The me 3-A - Le maintien de l'intégrité de l'organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire

Transcription

1 The me 3-A - Le maintien de l'intégrité de l'organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire Le système immunitaire est constitué d'organes, de cellules et de molécules qui contribuent au maintien de l'intégrité de l'organisme. Le système immunitaire tolère habituellement les composantes de l'organisme mais il réagit à la perception de signaux de danger (entrée d'éléments étrangers, modification des cellules de l'organisme). Chapitre 1 : La réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée Lorsque les défenses physiques (épiderme et muqueuses), chimiques (larmes, sueur, mucus) ou biologiques (flore bactérienne) ne permettent pas de contenir une agression, la réaction inflammatoire se déclenche. La réaction inflammatoire repose sur l'immunité innée qui ne nécessite pas d'apprentissage préalable, est génétiquement héritée, et existe dès la naissance. 1. Reconnaissance des agents pathoge nes par des cellules spécialisées (Ex.1) Les cellules de l'immunité innée se trouvent dans le sang (granulocytes) ou dans les tissus (cellules dendritiques et macrophages dérivant des monocytes du sang, mastocytes). Les cellules de l'immunité innée possèdent une grande variété de récepteurs protéiques de l'immunité innée (PRR) capables de reconnaître des motifs moléculaires communs à la plupart des microorganismes et des virus, mais absents des cellules humaines. Ces récepteurs sont généralistes. La comparaison des séquences protéiques de plusieurs récepteurs révèle de grandes similitudes. Il s'agit donc de récepteurs et de mécanismes de reconnaissance conservés au cours de l'évolution. (Ex.2) 2. Médiateurs chimiques et réaction inflammatoire aiguë (Ex.3) La réaction inflammatoire aigue fait suite à l'infection ou à la lésion d'un tissu. Elle met en jeu des médiateurs chimiques qui agissent, selon leur type, sur des organes ou sur des cellules immunitaires. La réaction inflammatoire se traduit par des sympto mes stéréotypés (rougeur, chaleur, gonflement, douleur). Différents médiateurs chimiques sont libérés par les cellules immunitaires ayant reconnu un élément étranger grâce à leurs récepteurs. Certains médiateurs chimiques entraînent la production et la libération en cascade d'autres molécules comme l'histamine et les prostaglandines (principalement par les mastocytes). L'histamine et les prostaglandines agissent, entre autre, sur l'appareil cardiovasculaire. En provoquant une vasodilatation (augmentation du diamètre des artérioles) au niveau de la lésion, ces médiateurs permettent un afflux de sang qui entraîne rougeur et chaleur. Les prostaglandines, en agissant sur le système nerveux, provoquent douleur et fièvre. Certains médiateurs chimiques appelés cytokines activent d'autres cellules immunitaires et les attirent sur le site inflammatoire (gonflement des tissus). Le recrutement cellulaire permet la multiplication des cellules impliquées et ainsi l'amplification de la réaction inflammatoire. Schéma 1. Des médicaments anti-inflammatoires permettent de limiter la réaction inflammatoire et ses effets indésirables : L'aspirine ou l'ibuprofène inhibent la synthèse des prostaglandines. (Ex.4) Les corticoïdes inhibent la synthèse des prostaglandines et celle des cytokines. 