Déficits immunitaires primitifs (DIP) : modèle pour l'étude de la susceptibilité génétique aux infections

Institut Pasteur de Tunis

Primary immunodeficiencies: a model for the study of genetic susceptibility to infections in humans.

Mohamed Ridha BARBOUCHE M.D., Ph.D.Department of Immunology, Institut Pasteur de Tunis,

Tunisia

CJC, 7th-9th December 2016


Qu’est-ce que les Déficits Immunitaires Primitifs?• Les Déficits Immunitaires Primitifs (DIPs) sont un groupe hétérogène de

maladies dans lesquelles un défaut génétique du système immunitaire est responsable notamment d’une susceptibilité accrue aux infections.

• Les DIPs touchent essentiellement les enfants en bas âge avec survenue d’infections qui sont récurrentes, sévères et rebelles au traitement habituel. Elles sont parfois de type opportunistes.

• La suspicion du diagnostic de DIP est clinique et sa confirmation est biologique.


Pourquoi cette pathologie?

• Les infections récurrentes fragilisent de façon sévère et durable la santé de l’enfant et peuvent engager le pronostic vital.

• La consanguinité qui caractérise la population tunisienne est responsable d’une fréquence accrue des DIPs dans notre pays.

• La compréhension de la physiopathologie de ces maladies est l’une des clés du succès du suivi médical et de la prévention.


Bittles and Black PNAS; 2010

MHC class II deficiencyIFN-γ receptor 1 deficiency 3MC syndrome COLEC11 and MASP1 deficiency

MHC class II deficiencyGriscelli syndrome, type2Epidermo- dysplasia verruciformis

MHC class II deficiency MHC class I deficiency Griscelli syndrome, type2 Familial hemophagocytic lymphohistiocytosis (FHL) syndromes IL12 and IL23 receptor β1 chain deficiency Chronic mucocutaneous candidiasis (CMC)

DOCK8 deficiency Hepatic venoocclusive Disease with ID(VODI) Early onset inflam. bowel disease/IL10R

Majeed syndrome/LPIN2

Leukocyte adhesion deficiency type 2 (LAD2)

CD45 deficiency NHEJ1 deficiency ITK deficiency heavy chain deficiency Igdeficiency CD19 deficiencySyntaxin 11 deficiency, FHL4STXBP2 (Munc 18-2) deficiency, FHL5G6PC3 Leukocyte adhesion deficiency type 3 (LAD3) Papillon– Lefèvre syndrome MyD88 deficiency C1q deficiency MASP1 deficiency

CD40 deficiencyDyskeratosis congenita (AR-DKC) UNC13D (Munc13-4) deficiency, FHL3 STXBP2 (Munc 18-2) deficiency, FHL5 IRAK4 deficiency 3MC syndrome COLEC11 and MASP1 deficiency

DOCK8 deficiency

AR-HIES/DOCK8 Kostmann disease/HAX1Predisposition to fungal diseases /CARD9

3MC syndrome COLEC11 and MASP1 deficiency

3MC syndrome COLEC11 and MASP1 deficiency

UNC13D (Munc13-4) deficiency, FHL3FADD deficiencyIL12p40 deficiency


Pourquoi maintenant et ici?• Cette pathologie semble plus fréquente dans les populations hautement

consanguines mais reste largement sous-diagnostiquée dans certaines régions du pays.

• Le laboratoire de l’Institut Pasteur de Tunis a acquis une expertise dans le diagnostic biologique des DIPs et dispose d’un personnel qualifié.

• Un réseau de pédiatres et d’immunologistes capables d’investiguer et prendre en charge les patients existe mais doit être renforcé.

• Des structures hospitalières et des ONG sont prêtes à s’investir dans l’amélioration de la prise en charge des patients et assurer sa réussite.


Reported incidence of PIDs in Tunisia

J Clin Immunol 2015


Quels sont nos objectifs?

