La souris NOD: un modèle animal de diabète auto-immun

La souris NOD : un modtile animal de diabste auto-immun

Evie Melanitou

La transmission hQedi- taire de caracteres complexes et en particulier des maladies auto-immunes a fait l’objet de nombreuses etudes recentes, favorisees par l’accomplissement de la cartographic du genome de la souris et par le developpement des modeles animaux. Cette revue se propose de rendre compte des progres faits au tours des dix dernieres an&es dans la connaissance du diabete insulino-dkpen- dant (utilisation de la souris NOD comme modele) et de montrer que les analyses genetiques faites a propos du diabete auto- immun peuvent servir de modele d’approche pour l’etude d’un grand nombre de maladies a determinisme genetique complexe.

Unit6 de gb&ique mokulaire murine, lnstitut Pasteur, 25, rue du Docteur-Roux, 75724 Paris cedex 15. eviemel@pasteur.fr

d’insulin dependent diabetes mellitus)

e diabete insulino-depen-

est une maladie du jeune age (il apparait en general avant 18 ans)

dant de l’homme (parfois

qui se caracterise par une absence d’insuline provoquant une aug-

abrege en IDDM en raison

mentation de glucose dans le sang. Cette forme de diabete, comme

de sa definition anglaise

nous le verrons plus loin, est egalement tres souvent associee a la pi+- sence de certains alleles du complexe majeur d’histocompatibilite HLA (CMH). La maladie a une origine auto-immune et se caracterise par une infiltration des ilots de Langerhans du pancreas par des cellules immunitaires et par la presence d’autoanticorps dans le plasma serique. Le diabete de type 1 chez l’homme presente une heredite complexe qui depend d’un grand nombre de parametres et en particulier d’un grand nombre de genes. Cette affection a une frequence d’envi- ron 0,4 % chez les caucasiens, la frequence augmente a 6 % dans les familles ou il existe deja un enfant atteint et, dans l’ensemble des cou- ples de jumeaux monozygotes, 3040 % des individus atteints de diabete ont egalement un frere ou une soeur atteint 1371. Une etude recente realisee au Danemark et etalee sur une periode d’observation allant jusqu’a 35 ans demontre que le risque pourrait meme aller jusqu’a 70 % [20]. Ceci demontre a l’evidence qu’il existe une forte composante genetique dans le determinisme du diabete de type 1. Elle demontre aussi que la predisposition genetique, pour aussi

importante qu’elle puisse etre, n’est cependant pas suffisante

Comme nous l’avons deja men-

pour qu’un individu developpe

tionne plus haut l’etiologie et la pathogenic du diabete sont com-

cette maladie.

plexes, et c’est saris doute ce qui explique pourquoi elles sont encore aussi ma1 comprises. La cause de deregulation du systeme immunitaire n’est pas connue par exemple, ni les raisons pour lesquelles des antigenes du soi, nor- malement ignores par les lymphocytes des individus normaux, deviennent brutalement capables de declencher une reaction immunitaire chez certains individus qui deviendront alors diabetiques. Bien qu’une vingtaine de regions genetiques aient ete identifiees et mises en cause dans le determinisme du diabete chez la souris et a peu pres autant chez l’homme, aucun gene, hormis ceux qui font partie du complexe majeur d’histocompatibilite et peut-@tre celui qui code pour l’insuline chez l’homme, n’a ete clairement incri- mine 1171. Le declenchement d’un diabete auto-immun ne depend peut-@tre alors pas d’un ou d’un petit nombre de genes majeurs mais au contraire, il resulte d’interactions epistatiques complexes entre un ensemble de genes ayant individuellement un effet mineur. Pour tenter de mieux comprendre le role de la genetique dans le determinisme du diabete, deux modeles animaux ont ete particu- lierement utilises : les rats de la lignee BB (bio-breeding) et surtout, les souris de la lignee consanguine NOD.