3. Phagocytose et élimination des éléments étrangers Certains granulocytes, les cellules dendritiques et les macrophages sont des phagocytes capables de digérer des éléments étrangers et ainsi de les éliminer : ce sont les effecteurs de l'immunité innée. La phagocytose se déroule en plusieurs étapes : 1. Adhésion de la membrane du phagocyte à la particule grâce à des récepteurs généralistes 2. Absorption qui conduit à la formation d'un phagosome dans lequel est isolée la particule 3. Digestion grâce aux enzymes contenues dans les lysosomes 4. Exocytose des produits de digestion Schéma 2. Chapitre 2 : L'immunité adaptative, prolongement de l'immunité innée L'immunité adaptative n'existe que chez les Vertébrés. Elle s'ajoute à l'immunité innée et assure une action plus spécifique contre des molécules immunogènes appelées antigènes. 1. Reconnaissance d'un antige ne Les lymphocytes (B et T) sont les cellules sur lesquelles repose l'immunité adaptative. Parmi les lymphocytes T, on distingue les T-CD4 et les T-CD8, en référence aux marqueurs de différenciation qu ils portent sur leur membrane. Un antigène est une molécule ou une partie de molécule reconnue spécifiquement par un récepteur de l'immunité adaptative. Les antigènes sont dits immunogènes car ils déclenchent une réponse immunitaire adaptative. Les récepteurs de l'immunité adaptative sont les anticorps, les récepteurs membranaires des lymphocytes B (BCR) et ceux des lymphocytes T (TCR). Il existe un immense répertoire de récepteurs de l'immunité adaptative Structure et spécificité des anticorps (Ex.5) Les anticorps sont des protéines de la famille des immunoglobulines : protéines solubles circulant dans les liquides extracellulaires (= milieu intérieur) : sérum (sang) et lymphe.

2 Ils sont constitués de 2 chaînes polypeptidiques légères (L) et de 2 chaînes polypeptidiques lourdes (H), reliées par des ponts disulfures. Chaque chaîne est formée d une partie constante et d une partie variable. La forme 3D de l extrémité des chaînes lourdes et légères est variable, elle constitue le site de reconnaissance et de fixation de l antigène. Chaque molécule d anticorps possèdent donc 2 sites identiques de fixation d un même antigène : un anticorps ne peut donc reconnaître spécifiquement qu'un seul antigène. Schéma Sélection clonale Les lymphocytes sont caractérisés par leur récepteur présentant une étroite spécificité pour un seul antigène. Les lymphocytes reconnaissant le même antigène, ayant donc le même récepteur, constituent un clone. La première rencontre d'un lymphocyte naïf avec un antigène reconnu spécifiquement par son récepteur entraîne son activation : c'est la sélection clonale. La rencontre avec l'antigène s'effectue dans les organes lymphoïdes secondaires (ganglions lymphatiques). Le récepteur d'un lymphocyte B (BCR) a la même structure qu'un anticorps mais il est fixé sur la membrane. Il permet la reconnaissance directe de l'antigène. Schéma 4. Contrairement aux lymphocytes B, les lymphocytes T ne reconnaissent que l'antigène fixé sur les molécules du CMH (complexe majeur d'histocompatibilité = SOI) présentes à la surface de la membrane et codées par un ensemble de gènes. (Ex.6) Les cellules dendritiques situées dans les ganglions sont les cellules présentatrices de l'antigène (CPA) pour les lymphocytes T. Le déclenchement de l'immunité adaptative est donc le prolongement de l'immunité acquise. Schéma Amplification et différenciation clonales Sous l'effet de cytokines, dont l'interleukine 2 (IL2) les lymphocytes activés : - se multiplient : c'est l'amplification (expansion) clonale - se différencient : - les lymphocytes T-CD4 en lymphocytes T-auxiliaires (LTa = LTh) - les lymphocytes T-CD8 en lymphocytes T-cytotoxiques (LTc) - les lymphocytes B en plasmocytes L'IL2 est principalement sécrétée par les LT-auxiliaires. L'amplification de la réaction immunitaire adaptative repose donc sur une communication chimique et une coopération cellulaire. Les LT-auxiliaires ont un ro le pivot, essentiel dans l'amplification de la réponse immunitaire. Schéma Neutralisation et élimination de l'antige ne Les cellules effectrices