• Aider les cliniciens à porter un diagnostic précis et mettre en œuvre un traitement adapté et une approche préventive appropriée.

• Renforcer les capacités du laboratoire de référence à l’IPT dans l’investigation spécialisée avec l’introduction des examens appropriés et nécessaires au diagnostic et au suivi de ces patients, ainsi que la mise en place d’un conseil génétique.

• Mieux comprendre la physiopathologie de ces maladies, leurs bases moléculaires et identifier de nouveaux gènes et voies métaboliques impliquées dans les réponses immunes vis-à-vis de différents pathogènes.

• Impliquer les organisations non gouvernementales dont les associations de parents de malades dans la sensibilisation et le soutien aux familles affectées, particulièrement les mamans.

• Réduire les coûts médicaux et sociaux de ces maladies chroniques de l’enfant.


Le cadre logique:

• Objectif général et Objectifs spécifiques

• Actions à développer

• Résultats attendus

• Indicateurs et moyens de vérification



Type of Immunodeficiency Number of caseswith molecular diagnosis Affected gene Identified mutations

SCIDAR

X linked

5318

IL7RARAG2PNPIL2RG

Thr66Ile, Ile138ValC446Wc.181+1G>AW74X, W237X, P288X

AgammaglobulinemiaXLAARA

405

BTKIGHMCD79A

33different mutations including 17 novel c.1132insCC1136-1140delCCAGC; c.549delCc.197G>A

Hyper-IgM syndrome:ARX-linked

114

AIDCD40 Ligand

c.91T>C, c.156_166ins71, c.389A>Cc.289_c.346del

CGDAR

X-linked

15

1

NADPH-oxydasep22p47P67gp91

c.295_301delGTGCCCG , c.70 G>Ac.75_76delGT c.1256A>T , c.257+2T>Cc.1359 G>A

MHC-ClassII deficiency 25/34 RFXANK RFXANK 752delG-25

LAD I severe form 15/15 CD18 119del10

IL12B deficiency 7/7 IL12B 297del8

Omenn Syndrome 9/13 RAG1 631delT

CMCD AD HIESARAD

1

111

STAT1 GOF

Novel gene: PGM3STAT3

c.876T>G

c.1018_1020del, c.248T>Cc.1858A>G

ALPSARAD

40

FAS c.514C>T, c.506-16A>G , c.1017A>G, c.581 C>T


Secondary immune response and antibodies maturation


Commutation de classe des immunoglobulines


XL-CD40L XL-CD40L

AR-AIDAR-AID

AR-CD40AR-CD40

Molecular basis of hyper IgM syndrome


P11P12P13P14P15

AIDAID

AID mutations in tunisian patients


AID mutations in tunisian patients - continued -

SHM-DSHM-DCSR-DCSR-D

CSR -CSR - SHM SHM

++

Arg112HiArg112Hiss

CSR-CSR-DD

CSR CSR --

SHM ?SHM ?

Tyr31HisTyr31HisCSR CSR

--

SHM ?SHM ?

His130PrHis130Proo

P5

P6P7P8P9P10


TransfectionTransfectionin Jurkat-AIDin Jurkat-AID

AID mutagenic activityAID mutagenic activity

Fluorescent cellsFluorescent cells

SHM SHM ++

GFPpEM7-TAG182pEM7-TAG182

Functional studies


Specific co-Specific co-factors?factors?

