Prédire l`état de santé grâce à l`ostéopontine

recherche
Par nAthAlie bissonnette, chercheure,
Centre de recherche et de développement
sur le bovin laitier et le porc, Agriculture
et Agroalimentaire Canada
Prédire l’état
de santé grâce
à l’ostéopontine
de récents résultats de recherche pourraient fournir
des indices pour la sélection d’animaux ayant une meilleure
réponse immunitaire et s’attaquer aux infections qui causent
la mammite.
L’équipe de chercheurs du Centre
de recherche et de développement sur
le bovin laitier et le porc d’Agriculture
et Agroalimentaire Canada a réalisé
d’importants progrès dans l’étude des
liens entre la génétique, la mammite
et la santé mammaire bovine. Nos travaux ont mis l’accent sur l’importance
du rôle de l’ostéopontine (OPN) et sur
l’action de ce gène dans l’immunité
des vaches laitières. Nos plus récents
résultats de recherche figurent parmi
les premiers à démontrer une association entre ce gène et l’état de santé
de la glande mammaire des vaches
laitières.
Nous estimons maintenant que
l’OPN est un élément essentiel de la
réponse immunitaire de la vache et
un facteur important de la défense
immunitaire contre les
agents infectieux
pathogènes
qu’on retrouve dans des maladies
comme la mammite. Une bonne nouvelle alors que les producteurs laitiers
canadiens de la plupart des régions du
pays cherchent à maintenir le compte
de cellules somatiques (CCS) dans le
lait sous la barre des 400 000 cellules
par millilitre de lait d’ici le 1er août 2012.
un mArQueur de l’immunité
Chez lA vAChe lAitière
Le gène de l’OPN joue un important
rôle protecteur dans l’immunité – un
fait bien documenté dans les études
menées sur de nombreuses maladies
infectieuses chez l’humain. Le gène est
synthétisé et sécrété par divers tissus
et cellules, y compris la glande mammaire, les reins, le sang et les cellules
immunitaires. L’OPN a un rôle étendu
dans les réponses immunitaires, y
compris la clairance des pathogènes
et la guérison des lésions.
Des études antérieures réalisées
par notre équipe ont démontré que
CHAMP D’APPLICATIoN : Génétique et génomique
l’OPN se retrouvait en quantité considérable dans le lait bovin et était
oBJeT De LA ReCHeRCHe/ÉLÉMeNTS D’INNoVATIoN : Démontrer une association
augmenté au début de l’apparition de
entre le gène ostéopontine et l’état de santé de la glande mammaire des vaches laitières.
la mammite1. Lors de ses travaux,
L’ostéopontine est un élément essentiel de la réponse immunitaire de la vache et un facteur
important de la défense immunitaire contre les agents infectieux pathogènes qu’on retrouve
notre équipe a découvert que
dans des maladies comme la mammite.
durant les six premières heures
de l’infection, l’expression de
er
ReToMBÉeS PoTeNTIeLLeS : Compte tenu de l’échéance du 1 août 2012 à l’égard du compte
l’OPN dans les pis infectés
de cellules somatiques (CCS), les marqueurs génétiques associés à un CCS plus bas seront mis
augmentait de façon radicale
en évidence dans le processus de sélection génétique. Par ailleurs, des marqueurs comme
comparativement à des pis
l’ostéopontine, qui ont la capacité de jouer un rôle à titre de signal précoce de l’apparition
non infectés, et ce, malgré
d’une infection, deviennent particulièrement intéressants.
l’absence
de signes apparents
ReCHeRCHe SUBVeNTIoNNÉe PAR : Conseil national de recherche et de développement en matière
d’infection
clinique. Lors de
de génétique des bovins laitiers (DairyGen) et Agriculture et Agroalimentaire Canada
l’apparition et de la multiplicaPoUR eN SAVoIR DAVANTAGe : Nathalie Bissonnette, Ph. D., chercheure, Agriculture et
tion des bactéries, l’OPN était
Agroalimentaire Canada, [email protected]
en un clin d’oeil
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juin 2012 Le producteur de Lait québécois
abondante et constituait le premier
signal alertant le système immunitaire
de la présence d’une infection. Chose
intéressante, l’expression de l’OPN
devançait celle d’autres marqueurs
génétiques bien connus de l’inflammation (appelés TNF-alpha) même
avant qu’on ait remarqué la moindre
élévation des cellules somatiques dans
le lait. En fait, il s’est passé une période
additionnelle de quatre heures avant
que les cellules somatiques ne viennent à la rescousse pour s’attaquer à
l’infection pathogénique.