de l'immunité adaptative (plasmocytes, LTc) et les anticorps ne préexistent pas, ils sont le produit de l'ensemble des processus immunitaires déclenchés par le contact avec un antigène Origine et rôle des anticorps (Ex.7) Les plasmocytes proviennent de la différenciation des lymphocytes B sous l'action de l'il2 produite par les LTauxiliaires. Ce sont les cellules sécrétrices d'anticorps circulants. La différenciation d'un LB en plasmocyte se traduit par une augmentation du cytoplasme et le développement du REG permettant la production massive d'anticorps qui sont ensuite libérés dans le milieu par exocytose. L'apparition des premiers anticorps spécifiques à un antigène constitue la séropositivité vis à vis de cet antigène. La complémentarité de la partie variable de l'anticorps à un antigène spécifique permet la formation de complexes immuns Anticorps-Antigène et ainsi la neutralisation de l'antigène. Les complexes immuns sont ensuite éliminés grâce à l'intervention des mécanismes innés, en particulier la phagocytose. Schéma Rôle des lymphocytes T-cytotoxiques (Ex.8) Les lymphocytes T-cytotoxiques proviennent de la différenciation des lymphocytes T-CD8 sous l'action de l'il2 produite par les LT-auxiliaires. Grâce à leur récepteur, les LTc reconnaissent spécifiquement les cellules infectées par un antigène et provoquent leur destruction, c est la lyse des cellules-cibles. Cette destruction par le LTc de la cellule-cible s'effectue soit par la libération de perforines provoquant éclatement de la cellule-cible, soit par la production de signaux déclenchant l'autodestruction de la cellule-cible (=apoptose). Schéma Le VIH induit un syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA) (Ex.9) Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) infecte les lymphocytes T-CD4, les macrophages et les détruit. Dans un premier temps (primo infection), des anticorps anti-vih sont secrétés (séropositivité au VIH), le taux de virus (=charge virale) diminue. Cependant, le VIH reste à l'intérieur des cellules. Les lymphocytes T-CD4 diminuent peu à peu au cours de la phase asymptomatique mais la sécrétion d'anticorps anti-vih se maintient. Si le taux de lymphocytes T-CD4 ou auxiliaires devient trop bas, la production d'interleukines devient insuffisante pour permettre une réponse immunitaire adaptée, il y a immunodéficience. C'est la phase symptomatique qui se traduit par une diminution de la sécrétion d'anticorps anti-vih et une augmentation de la charge virale. Cette immunodéficience favorise le développement de maladies opportunistes qui finissent par entraîner la mort du malade : c'est le syndrome d'immunodéficience acquise ou SIDA. Schéma 9.

3 Bilan : Le maintien de l'intégrité de l'organisme repose donc sur une coopération entre différents types de cellules immunitaires et sur leur communication par l'intermédiaire de médiateurs chimiques. Les mécanismes permettant la neutralisation et l'élimination des antigènes nécessitent : - Une reconnaissance grâce à des récepteurs généralistes (immunité innée) ou spécifiques (immunité adaptative) - Une amplification de la mobilisation des acteurs grâce aux cytokines et aux interleukines L'immunité innée et adaptative sont complémentaires. Schéma 10. Chapitre 3 : Le phénotype immunitaire au cours de la vie 1. Variabilité du phénotype immunitaire (Ex.10-11) Les lymphocytes sont issus de la moelle osseuse rouge puis subissent une maturation dans la moelle osseuse pour les LB ; dans le thymus pour les LT. Au cours de cette maturation, des processus génétiques complexes entraînent l acquisition aléatoire d'un récepteur spécifique (immunocompétence). Des milliards de clones LB et LT caractérisés par leur récepteur sont ainsi produits. Ces clones de LB et