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualit& (1998) 9,4 373-381 0 Elsevier, Paris 373

Le diabete de type 1 trouve son origine dans une destruction progressive des ilots de Langerhans du pancreas, au terme dune reaction auto-immunitaire. La produc- tion d’insuline, qui se fait normale- ment dans les cellules p de ces ilots, n’est alors plus assuree et du coup le taux de glucose plasmati- que augmente : c’est le diabete. 11 en resulte alors un tres grand nombre de troubles qui, saris traitement, peuvent conduire a la mort. Les souris de la lignee NOD developpent spontanement un diabete t&s analogue au diabete humain de type 1, et a ce titre elles en four- nissent un bon modele [261. Cette lignee de souris a ete obtenue fortuitement par des chercheurs japo- nais a partir d’un stock de souris ICR oh se produisait une haute incidence de cataractes [261 : 70 a 80 % des femelles NOD agees de plus de 30 semaines sont atteintes de diabete alors que l’affection est plus rare chez les males (frequence souvent inferieure a 25 %I. Cette difference de frequence en fonction du sexe est une caracteristique propre a la souris qui ne s’observe pas chez l’homme (tableau I). L’apparition du diabete chez la souris est toujours precedee, des

l’age de trois semaines, de l’enva- hissement des ilots de Langerhans par des cellules lymphocytaires de type T et B, par des macrophages et des cellules dendrocytaires. Chez la souris NOD, le diabete est associe a la presence dans le serum sanguin d’anticorps diriges contre les cellules B des ilots de Lange- rhans 151. Sans traitement par l’insuline, les souris atteintes meu- rent en l’espace de deux mois.

La meilleure preuve qu’il existe une composante genetique dans le determinisme du diabete de type 1 chez 1’ K

rovient d’etudes realisees omme dans la region du

complexe ma’eur d’histocompatibilite HLA. c! ette region corres-

Y ond a ce que les geneticiens qua-

ifient d’haplotype, c’est-a-dire a une serie de genes, ph tres proches les uns CT

siquement es autres et

ayant des fonctions un gues. L’haplotype HL R

eu analo- est situ&

dans la region p21 du chromosome 6 et son homologue chez la souris, appele H2, se trouve dans la region proche du centromere du chromosome 17. Nerup et ses collaborateurs [29] ont les pre-

miers demontre qu’il existait une forte association entre la predisposition au diabete et la presence de certain genes dans cette region du chromosome 6. Les souris de la lignee NOD possedent un haplotype H2 particulier et relati-

des raisons de penser que cet haplotype pourrait effectivement expliquer le declenchement de la reaction auto-immune contre les cellules B des ilots de Langerhans. Chez les souris NOD days lesquelles l’haplotype H2g a ete substitue par un autre haplotype (de telles souris portent le nom de congeniques) le diabete ne se produit jamais 135, 45, 461. Lorsque les souris sont het$rozygotes pour l’haplotype H2g et pour un autre ha

% ue la P

lotype H2, on constate p upart des animaux ne

eveloppent pas le diabete mais il arrive malgre tout que certains developpent cette affection. L’haplotype H2g’ ne se comporte done pas comme un allele totalement recessif vis a vis des autres haplotypes au locus H2 mais plu- tot comme un allele dominant avec une tres faible penetrance. En y regardant de plus pres Kwok et ses collaborateurs 1191 se sont rendus corn te qu’une re

P articuliere cf w

ion 2S’,

a region I-A e l’haplot pe

g7 ‘tait en ait remar- ! e ? quablement similaire au niveau moleculaire a la region homolo-

Tableau I : Comparaison des caracteristiques cliniques et immunologiques du diabete de type 1 chez la souris NOD et chez l’homme. (F : femelles ; M : males)

Perte de poids Polydipsie/polyurie Hyperglycinie Acidocetose Dkficience en isuline Influence du sexe Lymphopenie Insulite Ia+ cellules beta Anticorps anti-ilTM ts Anticorps anti-insuhne Auto-immunite associke

Souris NOD

+ t f

Possible

F>fM Non

+ Incertain

+ + +a

Homme

•t + +

Frequent +

F=M Non

+ + +

a En particulier des thyroidites et infiltrations lymphocytaires de la glande sous-maxillaire. b En particulier des thyroidites et anemies d&t&es.

374 ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualites (1998) 9,4

prkdis OS& Ainsi, Y a de type R

r&ence $‘un haplotype OD I-A8 est indispen-

sable pour permettre le dkvelop-

P ement du diabtite de type 1 chez

a souris mais elle n’est pas une condition suffisante. A ce titre les souris NOD reprksentent un modPle tout 6 fait privil&+ pour tenter d’identifier certains des autres gPnes de predisposition puisque une partie d’entre eux au moins se trouve fortuitement ras- semblee dans le @nome de cette lignke.

