Coccidioides Immitis et Posadasi ; un examen de leur biologie, de leur génomique, de leur pathogenèse et de l'immunité de l'hôte

Pour en savoir plus, veuillez contacterdavid.wan@wecistanche.com

ABSTRAIT

Immunité coccidioideet C. posadas sont deux espèces fongiques dimorphes hautement pathogènes qui sont endémiques dans les zones arides du nouveau monde, y compris la région de l'ouest du Texas au sud et au centre de la Californie aux États-Unis qui cause la coccidioïdomycose (également connue sous le nom de fièvre de la vallée). Dans les régions hautement endémiques telles que le sud de l'Arizona, jusqu'à 50% des résidents de longue durée ont été infectés. De nouvelles informations sur la génétique des populations fongiques.écologie, l'épidémiologie et les interactions hôte-pathogène deviennent disponibles. Cependant, notre compréhension de certains aspects de la coccidioïdomycose est encore incomplète, y compris l'étendue de la variabilité génétique du champignon. les gènes impliqués dans la virulence, et comment les changements dans l'expression des gènes au cours du cycle de vie dimorphique de l'organisme sont liés à la transformation d'une moisissure libre en une sphérule parasitaire. Malheureusement, les efforts pour développer un vaccin sous-unitaire efficace n'ont pas encore été produits, bien que deux vaccins fongiques vivants potentiels aient été développés.

HISTORIQUE DE L'ARTICLE Reçu le 13 avril 2018 Accepté le 31 juillet 2018

MOTS CLÉS Champignons; Cocidioides; cocidioïdomycose; dimorphisme; sphérule;génome; transriptome ; immunité ; vaccin

Cliquez ici pour en savoir plus sur Cistanche

Introduction

La coccidioïdomycose a été reconnue pour la première fois comme une infection disséminée mortelle il y a 120 ans, mais l'étiologie fongique n'a été déterminée que deux décennies plus tard, et le spectre numérique complet de la maladie n'a été réalisé que 40 ans plus tard [1]. Au cours de la dernière décennie, il y a eu des progrès dans notre compréhension de la protectionréponse immunitairechez la souris, et des progrès modestes ont été réalisés vers la création d'un vaccin protecteur. Les progrès de la méthodologie moléculaire ont été utilisés pour clarifier la taxonomie de l'agent pathogène, l'épidémiologie de ces pathogènes fongiques endémiques, dimorphes et d'importance régionale, et pour comparer l'expression des gènes fongiques dans ses différentes morphologies. Il est encore difficile d'effectuer des mutations précises et ciblées chez ces pathogènes, ce qui a limité notre capacité à identifier les facteurs de virulence et à bien comprendre comment le champignon se transforme d'une moisissure en une structure parasitaire complexe et unique (sphérule) qui est la forme qu'il prend. au sein de l'hôte. Certaines de nos connaissances actuelles sur ces questions seront abordées dans cet examen sélectif.

Taxonomie

Les espèces de Coccidioides sont des champignons de la division Ascomycète, de la classe des Eurotiomycètes et de l'ordre des Onygenales [2,3]. Cet ordre comprend une variété d'agents pathogènes humains dimorphes capables de provoquer une maladie invasive chez des hôtes immunologiquement normaux, y compris Histoplasma capsular,Paracoccidioidesspp et Blastomyces spp. La moisissure monomorphe, Aspergillus fumigatus, qui est un pathogène opportuniste, se trouve également dans cet ordre. Plusieurs espèces non pathogènes mais étroitement apparentées se trouvent également dans cet ordre (Figure 1). Coccidioides et C. posada sont morphologiquement identiques et leurs protéines prédites sont homologues à plus de 90 % [2]. Ils ne peuvent pas être distingués par des tests sérologiques, mais les deux espèces peuvent être distinguées par des tests génétiques.polymorphismes, et certaines différences dans les caractéristiques de croissance ont été signalées [4.5].C. posadas a une taille de population plus grande, qui est plus diversifiée que C. [6]. La plus grande différence entre les deux espèces est leur répartition géographique. C se trouve principalement dans les régions désertiques du centre et du sud de la Californie (y compris la Basse-Californie), tandis que C. posadas se trouve principalement dans les régions désertiques du Nevada, de l'Arizona, du Nouveau-Mexique, de l'ouest du Texas, du Mexique et de l'Amérique centrale et du Sud. des barrières géographiques importantes au moment où l'espèce a divergé d'un ancêtre commun [6]. Un certain chevauchement géographique entre les deux espèces se produit également dans le sud de la Californie et en Basse-Californie [7]. Les deux espèces contiennent des sous-populations qui se regroupent dans des zones géographiques plus petites [8].

