P. falciparum resistance to sulfadoxine-pyrimethamine in Central africa : epidemiological data and modelling

En 2016, 216 millions de cas et 445000 décès liés au paludisme ont été reportés par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), 90 % de ces cas ont eu lieu sur le continent africain, très majoritairement causés par Plasmodium falciparum. Chez les femmes enceintes le paludisme peut avoir de lourdes conséquences en termes de morbidité et de mortalité aussi bien pour la mère que pour l'enfant à venir. Outre l'utilisation de moustiquaires imprégnées, l'OMS recommande l'utilisation d'un traitement préventif intermittent par sulfadoxine-pyriméthamine (SP) pour les femmes enceintes des zones endémiques d'Afrique sub-saharienne. La résistance du parasite à la SP est un réel problème en l'absence d'alternative thérapeutique et le niveau de résistance est déjà très élevé dans certaines régions d'Afrique. Cette résistance est causée par différents polymorphismes nucléotidiques simples (SNPs) sur les gènes codant pour DHPS et DHFR. Ces mutations modifient la structure 3D de ces enzymes, diminuant leur liaison à la SP. Ce travail s'est attaché à faire un état des lieux récent de la prévalence des mutations des gènes pfdhfr et pfdhps à travers 7 sites d'Afrique Centrale. Un octuple mutant combinant trois mutations sur le gène pfdhfr et cinq mutations sur le gène pfdhps (CirnI + vagKgs) a été découvert à Yaoundé en 2015 ; nous l'avons retrouvé au Nigeria et au Cameroun mais pour la première fois à un haut niveau de prévalence à Maroua (52,2%). Sur plusieurs sites d'Afrique Centrale, nous décrivons l'augmentation de la prévalence de la mutation K540E, typique des parasites résistants de l'Afrique de l'Est et sur laquelle se base l'implémentation de la SP par l'OMS. D'autre part, à partir d'un modèle d'homologie de pfDHPS, nous avons utilisé des techniques de dynamique moléculaire pour mieux comprendre les modifications de la structure 3D liées à différents haplotypes d'intérêts retrouvés en Afrique Centrale. Cette partie de l'étude propose une autre approche pour évaluer et visualiser l'effet structurel des mutations, élément supplémentaire à la compréhension de leur impact sur la résistance à la SP.Malaria was responsible for 445 000 death and 216 million new cases worldwide in 2016, 90% of these cases occurred in Africa. Pregnant women are particularly susceptible to malaria, resulting in medical consequences on both mother and child. In the endemic countries of sub Saharan Africa, in addition to the use of insecticidal nets, the World Health Organization (WHO) recommends a preventive treatment against Plasmodium falciparum malaria in pregnancy using Sulfadoxine Pyrimethamine (SP). Resistance of the parasite to SP is a significant problem in the absence of alternative treatment and the level of resistance is very high in some regions of Africa. This resistance is mediated by several single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the genes coding for DHPS and DHFR, changing the 3D structure of the two target proteins and decreasing drug binding. This study offers an updated view of the epidemiology of these mutations throughout Central Africa. We identified for the first time the octuple mutant combining 3 mutations on pfdhfr gene and 5 mutations on pfdhps gene (CirnI + vagKgs), discovered in 2015 in Yaoundé, as the major haplotype in Maroua, northern Cameroon (52,2%). On several Central-African sites, we describe the increase of the prevalence of the typically East-African K540E mutation on which is based the implementation of SP by the WHO. Knowledge of the prevalence of resistance markers is crucial for the adaptation of SP recommendation in Central Africa. This study also explores the changes occurring in the 3D structure of the most common mutated pfDHPS haplotypes identified in our epidemiology study, using molecular dynamics on a homology model of the protein. It offers a new vision of the effect of the mutations on the structure, a further step to understanding the impact of mutations in resistance

Résistance de Plasmodium falciparum à la sulfadoxine-pyriméthamine : données épidémiologiques et modélisation