3. Implication des lymphocytes T La rf?action inflammatoire autoimmune qui aboutit h la destruction progressive des cellules 0 des ilots de Langerhans, est une caracteristique majeure du dia- bPte auto-immun de type 1 aussi bien chez la souris que chez l’homme. On donne & cette Sac- tion inflammatoire spkcifique le nom d’insulite et on sait aujourd’hui que cette insulite resulte essentiellement d’une rGaction auto-immune 5 mkdia- tion lymphocytaire T 131 car les souris de la lignee NOD, rendues congkniques pour la mutation nude (NOD-ntl/nu), ne d&elop- pent ni insulite ni diab&e. Les souris congkniques NOD-nu/ntl possPdent pratiquement la meme constitution g&&ique que les souris NOD temoins 2 l’exception d’un tout petit segment du chromosome 11 contenant le g&e nude sous une forme mutante. Elles sont congenitalement athymiques et de ce fait n’ont pas de cellules lymphocytaires T [471. Cette sp&ificitir de cible, autre- ment dit le fait que seules les cellules 0 des ilots de Langerhans soient detruites par les cellules lymphocytaires T, alors que leurs voisines immkdiates les cellules a produisant le glucagon ne sont pas affectees, est encore assez ma1 comprise. Cette sp&ificite d’action sur les ilots de Langerhans se prolonge aussi pendant un assez long

temps car elle frappe tous les Bots les uns aprPs les autres et ceci d’une manikre systbmatique mais asynchrone. Ce qui est sGr en tous cas c’est que ce ne sont pas les anticorps anti-cellules p qui sont responsables de cette destruction massive des cellules dans les ilots car on retrouve fr& uemment de tels anticorps chez % es individus qui cependant ne d&elopperont pas le diabPte de type 1. Des recherches faites sur les souris de la lignee NOD et les rats de la lignke consanguine BB semblent indiquer que les macrophages jouent en la mat&e un rBle majeur 1361. En effet les macrophages ont aussi @te incrimines dans la deg&+rescence des cellules p et, de nos jours, on pense de plus en plus que la rkaction inflammatoire observke serait la consequence de nombreux m&a- nismes impliquant egalement des infections virales specifiques des cellules p. Ces infections seraient un facteur dkclenchant entra?nant une r&action inflammatoire en cascade qui aboutirait B la destruction des cellules p [21 I. Les cvtokines montrent aussi une certaine sp&ificitk d’action sur les cellules b chez lesquelles elles aug- mentent l’expression des mol&u-

les codees par le complexe majeur d’histocompatibilit& modulent la synthPse d’insuline et sa liberation et, dans certains cas, entrainent la cytotoxicite (figure 2) [ll. Ces actions, observGes in vitro, ne sont probablement pas spkcifiques des cellules b et il reste 5 dbmontrer que ces effets sont diab&ogPnes in vivo. Ces observations semblent &re en accord avec l’implication de multi

8 les mkcanismes d&len-

cheurs. es combinaisons diffC rentes de ces mkcanismes euvent aboutir 2 l’h&Qog&&tb l? istopa- thologique et clinique apparente de cette maladie. Par cons6 uence, des deficits non-l& au M -r4 C peuvent egalement contribuer B la capacite rhduite du systeme immunitaire de la sourls NOD d’activer des fonctions immunor& gulatrices.

4. La nature et le rille des ~~to~~t~~~~e~ des cellules [? Une autre hypothese kmise pour rendre compte de la destruction sklective des cellules p dans les ilots de Langerhans serait qu’il existe des autoantigknes spkcifiques de ces cellules. Cette pr& sence d’autoantigenes spkcifiques serait elle-m@me la cons&quence de la prksence d’kpi- topes anormaux pour certains peptides specifiquement expri-

Effets majeurs des cytokines sur la prksentation de l’antigkne par les lymphocytes T

Activateurs des cellules T : OIL-1 h7 0 y-Interferon Q TNF

lnhibiteurs des cellules T : o TGF-0 Q prostaglandines 0 hydrocortisone 0 a-fetoprotein 0 a et fi-Interferone

Figure 1. Reprksentation schbmatique de /‘interaction complexe Wpeptide avec le rkepteur des cellules T (APC : cellule prksentant I’antig&?e, /a ou MHC classe II, TCR : rkcepteur des cellules T; Ag : kpitope antigbnique, TNF : tumour necrosis factor, TGF-p : transforming growth factor). Adapt4 de Babbitt et al [I].