LT naïfs ont un effectif très restreint. Durant leur maturation, les clones capables de reconnaître le soi ("auto-réactifs") sont éliminés, ce qui permet la tolérance au soi. Le contact avec des antigènes (environnement modifié) entraîne la production de LB et LT mémoires à longue durée de vie. Le phénotype immunitaire est l ensemble des spécificités des lymphocytes B et T, c'est-à-dire le répertoire des récepteurs existants, à un moment donné de la vie d un individu La production aléatoire de lymphocytes naïfs est continue tout au long de la vie mais, au fil du temps, le nombre et le type des lymphocytes mémoires augmentent. Le phénotype immunitaire d'un individu évolue donc en fonction des expositions aux antigènes et permet son adaptation à l'environnement. Schéma La vaccination (Ex.12-13) La vaccination consiste à reproduire les conditions d'une immunité acquise après une première infection guérie. La vaccination consiste à inoculer un antigène rendu inoffensif (protéines virales par exemple, virus non virulent = incapable de se multiplier). L'adjuvant est une substance (comme l'aluminium) associée à l'agent vaccinant afin de mimer une réaction inflammatoire et donc d'activer les cellules de l'immunité innée, ce qui permettra de déclencher une réponse adaptative. Après la première vaccination se créent des lymphocytes mémoires qui permettront une réponse secondaire plus rapide et amplifiée. Les cellules mémoires deviennent plus nombreuses que les cellules naïves, elles ont une durée de vie plus longue et réagissent très rapidement en cas de nouveau contact avec l'antigène. Les rappels permettent d'augmenter le nombre de cellules mémoires et le taux d'anticorps. La vaccination permet ainsi de modifier le phénotype immunitaire. La sérothérapie consiste en l'administration d'anticorps (sérum). Les sérums assurent une protection spécifique immédiate mais de courte durée : il n'y a pas d'immunité acquise. Livre, exercice 7 p.307 Livre, document 4 p.291 EXERCICES 1 : La franciselle et la réaction inflammatoire 2 : Des mécanismes conservés au cours de l'évolution 3 : Les médiateurs chimiques de l'inflammation Un colorant fluorescent est injecté dans la circulation sanguine d'une souris. On applique ensuite de l'histamine dans l'un des muscles puis on suit la fluorescence dans les tissus proches des vaisseaux sanguins irriguant le muscle traité. Les résultats sont présentés ci-dessous. À partir de l'analyse de cette expérience, proposer un ro le pour l'histamine.

4 4 : Mode d'action d'un médicament anti-inflammatoire : l'ibuprofène A partir de l'analyse des documents, expliquer le rôle anti-inflammatoire de l'ibuprofe ne. Doc.A : Chaîne de biosynthèse des prostaglandines Parmi les molécules synthétisées lors de la réaction inflammatoire aigüe, certaines prostaglandines provoquent une vasodilatation et une augmentation de la perméabilité vasculaire, et contribuent ainsi à l apparition des sympto mes inflammatoires. Les étapes de la synthèse des prostaglandines à partir de molécules de la membrane d une cellule sécrétrice sont représentées sur le document ci-contre. Doc.B : Les conditions de synthèse de la cyclo-oxygénase (COX ) dans les monocytes ou granulocytes Des chercheurs travaillant sur la réaction inflammatoire se sont intéressés à l enzyme cyclooxygénase (=COX). Expérience : On fait incuber un nombre défini de monocytes et de granulocytes en présence d une concentration de 10 µg/ml de LPS (molécule de la paroi de nombreuses bactéries) pendant différents temps : 0, 1, 2, et 4,5 heures. On traite ensuite la culture de manière à récupérer le cytoplasme des cellules, et on effectue une électrophorèse destinée à séparer les molécules de COX des autres protéines cytoplasmiques. La coloration