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L’épigénétique aux
sources de l’allergie
Valérie Siroux, PhD
Inserm U-1209 Grenoble
Équipe d’épidémiologie environnementale appliquée à la
reproduction et à la santé respiratoire
Déclaration conflits
d’intérêt
—  Pas de conflit d’intérêt
mais honoraires associés à des présentations scientifiques
ponctuelles (Edimark santé, TEVA, AstraZeneca, Novartis)
CFA 2016
2
Méthylation de l’ADN :
Mécanisme
—  Modification épigénétique de
l’ADN
—  Ajout d’un groupe méthyle (CH),
sur une Cytosine avant une
Guanine
—  Souvent dans les régions riches
en CpG (îlots CpG)
—  Participe au contrôle de
l’expression des gênes
—  La méthylation est spécifique
pour chaque tissu et type
cellulaire
CFA 2016
3
Expositions
environnementales
(prénatales ou dans la
petite enfance)
2
1
Altération de
l’épigénome
Maladies
allérgiques
3
I. Epigénome et maladies
allergiques
CFA 2016
4
Epigénome et IgE totales
Population : MRCA (n=355, discovery), PAPA (n=149, replication), SLSJ (n=160, replication)
—  dgdfg
—  Identification de 36 loci significatifs (p < 10-4) sur 34 gènes
—  Certains étant connus pour coder pour des protéines associées aux éosinophiles
(IL-5RA, CCR3, IL-1RL1, PGR2, GATA1…)
—  Réplication des résultats après isolation des éosinophiles
Liang L, et al. Nature 2015
CFA 2016
5
Epigénome et IgE totales
—  Les 3 loci majeurs expliquaient 13% de la variation des IgE, soit
10 fois la variance expliquée par les variants génétiques (SNPs)
majeurs précédemment identifiés dans les études pangénomiques
(GWAS).
—  Une autre étude (Everson T.M. et al, Genome Medicine 2015) a identifié
13 sites de méthylation associés à l’atopie et un taux d’IgE totales
élevé, incluant des gènes connus pour leur rôle dans le système
immunitaire (ZFPM1, PRG2, EPX, COPA)
Liang L et al. Nature 2015
Everson T.M. et al. Genome Medicine 2015
CFA 2016
6
Epigénome et asthme
—  Population
—  97 enfants asthmatiques 6-12 ans vs. 97 témoins (non allergiques, non
asthmatiques)
—  Population Inner-City Asthma Consortium (>20% des foyers qui vivent sous le
seuil de pauvreté)
—  Origines africaines ou hispaniques
—  Définition de l’asthme : 1) asthme diagnostiqué par un MD, 2) asthme
persistant ou non contrôlé selon NAEPP, 3) VEMS<85% ou VEMS/CVF<85% et
HRB et 4) test cutané positif à au moins 1 allergène (blatte, acariens,
moisissures, chat, chien, rat ou souris)
—  Epigénome
—  Puce illumina 450k (étude par régions)
—  Transcriptome
—  Nimblegen Human Gene Expression arrays
Yang IV. et al. JACI 2015
CFA 2016
7
Epigénome et asthme
Identification de 81 régions différentiellement méthylées (cas vs témoins), dont 73
hypométhylées incluant des gènes impliqués dans la biologie des lymphocytes T (IL13,
RUNX3…), dans la maturation et la fonction des cellules NK (KIR2DL4, KIR2DL3,
KIR3DL1, KLRD1) et des lymphocytes T (TIGIT).
55 significatifs après ajustement sur les différents types cellulaires
CFA 2016
8
Epigénome et asthme
—  Ces résultats suggèrent que l’épigénome des
asthmatiques est dérégulé.
—  Association de la méthylation de l 'ADN sur des
gènes impliqués dans l’immunité de type Th2 avec
l’asthme allergique et l’expression des gènes
Yang IV. et al. JACI 2015
CFA 2016
9
Epigénétique et asthme:
approche longitudinale
—  Variabilité de la méthylation de l’ADN dans le temps
—  Etude de la méthylation sur des gènes associés à la voie Th2
(IL4, IL4R, IL13, GATA3 and STAT6) chez 215 femmes de l’ile
de Wight à 10 ans puis à 18 ans.