Par conséquent, notre équipe a
formulé l’hypothèse voulant que si
l’OPN pouvait déclencher une réponse
D
urant les six
premières heures
de l’infection, l’expression
de l’OPN dans les pis
infectés augmentait
de facon radicale
comparativement à
des pis non infectés.
immunitaire locale, on pourrait alors
établir une corrélation entre ce marqueur génétique précoce et l’état de
santé de la glande mammaire.
Point de déPArt
d’identifiCAtion
d’un mArQueur AssoCié
à lA sAnté bovine
L’étude de la génomique fonctionnelle débute toujours par :
1- un bon candidat
2- des données phénotypiques solides
(dossiers de santé ou de production
bien définis)
3- l’accès à une cohorte animale pour
obtenir de l’ADN
juin 2012 Le producteur de Lait québécois
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recherche
Afin de mettre notre hypothèse à
l’épreuve, nous avons entrepris une
étude distincte2 fondée sur des renseignements concernant les taureaux
tirés de la banque de données du
Réseau laitier canadien. Nous avons
utilisé la valeur d’élevage espérée
(VÉE) pour la cote de cellules somatiques. Les données compilées sur
les taureaux ont aussi été mises à
profit. En effet, ceux-ci reçoivent une
évaluation génétique calculée à partir
des dossiers sur la cote de cellules
somatiques de leurs filles, ce qui peut
représenter des milliers de dossiers
pour chaque taureau. Par conséquent,
cette information est plus pertinente
que les dossiers des cycles de production de 305 jours des vaches laitières
(voir Figure 1) et plus précise.
Étant donné que l’ostéopontine est
un activateur précoce des cellules T, ce
gène représentait un excellent choix
pour analyser les défenses naturelles
contre la mammite. Nous avons utilisé
les cotes de cellules somatiques consignées par le Réseau laitier canadien
parce qu’il y a une preuve raisonnablement solide nous portant à croire
que les cotes de cellules somatiques
constituent une mesure plus fidèle de
la santé mammaire et que des cotes
plus basses sembleraient indiquer une
aptitude à résister à la mammite.
Nous avons ensuite comparé les
données recueillies sur 6 453 taureaux dont l’évaluation génétique
tombait dans l’un ou l’autre des deux
groupes extrêmes. Les échantillons
des 150 taureaux classés les plus bas
et ceux des 150 taureaux classés les
plus hauts sur l’échelle de la valeur
d’élevage espérée (VÉE) pour la cote
de cellules somatiques ont été comparés afin de voir s’il y a des différences dans le gène de l’OPN chez les
figure 1.
animaux des deux groupes. L’ADN a
été isolé de la semence des taureaux
comme source de matériel génétique.
On a procédé au séquençage du gène
de l’OPN, qui s’étend sur une région
de 15 000 paires de base du génome
bovin, et on a comparé les lectures
obtenues pour chaque taureau. Nos
résultats révèlent que le gène de
l’OPN observé dans ces deux groupes
(les taureaux au haut et au bas du
classement) différait à quatre endroits
(quatre polymorphismes de nucléotide
simple ou SNP). On a ensuite testé
ces différences et leur rôle dans le
mode d’action de l’ostéopontine. On a
identifié un lien entre les marqueurs
SNP du gène de l’OPN, le nombre de
cellules immunes du lait (SC) et, possiblement, le degré de sensibilité d’une
vache à la mammite2.
les snP sont-ils des
mArQueurs de Position ou
de fonCtion – Quel serAit
l’AvAntAge d’un mArQueur
Positionnel?
Plusieurs facteurs environnementaux influencent le rendement de la vache. Parmi
les plus évidents, on peut citer la régie du troupeau, l’âge de la vache et le nombre
de lactations. Ces facteurs non génétiques influencent les évaluations de la vache et,
par conséquent, sont considérés dans l’évaluation génétique qu’on appelle l’index de
sélection. l’épreuve de taureau est également utilisée dans les systèmes d’évaluation génétique au Canada. elle est ajustée pour tenir compte des effets environnementaux et incorpore le rendement de tous les ancêtres, frères, sœurs et progéniture – éléments importants du système complexe d’évaluation génétique. l’épreuve
de taureau est préférée à l’index de sélection lorsque les données de phénotype
(dossiers de santé ou de production bien définis) sont consignées globalement et
donc accessibles aux fins de l’évaluation.