Figure 1. Un arbre phylogénétique de champignons dimorphes pathogènes humains. Quelques parents proches qui ne sont pas des agents pathogènes primaires dimorphes sont présentés à titre de comparaison (non mis en évidence en tan). Les Ordres sont affichés à droite des noms encadrés. Les organismes au sein de chaque Ordre sont regroupés. Les données phylogénétiques ont été obtenues à l'aide de l'outil de taxonomie NCBI et l'arbre a été construit à l'aide de Philip-3.695.

Écologie

Coccidioides sp. pousse dans le sol aride et alcalin du désert de Californie, mais le sol est très complexe [9] et les caractéristiques du sol contaminé peuvent différer entre les régions endémiques [10]. Jusqu'à présent, aucun ensemble de caractéristiques physiques, biologiques et chimiques ne décrit tous les sites où l'organisme a été trouvé, et même dans un "site", le champignon est réparti de manière inégale dans le sol pour des raisons peu claires. Il existe des preuves de l'importance des carcasses de petits mammifères infectés pour le solla colonisation[7], ce qui peut expliquer la récupération inégale des échantillons de sol même dans les endroits où de petites épidémies se sont produites [1l], mais il est peu probable que des animaux infectés soient nécessaires pour la colonisation du sol [12,13]. En plus des carcasses d'animaux dans les terriers , il est probable qu'il y ait des restes de nourriture que les animaux ont apportés dans les terriers. Les génomes de Coccidioides révèlent une expansion des enzymes protéolytiques, qui a été interprétée comme une preuve indirecte que le champignon utilise des protéines (carcasses) comme sources de carbone dans ses niches environnementales, car on sait que les petits rongeurs du désert tels que les rats kangourous ont souvent les cocci -granulomes digitaux dans leurs poumons [11]. Récupérer l'organisme du sol par culture peut être difficile [14]. La récupération de l'organisme par inoculation à la souris est plus sensible mais cette technologie a aussi ses limites [151. L'ADN de Coccidioides n'est trouvé que dans une petite fraction des échantillons de sol des régions endémiques de Basse-Californie et d'Arizona, même par des tests sensibles tels que la PCR [12,15], mais une nouvelle méthodologie peut augmenter la sensibilité et la spécificité de la détection de l'ADN [16]. Il a été plus facile de cultiver C. à partir du sol de la vallée de San Joaquin en Californie à proximité de sites où l'on sait que des humains ont été infectés [7, 111, 14]. Détecter leorganismede l'atmosphère est encore plus difficile que de le trouver dans le sol, bien que le développement récent de nouvelles techniques puisse améliorer la sensibilité de détection de l'ADN fongique en aérosol [17].