En 2016, 216 millions de cas et 445000 décès liés au paludisme ont été reportés par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), 90 % de ces cas ont eu lieu sur le continent africain, très majoritairement causés par Plasmodium falciparum. Chez les femmes enceintes le paludisme peut avoir de lourdes conséquences en termes de morbidité et de mortalité aussi bien pour la mère que pour l'enfant à venir. Outre l'utilisation de moustiquaires imprégnées, l'OMS recommande l'utilisation d'un traitement préventif intermittent par sulfadoxine-pyriméthamine (SP) pour les femmes enceintes des zones endémiques d'Afrique sub-saharienne. La résistance du parasite à la SP est un réel problème en l'absence d'alternative thérapeutique et le niveau de résistance est déjà très élevé dans certaines régions d'Afrique. Cette résistance est causée par différents polymorphismes nucléotidiques simples (SNPs) sur les gènes codant pour DHPS et DHFR. Ces mutations modifient la structure 3D de ces enzymes, diminuant leur liaison à la SP. Ce travail s'est attaché à faire un état des lieux récent de la prévalence des mutations des gènes pfdhfr et pfdhps à travers 7 sites d'Afrique Centrale. Un octuple mutant combinant trois mutations sur le gène pfdhfr et cinq mutations sur le gène pfdhps (CirnI + vagKgs) a été découvert à Yaoundé en 2015 ; nous l'avons retrouvé au Nigeria et au Cameroun mais pour la première fois à un haut niveau de prévalence à Maroua (52,2%). Sur plusieurs sites d'Afrique Centrale, nous décrivons l'augmentation de la prévalence de la mutation K540E, typique des parasites résistants de l'Afrique de l'Est et sur laquelle se base l'implémentation de la SP par l'OMS. D'autre part, à partir d'un modèle d'homologie de pfDHPS, nous avons utilisé des techniques de dynamique moléculaire pour mieux comprendre les modifications de la structure 3D liées à différents haplotypes d'intérêts retrouvés en Afrique Centrale. Cette partie de l'étude propose une autre approche pour évaluer et visualiser l'effet structurel des mutations, élément supplémentaire à la compréhension de leur impact sur la résistance à la SP.Malaria was responsible for 445 000 death and 216 million new cases worldwide in 2016, 90% of these cases occurred in Africa. Pregnant women are particularly susceptible to malaria, resulting in medical consequences on both mother and child. In the endemic countries of sub Saharan Africa, in addition to the use of insecticidal nets, the World Health Organization (WHO) recommends a preventive treatment against Plasmodium falciparum malaria in pregnancy using Sulfadoxine Pyrimethamine (SP). Resistance of the parasite to SP is a significant problem in the absence of alternative treatment and the level of resistance is very high in some regions of Africa. This resistance is mediated by several single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the genes coding for DHPS and DHFR, changing the 3D structure of the two target proteins and decreasing drug binding. This study offers an updated view of the epidemiology of these mutations throughout Central Africa. We identified for the first time the octuple mutant combining 3 mutations on pfdhfr gene and 5 mutations on pfdhps gene (CirnI + vagKgs), discovered in 2015 in Yaoundé, as the major haplotype in Maroua, northern Cameroon (52,2%). On several Central-African sites, we describe the increase of the prevalence of the typically East-African K540E mutation on which is based the implementation of SP by the WHO. Knowledge of the prevalence of resistance markers is crucial for the adaptation of SP recommendation in Central Africa. This study also explores the changes occurring in the 3D structure of the most common mutated pfDHPS haplotypes identified in our epidemiology study, using molecular dynamics on a homology model of the protein. It offers a new vision of the effect of the mutations on the structure, a further step to understanding the impact of mutations in resistance

Evolution and spread of Plasmodium falciparum mutations associated with resistance to sulfadoxine–pyrimethamine in central Africa: a cross-sectional study

International audienceBackgroundEfficacy of sulfadoxine–pyrimethamine, the malaria chemoprophylaxis used in pregnant women, and in children when combined with amodiaquine, is threatened by the accumulation of mutations in the Plasmodium falciparum dihydropteroate synthase (pfdhps) and dihydrofolate reductase (pfdhfr) genes. Data on the prevalence of resistant alleles in central Africa and the new pfdhps I431V mutation, particularly associated with other mutations to form the pfdhps vagKgs allele, are scarce. We explored the frequency and geographical distribution of pfdhps and pfdhfr mutations in central Africa in 2014–18, and assessed the evolutionary origin of the vagKgs allele.MethodsSamples were collected at 18 health-care centres in seven countries (Angola, Cameroon, Central African Republic, Democratic Republic of the Congo, Gabon, Nigeria, and Republic of the Congo) from patients who showed possible symptoms of malaria between March 1, 2014, and Oct 31, 2018. Samples that were positive for P falciparum were transported to a laboratory in Toulouse, France, and genotyped. The frequency of pfdhfr and pfdhps mutations was studied in 1749 samples. Microsatellites in pfdhps flanking regions and whole-genome analysis compared with parasite genomes from the data-sharing network MalariaGEN were performed on samples carrying the vagKgs allele.FindingsMapping of the prevalence of single nucleotide polymorphisms and corresponding alleles of pfdhfr and pfdhps showed a substantial spread of alleles associated with sulfadoxine–pyrimethamine resistance in central Africa during the 2014–18 period, especially an increase going west to east in pfdhps alleles carrying the K540E and A581G mutations. A high prevalence of the pfdhps I431V mutation was observed in Cameroon (exceeding 50% in the northern region) and Nigeria. Genomic analysis showed a recent African emergence and a clonal expansion of the most frequent pfdhps vagKgs allele.InterpretationReduced sulfadoxine–pyrimethamine efficacy due to increased resistance is a worrying situation, especially because the malaria transmission level is high in central Africa. Although the resistance phenotype remains to be confirmed, the emergence and spread of the vagKgs allele in west and central Africa could challenge the use of sulfadoxine–pyrimethamine