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualit& (1998) 9,4 375

mes dans les ilots J3 de Lange- rhans. Cette hypothese trouve un certain support dans le fait que, chez les patients diabetiques, il existe reellement des anticorps anti-ilots de Langerhans dans le serum sanguin. 11 est suppose que I’insuline pourrait @tre un de ces peptides [311 et des etudes con- duites chez la souris ont egalement confirm6 que I’insuline elle- meme pourrait etre un puissant autoantigene 1391. Une autre molecule, la glutamate decar- boxylase (GAD en anglais) a egalement ete incriminee, aussi bien chez l’homme que chez la souris NOD comme pouvant @tre gene- ratrice d’une reaction autoimmune [18, 401. Enfin, et toujours par l’etude des souris NOD, d’autres molecules ont ete mises en cause : citons la proteine de choc thermique hsp 6O/p277 171; la peripherine [41, la carboxypep- tidase H 52K-p69tep69 et peut- Ptre aussi I’equivalent chez la souris du produit du gene IA-2, ICA512 [481. 11 semble done que les (auto)antigenes susceptibles de declencher l’insulite auto-immune chez la souris NOD soient potentielle- ment tres nombreux et aucune explication (< moleculaire 8 simple n’est actuellement disponible.

5. Le d6terminisme g~n~tiq~~ du diabkte ante-imm~n ~~~~ la ssuris NQD

Essayer de comprendre quels sont les mecanismes qui amenent un organisme a declencher une reaction immunitaire contre ses propres tissus presente un interet evident, car les reponses a ces questions peuvent avoir de nombreuses retombees et pas seulement pour le cas du diabete. Pour en arriver la, il faut certes etudier en detail les aspects immunitaires de la maladie pendant qu’elle se deroule, et si possible avant, mais il faut aussi essayer de comprendre quel est son determinisme genetique. En d’autres termes, il faut savoir quelle est la nature des genes impliques dans le determi-

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nisme de la maladie, avoir une idee de leur nombre, de leur loca- lisation chromosomique et de la faGon dont ces genes operent. Le cas du diabete de type 1 repre- sente de ce point de vue un exemple qui pourrait etre transpose a de nombreuses autres situations oti des maladies de m@me nature ont ete d&rites comme la schi- zophrenie, la predisposition a certains types de cancers, et la sensibilite a certaines maladies infectieuses (voir a ce sujet I’article de Jean-Francois Bureau dans ce numero).

6. ~ident~~i~a~:iQn des g&w im~liqu~s dans la ~r~d~s~~~~~i~~~ au diab&te de type 1

Une strategic possible dans ce but consiste a identifier, dans une espece animale choisie comme modele, l’ensemble des genes qui sont responsables ou simplement associes h un syndrome pathologique quelconque, dans l’espoir d/identifier plus facilement les genes homologues chez l’homme. Cependant, bien que rien ne prouve a priori que les genes impliques dans la maladie chez une espece soient les memes dans l’autre, les modeles genetiques peuvent repondre quant au nombre des genes impliques et des interactions eventuelles entre les loci. Chez la souris, les similitu- des entre les alleles de predisposition et les alleles qui sont presents dans une lignee consanguine determinee non-susceptible, ne permettent l’identification que d’un echantillonnage parmi tous les genes possibles d’etre impliques au sein d’un croisement. Chez l’homme, ou le niveau de consanguinite est tres faible, il est au contraire probable qu’un plus grand nombre de genes peut etre identifie implique dans le determinisme du meme phenotype dans les familles predisposees. Dans ce cas, le modele animal permet la decouverte de quelques genes candidats mais ne permet pas d’en faire un inventaire

exhaustif, a moins que de nombreux croisements avec des parte- naires resistants differents soient pris en consideration. Les modeles animaux presentent malgre tout deux avantages qui meritent d’etre consider&. Le premier resulte du fait qu’il est possible et meme relativement facile de realiser des croisements diriges avec les especes de laboratoire ce qui est impensable chez l’homme. En croisant deux lignees consanguines et en etu- diant leur descendance, on tra- vaille dans des conditions stan- dardisees que I’on peut reproduire a volonte. En elevant un tres grand nombre d’animaux a partir de ces croisements, par exemple F2 ou backcross on peut alors, au moins theoriquement, obtenir des individus chez lesquels toutes les combinaisons d’alleles ayant une influence sur la maladie seront representees. Une autre raison qui donne un autre interet aux experiences faites sur les animaux de laboratoire tient au fait que, meme si les genes responsables de la maladie ne sont pas exactement les memes, au moins il est envisagea- ble que les fonctions metaboli- ques dans lesquelles ils sont impliques soient, elles, les memes. On accede ainsi indirecte- ment a un debut d’explication. Enfin, ce que nous avons prksente un peu plus haut comme un inconvenient, en faisant remarquer que les lignees consanguines ne &g&gent jamais que pour un nombre de genes relativement limite par rapport au grand nombre de genes susceptibles d’etre impliques chez l’homme, peut aussi etre consider+ comme un avantage car la situation se trouve alors considerablement simpli- free. La strategic la plus classique dans ce genre d’etudes consiste a croiser une lignee affectee, dans laquelle un grand pourcentage d’animaux deviennent malades, avec une lignee presentant des caracteristiques inverses oii tous