Épidémiologie

On estime que 30-50 % des personnes vivant dans des zones fortement endémiques ont été infectées, comme le détecte un test cutané de coccidiose [18]. Ces estimations sont basées sur des données anciennes car les réactifs des tests cutanés n'étaient pas disponibles depuis des décennies et aucungrande échelledes études épidémiologiques ont été réalisées depuis la disponibilité récente d'un réactif de test cutané à base de sphérules. Il est important de se rappeler que les zones endémiques comprennent les zones urbaines de Phoenix, Tucson, Los Angeles et San Diego, il n'est donc pas nécessaire de se rendre en plein désert pour contracter la coccidioïdomycose. Bien que l'urbanisation réduise probablement le risque d'infection en diminuant la surface de sol contaminé exposé, elle augmente également le nombre de personnes susceptibles d'être infectées par des arthroconidies aéroportées générées par des activités qui perturbent le sol, telles que la construction et les tremblements de terre [19 ,20]. De plus, les spores transportées par le vent provenant d'une zone d'endémie peuvent infecter des personnes et des animaux à plusieurs kilomètres de la zone d'endémie [21].Coccidioidessont tolérantes au sel et peuvent donc survivre dans les eaux côtières, ce qui pourrait expliquer comment elles peuvent infecter les mammifères marins[7,22]. L'incidence des infections humaines signalées varie considérablement d'une année à l'autre, peut-être en raison des conditions météorologiques. Les hivers humides semblent corrélés avec un plus grand nombre d'infections au cours des mois suivants [23]. De plus, il y a eu une tendance générale vers une augmentation du nombre d'infections symptomatiques au cours des 10 dernières années [23,24]. Bien que les raisons de cette augmentation de l'incidence ne soient pas complètement établies, en Arizona, il y a plus de personnes susceptibles (y compris les personnes âgées) qui se déplacent des zones non endémiques vers les zones endémiques, ce qui est une explication possible. Alors que la population de la vallée centrale de Californie n'augmente pas de la même manière, le nombre de cas dans la banlieue du comté de Los Angeles a augmenté de façon spectaculaire avec l'expansion urbaine [18]. De plus, plusieurs nouvelles prisons ont été construites au milieu de l'endémie. dans la vallée de San Joaquin, entraînant des taux d'attaque inacceptables parmi les prisonniers et les gardiens [25]. Récemment, un petit nombre d'infections à C. ont été diagnostiquées dans une zone aride de l'est de l'État de Washington. Des organismes ont également été isolés à partir d'échantillons de sol où les infections ont été acquises, à des milliers de kilomètres au nord des zones endémiques connues les plus proches en Californie [26]. Les isolats du sol et humains étaient identiques mais étaient génétiquement distincts des isolats de Californie centrale et méridionale de C.

Il existe un certain nombre de revues récentes des manifestations cliniques de la coccidioïdomycose qui contiennent des informations cliniques détaillées [18,27,28].Symptômes pulmonairessont les raisons les plus courantes pour lesquelles les patients consultent un médecin, mais on estime que seulement 30-50 % des infections sont symptomatiques[18]. Même si la plupart des infections ne sont pas diagnostiquées, une grande partie des cas de pneumonie ambulatoire en Arizona est due à la coccidioi-domycose[29]. Presque toutes les co-pneumonies sont spontanément résolutives, même dans les cas où les patients présentent des complications extra-pulmonaires, mais dans certains cas, la pneumonie peut persister pendant des semaines ou des mois [27,29]. Dans d'autres cas, il peut y avoir des granulomes résiduels ou des cavités à parois minces qui restent longtemps après la résolution de la pneumonie.

Moins de 5 % des patients immunocompétents développent une maladie disséminée [21,30]. Outre la maladie ou l'immunosuppression induite par les médicaments, le risque de maladie disséminée est fortement influencé par des facteurs liés à l'hôte, tels que le troisième trimestre de la grossesse et la vieillesse [30,31]. L'ethnicité est également un facteur de risque majeur de diffusion. Dans de nombreuses études, les personnes qui se décrivent comme des Afro-Américains sont 2-10 fois plus susceptibles de développer la maladie disséminée que les personnes d'origine européenne, même lorsqu'il n'y a pas de différences apparentes dans leurs expositions (comme cela se produit dans les prisons et sur bases militaires)[18,25.32]. Les Philippins sont également plus susceptibles d'avoir une infection disséminée [33]. Les gènes et les mécanismes à l'origine de la prédisposition ethnique à la dissémination n'ont pas été établis.

Génomes

Les séquences d'ADN de plusieurs isolats de C. immitis et de nombreux isolats de C. posadas ont été déterminées [8, 34]. Il y a deshybridationentre les deux espèces [6,35]. Le séquençage d'un grand nombre d'isolats cliniques en Arizona a établi que presque tous étaient des souches génétiquement diverses de C post [8]. Les groupes d'isolats des régions de Tucson et de Phoenix sont génétiquement distincts. Une étude comparant des isolats du sol de Phoenix à des isolats de patients de la même région a révélé que les isolats environnementaux étaient plus diversifiés sur le plan génétique que les isolats cliniques, mais il n'y avait aucune preuve d'un sous-ensemble de souches plus pathogènes qui pourraient expliquer l'incidence croissante des infections dans cette zone [6,34].

