IMMUNITÉ INNÉE. Laurence Guglielmi Institut de Recherche en Cancérologie (IRCM INSERM U1194) 04/02/

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1 IMMUNITÉ INNÉE Laurence Guglielmi Institut de Recherche en Cancérologie (IRCM INSERM U1194) 04/02/2015 1

2 Micro-organismes parasites bactéries champignons virus Invertébrés ~ espèces Vertébrés ~ espèces Holométaboles Hétérométaboles Poissons Amphibiens Reptiles Oiseaux Mammifères Mollusques Insectes 95% Inné 5% Inné et Adaptatif Ma Gnathostomes Placodermes Agnathes Annélides Echinodermes Urochordés Ma

3 Immunité innée (ou naturelle) - Non spécifique - Immédiate - Sans mémoire Immunité adaptative (ou acquise) - Spécifique d Ag - Non Immédiate - Douée de mémoire - Barrières Naturelles - Réaction Inflammatoire - Immunité Humorale - Immunité à Médiation Cellulaire - Phagocytose - Facteurs du complément Coopération - contact cellulaire direct - médiateurs solubles (chimiokines, cytokines, ) - FcR

4 Immunité Innée Ubiquitaire : récepteur de l immunité innée (PRR) Sécrétoire : complément, ficolines, collectines Hématopoïétique : cellules phagocytaires

5 BARRIERES Barrières physiques : peau ( 1,7 m 2 ) muqueuses ( 400 m 2 ) (respiratoire, digestive, uro-génitale) Barrières biologiques / biochimiques : ph : acidité locale (estomac, urine, vagin) acides gras toxiques (peau) peptides antimicrobiens enzymes : lysozymes (salive, sueur, larmes) pepsine (intestin) Barrière écologique : flore bactérienne

6 Symbiose hôte-microbes ~ cellules ~ gènes ~ germes ~ gènes ~ 1000 espèces bactériennes (mais aussi virus, champignons, parasites) Colonisation dès la naissance Évolution parallèle chez les mammifères depuis des millions d années

7 Microbiote = Flore bactérienne Rôles : Bactéries Commensales Pathogènes Métabolisme : destinée à augmenter la digestion en dégradant les polysaccharides, à produire des vitamines et des acides gras à chaîne légère Protection contre les bactéries pathogènes - compétition avec les pathogènes (nutriments, captation du fer) - blocage d'accès pour l'épithélium - production de substances antibiotiques (colicine) Développement du système immunitaire

8 Homéostasie intestinale Limitation du contact direct entre bactérie et épithélium : Microbiote = flore intestinale Bactéries commensales ( ) Mucus + IgA sécrétoires (IgAs) + peptides anti-microbiens Cellules épithéliales

9 Les récepteurs de l immunité innée

10 Mécanismes de reconnaissance des micro-organismes : Récepteurs de l immunité innée Récepteurs de l immunité adaptative Expression : cellules susceptibles d entrer en contact avec des microorganismes (cellules endothéliales et épithéliales, DC, monocytes/macrophages, ) Expression : lymphocytes B et T Spécificité non variable Spécificité extrêmement variable (chaque cellule T ou B subit des recombinaisons génomiques aléatoires) récepteurs différents / espèces Immense répertoire : récepteurs des cellules B récepteurs des cellules T Reconnaissance de motifs moléculaires microbiens (LPS, peptidoglycane, ) Reconnaissance illimitée (antigène infectieux, de l environnement, soi, non soi )

11 Notion de DANGER Comment distinguer le soi et le non-soi (les microbes)? Récepteur Toll chez la drosophile : - intervient dans le développement dorso-ventral, - intervient dans la défense anti-infectieuse. Prix Nobel 2011 : Jules Hoffmann (Strasbourg), Bruce Beutler (La Jolla), Ralph Steinman (NY) 1997 : Charles Janeway et al. découvrent l équivalent chez l homme : les Toll-like-receptors (TLR).