les animaux restent sains. Dans la plupart des cas, les Fl qui nais-

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualit& (1998) 9,4

sent de tels croisements ne sont seuls de declencher la maladie pas malades. Ceci veut dire, dans mais qu’au contraire ils doivent le cas de l’hypothese la plus sim- interagir. Les croisements ainsi ple, qu’au moins un gene essen- realises avec des lignees consan- tie1 au d&eloppement de la mala- guines de souris presentent un die existe dans la lignee parentale autre avantage et non des moin- I( prkdisposee s sous une forme dres. En effet, des lors que les allelique recessive. Dans la plu- deux lignees parentales sont bien part des cas ceci doit faire penser connues, il est possible de les que les genes impliques dans le caracteriser pour un tres grand determinisme sont nombreux et nombre de marqueurs repartis qu’ils interagissent a des degres sur tous les chromosomes et de divers pour contribuer a la pleine suivre, dans la descendance, la expression du phenotype. L’ana- man&e dont tel ou tel segment lyse de la frequence des animaux chromosomique est herite. On malades chez les descendants peut du meme coup localiser faci- d’un croisement en retour, d’un lement les loci impliques dans la backcross (BC en abrege) effect& predisposition a la maladie. Dans par croisement des animaux Fl le cas du diabete de type 1, si l’on avec des individus provenant de croise des souris de la lignee la lignee predisposee, donne alors NOD avec des souris de la lignee une idee de la complexite du C57BL/6, une lignee dans determinisme genetique. Plus il y laquelle les souris ne sont jamais a de malades plus le determi- diabetiques, pour produire des Fl nisme est simple. Cinquante et si l’on recroise ces Fl avec des pour-cent d’individus malades souris NOD pour produire un dans la population resultant du backcross, il suffit alors en thkorie backcross conduiront a penser que de rechercher la forme allelique le determinisme depend d’un des marqueurs genetiques pre- seul gene et que la lignke predis- sents chez les souris diabetiques posee est homozygote pour pour connaitre les regions (les l’allele recessif de ce gPne. Une loci) qui sont essentiels pour con- proportion proche du quart ferer la predisposition. Afin de (25 %) indiquera que deux genes localiser genetiquement les sont impliques et que ces deux regions critiques les geneticiens genes ne sont pas capables a eux utilisent les marqueurs molecu-

laires de type microsatellite, qui sont disponibles a profusion dans cette espece et qui peuvent tous etre types avec la m@me techni- que simple de PCR [lo, 11, 251. L’utilisation de ces marqueurs moleculaires pour typer la descendance d’une tres grande variete de croisements, impliquant la lignee NOD et des souris consanguines d’origine tres diverses, a permis de decouvrir plusieurs regions critiques sur differents chromosomes de la souris 1441. A l’heure actuelle on pense qu’un minimum de 19 loci (design& par les symboles Id&, Zdd2, etc. jusqu’a Zdd19) sont impliques dans la predisposition des souris a developper un dia- b&e de type 1 (figure 2). Le premier locus a avoir ete iden- tifik est celui dont nous avons deja parle et qui se trouve dans le complexe majeur d’histocompatibilite de la souris designe lui- m@me par le symbole 112 (Zddl). 11 est connu en effet depuis tres longtemps 1351 que des souris NOD dont l’haplotype H29’ a &e remdlace par n’importe quel autre haplotype (souris NOD congeniques au locus H2) ne developpent plus le diabete. 11 est connu aussi que les souris congeniques reciproques, chez lesquel-

4 5 6 7 8 -

80 4

Zdd

60

13

I Zdd14

ZddSEG

16

60

70

18

m/Zddl Zdd16

60 60

Figure 2. Localisations approximatives des loci Idd sur /es chromosomes de /a souris. La majorit des loci Idd ont 46 trouv& contenir des al/.Gles de susceptibilitk au diabzlte de type 1. Les loci contenant des g&es de rksistance sont not& par /a lettre R et ont 6t& identifibs par analyses g&Gtiques des diffkents croisements (voir dans le texte).