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juin 2012 Le producteur de Lait québécois
À mesure qu’on s’approche du nouveau plafond de 400 000 cellules par
millilitre de lait (but de 200 000 cs/mL),
les marqueurs SNP associés aux CCS
plus bas seront mis en évidence dans
la sélection génétique. De plus, les
marqueurs qui ont la capacité de jouer
un rôle, comme l’OPN, en fournissant
un signe précoce de l’apparition d’une
infection, deviennent particulièrement
intéressants. Grâce à la séquence
intégrale du génome bovin, il y a de
nombreux SNP, mais on fait toujours
face au défi énorme de prévoir les rapports entre génotypes et phénotypes.
figure 2.
marqueur
de position
marqueur
de fonction
expression normale
du gène
facteur de transcription
SP1
Gène de
l’ostéopontine
site de fixation du facteur
de transcription altéré
expression
altérée du gène
la localisation est primordiale. l’importance d’un marqueur génétique dépend de sa
localisation et de son influence sur le phénotype. Par exemple, la localisation de ce
snP C/t définit le génotype des vaches. Certaines vaches portent le C et d’autres, le
T, ou peut-être les deux, C/T, si elles sont hétérozygotes. Comme ce snP est situé
dans la région du promoteur du gène de l’oPn, il pourrait influer sur la fixation du
facteur de transcription. Cela signifie que les vaches portant C pourraient avoir une
plus grande propension à produire l’oPn, tandis que chez les vaches T, il y aurait
un retard dans la production d’oPn. Ce snP dicte différents niveaux d’expression de
l’oPn dans le lait et peut avoir des conséquences biologiques importantes.
tenu de l’échéance du 1er août 2012 à
l’égard du CCS, les marqueurs génétiques associés à un CCS plus bas seront
mis en évidence dans le processus de
sélection génétique. Par ailleurs, des
marqueurs comme l’ostéopontine, qui
ont la capacité de jouer un rôle à titre
de signal précoce de l’apparition d’une
infection, deviennent particulièrement
intéressants.
Les résultats de nos travaux paraîtront bientôt dans des publications
arbitrées et nos futurs travaux serviront à examiner si, pour d’autres
maladies, le gène de l’OPN ou ses différents allèles pourraient avoir des effets
similaires en matière de sensibilité ou
de résistance naturelle. n
1. Bissonnette, N. et coll. (2012). Proteomic
analysis and immunodetection of the bovine
milk osteopontin isoforms. Journal of Dairy
Science, 95(2), p. 567-579.
2. Alain, K. et coll. (2009). Osteopontin : an
early innate immune marker of Escherichia
coli mastitis harbors genetic polymorphisms
with possible links with resistance to
mastitis. BMC genomics, 10, p. 444.
En d’autres mots, comment déterminet-on les marqueurs qui ont une incidence importante de façon à pouvoir
les sélectionner parmi les dizaines et
les centaines de milliers de SNP?
Une stratégie possible consisterait
à sélectionner quelques marqueurs
de fonction, ceux qui jouent un rôle
biologique. C’est un peu comme chercher un rhéostat capable de maîtriser
l’intensité de l’expression d’un gène
(un dispositif électronique qui maîtrise le volume d’un appareil audio,
par exemple). Ces SNP de fonction
(rhéostats) ont un rôle biologique
important parce qu’ils maîtrisent le
gène. Ils ont en fait un double rôle :
ils étiquettent le génome et servent
de potentiomètres qui en influencent
l’expression (intensité) qui agit à son
tour sur le phénotype (par exemple,
la clairance bactérienne (Figure 2). Un
marqueur de fonction l’emporte donc
sur plusieurs marqueurs de position.
un gène essentiel à
lA défense immunitAire
En résumé, le gène de l’OPN est
essentiel à l’établissement d’une
défense immunitaire contre l’infection
de pathogènes intracellulaires. Compte
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