Plasmodium vivax en Afrique,Epidémiologie et Défis d’Elimina9on
Ogobara K. DOUMBO
Malaria Research and Training Center (MRTC)/DEAP/FMPOSICER‐NIAID, PER‐AUF, WANETAM, WANECAM, UMI‐CNRS 3189
Univ. Sciences Techniques et Technologies de Bamako, MALI
Dakar, Société Pathologie Exo9que, Novembre 12‐14‐ 2013
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Bienvenue au Mali = Pays Riche par sa Diversité
ESPECES PLASMODIALES ET HOMO SAPIENS
• 1] Plasmodium falciparum (Africa): PfEMP1• 2] Plasmodium malaria (Africa): Parasitemie sub‐microscopique durant toute la vie de l’hote
• 3] Plasmodium vivax (Africa): hypnozoites
• 4] Plasmodium ovale (Africa): hypnozoites– Plasmodium ovale wallikeri– Plasmodium ovale curDsi
• 5] Plasmodium knowlesi (SEA): cas importespossibles en Afrique, Amerique et en Europe
Plasmodium vivax
Phylogeny
• Kingdom: Chromalveolata- Superphylum: Alveolata - Phylum: Apicomplexa
- Class: Aconoidasida - Order: Haemosporida
- Family: Plasmodiidae - Genus: Plasmodium
- Species: Plasmodium vivax
• Hypnozoïtes: possible transmission par transplantation hépatique• Adaptation chez NHPs néo-tropicaux: possible foyer sylvestre ou périurbain
de transmission.• Parasitémie infra-microscopique: possible transmission par transfusion
sanguine.
Cycle biologique P.vivax
Galinski et al. Adv. Parasitol. 2013
Pre-Erythrocytic Phases/Forms
7
RBCs invasion• Receptor: Duffy
• Ligand: Duffy Binding Protein (DBP).- Secreted by micronemes during the early stages of erythrocyte invasion.- Form an irreversible junction with Duffy- P. vivax transmission has one copy of DBP gene1.- DBP is the same family as EBA175.
Figure 13. Interaction of DBP with DARC2 1Ntumngia FB. 20122 Chootong P. 20123 Lyer J. 2007
Figure 13. Schematic diagram 2 invasionligands3
P. vivax: DBP
P. falciparum: EBA175
Duffy antigen distribution• P. vivax relies on the presence of the
Duffy anMgen to invade RBCs1.
• P. vivax transmission almost absentin central and West Africa2.
• Carriage of Duffy anMgen: 95‐100%3
• Duffy phenotype is due to a SNP inthe erythroid‐specific promoterregion of the DARC gene.
• In homozygous state, Duffy anMgenis not transcribed in erythrocyteprecursor cells and is completelyabsent from the erythrocytesurface4
1Miller L. 19762 Cavalli‐Sforza LL. 19943VanBuskirk KM. PNAS. 20094Tournamille C 1995
Figure 12. The frequency of Duffy negativity inAfrica3
P. vivax disease (1)
• Inappropriately considered a benign infection.
• Heterogeneity in the clinical spectrum of the disease.- Flu-like symptoms- Fatigue- Diarrhea- Chills- Fever- Nausea- Edema
P. vivax disease (2)
• Virulence may be attributed to genetic diversity
• Severe and fatal cases documented in Asia1.
• Severe anemia is a frequent clinical manifestation1.
• P. vivax infections induce a greater inflammation in the lungsthan is observed in P. falciparum infections2.
1Oliveira‐Ferreira J. 20102Anstey NM. 2009
Monkey malaria in human
• From 2006 to 2009, 574cases and 5 deaths of P.knowlesi identified inMalaysia1.
• In Southeast Asia 153 casesof P. knowlesi detected2.
• Eight cases of P.knowlesi described intravelers who visitedsoutheast Asia2.