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualitk (1998) 9,4 377

les l’haplotype H2 original a ete remplace par l’haplotype H2g7 de la souris NOD, ne developpent pas non plus un diabete (il existe une souris congenique de la lignee NOD qui Porte un autre haplotype H2 et ne fait pas de diabete ; cette lignee est frequemment utilisee comme temoin normal de NOD.). Le locus Iddl est done necessaire au developpement du diabete mais n’est cependant pas suffi- sant. Un autre allele a ete identifie sur le chromosome 17 de la souris, il s’agit du locus IddZ6. I1 est inde- pendant du precedent avec lequel il recombine (11 CM) 1161. Le locus Idd2 a ete identifie sur le chromosome 9, tout pres du locus TIzyl .I1 contrble l’etape initiale de l’insulite 1351. Deux loci ont ete identifies sur le chromosome 3 : Zdd3 et IddlU [411. 11s contribuent tous les deux au developpement de l’insulite et a la severite d’expression du diabete. L’etablissement de croisements interspecifiques avec des lignees de souris consanguines appartenant a une autre espece (lignee SEG/Pas appartenant a I’espece Mus spretus et la lignee PWK appartenant a l’espece Mus rn14scu-

lus musc~4lus par exemple), la presence de deux loci impliques dans le determinisme du diabete a ete confirmee sur le chromosome 3 19, 271. Ces loci pourraient Ptre les memes que ceux qui ont deja ete identifies dans les croisements entre souris de laboratoire de la meme espece mais il n’est pas possible d’en etre stir. L’utilisation d’une strategic consistant a produire des lignes congeniques de NOD portant des segments de chromosome d’origine C57BL/6 (lignee non predisposee) a permis de reperer deux autres loci sur le chromosome 3 qui ont ete design& par les symboles Iddl7 et IddlS respectivement [32,331. Un autre locus, designe Idd4, fut decouvert en 1993 [14], avec une influence sur la precocite du diabete. Les animaux porteurs de l’allele present dans la lignee NOD developpent un diabete plus pre-

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coce que les autres et, de ce point de vue, il semblerait que le locus en question ait des effets synergi- ques par la presence de la meme version NOD aux loci Idd2 et ldd3 deja mentionnes. 11 est possible que le locus Idd4 ait un homologue chez l’homme oh il existe un gene de predisposition sur le chromosome 17 dans un segment (17~) homologue de la region ou se trouve Zdd4 sur le chromosome 11 de la souris 181. Deux loci ont kte egalement localises sur le chromosome 1 de la souris : Idd.5 dans la partie proxi- male 1141, et un autre gene en region plus distale 112, 131). Les effets de Idd5 semblent etre les plus importants avec ceux de l’haplotype H2 pour le developpement et la severite de l’insulite. Le deuxieme locus, celui qui se trouve sur le chromosome 1 dans la region du locus BcZ2, pourrait lui aussi avoir un equivalent chez I’homme dans la region du chromosome 2 homologue du chromosome 1 de la souris (region 2q) [81. Beaucoup d’autres loci ont encore ete localises chez la souris a I’aide de la strategic classique des croisements entre la souris NOD d’une part et, d’autre part, toute une variete de lignees de laboratoire traditionnelles ou de lignees consanguines recemment derivees de l’etat sauvage et impliquant parfois des especes Iegerement differentes (chez la souris il est possible de realiser des croisements avec des geniteurs appartenant a des especes differentes. Les hybrides obtenus sont viables et quelque- fois fertiles. On peut alors tirer avantage de cette situation pour faire segreger dans la descendance un polymorphisme considerable). Parmi ces genes citons Zdd6 [6,141 sur le chromosome 6, Idd7 sur le chromosome 7, Idd8 et ZddZ2 sur le chromosome 14 114,281, Idd9 et Iddll sur le chromosome 4 [14,281, et d’autres encore dont l’existence n’est pas totalement confirmee. D’autres genes furent decouvert par une approche differente de celle qui fait appel aux croisements classiques. C’est le cas des

