Les cellules Natural Killer

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1 06/10/14 (10h-11h) FOUCHERE Elise (relecteur :Hamza Berguigua) TSSI Pr E. VIVIER 10 pages Les cellules Natural Killer Plan A. Généralités sur les cellules NK et sur le système immunitaire B. Le mode opératoire des cellules NK C. Les applications thérapeutiques I. Les anticorps anti-kir II. Les checkpoints inhibiteurs D. La découverte d un nouveau monde de lymphocytes A. Généralités sur les cellules NK : La découverte des cellules NK remonte à une quarantaine d années. On s est aperçu que dans le sang existait une population de cellules ayant l apparence de lymphocytes T. Pour les anatomo-pathologistes ces cellules ressemblent vraiment à des LT cytotoxiques et sont nommées LGL pour «Large Granular Lymphocyte». Ces cellules détiennent une propriété particulière : au contact de cellules tumorales in vitro (isolé d un individu) et n ayant jamais eu de contact préalable, celles-ci vont être capables d interagir et de tuer les cellules tumorales. Exemple : si l on injecte une cellule tumorale dans une souris test. Il va se produire une expansion préférentielle des cellules capables de reconnaitre spécifiquement les cellules tumorales. Ces cellules naïves deviennent alors activées puis mémoires. Le nombre de récepteurs spécifiques à l antigène exprimé dans un organisme est de l ordre de (on parle de répertoire naïf). Ces récepteurs TCR sont tous portés par des clones de LT naïfs et chacun de ces clones comprend entre 10 et 1000 cellules identiques. Par exemple, dans 1mL de sang se trouve 1 à 2 millions de lymphocytes. La taille du répertoire étant de 108 TCR signifie qu il y a moins d un clone différent de chaque cellule LT dans 1mL. La fréquence des cellules capables de reconnaitre une cellule tumorale sans immunisation préalable est de 1 LT tout les /10

2 Les cellules NK détiennent plusieurs fonctions : - Elles vont reconnaitre les cellules stressées - Elles vont induire par cytotoxicité directe la mort de ces cellules stressées. - Elles vont produire des cytokines indispensables au mécanisme de la réponse immunitaire Grace à l utilisation d anticorps anti-perforine on a pu mettre en évidence des granulations vertes. Ces granulations de perforines (molécule toxique qui troue les membranes, elle est contenue dans des granules pour éviter une auto toxicité) sont sécrétées par la cellule NK dans l espace synaptique entre cette dernière et la cellule tumorale en moins de 10minutes pour la tuer. De plus, on remarque : L intolérance des cellules NK vis-à-vis des cellules stressées La tolérance des cellules NK vis-à-vis du soi (malgré leur activité de cytotoxicité) Le système immunitaire est efficace et non toxique pour l'organisme, dans l évolution il y a eu mise en place de mécanismes moléculaires permettant une réponse spécifique. Il se divise en 2 parties : - un système immunitaire inné composé de nombreuses cellules dont les cellules NK qui ont pour particularité d être partout, d agir rapidement et directement. Elles reconnaissent de manière spécifique différents types de stress moléculaires. - un système immunitaire adaptatif qui est induit par le précédent par des cytokines et utilisant des lymphocytes T et B. Les NK interviennent dans ces deux aspects de la réponse immunitaire en ciblant les cellules tumorales ou infectieuses mais aussi en secrétant des cytokines telles que le γ interféron. 2/10

3 Les cellules NK vont contrôler des cibles stressées ayant subit une transformation tumorale. De plus, elles jouent un rôle important dans le contrôle des pathologies virales en particulier les pathologies du groupe herpes virus (exemple du cytomégalovirus CMV) où la cellule NK détecte les cellules infectées. Aujourd hui on sait que les cellules NK sont impliquées dans d autres pathologies qui restent à explorer comme l asthme, le VIH Il y a peu de déficience des cellules NK chez l'homme, nous n'avons donc que peu d'information sur le rôle de ces cellules in natura (chez l'homme). 3/10

4 Exemple d une infection virale expérimentale chez la souris : (gauche) observation d un parenchyme hépatique homogène pour une certaine dose de virus (CMV) : la souris infectée est malade mais elle s en sort. observation d un parenchyme hépatique hétérogène souffrant de lyse :on a enlevé les gènes importants au développement des NK ou à leur fonctionnalité pour obtenir des souris génétiquement déficientes. Exemple de métastase d un mélanome : (droite) Injection d un mélanome en IV et observation du parenchyme pulmonaire de la souris. Lorsque les cellules NK sont présentes il apparait quelques métastases alors qu en l absence de NK la vitesse de progression tumorale est beaucoup plus rapide, le parenchyme apparait noir! L identification de déficits immunitaires primitifs en NK répertorie actuellement 20 cas. L étude de ces déficiences NK sélectifs chez l homme a permis de mettre en évidence la présence d un gène impliqué dans le développement des cellules NK. B. Le mode opératoire des cellules NK : Ces cellules NK se trouvent dans un réseau d interactions complexes de cellules myéloïdes (monocytes, macrophages, neutrophiles ). Ces cellules myéloïdes produisent des cytokines (interféron, IL15, IL12 ) capables d activer les cellules NK. Une fois activé, NK va pouvoir booster : L activation des LT la maturation des macrophages l activation des cellules dendritiques Remarque : si ces cellules (LT, cellule dendritique) sont activées de manière excessive elles vont pouvoir devenir la cible des cellules NK : Donc l ensemble des cellules cibles sont : les cellules tumorales, les cellules infectées par des microbes / parasites/ bactéries / virus, les cellules subissant un stress physique ou chimique et les cellules trop activées. 4/10