Les génomes de Coccidioides spp. sont 28-29 mégabases (Mb). Au moins quatrechromosomesont été identifiés par électrophorèse sur gel de découverte électrique homogène à contour serré [36]. Les génomes sont haploïdes et aucun accouplement n'a été observé au sein ou entre les espèces, bien que des gènes codant pour les fonctions d'accouplement soient présents [2] et qu'une recombinaison génétique se produise [35]. Environ 18% du génome est constitué d'ADN répétitif. Coccidioides sp. semble avoir un mécanisme de mutation induite par répétition pour contrôler la prolifération des transposons [35]. On trouve à la fois de l'ADN et des transposons répétés terminaux longs; Gypsy, qui est un transposon de type rétrovirus courant chez les champignons, est le type de transposon le plus courant. Les transposons se trouvent plus fréquemment dans les régions génomiques qui ont peu de gènes structuraux et se trouvent généralement en grappes [37]. La majorité des transposons ont dégénéré et n'ont pas tous les domaines nécessaires à la transposition. Il existe certaines preuves que les transposons de C. sont préférentiellement associés aux gènes codant pour la phosphorylation des protéines. De plus, de nombreux gènes de C. flanqués de certaines superfamilles de transposons sont mal exprimés [37]. Fait intéressant, un test PCR nouvellement autorisé par la FDA pour identifier les organismes dansspécimens cliniqueset une nouvelle modification de ce test qui est à la fois sensible et spécifique pour une utilisation sur des échantillons de sol cible le test cible un rétro-transposon de type Copia qui est présent en nombre élevé de copies dans le génome [16].

Les familles de gènes codant pour l'activité phosphotransférase, les protéines kinases et les protéinases, y compris les subtilases et les kératinases, sont développées dans Coccidioides spp. par rapport aux espèces étroitement apparentées [3]. Ceci suggère que Coccidioides spp. peut-être spécialisé pour la croissance des protéines en plus des glucides. Il existe près de 800 gènes propres aux Coccidioides spp. et certains sont préférentiellement transcrits en sphérules (voir ci-dessous).

Dimorphisme

Tous les pathogènes fongiques primaires, à l'exception de Cryptococcus spp. partagent la caractéristique d'être thermiquement dimorphes, se développant comme des moisissures dans le sol et se différenciant en levure ou en sphérule chez les mammifères. Coccidioides sp. se développe sous forme de mycélium (moisissure) dans le sol et forme des spores appelées arthroconidies dans le mycélium à mesure qu'elles mûrissent (Figure 2).Arthroconidiessont libérés lorsque le sol contaminé est dérangé et chacun a le potentiel de former un nouveau mycélium s'il atterrit dans le sol, ou une sphérule s'il infecte des animaux sensibles. La capacité à former des sphérules à partir d'arthroconidies est requise pour la pathogénicité. Les arthroconidies s'arrondissent et deviennent des sphérules immatures par croissance isotrope. La maturation des sphérules implique un gonflement circonférentiel de l'organisme et la division synchrone des noyaux et du cytoplasme pour éventuellement remplir la sphérule de centaines d'endospores de 2-4 microns. Lorsqu'une sphérule mature se rompt, ces endospores sont libérées et chacune d'elles a le potentiel de former une autre sphérule. La différenciation des endospores en sphérules matures prend environ 4-6 jours in vivo, de sorte que le nombre de sphérules peut augmenter très rapidement. La transformation des arthro-conidies en sphérules lorsqu'elles sont cultivées dans un milieu défini nécessite un changement de température de 25 degrés à 37 degrés et une augmentation du CO atmosphérique à 10-14 % [38]. On suppose que des conditions similaires favorisent le développement de sphérules in vivo, mais il existe également des preuves que le contact avec les neutrophiles peut stimuler la conversion des arthroconidies en sphérules (39). Dans les cavités co-pulmonaires chroniques, où il n'y a pas de neutrophiles, on peut parfois voir une réversion aux formes hyphales qui contiennent des gonflements qui semblent être des tentatives avortées de fabriquer des sphérules [40].

Figure 2. Mvcelia contenant des arthroconidies et une sphérule mature avec des endospores, (a) Mycélium mature cultivé in vitro montrant des arthroconidies colorées en noir alternant avec des segments nucléés à parois minces dans le mycélium (coloration bleu coton au lactophénol). (b) Une sphérule contenant des endospores dans le tissu (Periodic Acid Schiff (PAS). L'image a été obtenue auprès du CDC (HTTPS/Phil.Phil/details.asp). Cette figure a déjà été publiée dans le Journal of Fungi [70].