des protéines COX donne les résultats suivants : Séparation des enzymes COX du cytoplasme de granulocytes et de monocytes après action du LPS à 10 µg/ml pendant différentes durées Doc.C : Influence de l ibuprofène sur l activité de la COX On mesure de l activité de l enzyme COX en présence de concentrations croissantes d ibuprofène (10-7 à 10-3 µm). En absence d ibuprofène, on mesure l activité d une quantité «Q» de COX et on lui attribue la valeur 100% d activité. On ajoute ensuite à la même quantité «Q» de COX une quantité «q» d ibuprofène, puis on mesure l activité de l enzyme (c est à dire la synthèse de prostaglandine à partir de l acide arachidonique). Lors d'une vaccination contre la diphtérie, le sujet reçoit de l'anatoxine diphtérique : toxine diphtérique ayant perdu son pouvoir pathogène mais conservant son pouvoir immunogène. Il développe alors en quelques jours une immunité par la production d'anticorps. Ces anticorps, libérés dans le milieu intérieur, neutralisent la toxine diphtérique. Des expériences sont réalisées pour déterminer le mode d'action des anticorps au cours de cette neutralisation. En déduire le mode d'action des anticorps. 5 : Spécificité anticorps-antigène

5 6 : Lymphocytes T et reconnaissance de l antigène Dans ces expériences, on utilise deux souches normales A et B de souris génétiquement différentes. Etape 1 Etape 2 On injecte le virus LCM à une souris 1 de la On prélève chez 3 autres souris des cellules saines et on les met en souche A. Quelques jours après, on retrouve dans le sang des Iymphocytes T cytotoxiques (LTc) capables de détruire les culture. Certaines cellules sont infectées par le virus LCM. On ajoute alors les LTc anti-lcm obtenus à partir de la souris 1 (A) et on étudie leur action. cellules infectées par le virus. La souris 1 a donc produit des LTc anti- Souris 2 Souris 3 Souris 4 1 Origine des cellules LCM. (A) (A) (B) Souris 1 (A) infectée par LCM LTc anti- LCM 2 Infection par virus LCM NON OUI OUI 3 Ajout des LTc produits par la souris 1 (A) OUI OUI OUI A partir de l'analyse des résultats, expliquer comment s'effectue la reconnaissance de l'antigène par les LT. 4 Destruction des cellules NON OUI NON 7 : Ro le des différentes populations de lymphocytes dans la production d'anticorps Il existe 3 grandes catégories de lymphocytes : les lymphocytes B (LB) et les lymphocytes T (LT) parmi lesquels on distingue les LT CD4 et les LT CD8. A. Des lymphocytes B et T-CD4 sensibilisés (= ayant déjà été en contact avec l'antigène Z soluble) sont placés dans une chambre de culture de Marbrook (dispositif ci-contre). On évalue la production d'anticorps anti-z dans 3 situations. Lymphocytes placés dans la chambre supérieure inférieure Concentration en Anticorps anti-z x LB + x LT-CD4 0 x LT-CD4 + LB ++++ LT-CD4 LB ++++ NB. Si les LB et LT-CD4 n'ont pas été sensibilisés, il n'y a pas de production d'anticorps. B. Action des interleukines Des LT CD4 provenant d un individu sain sont mis en culture en présence d une substance qui agit comme un antigène : on dit que les LT4 sont alors activés en LT-auxiliaires. Le liquide surnageant de cette culture est ensuite prélevé : il contient des molécules émises par les LT-auxiliaires appelées interleukines. On effectue parallèlement des cultures de lymphocytes B en présence d un antigène sont mises au contact du liquide surnageant contenant des interleukines (IL). Chambre de Marbrook Action des interleukines (IL) 8 : Ro le des LT cytotoxiques (LTc) Dans l'organisme, le système immunitaire reconnaît et détruit les cellules modifiées, dont les cellules cancéreuses. Ces dernières présentent à leur surface des antigènes particuliers spécifiques de la tumeur. A. Action des LTc sur une cellule cancéreuse 1. 2.