5 Organisation des cellules NK dans la réponse immunitaire : Les cellules NK sont capables de distinguer les cellules normales qu elles vont épargner des cellules stressées. D un point de vue moléculaire on sait déjà que cette reconnaissance est dépendante des anticorps exposés à la surface de la membrane des cellules stressées et plus particulièrement du fragment Fc de l anticorps. Mais la reconnaissance de cellules stressées peut se faire également indépendamment de la présence d AC. D un point de vue moléculaire, les cellules NK vont jouer un rôle activateur ou inhibiteur par l intermédiaire de 2 styles de récepteurs : les récepteurs activateurs vont reconnaitre la surexpression de molécules induites par le stress. Quand une cellule intègre un stress, certains gènes qui sont silencieux en temps normal vont se mettre à s exprimer et l on va retrouver de nombreux ligands activateurs sur la cellule stressée. La cellule NK via ces récepteurs activateurs détecte l apparition de ces nouveaux ligands et va répondre en tuant et en secrétant des cytokines. De plus, on observe une perte de l expression des molécules de CMH1 (qui sont des ligands inhibiteur). les récepteurs inhibiteurs (KIR receptor), en situation normale la tolérance est assurée par plus de signaux inhibiteurs intégrés par la cellule NK que de signaux activateurs. La cellule saine exprime les molécules du CMH1 et n'exprime PAS OU PEU (on ne sait pas encore a dit le professeur) de ligands activateurs. 5/10

6 Remarque : les hématies n ont pas de molécules de CMHI pourtant la cellule NK ne détruit pas les GR. En fait les hématies n ont pas de ligands activateurs à leur surface ce qui permet aux hématies d être ignorées par les cellules NK. C. Les applications thérapeutiques : I. Les anticorps anti-kir : Les cellules NK peuvent bloquer leurs cibles en intégrant au moins deux types de signaux : des signaux activateurs et des signaux inhibiteurs. La cellule NK ne reconnait ses cellules cibles que si elles ont à la fois une densité suffisante en ligand activateur et peu de molécules de CMH1 inhibitrices. 6/10

7 En injectant des anticorps capables de bloquer l interaction entre le récepteur KIR inhibiteur et la molécule de CMH1, l activation sera d autant plus efficace : «en bloquant l inhibition on augmente l activation». Avec des anticorps anti-kir injectés chez le patient on va permettre de booster l activité anti-tumorale sans pour autant induire de phénomène d auto-immunité. En effet, même s il y a un petit peu de ligand activateur exprimé à bas bruit dans une phase de développement d'une cellule saine, ce ne sera pas suffisant pour activer la NK contre ces cellules normales. II. Les checkpoints inhibiteurs : La recherche thérapeutique a permis de découvrir de nombreux checkpoints inhibiteurs, anticorps jouant le rôle de points de contrôle. C est une révolution dans la prise en charge des pathologies tumorales puisque ces anticorps ne vont pas cibler la cellule tumorale elle-même mais vont pouvoir reprogrammer le système immunitaire de manière à booster les défenses naturelles contre les tumeurs. On les appelle les anticorps ciblant les checkpoints de l immunité. On compte à l heure actuelle 50 à 60 médicaments sur le marché. Exemple : Pour un patient diagnostiqué pour un mélanome métastatique, la survie est évaluée à moins de 6 mois. Grâce à cette découverte révolutionnaire, de reprogrammation du système immunitaire de nombreux patients sont actuellement en rémission totale depuis plusieurs années!!!!!!! D. La découverte d un nouveau monde de lymphocytes En étudiant les cellules NK, les chercheurs ont découvert un nouveau monde de lymphocytes. On a cherché à identifier les molécules spécifiques des cellules NK afin de comprendre leurs fonctions spécifiques. On a alors découvert une molécule nommée «NKp46» qui est un récepteur de surface. En étudiant son profil sur des centaines de tissus on a tenté de retranscrire l intensité des transcrits codant pour la molécule NKp46 et de mettre en évidence le type de gènes sélectivement exprimés dans les cellules NK 7/10

8 Après fabrication d anticorps anti-nkp46 on a pu observer sur une coupe tissulaire d intestin la présence d agrégats vert NKp46. On s est rendu compte que ces cellules exprimaient bien la molécule NKp46 mais n avaient absolument rien à voir avec les cellules NK. Ces nouvelles cellules ont donc été nommées «ILC» (Innate lymphoid cells). Ces ILC sont en très faibles quantités dans le sang : 0,4% des cellules blanches et sont préférentiellement associées aux muqueuses. Ces cellules représentent des équivalents innés de toutes les populations lymphocytaires. On sait actuellement qu il existe par exemple des LT CD4+ Th1 ou Th2 ou encore Th17 en fonction des cytokines qu elles produisent A chaque type de Th que l on a pu identifier, on a pu aussi identifier des populations d ILC produisant les mêmes cytokines et étant régulées par les mêmes facteurs de transcription. Cette découverte est très importante notamment dans le domaine inflammatoire : l asthme, les maladies dégénératives de l intestin, les rectocolites hémorragiques, la maladie de Crohn 8/10

9 CONCLUSION : Les cellules NK sont des cellules cytotoxiques de l immunité innée. Elles peuvent tuer des cellules stressées par l intermédiaire d un couple récepteur/activateur - récepteur/inhibiteur. Certains récepteurs inhibiteurs vont être capables de reconnaitre les molécules du CMH de classe I, ce sont les KIR. La fabrication d anticorps capables de bloquer ces récepteurs activateurs est une source d innovation thérapeutique dans le domaine des cancers. Ces anticorps s inscrivent dans la révolution actuelle des checkpoints inhibiteurs. Les cellules NK sont en fait un prototype de cellules innées, les ILC, équivalents innés des LT CD4+. 9/10

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