On sait relativement peu de choses sur le changement du programme transcriptionnel qui médiatise la transformation frappante des arthroconidies en sphérules. Il n'y a que deux études publiées comparant le transcriptome des mycéliums à celui des sphérules cultivées in vitro ; l'un a étudié à la fois C. et C. posadas en utilisant l'ARN-seq et l'autre n'a étudié que C., en utilisant un microréseau à cadre de lecture ouvert du génome entier [41,42]. LaARN-seqL'étude a comparé les mycéliums et les sphérules du jour 4 et s'est concentrée sur les gènes exprimés de manière différentielle chez les deux espèces. 13 % des gènes ont été régulés positivement plus de deux fois dans les sphérules des deux espèces, y compris les protéines associées à la chitine, la -(1,3)glucane synthase et la glycoprotéine de la paroi externe des sphérules. L'étude des microréseaux a comparé les mycéliums de C. immitis aux sphérules du jour 2 (au début du processus de transformation) et du jour 8 (endosporulant). Le niveau d'expression de 22 % des gènes était régulé à la hausse ou à la baisse plus de deux fois dans les sphérules du jour 2 ou du jour 8 par rapport au mycélium. Il y avait également des différences significatives entre les transcriptomes des sphérules du jour 2 et du jour 8 (Figure 3). Les oxydoréductases (y compris la superoxyde dismutase extracellulaire qui pourrait aider à protéger contre la destruction des neutrophiles) sont régulées à la hausse dans les sphérules du jour 2, tout comme les transporteurs de sucre, la thioestérase et l'amylase. Environ un tiers des gènes qui sont régulés à la hausse in vivo n'ont pas de fonction assignée et 5% ne se trouvent que dans Coccidioides spp [42]. L'une des familles de gènes les plus intéressantes qui sont régulées à la baisse dans les sphérules de C. immitis est la famille des protéines kinases ; 28 des 184 gènes de protéines kinases prédits ont été régulés à la baisse. Certains des gènes de protéine kinase régulés à la baisse codent pour le cycle cellulaire, la paroi cellulaire et les protéines liées à la réponse au stress. La relation entre la régulation à la baisse de ces gènes et la formation de sphérules n'est pas claire.

Figure 3. Nombre de gènes régulés positivement dans des sphérules de trois maturités différentes. Diagramme de Venn des gènes de C. immitis régulés positivement plus de 2- fois par rapport à l'expression des gènes mycéliens. (a) Les données pour les sphérules du jour 4 proviennent de [41] et (b) les données pour les sphérules du jour 2 et du jour 8 proviennent de [42].

L'un des gènes régulés à la hausse trouvés dans les deux études est la 4-hydro phénylpyruvate dioxygénase (4-HPPD, ou PDA). Cette enzyme fait partie d'un complexe de gènes impliqués dans le catabolisme de la tyrosine. L'4-HPPD dégrade l'homogentisate d'4-hydroxyphénylpyruvate, qui est toxique. L'homogentiate est ensuite catabolisé ou oxydé et polymérisé pour former la phéomélanine [43]. 4-L'HPPD s'est avéré être régulé positivement dans la phase de levure de tous les champignons pathogènes primaires dimorphes [44]. La perturbation du gène 4-HPPD chez Talaromyces n'a jamais pour résultat un mutant qui ne peut pas se développer et se différencier en levure à l'intérieur des macrophages [45]. Les auteurs de cette étude pensent qu'il est peu probable que ce phénotype soit directement lié à l'effet de 4-HPPD sur le métabolisme de la tyrosine, car d'autres mutations dans la voie du catabolisme de la tyrosine n'avaient pas ce phénotype, ils suggèrent donc que 4- HPPD peut avoir d'autres propriétés non découvertes.

