDA. La glycolyse a également été enrichie chez NDA mais de façon moins marquée. La phosphorylation oxydative est un processus permettant la phosphorylation de l’ADP en ATP et a lieu au sein des mitochondries. Ces dernières sont connues pour jouer un rôle en tant qu’organites biosynthétiques et bioénergétiques (Weinberg et al., 2015). En effet, outre leur fonction dans le processus de libération d’énergie, les mitochondries sont également impliquées dans la biosynthèse de macromolécules et dans les signaux intracellulaires pro- ou anti- inflammatoires ((McGettrick and O'Neill, 2013), (Weinberg et al., 2015)).
Comme expliqué précédemment, il existe un lien étroit le métabolisme et l’activation des cellules immunitaires. En effet, la réponse immunitaire nécessite des modifications majeures des processus métaboliques, voire du métabolisme énergétique (Norata et al., 2015). La phosphorylation oxydative a été associée à un phénotype cellulaire de type anti-inflammatoire et à une réponse mémoire ((Michalek et al., 2011), (McGettrick and O'Neill, 2013) alors que la glycolyse est plutôt associée à une réponse pro-inflammatoire ou associée aux cellules B. Il a été montré que l’induction de la glycolyse était essentielle pour la production d’anticorps (Caro-Maldonado et al., 2014).
La voie de signalisation des sirtuines (B-H value = 5 * 10-7, z-score = 2,5 à DPI.20-0) fait également partie des Canpath extrêmement enrichis chez NDA dès DPI.20. Les sirtuines constituent une classe d’enzymes intervenant dans divers processus notamment l’inflammation, la restriction énergétique, la biogenèse des mitochondries ou encore la résistance au stress. Les sirtuines sont, non seulement, des capteurs énergétiques importants, mais elles protègent également les cellules contre les stress métaboliques (Chang and Guarente, 2014). Des auteurs ont suggéré son implication dans la réponse hypo-inflammatoire au cours d’une septicémie (Wang et al., 2018), alors que SIRT1 a été décrit pour inhiber les Tregs (Loftus and Finlay, 2016).
L’UpStream le plus activé chez NDA à DPI.20 était CSF2, connu également sous le nom GM-CSF (z-score = 6,97, p-value = 10-19), cytokine importante sécrétée par de nombreuses cellules (macrophages, cellules T, cellules NK etc) et stimulant, lors d’une infection, la prolifération ainsi que la différenciation et l’activation des cellules myéloïdes (cellules dendritiques, macrophages, granulocytes ((Greter et al., 2012), (Becher et al., 2016)). Son rôle a été établi dans de nombreuses pathologies notamment dans des modèles d’inflammation et d’auto-immunité ou encore allergiques (Hamilton and Achuthan, 2013).
Lors de la phase chronique de la maladie, à partir de DPI.30, MYC est l’UpStream le plus activé. MYC (ou c-Myc) est un proto-oncogène, i.e. un gène impliqué dans le contrôle de la division cellulaire (stimulation) et dont la mutation est à l’origine de développement de tumeurs
chez la souris et l’homme (Pello et al., 2012). Il est fortement induit lors de l’activation des lymphocytes T (Wang et al., 2011) et il a été montré qu’il était également induit dans des macrophages humains activés de type M2. Il semble qu’il soit ainsi impliqué dans l’induction d’un grand nombre de gènes lors de l’activation alternative des macrophages (Pello et al., 2012). De plus, des auteurs ont mis en évidence son rôle dans la reprogrammation métabolique des lymphocytes T activés (Wang et al., 2011). Les propriétés métaboliques des lymphocytes T subissent d’importantes modifications au cours de leur transition entre les différents états de différenciation, du naïf à l’effecteur en passant par la mémoire ou leur rôle de régulateurs.
À l’inverse, RICTOR est l’UpStream le plus inhibé retrouvé chez NDA (z-score = -9,3 et p-value = 10-11 à DPI.40. Cette protéine est une sous unité du complexe mTORC2, impliqué dans la régulation de la croissance et la prolifération cellulaire (Shiota et al., 2006), la signalisation de l’insuline en favorisant la lipogenèse et la synthèse du glycogène (Yoon, 2017), ainsi que les fonctions des cellules immunitaires (développement des macrophages de type M2 (Hallowell et al., 2017), différenciation des cellules NK et Th2 (Wang et al., 2018).
Ces résultats montrent qu’une réponse proliférative importante et très précoce chez NDA a lieu, notamment au niveau des cellules myéloïdes et marquée par une activation forte de CSF2 et MYC. De plus, cela souligne encore le lien important qui existe entre la réponse immunitaire et le métabolisme énergétique.
Race Zébu
Chez la race ZFU, toutes les informations recueillies (DisFun, CanPath, UpStream) tendent à montrer que le métabolisme du cholestérol et des lipides était particulièrement enrichi. Les fonctions et les voies associées au métabolisme ont été significativement enrichies et activées, de manière très précoce, pour les contrastes ZFU (synthèse du cholestérol, BH value = 10-10, z-score = 2,2 à ZFU.20-0, Biosynthèse du cholestérol, BH value = 10-22, z-score = 3,7). A l’inverse, le cholestérol en tant qu’UpStream a été évalué comme étant fortement inhibé (p-value = 10-21
, z-score = -2,9 à DPI.20). Ces informations laissent penser qu’une consommation massive du cholestérol a eu lieu chez l’hôte et que les parasites en seraient les principaux protagonistes (cf. 3.3.3).