8%8%

0,5%0,5%5%5%

130130 138138

Gly133Val Gly133Val

RNA Binding RNA Binding His130PrHis130Pr

oo




SCIDAR

X linked

5318

IL7RARAG2PNPIL2RG



405

BTKIGHMCD79A



114

AIDCD40 Ligand


CGDAR

X-linked

15

1







CMCD AD HIESARAD

1

111

STAT1 GOF


c.876T>G

c.1018_1020del, c.248T>Cc.1858A>G

ALPSARAD

40



ISG15

ISG15R

IRF1

IRF8

STAT1

gp91phox p40

p19

p35

IL-23

IL-12

IFN-

STAT4

STAT3

Mycobacteria

phagocytoseIL-23R

IL-12R1

TYK2

JAK2

IL-12R2

IL-12R1

TYK2

JAK2

IFN-R2

JAK1

JAK2

IFN-R1

IFN-R

JAK1

JAK2

Monocytes/Dendritic cells T Lymphocytes /NK cells

Mendelian susceptibility to mycobacterial diseases




MarkersMb

D5S410156

D5S662156.8

D5S412158.8

D5S2038160.9

IL12B D5S403162.2

D5S529162.5

D5S422163.9

D5S621167.5

A.II.3 1/1 5/5 4/4 2/2 1/1 5/5 1/1 1/1

A.II.4 1/1 5/5 4/4 2/2 1/1 5/5 1/1 1/3

B.II.1 1/1 5/5 4/4 2/2 1/1 5/5 1/9 3/4

B.II.3 1/1 5/5 4/4 2/2 1/1 5/5 1/9 3/4

C.II.3 1/1 5/5 4/4 2/2 1/1 2/2 4/4 4/4

D.II.1 1/1 5/5 4/4 2/2 3/3 1/1 9/9 4/4

Segregation analysis using eight polymorphic microsatellite markers overlapping the IL12B gene on chromosome 5 shows that all 6 patients (belonging to 4 families) share 5.8 MB common homozygous haplotype on the mutated allele.

Ben Mustapha et al., Immunogenetics 2013



Genetic predisposition to tuberculosis disease



SCIDAR

X linked

5318

IL7RARAG2PNPIL2RG



405

BTKIGHMCD79A



114

AIDCD40 Ligand


CGDAR

X-linked

15

1







CMCD AD HIESARAD

1

111

STAT1 GOF


c.876T>G

c.1018_1020del, c.248T>Cc.1858A>G

ALPSARAD

40




Families pedigrees and PGM3 gene identification

A novel Congenital Disorder of Glycosylation due to biallelic hypomorphic mutations of PGM3 gene, leading to inborn errors of development and immunity.

J. Allergy Clin. Immunol. 2014;133:1410-9.


Glucose

Hexosamine Pathway

GlcNAc-6-P

PPi

GlcNAc-1-P

UDP-GlcNAc

PGM3

UTPpyrophosphsphorylase

In neutrophils

In EBV cell lines


Expression

N-glycosylated at 9 of 11 potential glycosylation sites

Present in all type of cells Regulation of hematopoiesis,

inflammation, and neural survival.

gp130-dependent IL-6 signaling pathway


PGM3 mutations

Catalyticdomain

Mg bindingdomain

Sugar binding domain

PO binding domain

Leu83Ser Family B

Glu340delFamily A


The American Journal of Human Genetics 95, 1–12, July 3, 2014

Galactose feeding

Ctr

Day 20mM

Ctr

Day 3 Day 4 Day 5

10mM

Galactose increased growth rate of PGM3 deficient fibroblasts

PGM3

PGM3


In Summary:

The study of these diseases helps unravelling specific immunological pathways.

Rare autosomal forms offer a privileged physiopathological model for infections including some which are linked to global health challenges.

Tanslational research in PIDs with the development of novel therapeutic approaches and the improvement of health care is a major objective.


• Imen Ben-Mustapha• Najla Mekki• Meriam Ben Ali• Hanen Ouadani• Khaoula Ben Farhat• Nourhen Agrebi• Leila Ben Khemis• Houda Elloumi• Atfa Sassi• Beya Larguèche

• Mohamed Béjaoui• Mongia Hachicha• Jean-Laurent Casanova• François Rougeon• Bodo Grimbacher

Thanks to patients and their families.

Contributors:

Health & Medicine

Déficits immunitaires primitifs (DIP) : modèle pour l'étude de la susceptibilité génétique aux infections