Malgré les différences dans la conception expérimentale et l'analyse des données, 152 gènes ont été régulés positivement dans les sphérules dans les deux études, quel que soit le stade de maturation (Figure 3). Bon nombre de ces gènes régulés positivement se trouvent dans les voies enzymatiques du métabolisme des glucides complexes (tableau 1). L'enrichissement des gènes dans les voies glucidiques complexes semble plausible car un remodelage et une synthèse importants de nouvelles parois cellulaires doivent être nécessaires pour la transformation et la croissance des sphérules et des endospores. Vingt-six des gènes communs régulés à la hausse dans les sphérules ont également été régulés à la hausse dans le processus deHistoplasmedifférenciation capsulatum en levure [46]. En plus de 4-HPPD, ceux-ci comprennent plusieurs transporteurs de sucre, un transporteur de sulfite, une amylase, des céto-réductases, une protéine kinase et un gène de polycétide synthase. Il n'y a pas eu d'études publiées sur le transcriptome des sphérules de Coccidioides in vivo. La protéomique est une autre approche qui peut identifier les gènes exprimés dans les sphérules et valider les protéines dites hypothétiques. Il existe une étude publiée utilisant cette approche qui a identifié des protéines dans le mycélium et les sphérules de C.posa-dashi [47]. Ils ont détecté 837 protéines (8 % du total prédit à partir de la séquence d'ADN), dont 88 % correspondaient aux protéines prédites par l'analyse du génome. Ils ont également identifié 172 nouvelles protéines, dont la plupart pourraient être attribuées à l'épissage différentiel des gènes. Une protéine de transposon a été exprimée, indiquant qu'au moins un transposon est toujours actif sur le plan de la transcription. Des études comme celle-ci amélioreront sans aucun doute l'annotation du génome.

Bien que ces données transcriptomiques permettent d'identifier les gènes qui sont exprimés préférentiellement dans les sphérules, elles ne nous disent pas quels gènes sont nécessaires pour que les arthroconidies se différencient en sphérules et quels changements d'expression sont une conséquence de la transformation [46]. Le moyen le plus concluant d'identifier les gènes essentiels à la formation de sphérules est de les éliminer ou de réguler à la baisse leur expression avec un ARN régulateur et d'observer le phénotype.

Seuls quelques mutants de délétion ont été créés en raison de la difficulté de réaliser des mutations ciblées. Les gènes de la chitinase 2 et 3 sont exprimés à des niveaux plus élevés dans les sphérules que dans les mycéliums, et on a émis l'hypothèse qu'ils étaient importants pour le remodelage de la paroi cellulaire des sphérules en maturation [48]. Une double inactivation de ces gènes a abouti à un mutant qui ne produit pas de sphérules matures avec des endospores et qui est avirulent chez la souris. Ce mutant était un vaccin vivant atténué efficace chez la souris. Le gène CPSI est également important pour la virulence car la suppression du gène a entraîné des sphérules qui se sont développées plus lentement que le type sauvage, ne pouvaient pas endosporuler et le mutant était avirulent même chez les souris hautement immunodéprimées [49]. Le produit du gène CPSI n'est pas bien caractérisé. Le gène a été choisi comme cible car son homologue est associé à la pathogénicité dans les hétérostrophes de Cochiobolus. Dans les sphérules mutantes, 33 gènes étaient régulés à la hausse ou à la baisse par rapport aux sphérules de type sauvage [49]. Il est difficile de déduire la fonction de CPSI à partir des gènes régulés à la hausse et à la baisse. Ce mutant est également un vaccin vivant efficace chez la souris. La suppression du gène codant pour une glycoprotéine de la paroi externe de la sphérule a également diminué de manière significative la virulence [50]. La glycoprotéine de la paroi externe est produite exclusivement dans des sphérules et forme la couche la plus externe qui entre en contact avec les cellules hôtes. Cette protéine riche en proline est également une adhésine connue pour se lier à la laminine.

Les enzymes impliquées dans le métabolisme de l'ammoniac sont également importantes pour la virulence. Les tissus infectés chez les souris sont assez alcalins et Coccidioides synthétise à la fois une enzyme uréase et l'uréido glycolate hydrolase, une enzyme qui dégrade l'uréido glycolate en ammoniac et glyoxylate (UGH). Un mutant à double inactivation de l'uréase et de l'UGH produit moins d'ammoniac et est fortement atténué même chez les souris BALB/c génétiquement sensibles, ce qui suggère que la capacité à alcaliniser leur environnement est importante pour la pathogénicité [51]. Cependant, comme le shunt du glyoxylate est également une voie métabolique chez les champignons pour la production d'énergie en l'absence de glucose, la mutation UGH peut avoir des effets délétères autres que la réduction de la production d'ammoniac.