12 Notion de DANGER Microorganismes Récepteurs PAMPs Pathogen-Associated Molecular Patterns PRR Pattern-Recognition Receptor MAMPs Microbe-Associated Molecular Patterns

13 Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) Caractéristiques : Produits uniquement par les micro-organismes, Motifs structuraux très conservés entre micro-organismes d'une classe donnée, (motifs répandus, invariants et communs à de nombreux micro-organismes) Rôle essentiel dans la physiologie et la survie des micro-organismes (mutations importantes improbables peu de possibilités d'échappement au système immunitaire)

14 Pattern Recognition Receptor (PRR) MILIEU EXTRA- CELLULAIRE PGN (Gram+) Zymosan (levure) LPS "atypique" Lipoprotéines Lipoprotéines LPS HSP60 Flagelline levure bactérie CYTOPLASME TLR2 TLR2 TLR6 TLR2 TLR1 TOLL-LIKE RECEPTOR : TLR TLR4 TLR5 DC-SIGN NKG2D Dectin-2 C-TYPE LECTIN RECEPTOR : CLR TLR3 ARN db TLR7/8 ARN sb RIG-LIKE RECEPTOR : RLR NOD-LIKE RECEPTOR : NLR ADN CpG RIG-1 NOD1 ENDOSOME TLR9 ARN viral MDA-5 LGP2 Peptidoglycane NOD2 NLRP1 NLRP3

15 Toll Like Receptor (TLR) 13 TLR identifiés chez le mammifère

16 Activation des TLR Production de cytokines et chimiokines inflammatoires (TNF-a, IL-6, IL-12, IL-8, IL-1) Réponse anti-virale : production d'ifn de type I (IFN-a, IFN-b)

17 Toll Like Receptor (TLR)

18 DAMPs : Danger-Associated Molecular Patterns dommage / stress/ nécrose tissue Signaux d alarme Heat shock proteins (HSP) Acide urique ATP extracellulaire High mobility group 1 (HMGB1) IL-1a F-actine Dérivé oxygéné ROS Dissolution de la matrice extra-cellulaire APC T

19 DAMPs : Danger-Associated Molecular Patterns inflammation inflammation Adapté de Kawai & Akira, Nat. Immunol., 2010, 11(5):373

20 MyD88 -/- Forte susceptibilité à un spectre large de pathogène (virus, bactéries, champignons, protozoaires) Déficits immunitaires chez l homme (rares) MyD88 ou IRAK4 (infection invasives à S. pneumoniae et S. aureus) TLR3, TRIF, TRAF3, (encéphalite à virus Herpès) TLR5 (asymptomatique, redondance?)

21 Inflammasome Deganais M et al Cell Death Differ

22 Inflammasome pro-il-1b IL-1b IL-1b

23 Activation de la réponse immunitaire adaptative par la réponse immunitaire innée Cytokines (IL-1, IL6, IL12, ) PRR NF-kB CD80/CD86 CD28 T lymphocyte T naïf CMH TCR cellule présentatrice d'antigène ENDOCYTOSE Microorganismes pathogènes L activation des PRR induit : Maturation des CPA Augmentation de l'expression des molécules de co-stimulation (CD80/CD86)

24 Ex : Burnet 1969 Janeway 1989 Matzinger 2002 Pradeu & Cooper, Frontiers in Immunology, 2012

25 Expl : immunité des muqueuses «Ménage à trois» : Microbiote résident - hôte - pathogène pathogène Microbiote résident Microbiote Microbiote résident Microbiote résident Microbiote résident résident pathogène Microbiote Microbiote résident Microbiote résident résident Epithélium intestinal à Epithélium intestinal l homéostasie inflammatoire «Switch» commensalisme - pathogénicité

26 Bactéries commensales Pathogènes IL-10 TGF- b Signaux de danger IL-1, IL-6, IL-8, CCL5 INFLAMMATION DC «tolérogène» DC T4 DC T4 PNN DC «immunogène» TOLERANCE IMMUNITE Th17 Tr1 Th1 Treg Treg Th17 Th1 Treg Treg Th2 Th2 Tr1

27 Les cellules phagocytaires Cellules circulantes : PNN Cellules immobiles : macrophages

28 Phagocytose 1. CHIMIOTACTISME 2 catégories de récepteurs phagocytaires : - récepteurs liant des particules opsonisées (i.e. marquées par des molécules solubles qui les enrobent) - récepteurs liant directement les microbes : récepteur du mannose, dectine-1, récepteurs éboueurs ("scavenger receptors") CD14 R Fc Récepteur des fragments Fc des Ig R C3b Récepteur du complément Macrophage Neutrophile DC Récepteurs phagocytaires opsonisation 2. CAPTURE

