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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.17.2019.tde-01022019-110350
Document
Author
Full name
Paulin Sonon
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2018
Supervisor
Committee
Donadi, Eduardo Antonio (President)
Figueiredo, Luiz Tadeu Moraes
Bicalho, Maria da Graça
Silva, Norma Lucena Cavalcanti Licinio da
Title in Portuguese
Co-infecção Plasmodium falciparum e Schistosoma haematobium: papel dos genes HLA não-clássicos de classe I (HLA-G, -E e -F) na suscetibilidade à malária
Keywords in Portuguese
Africano ; Genes HLA Ib ; P. falciparum ; S. haematobium ; Sequenciamento de nova geração
Abstract in Portuguese
A malária causada pelo Plasmodium falciparum (P. falciparum) e a bilharzíase urogenital causada pelo Schistosoma haematobium (S. haematobium) constituem duas doenças infecciosas tropicais alarmantes, sendo ambas endêmicas no Benin. Considerando que a malária (Th1) e a esquistossomose (Th2) apresentem perfis de citocinas divergentes, na presença de co-infecção, o S. haematobium poderia modular as respostas especificamente dirigidas contra o P. falciparum. Uma vez que, os genes que codificam as moléculas nãoclássicas de histocompatibilidade (HLA-G/-E/-F) possuam propriedades imunomoduladoras, pouca atenção tem sido dedicada ao estudo desses genes em populações da África Subsaariana, que são as de maior diversidade genética. O objetivo deste estudo foi avaliar a variabilidade dos genes HLA-G/-E/-F na população Toffin do Benin, e identificar fatores genéticos de suscetibilidade/resistência à malária causada pelo P. falciparum e/ou bilharziose urogenital, usando uma coorte de crianças (de 4 a 8 anos de idade) não aparentadas. Foram avaliados os segmentos codificantes e reguladores, englobando aproximadamente 5.1 kb do HLA-G, 7.7 kb do HLA-E e 6.2 kb do HLA-F, usando sequenciamento da nova geração. As frequências alélicas e haplotípicas do HLA-G/-E/-F, a diversidade genética, a diversidade nucleotídica, o equilíbrio de Hardy-Weinberg (HW) e de Tajima's D foram realizados utilizando o software ARLEQUIN v3.5.2. O desequilíbrio de ligação (LD) entre sítios variáveis com frequência alélica mínima (MAF) acima de 1% foi avaliado calculando o coeficiente de correlação r2 e os gráficos de LD foram visualizados usando o software Haploview 4.2. O estudo de associação foi implementada nos softwares PLINK v1.90b4.6 e R v3.4.2, usando modelos de regressão linear ou logística múltipla. 96, 37 e 68 sítios variáveis foram detectados ao longo de HLA-G/-E- F, respectivamente. Foram identificados 16, 19 e 15 haplótipos da promotora, 19, 15 e 29 haplótipos da codificadora, 12, 7 e 2 haplótipos da região 3' não traduzida (3'UTR), respectivamente, e ainda, 33 , 31 e 32 haplótipos estendidos, respectivamente. Todos os haplótipos promotores/codificadores/3'UTR respeitaram os padrões já descritos na população mundial. O HLA-E foi o mais conservado, exibindo principalmente duas proteinas (E*01:01 e E*01:03), seguido do HLA-F, três proteínas (F*01:01, F*01:02 e F*01:03) e HLA-G, quatro proteínas: três normais (G*01:01, G*01:03 eSONON, P. Resumo xi G*01:04) e uma truncada (G*01:05N). Embora os alelos do HLA-G-E/-F observados na população Toffin tenham sido os mais frequentemente observados em vários países do mundo, as frequências dos haplótipos da região codificadora foram semelhantes às descritas para outras populações africanas (Guiné-Conakry e Burkina-Faso), quando comparadas com os países não-Africanos (Brasileiros), indicando que as variações ao longo desses genes estavam presentes nos Africanos antes da dispersão humana. Foram analisados 105 polimorfismos (MAF> 5%, valor P de HW> 0.05 e qualidade de genótipos> 97%) e 56 haplótipos com frequência mínima de 5%. Consideramos significativos, apenas os resultados exibindo valores de P <0.01 para polimorfismos e valores de P <0.01 antes da correção e valores de P <0.05 após correção de Bonferroni, para haplótipos. Encontramos as seguintes associações: i) o alelo inserção de 14 pares de bases do HLA-G (14 pb Ins) (em modelo dominante) foi associado ao risco de ocorrência de infecção por P. falciparum (infecções totais como infecções sintomáticas) e ao número de episódios de infecção (número elevado de episódios de infecções totais como de infecções sintomáticas), ii) polimorfismos HLA-G (- 1155 A e +755 A, em completo LD) (em modelo recessivo), e iii) haplótipo E.01.03.05- compatível em sinergia com o alelo -1988 C do HLA-E (em modelo aditivo) foram associados à proteção contra malária (em níveis de infecção como de densidade parasitária), e iv) o haplótipo E.Promo.2 foi associado à protecção contra a co-infecção do P. falciparum em crianças infectadas por S. haematobium. Excetuando o 14 pb Ins, estudos funcionais adicionais são necessários para revelar o papel desses marcadores na expressão dos genes HLA-G, -E e -F, para entender melhor o mecanismo de associação com doenças.
