Titre
Study of the surface antigenic variation system and interhuman transmission of the pathogenic fungus Pneumocystis jirovecii
Type
thèse de doctorat
Institution
UNIL/CHUV/Unisanté + institutions partenaires
Auteur(s)
MEIER, Caroline
Auteure/Auteur
Directrices/directeurs
Hauser, Philippe
Directeur⸱rice
Pagni, Marco
Codirecteur⸱rice
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Faculté
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Statut éditorial
Accepté
Date de publication
2023
Langue
anglais
Résumé
Antigenic variation is a mechanism used by various pathogenic microorganisms to evade the host’s immune system. The opportunistic fungus P. jirovecii is a non- culturable pathogen causing life-threatening pneumonia in immunocompromised individuals. To change the epitopes that are exposed at its cellular surface, it uses hypervariation of the major surface glycoproteins (Msg). These proteins belong to a superfamily composed of six families, which encoding genes are all located within the subtelomeres of all chromosomes of the fungus. Two mechanisms enable antigenic variation: gene mosaicism and mutually exclusive expression of the genes of family I (msg-I). The latter consists in the expression of a single gene out of the ca. 80 present in the genome, which can be exchanged overtime. This generates an antigenically heterogeneous population of P. jirovecii cells made of subpopulations each expressing a specific gene. In this thesis, all the msg-I genes present in each of 29 patients with Pneumocystis pneumonia from five cities were sequenced using PacBio circular consensus sequencing (CCS). This determined the repertoires of the msg-I genes present in the P. jirovecii strain(s) causing each infection. The analysis of these repertoires revealed that translocations of entire genes through intergenic recombinations led to reassortments of the repertoires. Together with evidence of other types of recombinations within the subtelomeres, our observations allowed proposing a model of the mechanisms involved in the antigenic variation system of P. jirovecii. We propose in addition that these recombinations are potentially mediated by the DNA triplex that the short imperfect mirror sequences present at the beginning of each msg- I gene might form. Besides, our analyses identified three clusters of patients presenting identical or similar msg-I repertoires. Two of them were confirmed using a novel genotyping technique based on the PacBio CCS sequencing of the ITS1-5.8S-ITS2 genomic region that we developed. One cluster might have resulted from transmission of a P. jirovecii strain harbouring a stable msg-I repertoire over time, and/or from infection by a dormant form of the fungus. Another cluster might have resulted from multiple transmission events and enrichment with specific msg-I alleles in the concerned geographical area. The last cluster suggested the working hypothesis that the repertoires reassort more or less rapidly according to the underlying disease affecting the patient.
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La variation antigénique est un mécanisme utilisé par divers micro-organismes pathogènes pour échapper au système immunitaire de l'hôte. Le champignon opportuniste P. jirovecii est un pathogène non cultivable qui provoque des pneumonies mortelles chez les personnes immunodéprimées. Pour modifier les épitopes exposés à sa surface cellulaire, il utilise l'hypervariation des major surface glycoproteins (Msg). Ces protéines appartiennent à une superfamille composée de six familles, dont les gènes codants sont tous situés dans les sous-télomères de tous les chromosomes du champignon. Deux mécanismes permettent la variation antigénique : le mosaïcisme génétique et l'expression mutuellement exclusive des gènes de la famille I (msg-I). Cette dernière se traduit par l'expression d'un seul gène sur les quelque 80 présents dans le génome, qui peut être échangé au fil du temps. Cela génère une population de P. jirovecii antigéniquement hétérogène, composée de sous-populations exprimant chacune un gène spécifique. Dans cette thèse, tous les gènes msg-I présents chez 29 patients atteints de pneumocystose et provenant de cinq villes ont été séquencés à l'aide de PacBio circular consensus sequencing (CCS). Cela a permis de déterminer les répertoires des gènes msg-I présents dans la ou les souches de P. jirovecii à l'origine de des infections. L'analyse de ces répertoires a révélé que les translocations de gènes entiers par recombinaisons intergéniques entraînaient des réarrangements des répertoires. Associées à la mise en évidence d'autres types de recombinaisons au sein des sous-télomères, nos observations ont permis de proposer un modèle des mécanismes impliqués dans le système de variation antigénique de P. jirovecii. Nous proposons en plus que ces recombinaisons soient possible grâce au triplex d'ADN formé par les courtes séquences miroirs imparfaites présentes avant chaque gène msg-I. Par ailleurs, nos analyses ont permis d'identifier trois groupes de patients avec des répertoires msg-I identiques ou similaires. Deux d'entre eux ont été confirmés par une nouvelle technique de génotypage, que nous avons développée, basée sur le séquençage PacBio CCS de la région génomique ITS1-5.8S-ITS2. Un groupe pourrait résulter de la tranmission d’une souche de P. jirovecii avec un répertoire msg-I stable dans le temps, et/ou d'une infection par une forme dormante du champignon. Un autre groupe pourrait résulter d'événements de transmission multiples et d'un enrichissement de certains allèles msg-I dans la zone géographique concernée. Le dernier groupe suggère l’hypothèse que les répertoires se réorganiseraient plus ou moins rapidement en fonction de la maladie sous-jacente du patient.