—  Variation dans le temps de la méthylation sur certains sites
CpGs (IL4R et IL4), pouvant influencer l’évolution de l’asthme
—  Variation dans le temps de l’association entre méthylation de
l’ADN et asthme (GATA3)
—  Interaction entre méthylation de l’ADN et polymorphismes
génétiques sur le risque d’asthme, pouvant aussi varier dans le
temps
Zhang et al. Clinical Epigenetics 2014
CFA 2016
10
Epigénétique et
asthme + rhinite
—  Région génomique 4q35 associée au phénotype asthme +
rhinite (linkage, 3 cohortes Européennes), et association
d’autant plus forte en considérant l’emprunte parentale (gène
différentiellement exprimé selon qu’il soit transmis par le père ou la mère)
—  Etude de clonage positionnel
D4S426
3
Lod-score
2,5
2
Lod-imprinting
Lod
MLB-pat
D4S1535
1,5
1
Lod-MLB
0,5
0
26,7
35,0
72,7
88,5
100,2
107,5
122,1
131,6
138,9
170,0
173,2
189,4
202,7
Pos (cM)
chr4
Sarnowski et al. JACI 2016
CFA 2016
6 Mb
11
Epigénétique et asthme + rhinite
Réplication dans la cohorte SLSJ (gène
MTNR1A, Melatonine receptor 1A)
Allèle G hérité du père (p=1.1x10-5)
CFA 2016 et al. JACI 2016
Sarnowski
12
Epigénétique et asthme + rhinite
—  Cet allèle hérité du père était aussi significativement associé au
niveau de méthylation de l’ADN sur le site CpG cg02303933
(P=1,7x10-4).
—  L’association SNP - asthme+rhinite identifiée était expliquée par la
méthylation de l’ADN sur ce site CpG
—  MTNR1A participe à l’action de la mélatonine qui semble avoir un
important rôle immunomodulateur dans les maladies allergiques.
CFA 2016 et al. JACI 2016
Sarnowski
13
Expositions
environnementales
(prénatales ou dans la
petite enfance)
2
1
Altération de
l’épigénome
Maladies
allérgiques
3
II. Environnement et épigénome
CFA 2016
14
Tabagisme in utero et épigénome
—  Consortium Pregnancy And Childhood Epigenetics (PACE)
—  13 cohortes, n > 6600
—  Méthylation (Illumina 450K) sang du cordon chez les enfants
—  Exposition au tabagisme maternel pendant la grossesse
—  13% exposition continue (≥1 cigarette/jour tout au long de la
grossesse)
—  Modèles de régressions (Niveau de méthylation = tabac)
—  Ajustés sur âge maternel, niveau d’éducation, covariables liées à
la technique (batch) +/- proportion des différents types
cellulaires
—  Meta-analyse des résultats obtenus dans chaque cohorte
Joubert BR et al. Am J Human Genet 2016
CFA 2016
15
Tabagisme in utero et épigénome
AHRR cg05575921
(p=1.6x10-193)
— 
6073 CpGs signifcatifs FDR
dont 568 selon le critère strict
de Bonferroni
— 
4000 CpGs signifcatifs FDR
après ajustement sur les
proportions des différents
types cellulaires
— 
Autant de sites hypométhylés
et hyperthylés avec le tabac
Joubert BR et al. Am J Human Genet 2016
CFA 2016
16
Tabagisme in utero et epigenome
—  Parmi les 4000 sites CpGs identifiés, environ 1000 étaient situés
sur/proche des 1185 gènes précédemment identifiés dans la
littérature è environ 3000 « nouveaux » sites CpGs (2000 gènes)
—  Parmi les gènes identifiés par les « nouveaux » sites CpG:
—  ESR1, identifié dans certains cancers et dans l’asthme
—  IL32, identifié dans l’asthme et certains cancers, dans cette étude
sites CpGs associés au niveau d’expression de ce gène
—  Analyses par “pathways” et analyses fonctionnelles
—  Voies neurologiques, embryogénèse et du développement
—  Résultats cohérents chez des enfants plus âgés.
—  Conforte les résultats de précédentes études (Joubert et al, EHP
2012; Richmond et al. Hum Mol Genetics 2014)
Joubert
BR et al. Am J Human Genet 2016
CFA 2016
17
Expositions
environnementales
(prénatales ou dans la
petite enfance)
2
1
Altération de
l’épigénome
Maladies
allérgiques
3
III. Epigénétique : un lien biologique
entre expositions environnementales
et maladies allergiques ?
CFA 2016
18
JACI 2015
Environnement
Pheno
Genes
Ref
Allergens
Asthme,
BPCO
LAT, PDE4E, ACLS3 (CD4+)
Shang Y. AJRCMB 2013
Microbes/env
fermier
Asthme
RAD50, IL13, IL4 (PBMC) IFNG
(CD4+)
Schaub B. JACI 2009
Tabagisme
BPCO
GSTM1/GSTP (macrophages)
TNF (macrophages)
Michel Allergy 2013
Diesel/HAP
BPCO,
Asthme
FOXP3, INFG, ACSL3 (CD4+)
Adcock IM. COPD 2006;
Adcock IM.COI 2007; Ito
K. FASEB J 2001
Acide Folique
Asthme
ZFP57 (CD4+)
Amarasekera M. FASEB J
2014; Prescott SL.