Immunologie

Il existe une forte corrélation entre le type de réponse immunitaire que les gens font et le pronostic de la coccidioïdomycose pulmonaire aiguë. La majorité des personnes ont des infections pulmonaires spontanément résolutives et développent une hypersensibilité de type retardé (DTH) mesurée par des tests cutanés positifs à la coccidiose ou à la sphère, mais elles ne produisent que de faibles titres d'anticorps fixant le complément (CF). En revanche, les patients qui continuent à disséminer l'infection produisent des titres élevés d'anticorps contre la mucoviscidose et ne développent pas de DTH [30, 52]. Bien que cela soit connu depuis de nombreuses décennies, il y a peu ou pas de compréhension de ce qui pousse la réponse immunitaire vers une voie TH1 (DTH, IFNy) chez les personnes qui se portent bien. De toute évidence, les lymphocytes T CD4 sont nécessaires car les patients ayant un faible taux de CD4 en raison d'un SIDA non traité présentent un risque élevé d'infections disséminées [53] Les patients traités avec des inhibiteurs du facteur de nécrose tumorale présentent également un risque plus élevé [54]. Nous savons également, grâce à de rares mutations génétiques humaines, que l'incapacité de fabriquer ou de répondre à l'IFNy est un risque de propagation de l'infection [55,56]. Un gain de mutation fonctionnelle dans l'État prédispose également à la coccidioïdomycose disséminée et à l'histoplasmose, mais le ou les mécanismes à l'origine de cette sensibilité accrue aux champignons dimorphes invasifs ne sont pas clairs [57].

La réponse immunitaire à l'infection et à la vaccination a été largement étudiée chez la souris. Il est généralement admis que la réponse immunitaire innée détermine la nature de la réponse immunitaire adaptative, et cela est également vrai dans la coccidioïdomycose expérimentale. DBA/2, une souche de souris hautement résistante produit plus d'IL-12p70, L-23p19, IFNy, State et IL-17a et moins d'IL-10 après l'infection par rapport à des souches hautement sensibles, à la fois in Vivo et in vitro[58,59].Chez la souris, l'augmentation de la production d'IL-10 entraîne une sensibilité accrue, et inversement, les souris IL-10 KO sont plus résistantes que les souris sensibles souche parentale, ressemblant étroitement à DBA/2, la souche consanguine la plus résistante [60]. Le seul facteur connu de ces différences chez la souris est la Dectine-1, le récepteur du glucane, qui est exprimé sur les cellules dendritiques et autres cellules myéloïdes [6]. Il existe une différence dans la structure et la fonction de Dectin-1 chez les souris B6 sensibles et les souris DBA/2 résistantes qui est basée sur l'épissage alternatif du gène codant, ClecZa [59]. Ce gène est également épissé alternativement dans les cellules humaines [62,63], mais il n'y a pas d'études sur la façon dont cet épissage différentiel affecte la réponse humaine aux sphérules.

Il est probable que Dectin-1 soit également au moins partiellement responsable de la génération d'une réponse immunitaire TH17, car les sphérules interagissent fortement avec ce type C de récepteurs de lectine [59]. Une mutation du récepteur IL-17 altère la capacité des souris à développer une immunité après vaccination par une souche vivante avirulente de C.posadasi[64]. Un patient porteur d'une mutation STAT-3, qui affecte la différenciation CD4 TH17, a développé une méningite individuelle [65,66]. Étant donné que STAT-3 est également impliqué dans de nombreuses autres voies de signalisation, il est possible que les faibles niveaux d'IL-17a trouvés chez ces patients ne soient pas la seule explication de sa sensibilité.

Le mécanisme par lequel les sphérules et/ou les endospores sont tuées in vivo est également inconnu mais doit dépendre indirectement des lymphocytes CD4 plus T car il existe une corrélation inverse entre le nombre total de CD4 et le risque de coccidioïdomycose disséminée chez les patients atteints du SIDA [67]. Les molécules effectrices qui tuent ou inhibent réellement la multiplication du champignon in vitro sont inconnues. Les personnes atteintes de la maladie granulomateuse chronique ne sont apparemment pas plus sensibles à ces agents pathogènes, pas plus que les souris présentant un défaut génétique orthologue [68], de sorte que la NADPH oxydase n'est pas nécessaire. Il existe une certaine incertitude quant au rôle d'iNOS. Un inhibiteur de NOS à large spectre a augmenté la sensibilité des souris DBA/2 à C. immitis [69]. En revanche, une souche de souris mutante Nos2 n'était pas plus sensible [70]. Cependant, cette mutation a été réalisée chez des souris C57BL/6, qui produisent elles-mêmes très peu de NO en réponse à cette infection [69].