29 Phagocytose Rôle de la phagocytose : 3. INTERNALISATION - destruction des agents pathogènes polymérisation d actine - élimination des cellules apoptotiques - évacuation de particules exogènes lysosomes inertes fusion du phagosome avec des granules et des lysosomes = phagolysosome 4. DESTRUCTION (enzymes, O 2-, H 2 O 2, dérivés NO)

30 Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes Resting neutrophils Activated neutrophils PMA IL-8 Analyse par microscopie électronique Bars = 10 µm Brinkmann et al. Science 2004

31 Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes Elastase ADN complexe ADN-H2A-H2B Activation des neutrophiles : Traitement IL-8 pendant 30 min Marquage en immunofluorescence les neutrophiles émettent dans le milieu extra-cellulaire des filaments composés d ADN et de protéines Filaments de 15 nm de diamètre Brinkmann et al. Science 2004

32 Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes S. aureus (gram +) S. typhimurium (gram -) S. flexneri (gram -) Microscopie électronique à balayage Les filaments d ADN et de protéines forment un filet, qui piègent les envahisseurs. NET (Neutrophil Extracellular Traps) Brinkmann et al. Science 2004

33 Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes Les neutrophiles sont également traités avec de la cytochalasine D (inhibiteur de la polymération d actine => inhibe la phagocytose) Les NET détruisent les micro-organismes Brinkmann et al. Science 2004

34 NETosis Induction de la NETosis Activation de Récepteurs membranaires : Microbes, produits microbiens, Complexes immuns Cytokines et autres stimulus (IL-8, TNF, IFN, ) Production de dérivés oxygénés (ROS et NO) par la NADPH Oxydase NET ADN Histones Myeloperoxidase Enzymes bactéricides : Gélatinase Elastase Lactoferrine Kaplan & Radic, J. Immunol., 2012

35 Les lymphocytes de la réponse innée (innate-like lymphocytes) Cellules NK Lymphocytes T gd Cellules NKT Lymphocytes B1 Lymphocytes B MZ

36 Cellules NK Famille des grands lymphocytes granuleux (LGL) Absence d expression de récepteur pour l antigène CD16 NK Récepteurs Inhibiteurs Récepteurs Activateurs Récepteur de basse affinité pour le fragment Fc des IgG CD56 (NCAM) 2 populations distinctes CD56 + CD16 + CD CD16 - ~ 90% des cellules NK circulantes activité cytotoxique Organes lymphoïdes secondaires sécrétion de cytokines/chimiokines

37 Récepteurs activateurs / inhibiteurs Récepteur Inhibiteur NK ligands = molécules du CMH classe I signal OFF Récepteur Activateur nombreux ligands (protéines de stress, marqueurs d infections, ) signal ON Récepteurs Inhibiteurs Récepteurs Activateurs - +

38 CYTOTOXICITE Immunosurveillance Cellule normale "Soi manquant" Cellule tumorale ou infectée "Soi modifié" Cellule tumorale ou infectée Alloréactivité Cellule étrangère molécules CMH classe I incompatibles Récepteur inhibiteur Récepteur activateur HLA Classe I Ligand activateur

39 Modes d action 1. Cytotoxicité naturelle Exocytose perforine/granzyme Récepteur inhibiteur NK Perforine Granzymes Récepteur activateur cellules infectées ou tumorales nécrose FasL Fas (CD95) Récepteurs de mort NK NK cellules infectées ou tumorales TRAIL TRAILR apoptose TNF-a Sécrétion de TNF-a NK TNF-R cellules infectées ou tumorales apoptose

40 Modes d action 2. Cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) TNF perforine NK Cellule cible CD16 Fc-récepteur Anticorps IgG Antigène

41 Modes d action 3. Production de cytokines pathogènes Mφ macrophage Cellule stromale IL-12 TNF-a IL-15 IFN-a/b NK IFN-g TNF-a IL-10 Chimiokines Régulation de la réponse inflammatoire : recrutement et activation de macrophages et cellules dendritiques Contrôle de la réplication virale par la production d IFN-g Orientation de la réponse adaptative (humorale / cellulaire / régulatrice)

