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Résistance de Plasmodium aux antipaludiques de la famille des artémisinines – MALARTRES

Résistance de Plasmodium aux antipaludiques de la famille des artémisinines

Mieux comprendre la résistance de Plasmodium aux artémisinines afin de rechercher de nouveaux outils diagnostiques et thérapeutiques de lutte contre ces parasites résistants.

Lutter contre la résistance de Plasmodium falciparum aux artémisinines

Depuis une dizaine d’années, de manière inquiétante, émergent dans l’ouest du Cambodge des parasites Plasmodium, résistants à l’artémisinine. Cette molécule est à la base de toutes les combinaisons médicamenteuses antipaludiques de première intention, actuellement recommandées par l’OMS. Une des craintes majeures est que ces souches résistantes ne diffusent en Afrique, le continent le plus durement touché par la maladie, conduisant ainsi à une impasse thérapeutique.

Le but de ce travail est de mieux comprendre le mécanisme de résistance développé par le parasite Plasmodium falciparum, agent du paludisme, face aux molécules de la famille des artémisinines (ARTs).
Il est actuellement démontré que la résistance à l’ART est liée à la capacité du parasite à entrer en quiescence, phénomène de résistance très original, jamais observé auparavant chez Plasmodium.
La souche F32-ART, est la seule souche stable de P. falciparum hautement résistante à l’ART et cultivable in vitro. Elle sera le socle commun des études menées dans ce projet de recherche.
Un marquage spécifique de cette souche F32-ART ainsi que de sa souche jumelle sensible F32-TEM par insertion d’une cassette d’expression GFP-Luciférase, sera un outil facilitateur pour l’étude de ces parasites, notamment en termes d’identification, de sélection et de quantification.
Nous nous attacherons à définir plus précisément les stades parasitaires capables d'entrer en quiescence, les doses et séquences d’exposition à l’ART optimales pour l’entrée ou la sortie de la quiescence.
L’analyse comparative des génomes des souches résistante F32-ART et sensible F32-TEM a mis en exergue des mutations potentiellement impliquées dans la quiescence. Les modifications génétiques des souches F32-ART et F32-TEM par insertion/délétion des gènes candidats (mutés/sauvage) permettront de confirmer leur implication dans le phénomène de quiescence. Ainsi, le projet ouvrira la voie à un test moléculaire d’identification des souches résistantes facilement utilisable pour le suivi épidémiologique sur le terrain.
Un dernier objectif sera de sélectionner des molécules ou de nouvelles associations médicamenteuses, actives sur les parasites résistants à l’ART. Des composés connus pour réguler le cycle de cellules eucaryotes seront également évalués. Cet objectif devrait apporter une réponse pharmacologique aux problèmes de résistance aux ARTs et à l’impasse thérapeutique à venir.

Parmi les objectifs de ce projet, la tache 5 « Investigation of the malaria quiescence genotype » avait pour objectif d’analyser les bases génotypiques de la résistance aux ARTs chez Plasmodium.
Le gène « K13 » du parasite Plasmodium falciparum a été identifié par un consortium scientifique dont le partenaire 1 et le partenaire 2 de ce projet ANR, comme marqueur moléculaire de résistance du paludisme aux dérivés de l’artémisinine. La découverte de ce marqueur permet de mieux comprendre comment le parasite résiste aux dérivés de l’artémisinine, d’améliorer considérablement la surveillance de la diffusion des formes résistantes et d’adapter rapidement les schémas thérapeutiques efficaces pour lutter contre ce fléau. Ce travail a fait l’objet d’une publication dans la revue Nature.
Il était alors indispensable d’apporter la preuve de la responsabilité centrale des mutations de K13 dans les résistances actuellement observées au Cambodge. Grâce à une technique fine de génie génétique, un consortium international, dont le partenaire 1 et le partenaire 3 de ce projet ANR, a remplacé les mutations du gène K13 présentes chez des souches résistantes à l’artémisinine par leur équivalent sauvage et observé que ces souches devenaient sensibles à l’antipaludique. Inversement, l'introduction de diverses mutations dans des souches sensibles leur confère la capacité de résister à l'artémisinine. Ces travaux, publiés dans la revue Science, apportent la preuve formelle que le gène K13 est le déterminant majeur de la résistance à l’artémisinine chez les souches parasitaires cambodgiennes.
Cette découverte majeure fournit un outil puissant pour détecter les formes résistantes du paludisme et cartographier leur distribution. Ainsi, depuis fin 2014, ce gène est entré dans la définition OMS des critères de résistance de Plasmodium aux combinaisons thérapeutiques à base d’artémisinine.