Deux CanPath associés l’immunité innée ont été significativement inhibés seulement chez ZFU. Il s’agit de la voie de signalisation TREM1 (B-H value = 10-5) et la voie métabolique de l’inflammasome (B-H value =10-4
) à DPI.40. TREM-1 est un important récepteur de signalisation exprimé sur les neutrophiles et les monocytes. Il joue un rôle important dans les infections systémiques. Il a été montré que le contact de TREM-1 à la surface de la membrane cellulaire entraîne l’activation d’une cascade d’événements intracellulaires qui aboutissent à des
effets inflammatoires, tels que la production de cytokines ou encore la dégranulation des neutrophiles et la phagocytose (Arts et al., 2012). De plus, la régulation à la hausse de TREM-1 semble être une étape cruciale lors de l’initiation de la réponse en cytokines écrasante lors du choc septique (Bouchon et al., 2001).
Race lagunaire
La comparaison des phénotypes trypanotolérants et trypanosensibles a montré que la race Lagunaire affichait un contrôle de la parasitémie supérieur à celui observé chez la race trypanotolérante de référence NDA. L’analyse en composante principale (ACP) sur l’expression normalisée des gènes montre que les transcriptomes des races NDA et LAG sont très proches et semblent évoluer de la même façon. De plus, à DPI.30, la race LAG est celle qui possède le plus de gènes DE comparé aux autres races.
L’analyse fonctionnelle a révélé que plusieurs fonctions et voies métaboliques étaient modifiées au cours de l’infection chez cette race. Un développement insuffisant (hypoplasie) des organes lymphoïdes et notamment du thymus a été activée pour LAG.30-0 (correspondant bien à une inhibition des fonctions des cellules T). Les fonctions du cycle cellulaire (transition de phase G2/M, interphase, ségrégation des chromosomes) ont été activées comme cela avait été observé chez NDA. De la même façon que chez NDA, le CanPath le plus activé était la phosphorylation oxydative (B-H value = 0,002, z-score = 5,6), le cycle de Krebbs (B-H value = 0,005, z-score = 3,5) à DPI.30, un dysfonctionnement mitochondrial. (B-H value = 10-3) ainsi que des fonctions associées au cycle cellulaire (régulation du point de contrôle des dommages de l’ADN G2/M (B-H value = 10-3). Les UpStream les plus fortement activés étaient partagés avec les autres races. On trouve notamment CSF2 qui est fortement activé à DPI.20 (p-value=10-6, z-score=3.2) ainsi que MYC, HGF ou encore TCF3.
Race Baoulé
La race Baoulé est celle présentant le moins de gènes DE au cours de l’infection. L’ACP montre, sur l’axe 1, que les animaux BAO s’éloignent légèrement vers la droite, à DPI.0, en comparaison à leurs homologues trypanotolérants NDA et LAG. Le faible nombre de gènes DE trouvés chez cette race limite de fait les informations lors de l’analyse fonctionnelle. Toutefois, certaines fonctions ont été fortement enrichies à DPI.30 notamment le métabolisme du cholestérol et des lipides (Disfun : métabolisme du cholestérol (BH value = 10-7, z-score = 2,6, Canpath : superpathway de la biosynthèse du cholestérol (BH value = 10-12, z-score = 3,9) et UpStream : SREBF1 (p-value = 10-13, z-score = 4,2). Ces fonctions ont également été retrouvées chez ZFU. A DPI.40, la quantité d’Ig (IgG et IgG2a) est significativement activée. Le cycle de
Krebs est également significativement activé comme c’était le cas pour LAG et NDA et de manière moins prononcée chez BOR.
On observe chez BAO, des réponses partagées par les autres races. Il semblerait qu’elle réponde de façon similaire à ZFU en ce qui concerne le métabolisme du cholestérol et des lipides et, par contre, présente des similitudes de réponses, en terme de métabolisme énergétique (cycle de Krebs) avec les races LAG et NDA.
Race Borgou
Cette race est une race métisse, croisement entre un bovin trypanotolérant et un bovin trypanosensible (Flori et al., 2014). Comme l’on pouvait s’y attendre, nous avons remarqué que, durant l’infection, la race Borgou présentait un phénotype intermédiaire en ce qui concerne les variables observées (PCV, parasitémie et taux de globules blancs) (Berthier et al., 2015). L’ACP montre, de la même manière, que les bovins métis ont des réponses intermédiaires et se placent, sur l’axe 2, entre les données issues des bovins de type taurin et les bovins de type Zébu. L’analyse fonctionnelle n’a pas mis en évidence de réponses spécifiques à cette race. Comme chez LAG, CSF2 est particulièrement activé à DPI.20 (p-value = 10-20, z-score = 5 à DPI.20-0). Les CanPath liés au métabolisme du cholestérol sont également enrichis comme chez ZFU.