loci Iddl9 (chromosome 6) 1271 et lddZ3 (chromosome 2) [38] qui furent decouvert lors de la produc- tion des lignees congeniques de la lignee NOD pour de courts frag- ments de chromosomes venant d’une autre lignee mais ayant perdu I’aptitude a developper le diabete. La lignee NOR (non obese resistant) 1341 est une de ces lignees congeniques non predisposees possedant I’essentiel du patri- moine genktique de la lignee NOD et de courts segments chromosomiques venant de la lignee C57BL6/KsJ [38]. Cette strategic, complementaire de la strategic des croisements, permet d’identifier les alleles de predisposition presents chez les souris de la lignee NOD mais ne permet pas d’identifier de nouveaux alleles de predisposition qui pourraient eventuellement se trouver dans d’autres lignees mais pour lesquels la lignee NOD possederait un allele de resistance ! Pourtant de tels genes doivent exister et peuvent Ptre de m@me importance que les genes de predisposition.

7. Le mode #action des gknes impliquk dans la pkdisposition au diabete de type 1

S’il est relativement facile d’identifier des regions chromosomiques plus ou moins fortement impli- quees dans la predisposition au diabete en croisant des souris de type NOD avec des souris d’une autre lignee ou meme d’une autre espece, il est plus difficile de savoir quel est le mode d’action precis de ces genes. Dans la plupart des cas connus les genes qui predisposent, et qui comme nous l’avons fait remarquer plus haut ne sont probablement pas tous regroup& dans la lignee NOD, semblent avoir une interaction allelique de type recessif. En realite ils interagissent entre eux pour induire la predisposition et la lumiere est loin d’etre faite a ce sujet. Ce travail sera d’ailleurs d’autant plus complique a realiser que I’inventaire des genes de predisposition


n’est pas termine, leur nombre augmentant saris cesse. Iddl sur le chromosome 17, le tan- dem Idd3lIddlO sur le chromosome 3 et Idd.5 sur le chromosome 1, semblent jouer un role majeur dans la prkdisposition et la sev& rite de l’insulite tandis qu’Idd2 (chromosome 9),Zdd4 (chromosome II), IddS/lddll (chromosome 4) sembleraient avoir un role nettement moins marque sur la severite de la maladie mais agis- sent sur la precocite de son apparition, au sein des croisements utilises pour leur identification, Une autre difficulte s’observe au niveau des homologies interspecifiques car il est maintenant clair que la plupart des genes de predisposition identifies chez l’homme n’ont pas (peut-etre pas encore ?) d’homologues connus chez la souris et vice versa. 11 est stir que certains haplotypes du complexe majeur d’histocompatibilite ont un role determinant dans les deux especes, il est probable que le locus Idd4 (chromosome 11) ait un homologue chez l’homme (rGgion 17~). Sur le chromosome 1 de la souris, le locus de prkdisposition identifie dans la region du locus Bc12 pourrait lui aussi avoir un equivalent chez l’homme dans la region 2q qui est homologue du chromosome 1 de la souris. Pour l’instant, on ne peut guere aller beaucoup plus loin dans l’identification de ces homologies entre la souris et l’homme et ceci durera sans doute aussi longtemps que les genes ne seront localises, dans les deux especes, qu’avec une faible prkcision et qu’ils resteront inconnus au niveau moleculaire. I1 faut done, d’ores et deja, envisager de mettre en oeuvre de nouvelles strategies pour en arriver a ce stade.

8. Les lignbes congkniques et leur intbr6t Une des meilleures facons d’identifier les genes impliques dans le determinisme de la predisposition au diabete consiste a realiser une serie de lignees congeniques de la

lignee NOD pour une serie de segments chromosomiques ayant une origine non-NOD. Cette strategic est assez longue a mettre en ceuvre et necessite beaucoup de travail mais elle permet de faire un inventaire relativement exhaustif des genes impliques.

Etant donne que la per&trance des genes de susceptibilite est reduite, la cartographic fine dans des gene- rations de BC ou des F2 est non productive. Une cartographic fine peut etre obtenue par la construction de lignees congeniques. Ainsi il est possible de comparer deux lignees des souris qui different seulement a un seul segment chromosomique. L’isolement d’un locus Idd d’un intervalle congenique peut permettre la confirma- tion de l’existence d’un gene de diabete a l’interieur du locus et l’etude du mode de transmission du gene implique ; il permet de poser des questions quant a l’implication du gene dans la maladie grace aux lignees congeniques comme un outil biologi- que. Finalement un gene candidat peut etre elimine ou au contraire adopte par la construction de congeniques additionnels ayant un intervalle plus restreint.