Le séquençage comparatif des génomes entiers de F32-ART et de sa souche jumelle sensible F32-TEM a permis d’identifier le marqueur moléculaire associé à la résistance à l'ART ce qui permet une détection rapide des souches de sensibilité diminuée à l’ART sur le terrain.
La souche F32-ART est donc un modèle idéal pour étudier la quiescence chez Plasmodium. A ce jour, les phénomènes impliqués dans la quiescence tels que les mécanismes de survie des parasites, les voies impliquées dans l'induction, le maintien et la sortie de quiescence restent extrêmement mal connus. L’analyse de ce mode de résistance est un défi scientifique difficile car la quiescence ne concerne qu’une fraction infime de la population parasitaire totale. Des parasites F32-ART marqués GFP-luciférase seront un outil majeur pour répondre à cet objectif.
Ce projet a déjà permis d’identifier le marqueur moléculaire indispensable à la surveillance de la résistance à l’ART. Nos travaux se concentrent à présent sur la compréhension de ce nouveau mécanisme de résistance parasitaire qu’est la quiescence afin de trouver des solutions thérapeutiques actives contre les parasites résistants aux ARTs.

Nos travaux ont contribué à démontrer que le gène K13 est le déterminant majeur de la résistance des parasites Plasmodium falciparum à l’artémisinine.
Ces résultats ont donné lieu à :
- 1 article dans la revue Nature janvier 2014
- 1

Le paludisme est un problème de santé majeur dans les régions tropicales et subtropicales. Il est encore responsable de plus de 1 million de décès par an en zone d’endémie et représente un risque important pour des millions de voyageurs. En 2001, l'OMS a recommandé l'utilisation des dérivés de l'artémisinine (ART) en combinaison avec une autre molécule, comme traitement de première intention du paludisme à Plasmodium falciparum. À ce jour, la plupart des pays situés en zone d'endémie palustre ont modifié leur stratégie thérapeutique, ce qui a conduit à une réduction de 1/3 des décès dus au paludisme depuis 10 ans. Toutefois, depuis 2004, une grave menace émerge dans l'Ouest du Cambodge où l'efficacité clinique des ARTs a considérablement diminué, avec une clairance parasitaire retardée et un taux de recrudescence élevé. Des résistances de Plasmodium à l’ART sont maintenant rapportées au Cambodge, Vietnam, Thaïlande et Myanmar. La résistance à l’ART émerge à un moment où aucune méthodologie in vitro, ni aucun marqueur prédictif moléculaire ou biochimique n’est disponible pour la détecter et l'étudier. De plus, il n'existe actuellement aucun médicament pouvant remplacer l’ART et ses dérivés.
L'objectif général de ce projet est de mieux comprendre la résistance de Plasmodium aux ARTs et de rechercher de nouveaux outils diagnostiques et thérapeutiques de lutte contre ces parasites résistants.
Ce projet novateur et ambitieux se propose de caractériser le phénotype des parasites résistants à l'ART (Objectif 1). Ce travail repose sur la souche F32-ART qui est la seule souche stable de Plasmodium falciparum très résistante à l'ART. F32-ART est capable de survivre à une dose d'ART équivalente à 7000 fois la dose nécessaire pour éliminer les souches de parasites sensibles. Cette souche a permis aux partenaires 1 et 2 de démontrer que la résistance à l’ART est due à la capacité de certains parasites à un stade précoce de leur développement à survivre à l’effet toxique du médicament par un arrêt temporaire de leur cycle. Très récemment, nous avons participé à montrer que la quiescence n'est pas seulement un phénomène in vitro mais est, également, retrouvé chez des isolats parasitaires issus de patients impaludés en Asie du Sud-est. La souche F32-ART est donc un modèle idéal pour étudier la quiescence chez Plasmodium. A ce jour, les phénomènes impliqués dans la quiescence tels que les mécanismes de survie des parasites F32-ART, les voies impliquées dans l'induction, le maintien et la sortie de quiescence restent extrêmement mal connus. L’analyse de ce mode de résistance est un défi scientifique difficile car la quiescence ne concerne qu’une fraction infime de la population parasitaire totale. Les parasites F32-ART marqués GFP-luciférase qui seront développés par le partenaire 3 seront un atout majeur pour répondre à cet objectif.
L’absence de marqueurs moléculaires associés à la résistance à l'ART est un obstacle important à la détection rapide des souches de sensibilité diminuée à l’ART sur le terrain. Le séquençage comparatif des génomes entiers de F32-ART et F32-Tanzania a permis d’identifier des gènes candidats. Pour valider ces hypothèses le partenaire 3 va construire, des parasites transfectés par ces gènes (mutés et sauvages). Ce travail devrait ainsi permettre d'obtenir des outils moléculaires de suivi épidémiologique des résistances aux ARTs (Objectif 2).
Il est par ailleurs urgent de trouver des solutions thérapeutiques pour circonscrire ces parasites résistants en sélectionnant des composés ou des associations médicamenteuses actifs contre les parasites résistants aux ARTs (Objectif 3).
D'un point de vue fondamental, ce projet devrait aider à mieux comprendre ce nouveau mécanisme de résistance parasitaire qu’est la quiescence. D'un point de vue pratique, il permettra de définir des marqueurs moléculaires utiles dans la surveillance de la résistance à l’ART et de sélectionner des molécules actives contre ces parasites résistants.

Coordinateur du projet

Madame Françoise Benoit-Vical (Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS - UPR8241)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS Laboratoire de Chimie de Coordination du CNRS - UPR8241
CPTP Centre de Physiopathologie de Toulouse-Purpan
Columbia Columbia University, USA

Aide de l'ANR 279 989 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2013 - 42 Mois

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