• No cases of P. knowlesiidentified in Cameroon3.1Kantele A. 2011
2Tang T-HT. 20103Sundararaman SA. 2013
Malaysian Borneo new cases reported annually since 2004
Countries and regions with confirmed P. knowlesi cases to 2008
Countries and regions with confirmed P. knowlesi cases since 2008
Figure 1. P. knowlesi distribution in southeast Asia
Cox-Singh J. 2008
Relatedness
Figure 2. A phylogenetic tree of the Plasmodiumgenus.
Figure 3. Divergence times of Plasmodiumparasites Hayakawa T. 2012
Carlton JM. 2008
Rappel Historique1• 1880 : Découverte de Plasmodium falciparum par Laveran• 1890 : Découverte de Plasmodium vivax par GRASSI etFELLETI.
• En 1920: JULIUS WAGNER uMlise le P. vivax pour traiter laneurosyphilis: Malariothérapie → mortalité 7% = noMonde relaps.
• En 1940: Africains noirs et Afro‐Américains avaient unerésistance naturelle au paludisme à P. vivax, mais lemécanisme de base de cefe résistance était inconnue.
• En 1950: CUTBUSH découvre un nouvel anMcorps chez unpaMent hémophile polytransfusé appelé Duffy dont le nom aété afribué au système du groupe sanguin.
• En 1975, après la découverte de l’anMgène Duffy queMILLER et al. ont montré de façon évidente que larésistance à l’infecMon par P. vivax était liée à l’absencede cet anMgène au niveau des globules rouges (NEJM 1976)
‐ Groupes Fy (a‐b‐): NégaMfs
‐ Groupes Fy (a+b+), Fy (a+b‐) et Fy (a‐b+): PosiMfs
« Le dogme est établi ».
• En 2006, RIAN au Kenya, CAVASINI et al. au Brésil en 2007,en 2010, D. Menard à Madagascar et en 2011 Mendes C.,en Angola et Guinée équatoriale rapportaient des casd’infecMon à P. vivax des sujets Duffy‐négaMfs.
« le dogme est remis en cause ».
. Mais dans des populaMons mixtes: Duffy+/Duffy‐
Genome et Mécanisme d’invasion P. vivax possède 14 chromosomes pour un génome de
26,8 Mégabases et environ 5 500 gènes.
Le pourcentage en bases G + C est de 41,3 %.
L'anMgène Duffy ou DARC (Duffy AnDgen‐Receptor forChemokines) ou CD235: porte d'entrée de P. vivax pourenvahir les réMculocytes et le récepteur à plusieurschimiokines de type CXC et CC.
• Situe sur le chromosome 1 (Q22‐Q23).
• Au total 6 AnMgènes: Fya, Fyb, Fy3, Fy4, Fy5 et Fy6.
• Les combinaisons: Fy(a+b+), Fy(a+b‐), Fy(a‐b+) et Fy(a‐b‐).
Protéines d’invasion• P. vivax ReMculocyte Binding Protein (PvRBP1 et 2): Surfacedu mérozoïte (reconnaissance parasite ‐ réMculocytes) [3],
récepteur au GR inconnu → Mécanisme inconnu.
• P. vivax Duffy Binding Protein (PvDBP). Qui?, Ou?
‐ Secrétée par les micronèmes vers la surface
‐ Domaine riche en cystéine (PvDBPII) se lie à l'anMgène Duffy
(région des acides aminés Ala8 à Asp42: Q19 et W26).
‐ SulfataMon de cefe région de PvDBPII augmente sonaffinité d’un facteur 1000.
• IdenMficaMon de P. vivax n’exprimant pas la protéine Duffy(Ryan et al., Kenya) → Autres récepteurs et pour envahir ?
Origine/Evolution 1
• Origine de P. vivax:
• 1er Postulat: origine Asiatique
• Similarité phénotypique avec les espèces simiennes d’Asie (G.R.Coatney)..
• Passage horizontal des NHPs à l’Homme.
• 2ème Postulat: origine Africaine.
• Fixation du trait FY négatif en Afrique (L. Miller).
• Existance de P. schwetzi en Afrique, espèce du chimpanzésemblable à P. vivax (R. Carter, FB Livingstone).