Les lignkes congeniques ont ete tres precieuses dans la compr& hension de la contribution relative des genes lies au MHC et non-lies au MHC 116,441. Elles ont permis egalement de demontrer que 3 loci Idd lies mais distincts resident dans le chromosome 3 [441 et ainsi de restreindre l’intervalle ldd3 5 4cM [24, 331. Finalement des lignkes congeniques ont contribue a I’identification d’un locus contenant un gene de resistance sur le chromosome 6 (IddZ9) une region qui contient egalement le gene de susceptibilite Idd6 [27].

9. Le rcile des facteurs environnementaux 11 est generalement admis que les maladies auto-immunes sont la consequence des facteurs d’environnement sur un genotype de predisposition.


Dans le cas de la souris NOD, bien que ce soit une lignee consanguine, 20-30 % des femelles et 60- 80 % des males ne developpent pas la maladie. L’absence de dia- b&e chez certains individus est le resultat de processus stochasti- ques dans la pathogenie de la maladie et des variations mineu- res de l’environnement. Le jumeau monozygote d’un diabetique a 30- 50 % de probabilite de developper la maladie [21. En d’autres termes, les individus predisposes n’ont pas herite du diabete mais du risque de developper le diabete. Cette observation est importante puisque elle suggere que les etudes de la transmission hereditaire des maladies auto-immunes necessite l’application de metho- des statistiques. Quelques exem- ples de l’implication des infections virales influant sur la survenue du diabete auto-immun sont connus. Ceci est le cas de l’infection lymphocytaire par le virus de chorio- meningite chez la souris NOD, qui empeche le declenchement du dia- b&e sans affecter la competence g&-&ale du systeme immunitaire [301. Des animaux eleves sterile- ment developpent la maladie avec une incidence plus elevee que les animaux eleves de maniere con- ventionnelle. Des immunostimu- lants non specifiques comme l’adjuvant de Freund diminuent l’incidence de la maladie 1231. Des microorganismes peuvent ainsi stimaler des fonctions de microre- gulation immunitaire chez les souris NOD. Si un animal recoit une stimulation insuffisante il devient malade. Probablement des souris femelles necessitent une stimulation plus importante que les souris males, ce qui explique leur predisposition plus elevee au diabete. Ceci est ggalement dependant des hormones sexuelles comme il a ete demontre par des experiences de castration 1221. Recemment il a ete rapporte que le virus de Coxsackie induit un diabete auto-immun chez la souris en favorisant un milieu pro-inflama- toire et incitant ainsi la destruction specifique des cellules J3 d’ilots

379

1151. Ce virus de Coxsackie est associe fortement au developpement du diabete humain [42].

Ces dernieres observations souli- gnent la complexite des interactions entre la reponse immunitaire a I’infection et les maladies auto- immunes.

IO. Perspectives Bien que le diabete chez la souris NOD ne soit peut etre pas comple- tement analogue au diabete chez l’homme, les etudes genetiques et phenotypiques de cette maladie dans le modele murin pourraient permettre dune part I’etablissement d’analogies entre les deux especes et d’autre part l’acquisi- tion des connaissances conduisant eventuellement a l’elucidation de ses causes tant chez la souris que chez l’homme.

L’utilisation du modele animal peut faciliter les approches visant dune part au clonage des genes impliqu6s et d’autre part B la demonstration de I’implication de ces genes dans la maladie, par la creation par exemple d’autres modeles ayant des phenotypes inductibles specifiques a ces genes.

En absence de condition autoimmune la fonction des populations differentes des lymphocytes contre I’evasion par des antigenes etrangers a I’hote, semble bien definie. Cependant, la question du role des differentes populations de lymphocytes et de leur interaction dans le processus pathologique d’auto-immunite est moins bien defini. Le modele animal peut contribuer dans I’etude de ce dernier processus qui est d’une importance fondamentale dans le but ultime de notre comprehension du diabete auto-immun et de l’etablissement de nouvelles th6rapies.

Remerciements Mes sinceres remerciements s’adressent au Pr Jean-Louis Gue- net pour ses suggestions pertinen- tes, pour sa traduction en francais, mais egalement pour sa determi-

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La souris NOD: un modèle animal de diabète auto-immun