COACI 2009
Huile de
poisson
culture
Cell
IL6, TNF (macrophages)
Xue B. PlosOne 2012;
Jing H. JSR 2014
Obesité
Asthme
CCL5, IL2RA, TBX 21 (PBMC)
Rastogi D. Sci Rep 2013
CFA 2016
Asthme
ADCYAP1R1 (PBMC)
Chen W. AJRCCM 2013
Stress
19
Pollution, épigénétique et asthme
FOXP3 (Forkhead box transcription factor 3) est important dans le développement et la
différentiation des cellules Treg.
Hyper-méthylation de l’ADN sur FOXP3 è Altération de la fonction des Treg
Pollution de l’air
hypermethylation
FOXP3
Asthme, sévérité
de l’asthme
Résultats observés par Nadeau et coll. avec methylation de l’ADN dans les cellules
sanguines Treg
Résultats « répliqués » par Brunst et coll. Avec étude de la methylation de l’ADN extrait de
la salive et l’exposition aux particules de diesel.
è L’exposition aux polluants de l’air pourrait moduler la fonction des
cellules T régulatrices dans l’asthme via un mécanisme épigénétique
Nadeau et al. JACI 2010; Brunst et al. JACI 2014
CFA 2016
20
Phtalates, épigénétique et asthme
Methylation
TNFα
βajusté:
-0.138 (p=0.04)
OR ajusté associé à un
niveau de méthylation bas:
2.15 (1.01; 4.62)
Asthme de
l’enfant
5OH-MEHP
(métabolite DEHP)
OR ajusté pour une exposition :
- intermédiaire =1.29 (0.54; 3.06)
- élevée = 2.17 (1.03; 4.56)
—  Méthylation sur le gène TNFα associée à la fois à l’asthme et au
dosage urinaire du métabolite majeur du DEHP.
—  20% de l’effet total de 5OH-MEHP sur l’asthme était expliqué par la
méthylation sur TNFα
Wang I-J. et al. Clinical Epigenetics 2015
CFA 2016
21
Saison de naissance, épigénome et
maladies allergiques
—  Les enfants nés en automne où en hiver sont plus à risque de
développer différentes maladies allergiques (asthme, rhinite,
eczema…)
—  Hypothèses : Réduction de la synthèse de la vitamine D, variation
saisonnière des exposition aux allergènes ou des infections
respiratoires virales, facteurs nutritionnels, ...
—  Population
—  Echantillon « découverte » : 367 participants à la cohorte île
de Wight, 18 ans
—  Echantillon « réplication » : 207 participants à la cohorte
PIAMA, 8 ans
—  Méthylation ADN, puce Illumina 450k
CFA 2016
Lockett
GA et al. Allergy 2016
22
Saison de naissance, épigénome et
maladies allergiques
—  Printemps vs. automne è RR eczéma = 0,61 (0,45-0,82)
—  92 sites CpGs significativement associés avec la saison de
naissance, dont le plus significatif situé sur le gène ZFR (Zinc
finger RNA-binding, impliqué dans la régulation de l’apoptose)
—  Ce site CpG influence le niveau d’expression de ce gène
—  85/92 sites CpGs identifiés dans la cohort IoW testés pour
réplication dans la cohorte PIAMA
—  4 sites CpG significatifs (p<0,05) (2 fois plus que attendu par le simple
fait du hasard) : VKORC1, BRSK2/TOLLIP, PTPRN2, PDK1
—  55 sites CpGs montraient un effet dans la même direction
(significativement plus que attendu par chance)
CFA 2016
Lockett GA et al. Allergy 2016
23
Saison de naissance, épigénéome et
maladies allergiques
—  Analyses de médiation
KCNH1
Direct effect
Indirect effect
Total effect
HGC6.3
CFA 2016
Lockett
GA et al. Allergy 2016
24
Saison de naissance, épigénétique
et maladies allergiques
—  La méthylation de l’ADN à l’âge adulte était
associée à la saison de naissance, étayant
l’hypothèse que la méthylation de l’ADN pourrait
être un mécanisme par lequel la saison de
naissance influence le risque de développer des
maladies allergiques
CFA 2016
Lockett
GA et al. Allergy 2016
25
Conclusion
—  Dérégulation de l’épigénome dans les maladies allergiques
—  Epigénétique: un mécanisme biologique par lequel les
expositions environnementales influencent la santé
—  Les modifications épigénétiques sont dynamiques et
réversibles
—  Complexité des études d’association
—  La thérapie épigénétique: une nouvelle voie dans les maladies
allergiques ?
—  Un sujet de recherche très actif au niveau international avec
de nombreux travaux en cours et de nombreuses perspectives
scientifiques
CFA 2016
26
Merci de votre
attention