42 Lymphocytes T gd Distribution Sang : 1 à 5% des lymphocytes circulants (DN CD4 - CD8 - ) Epithéliums (intestin, peau) : 50% des cellules T (CD8aa dans l'intestin) Fonction Production de cytokines/chimiokines Cytotoxicité Le répertoire de TCR gd est très limité Pas de restriction aux molécules de CMH classiques Reconnaissent des épitopes conservés au sein de pathogènes

43 Lymphocytes NKT Distribution Sang : 0,001 % à 3 % des lymphocytes circulants organes lymphoïdes (rate thymus, OL2aire) : 2,5% des LT foie : 30% des LT Expriment des marqueurs de cellules NK (CD56 et CD16) et de cellules T (TCR et CD3). TCR très conservé (semi-invariant): chaîne a du TCR : Va14-Ja18 CD16 TCR Va14-Ja18 associé préférentiellement à la chaîne b du TCR : Vb11 CD56

44 Natural Killer T lymphocytes semi-invariant (inkt) CD161 IFN-g TCR Va14-Ja18 CD1d APC IL-4 IL-17 Reconnaissance d Ag (glyco)lipides endogènes ou exogènes (paroi de bactéries Gram- n exprimant pas de LPS) présentés par la molécule CD1d exprimée par les CPA telles que les DC et MΦ. Production massive de cytokines

45 Sous-populations lymphocytaires B

46 Lymphocytes B conventionnels : B2 antigène IgM IgG IgE IgA Plasmocytes à durée de vie courte IgM CENTRE GERMINATIF Production d Ac par les cellules B folliculaires

47 Lymphocytes B conventionnels : B2 Centre germinatif Prolifération et mutations B Cellule mémoire IgM Sélection et commutation isotypique Survie dans MO IgG IgA IgE Semaine 1 Semaine 2 Semaine 3

48 Cellules B transitionnelles de la rate Moelle osseuse IgM bright IgD - CD21 - CD23 - Pro-B T1 Réarrangement chaîne lourde Réarrangement chaîne légère Pré-B B immature Rate MZ T2/3 IgM bright IgD bright CD21 bright CD23 bright Fo B mature naïve Adapté de Jacobi AM & Diamond B, J Exp Med 2005;202:

49 La rate

50 Lymphocytes B MZ MZ IgM IgM IgG IgA Production rapide d Ac (~3 jours) contre les agents infectieux (polysaccharides des bactéries encapsulées) présents dans le sang Cellules MZ Nombre peu élevé chez le nouveau-né, effectif significatif ~ 1-2 ans Localisation : zone marginale (MZ) de la rate Phénotype de cellules activées Production d Ac indépendante des LT après stimulation antigénique : IgM, IgG, IgA diversité moyenne absence d HMS???

51 Lymphocytes B1 IgM B1 Ac naturels et IgA Présence d Ac "naturels" préexistants à une infection, sécrétés par les cellules B1 protection précoce, rapide contre les infections virales et bactériennes Cellules B1 Développement durant la vie fœtale et post-natale, puis maintient par auto-renouvellement. localisation : cavités péritonéale et pleurale, lamina propria de l intestin Production d Ac indépendante des LT, sans stimulation antigénique : IgM "naturels" et IgA diversité très limitée (utilisation exclusive des segments VH les plus proches de D, absence de diversité jonctionnelle) absence d HMS

52 Homéostasie tissulaire Protection lors d une infection Elimination des cellules apoptotiques, des protéines mal repliées et des cellules altérées par les macrophages et DC Régulation de l inflammation et de l autoimmunité Neutralisation des pathogènes Activation de la voie classique du complément Opsonisation des pathogènes et phagocytose Transport des pathogènes vers les tissus lymphoïdes Kaveri SV, et al. J Immunol :

53 3 sous-populations de lymphocytes B B1 Ac naturels et IgA "innate-like" MZ IgM IgG IgA apoptose Centre germinatif Prolifération et mutations B2 Cellule mémoire adaptatif Adapté de Shapiro-Shelef & Calame, Nat Rev Immunol. 2005; 5: Cellule folliculaire IgM Sélection et commutation isotypique Semaine 1 Semaine 2 Survie dans MO Semaine 3 IgG IgA IgE