Efforts de vaccination

L'immunité induite par le vaccin contre la coccidioïdomycose semble faisable parce que les secondes infections symptomatiques à Coccidioides spp. sont extraordinairement rares (on ne peut exclure les infections subcliniques qui renforcent l'immunité dans les zones de forte endémie) [71]. Une vaccination réussie nécessite une réponse immunitaire médiée par les lymphocytes T, les réponses immunitaires TH17 et TH17 jouant un rôle dans la protection médiée par le vaccin [64]. Il n'y a aucune preuve que la réponse des anticorps est protectrice chez l'homme car il n'y a pas d'association entre les déficits en immunoglobulines héréditaires ou acquis et la coccidioïdomycose disséminée, mais dans les modèles de souris, il existe des preuves contradictoires quant à savoir si les cellules B sont nécessaires pour l'immunité induite par le vaccin [72,73 ]. Idéalement, un vaccin préviendrait ou réduirait considérablement l'incidence de l'infection, mais celui qui pourrait prévenir l'infection symptomatique et protéger les personnes à haut risque de maladie disséminée serait considéré comme un succès d'un point de vue numérique.

Les vaccins candidats ont tous été initialement testés sur des souris consanguines génétiquement sensibles, et de nombreux vaccins à protéines recombinantes les protègent contre de petits mais pas contre de grands inoculums d'arthroconidies. Il est maintenant possible d'identifier et de produire des protéines clonées recombinantes qui peuvent être testées comme antigènes pour un vaccin parce que les génomes de C. immitis et C. posadasii sont disponibles, et il y a suffisamment de génomes complètement séquencés pour que l'on puisse choisir hautement protéines conservées. Malheureusement, il n'existe actuellement aucun moyen de prédire quelles protéines de sphérules déclencheront une immunité protectrice. On pensait initialement que les protéines de surface hautement exprimées feraient les meilleurs vaccins, mais toutes les protéines de surface cellulaire ne sont pas protectrices (observations non publiées, TNK). Le tableau 2 montre certaines des protéines recombinantes qui ont été testées comme vaccins [71]. La protection a été évaluée par la diminution du nombre de colonies fongiques à partir de la culture quantitative des poumons et de la rate et, dans certains cas, par la survie. Les critères exacts variaient d'une étude à l'autre. Les antigènes uniques ont tendance à être au mieux modérément protecteurs [74-76]. L'approche multiprotéine/épitope a semblé produire les vaccins sous-unitaires les plus prometteurs[77-79]. Un vaccin à double protéine a été testé sur des macaques cynomolgus et il y a eu une réduction du fardeau de la maladie, mais la vaccination n'a pas produit d'immunité stérilisante [79]. Malgré les résultats prometteurs chez les souris et les singes, le développement d'un vaccin à protéines recombinantes nécessite des décisions importantes sur les meilleures protéines, la quantité de ces protéines, l'adjuvant, la formulation et le nombre de doses nécessaires pour fabriquer un vaccin efficace. Peut-être plus important encore, un partenaire pharmaceutique désireux de fabriquer le produit est nécessaire, étant donné la population relativement faible à risque d'infection. Une planification minutieuse d'un essai clinique est également essentielle. Pour toutes ces raisons, il est irréaliste de s'attendre à ce qu'un vaccin soit prêt pour une évaluation clinique dans un proche avenir.

Sommaire

L'étude de Coccidioides spp. a fait des progrès significatifs au cours de la dernière décennie. Notre compréhension de l'écologie et de la biologie des populations de ces organismes est considérablement améliorée. La disponibilité de la séquence génomique d'un certain nombre de souches a été inestimable pour de nombreux aspects de la recherche, y compris la création de plusieurs souches knock-out hautement atténuées et fournissant des connaissances importantes sur la pathogenèse. L'immunologie de la coccidioïdomycose et des Coccidioides spp. les vaccins sont mieux compris. Malheureusement, il existe des lacunes importantes dans nos connaissances. Plus d'informations sur l'écologie de cet organisme sont encore nécessaires. La compréhension de la biologie de la transformation du mycélium en sphérules est au mieux limitée. Plus d'informations sur la réponse immunitaire humaine à l'infection sont également nécessaires. Malgré le clonage, l'expression et le test d'un certain nombre de protéines, un vaccin sous-unitaire n'a pas été développé. Ces sujets et d'autres présentent de nombreux défis pour l'avenir.