• Etudes de phylogénie moléculaire soutiennent l’hypothèseAsiatique et une tardive introduction en Afrique.
• Grande diversité des espèces inféodées aux NHPs:
• Cause de plusieurs passages horizontaux, il y a 4 - 8 millions d’année• Cas du passage de P. vivax à Homo sapiens, il y a 70 000 ans.• P. vivax et P. cynomolgi divergeraient, il y a 1,3 millions d’année.
• Période de fixation du trait FY- ≈ période des sociétésagricoles Sélection naturelle des plus aptes (résistants aupaludisme): Neolithique• En faveur d’une introduction tardive de P. vivax en Afrique.
• P. schwetzi proche des isolats Asiatiques de P. vivax
Origine/Evolution 2
• Proximitéphylogénique de P.vivax avec les espècessimiennes d’Asie.
• P. cynomolgi: la plusproche espèce de P.vivax
Evolution 3
Carlton et al. Adv. Parasitol. 2013
MosquitoMosquito PlasmodiumPlasmodium
interf
ace h
uman
-plas
modium
interf
ace h
uman
-plas
modium
= adap
tation
= adap
tation
interface human-mosquito
interface human-mosquito
= adaptation
= adaptation
interface mosquito-plasmodiuminterface mosquito-plasmodium
= adaptation= adaptation
HumanHuman
Relation hôte-parasite 3/7
• Comparaison desligands majeurs liés àl’invasion chezdifférentes espèces.
• Interactions entreRBLs et DBPs et avecles récepteurs
Carlton et al. Nature 2008
Plasmodium vivax infections in Duffy-negative
patients (2)• Brazil1: 2 cases of P. vivaxidentified in Duffy (-) patients byPCR.
• Madagascar2:– P. vivax prevalence: 8.8% in Duffy
(-) patients– High parasitemia observed– Duffy (-) genotype match phenotype– P. vivax gametocytes observed in
Duffy (-) patients– More than 50% of P. vivax
infections in Duffy (-) in some areas– P. vivax break dependency to Duffy
antigen to invade RBCs1 Cavasini CE. 20072 Ménard D. 2010
Figure 15. Distribution of P vivax inMadagascar2
Plasmodium vivax infections in Duffy-negative patients : Primaquine/G6PD ?
• P. vivax is rare in Central Africa butprevalent in West Africa (Sahel)
• East Africa: prevalence up to 40%• P. vivax is endemic in some
populations of Sudan, Somalia,Ethiopia, Djibouti (predominantlyDuffy positive)1.
• P. vivax identified in EquatorialGuinea (8 cases) and Angola (7cases) by PCR and Duffy antigengenotyping2.
• Mali3:- Prevalence in north Mali: 30%- Duffy antigen not confirmed
by molecular techniques1Mathews HM. 19812Mendes C. 20113Bernabeu M. 2012
Figure 16. P. vivax in Mali3
• Endémicité (2010): Région d’Asie
Distribution géographique 3/6
Source: Battle et al. Adv. Parasitol. 2012
• Endémicité (2010): Région d’Asie Pacifique
Distribution géographique 4/6
Source: Battle et al. Adv. Parasitol. 2012
• Endémicité (2010): Région d’Amérique
Distribution géographique 5/6
Source: Battle et al. Adv. Parasitol. 2012
• Endémicité (2010): Région d’Afrique
Distribution géographique 6/6
Source: Battle et al. Adv. Parasitol. 2012
Symptoms of P.vivax and P.knowlesi
• Nonspecific infection illness similar to others malaria
• Dominant symptoms:- Fevers- Chills- Rigors
• Minor symptoms:- Headaches- Myalgia- Arthralgia- Malaise- Abdominal pain- Diarrhea
1William T,. 2011
Figure 7. Haemorrhage in the cerebellumfrom a fatal case of knowlesi malaria (idemP.vivax?)
Pathophysiology of P.vivax and P.knowlesiseverity
• P. knowlesi parasitemia isassociated with disease severity1
and has a 24 h erythrocytic invasioncycle.