6 B. Greffes tumorales Dans toutes les manipulations (1, 2, 3), des cellules cancéreuses, prélevées chez une souris malade, ont été injectées à une souris saine. Ce transfert de cellules est l'équivalent d'une greffe («greffe tumorale») ; les règles de compatibilité de greffe entre les souris saines et les souris malades ont été respectées. Dans les manipulations 2 et 3, on injecte, en même temps que les cellules cancéreuses, des anticorps se liant spécifiquement aux récepteurs des lymphocytes T4 et T8. Les récepteurs CD8 sont des récepteurs membranaires portés spécifiquement par les lymphocytes T8. 9 : Evolution de l'infection par le VIH Doc.A : Evolution au cours du temps des quantités de VIH, de LT4 et d anticorps spécifiques anti-vih chez un individu contaminé Doc.B :Evolution de deux catégories de lymphocytes cultivés in vitro en présence du VIH Les LT8 possèdent un récepteur CD8, les LT4 un récepteur CD4. Pour pénétrer dans une cellule, le VIH doit se fixer à un récepteur CD4. On met des LT4 et des LT8 en présence du VIH et on évalue les proportions de cellules en fonction du temps d'exposition.

7 Doc.C : Evolution de l'infection au VIH en relation avec le nombre de lymphocytes T4 On teste chez deux individus contaminés par le VIH l'efficacité à produire des anticorps. Nombre moyen de LT4 par mm 3 de sang Production d'anticorps Individu 1 >= 500 Efficace Individu 2 < 200 Peu efficace À partir de l exploitation des documents, donner les caractéristiques de la phase asymptomatique ou phase I (sans signe clinique) et de la phase symptomatique ou phase II. 10 : Origine des lymphocytes Sur 4 lots de souris, on pratique une irradiation qui détruit totalement les cellules souches de la moelle osseuse et on observe leur aptitude à produire des lymphocytes B et T. Déterminer l'origine des différents lymphocytes. Lot irradiation ablation thymus greffe de moelle greffe de thymus Résultats a x ni LT ni LB b x x LT et LB c x x x LB seuls d x x x ni LT ni LB 11 : Répertoire immunitaire Indiquer, après justification, la nature des anticorps produits éventuellement au temps 4.

8 A. Réponses primaire et secondaire 12 : Réponse secondaire et vaccination C. Vaccin et sérum antitétanique En cas de blessure, on procède à une sérovaccination (injections successivement en deux endroits différents d'un sérum antitétanique chevalin et d'un vaccin antitétanique) qui sera suivie d'une deuxième puis d'une troisième injection du vaccin seul. La figure permet de suivre l'évolution du taux des antitoxines tétaniques présentes dans le plasma du blessé en fonction du temps. Pour faciliter l'étude, on a représenté séparément les antitoxines sériques et vaccinales. La «zone de protection» correspond au taux d'antitoxines minimal protégeant contre la maladie (ce taux varie selon les individus). B. Effets des différentes injections sur la production d'anticorps La vaccination contre l'hépatite B est souvent administrée en trois injections espacées d'un mois et suivies d'un rappel au bout d'un an. On étudie ici l'effet des différentes injections sur l'acquisition de l'immunité face à l'hépatite B (effets étudiés sur une population de plus d'un million d'adultes d'âge inférieur à 40 ans). Injection Rappels Mois % de séroconversion ,6 Anticorps (U/L) 5,7 21, L'unité de concentration en anticorps, notée U/L, résulte de tests immunologiques. Le pourcentage de séroconversion correspond au pourcentage d'individus présentant une concentration d'anticorps supérieure à 1 UA. 13 : Phénotype immunitaire Lorsqu'un organisme rencontre plusieurs fois au cours de sa vie le même agent pathogène, la réponse immunitaire vis à vis de cet agent est de plus en plus efficace. Montrez à partir de l'étude du document que l'intensité des réponses immunitaires, développées suite à des infections répétées par le virus de la grippe, repose sur l'existence d'une mémoire immunitaire spécifique Individu à 2 ans en contact avec le variant 1 du virus de la grippe Le même individu à 5 ans en contact avec le variant 2 du virus de la grippe Le même individu à 20 ans en contact avec le variant 3 du virus de la grippe Le taux d'anticorps correspondant à une réponse primaire est de 1 UA