Title in English
Plasmodium falciparum and Schistosoma haematobium co-infection: role of non-classical HLA class I genes (HLA-G, -E and -F) in susceptibility to malaria
Keywords in English
African ; HLA Ib genes ; Massive parallel sequencing ; P. falciparum ; S. haematobium
Abstract in English
Plasmodium falciparum (P. falciparum) malaria and the urogenital bilharziasis caused by Schistosoma haematobium (S. haematobium) infection constitute the two alarming tropical infectious diseases; and both are endemic in Benin. Considering that malaria (Th1) and schistosomiasis (Th2) have divergent cytokine profiles, the presence of co-infection could modulate the responses specifically directed against P. falciparum. We hypothesize that the non-classical genes and molecules (HLA-G, -E and -F) of major histocompatibility complex (MHC) could be involved in this immunomodulation. Although these molecules have well known immunomodulatory properties, little attention has been devoted to the study of these non-classical class I HLA genes in sub-Saharan African populations. This study aimed to evaluate the diversity of HLA-G, -E and -F gene variable sites in the Beninese Toffin population, and to identify susceptibility/resistance genetic factors associated with P. falciparum malaria and/or urogenital bilharziasis in a Beninese cohort of unrelated schoolaged children (4 to 8 years old). We evaluated the complete gene variability (5.1 kb for HLAG, 7.7 kb for HLA-E and 6.2 kb for HLA-F) in the Beninese Toffin population using massive parallel sequencing. HLA-G, -E and -F allele and haplotype frequencies, gene diversity, average nucleotide diversity, Tajima's D and Hardy-Weinberg (HW) equilibrium were performed using ARLEQUIN v3.5.2 software. The linkage disequilibrium (LD) pattern among variable sites with a minimum allele frequency (MAF) above 1% was evaluated computing the correlation coefficient r2 and the LD plots were visualized using Haploview 4.2 software. The genetic association study was implemented on PLINK v1.90b4.6 and R v3.4.2 softwares using multiple logistic or linear regression models. Overall, 96, 37 and 68 variable sites were detected along the entire HLA-G, -E and -F, respectively, arranged into regionspecific haplotypes; i.e., promoter haplotypes (16, 19, and 15, respectively), coding haplotypes (19, 15, and 29, respectively), 3' untranslated region (3' UTR) haplotypes (12, 7 and 2, respectively) and extended haplotypes (33, 31 and 32, respectively). All promoter/coding/3'UTR haplotypes followed the patterns already described in worldwide populations. Among the three genes, HLA-E was the most conserved, exhibiting mainly two full-length encoded-molecules (E*01:01 and E*01:03), followed by HLA-F (three full-lengthSONON, P. Abstract xiii proteins; F*01:01, F*01:02 and F*01:03) and HLA-G (four proteins; three full-length (G*01:01, G*01:03 and G*01:04) and one truncated (G*01:05N)). Although HLA-G/E/F alleles in the Toffin population were the most frequently observed worldwide, the frequencies of the coding haplotypes were closely similar to those described for other West African populations (Guinea-Conakry and Burkina-Faso) than for non-African ones (Brazilian population), indicating that variable sites along these genes were present in Africa before human dispersion. A total of 105 polymorphisms and 56 haplotypes were analyzed in the genetic association study to malaria and schistosomiasis susceptibility. Only results exhibiting respectively P-values < 0.01 and P-values < 0.05 (after Bonferroni correction) for polymorphisms and for haplotypes were considered as significant. The following associations were observed: i) HLA-G 14 base pairs (14bp) insertion was associated (under dominant model) with the risk of the occurrence of P. falciparum infection (all infections and symptomatic infections) and with high number of infection episodes (all infections and symptomatic infections), ii) HLA-G -1155 A and +755 A alleles (under recessive model) and iii) E.01.03.05-compatible haplotype in synergy with HLA-E -1988 C allele (under additive model) were associated with protection against P. falciparum (at infection as well as parasitic levels), and finally iv) the E.Promo.2 haplotype was associated with protection against malaria-schistosomiasis co-infection. The functional role of the genetic markers (alleles or haplotypes) associated with malaria and schistosomiasis suceptibility/resistance need to be investigated to better understand the mechanism that may explain these associations.
 
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Publishing Date
2019-02-18
 
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