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La variation antigénique est un mécanisme utilisé par divers micro-organismes pathogènes pour échapper au système immunitaire de l'hôte. Le champignon opportuniste P. jirovecii est un pathogène non cultivable qui provoque des pneumonies mortelles chez les personnes immunodéprimées. Pour modifier les épitopes exposés à sa surface cellulaire, il utilise l'hypervariation des major surface glycoproteins (Msg). Ces protéines appartiennent à une superfamille composée de six familles, dont les gènes codants sont tous situés dans les sous-télomères de tous les chromosomes du champignon. Deux mécanismes permettent la variation antigénique : le mosaïcisme génétique et l'expression mutuellement exclusive des gènes de la famille I (msg-I). Cette dernière se traduit par l'expression d'un seul gène sur les quelque 80 présents dans le génome, qui peut être échangé au fil du temps. Cela génère une population de P. jirovecii antigéniquement hétérogène, composée de sous-populations exprimant chacune un gène spécifique. Dans cette thèse, tous les gènes msg-I présents chez 29 patients atteints de pneumocystose et provenant de cinq villes ont été séquencés à l'aide de PacBio circular consensus sequencing (CCS). Cela a permis de déterminer les répertoires des gènes msg-I présents dans la ou les souches de P. jirovecii à l'origine de des infections. L'analyse de ces répertoires a révélé que les translocations de gènes entiers par recombinaisons intergéniques entraînaient des réarrangements des répertoires. Associées à la mise en évidence d'autres types de recombinaisons au sein des sous-télomères, nos observations ont permis de proposer un modèle des mécanismes impliqués dans le système de variation antigénique de P. jirovecii. Nous proposons en plus que ces recombinaisons soient possible grâce au triplex d'ADN formé par les courtes séquences miroirs imparfaites présentes avant chaque gène msg-I. Par ailleurs, nos analyses ont permis d'identifier trois groupes de patients avec des répertoires msg-I identiques ou similaires. Deux d'entre eux ont été confirmés par une nouvelle technique de génotypage, que nous avons développée, basée sur le séquençage PacBio CCS de la région génomique ITS1-5.8S-ITS2. Un groupe pourrait résulter de la tranmission d’une souche de P. jirovecii avec un répertoire msg-I stable dans le temps, et/ou d'une infection par une forme dormante du champignon. Un autre groupe pourrait résulter d'événements de transmission multiples et d'un enrichissement de certains allèles msg-I dans la zone géographique concernée. Le dernier groupe suggère l’hypothèse que les répertoires se réorganiseraient plus ou moins rapidement en fonction de la maladie sous-jacente du patient.
PID Serval
serval:BIB_BDDAB1E788A6
Date de création
2023-09-06T10:17:53.911Z
Date de création dans IRIS
2025-05-20T23:47:15Z
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Nom
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Version du manuscrit
imprimatur
Taille
5.64 MB
Format
Adobe PDF
PID Serval
serval:BIB_BDDAB1E788A6.P001
URN
urn:nbn:ch:serval-BIB_BDDAB1E788A64
Somme de contrôle
(MD5):d951d1bf7cf09114801a221abd83d373