• Patients may maintain a lowparasitemia or die to highparasitemia and severe disease2.
• In death cases the presence ofsequestered infected erythrocytesin histology sections wasdescribed2.
• P. knowlesi variants have thepotential to bind to ICAM-1.
1Daneshvar C. 20092Cox-Singh J, 2010
Figure 8. Capillary withsequestered infected erythrocytes2
P. vivax diagnostic
• Microscopy - Difficult to discriminate with P.
ovale.
• PCR - Small subunit ribosomal RNA genes (Snounou G1).
• RDTs - Pf/Pv combo test (HRP2‐based):
low
specificity and low NPV for P. vivax2.
- pLDH‐based: false posiMve3.
P. vivax P. ovale
Ring and trophozoite
Ring
Schizont
Gametocyte1Snounou G. 19932Woyessa A. 20133Maltha J. 2010
P. Knowlesi microscopy
• Routine diagnosticmicroscopy does notdiscriminate between P.knowlesi and P.malariae1.
• Patients can besymptomatic atparasitemia lower thanthe detection level ofmicroscopy2.
1Cox-Singh J. 20122Daneshvar C. 20103Kantele A. 2011
Figure 9. Challenge in diagnostic using microscopy3
Need PCR for P. knowlesi Diagnostic
• Rapid diagnostictests for malariamay cross-reactwith P. knowlesi1.
• Diagnostic tools- PCR2
- Real-time PCR3
- Loop-mediatedisothermal (DNA)amplification(LAMP)4
1Van Hellemond JJ. 20092Lucchi NW. 20123Divis PC. 20104Iseki H. 2010
Figure 10. Detection of P. Knowlesi byPCR
Treatment and radical cure of P.vivax1Table 2. Anti P. vivax treatment
• Prone to relapse followingtreatment
• ACTs for acute P.vivax• Iv Artesunate and Quinine for
severe P.vivax casemanagement
• Primaquine: - Only licensed hypnozoitocidal treatment.
- Long treatment time.
- Hemolysis in G6PD deficient patients = POC diagnostic
• Traitement des stades exoérythrocytaires:
• Hypnozoïtes insensibles aux schizontocides sanguins ethépatiques (Malarone).
• 8-aminoquinoléines présentent l’activité hypnozoïtocide.
• Primaquine:
• Seul traitement radical licencié.• Dose (WHO 2010): 0,25 – 0,5mg/kg/jour en 14 jours chez individus
non déficient en G6PD.
• Contre-indiquée chez défient en G6PD, femme enceinte etenfant< 4ans.
• Anémie hémolytique chez 2-15% des patients G6PDd en zoneendémique.
• WHO recommande chez patient G6PDd avec 10% d’activitéenzymatique résiduelle: 0,75mg/kg/semaine en 8 semaines.
Traitement, vaccin et élimination 2
• Traitement des stades exoérythrocytaires (suite):
• Pipeline des nouveaux hypnozoïtocides est pauvre:
• Tafénoquine en cours de développement.
• Bulaquine a été abandonnée.
• Traitement du paludisme sévère à P. vivax:
• QN, Artésunate iv, CQ, Quinidine, QN + Doxy, MQ, AM + CQ:
• Tous efficaces.
• Tous cas sévères de paludisme non dû à P. falciparum sonttraités en pratique avec Artésunate iv ou QN.
Traitement, vaccin et élimination 3
• Candidats marqueurs moléculaires de la chimiorésistancechez P. vivax:
Traitement, vaccin et élimination 4
Surtout paludisme sévère
Rice et al. Trends Parasitol. 2012
• Acquisition d’immunité plus rapide avec P. vivax que P.falciparum:
Mueller et al. Adv. Parasitol. 2013
Traitement, vaccin et élimination 5
• Candidats vaccins en cours de développement clinique:
Traitement, vaccin et élimination 6
Reyes-Sandoval et al. Hum. Vacc. Immunother.2013
