LE SYSTÈME IMMUNITAIRE

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1 LE SYSTÈME IMMUNITAIRE

2 INTRODUCTION Système de protection contre éléments vivants étrangers But: Assurer l intégrité de l organisme 2 tâches successives: Identifier l agresseur => Nécessité de discriminer le soi et le non-soi => fonction de reconnaissance Eliminer l agresseur = Réponse

3 La diversité du monde antigénique Virus Champignons Bactéries Vers

4 Les 4 problèmes à résoudre Comment se construit le S.I.? => Le développement du S.I. Comment remplit-il sa fonction? => Le S.I. en action Entre les mailles du filet immunitaire => Les agresseurs qui échappent au S.I. Quand le système déraille => Les dysfonctionnements du S.I.

5 I- L acquisition de l immunocompétence 1- L «immunopoïèse», une branche de l hématopoïèse D après fédération leucemie espoir

6 Idées-clefs Cellule souche hématopoïétique: pluripotence + autorenouvellement Lignées de différenciation A chaque nœud de différenciation, le microenvironnement (matrice et facteurs solubles) détermine la décision. Le choix d une voie correspond à l expression d un facteur de transcription spécifique (Ikaros pour la lignée lymphoïde). -> Expériences: Construire une souris knock-out pour le gène Ikaros et étudier son phénotype cellulaire par cytométrie de flux

7 I- L acquisition de l immunocompétence 2- La lymphopoïèse: Diversifier puis sélectionner a- Production d un répertoire diversifié de récepteurs à l antigène Un paradoxe génétique: Comment générer une infinité de protéines à partir d un nombre limité de gènes? Beadle et Tatum: Un gène une protéine gènes dans le génome humain Or, capacité de production d une diversité «infinie» de BCR et TCR =>Théorie des réarrangements somatiques

8 I-2-a Principe 2 ou 3 «urnes» (loci) contenant n segments géniques Couper-coller = Réarrangement génique aléatoire entre 2 (ou 3) segments géniques prélevés dans chacune des urnes. Lois des probabilités: Div = Nbre sg urne A x Nbre sg urne B x (Nbre sg urne C) -> Expériences: Tonegawa, 1976

9 I-2-a Mise en évidence des réarrangements géniques dans la lignée B (Tonegawa, 1976) Principe: Southern Blot à partir d ADN de cellules embryonnaires ou de clones de LB ADN en configuration germinale Cellules embryonnaires Clone B n 1 ADN réarrangés Site de coupure par ER Sonde radioactive Clone B n 2

10 RSS I-2-a Mécanismes moléculaires des réarrangements géniques Les recombinases Les séquences signal = RAG-1 et RAG-2 de recombinaison: RSS palindromiques RSS RSS ADN en configuration germinale RSS ADN réarrangé Expériences: Construire une souris RAG knock-out et étudier son phénotype cellulaire par cytométrie de flux

11 Fiche-expérience Construire une souris knock-out pour un gène Etape 1: Obtenir des cellules souches embryonnaires dans lesquelles la version sauvage du gène ciblé (X) a été remplacée par une version inactive et sélectionnable grâce à une recombinaison homologue. D après Kuby, Ed Freeman

12 Fiche-expérience Construire une souris knock-out pour un gène Etape 2: Produire des souris KO à partir des cellules ES portant la version inactivée du gène D après l IPBS

13 Fiche-expérience Déterminer les phénotypes d une population cellulaire par cytométrie de flux CD4- CD8+ 25 % CD4+ CD8+ 25 % CD4- CD8-40 % CD4+ CD8-10 %

14 CD8 CD8 Application à notre expérience CD4 Souris normale CD4 Souris RAG KO Ganglion lymphatique Conclusion?

15 I-2-a Exemple de la lignée B: Réarrangements du gène codant pour la chaine légère d Ig et synthèse de cette chaîne légère fonctionnelle Précurseur B LB immature

16 I-2-a Exemple de la lignée T: Réarrangements des gènes et du TCR et production d un récepteur à l antigène fonctionnel Précurseur T CD4- / CD8- LT immature CD4+-CD8+ Précurseur T CD4- / CD8-

17 I-2-a Les mécanismes de diversification des récepteurs à l antigène: Petit bilan quantitatif Diversité combinatoire: Nombre de segments géniques par locus-urne Caractère aléatoire du choix des segments à recombiner Les récepteurs à l Ag sont hétéro-dimériques (H2-L2 ou ) Diversité jonctionnelle: La recombinaison est imprécise: Addition ou délétion de nucléotides au niveau de la jonction des segments Hypermutation somatique: Au cours de la réponse B secondaire Bilan: > récepteurs possibles!! : Prix à payer: Réarrangements improductifs (cf div jonc)

18 I-2-a Réarrangements séquentiels et exclusion allélique Un lymphocyte exprime un seul type de récepteur à l antigène.

19 I-2-b- Sélection des répertoires i. Sélection positive des lymphocytes T et restriction au CMH du soi Petite piqûre de rappel: La restriction au CMH du soi Pbe: Quelle est la structure moléculaire reconnue par le TCR sur sa cellule cible?

20 Strain A immunized strain A non infected - Strain A immunized LCMV - No fibroblast Restriction au CMH du soi Le TCR reconnaît un complexe (CMH du soi peptide dérivé du non soi)

21 Seconde piqûre de rappel: Le CMH en deux mots Les molécules du CMH sont responsables du rejet de greffe Les molécules du CMH sont des présentoirs à peptide 2 classes: Classe I : expression ubiquitaire Classe II: exprimées uniquement sur les CPA (cellules dendritiques, macrophages, LB, )

22 Seconde piqûre de rappel: Le CMH en deux mots Tous les gènes codant pour les protéines du CMH sont regroupées sur un locus, le locus HLA Les gènes du CMH sont hautement polymorphes Une CPA exprime 6 molécules différentes du CMH à sa surface (Am, Ap, Bm, Bp, Cm, Cp, DPm, DPp, DQm, DQp, DRm, DRm)

23 I-2-b- Sélection des répertoires i. Sélection positive des lymphocytes T et restriction au CMH du soi Pbe: Comment expliquer que les TCR soient restreints au seul CMH du soi alors qu ils sont générés de manière aléatoire? Hyp: Il existe une sélection thymique positive des LT porteurs d une telle spécificité. Tous les autres meurent. -> Démonstration expérimentale

24 Problème méthodologique: Comment suivre le devenir d UN lymphocyte avec un TCR donné? Construire une souris transgénique pour un gène déjà réarrangé du TCR. Par exclusion allélique, l allèle transgénique empêchera tout réarrangement dans les précurseurs T. Tous les lymphocytes T porteront donc le même TCR transgénique => Souris monoclonale!

25 LT CD8 reconnaissant un complexe (CMH Classe I allèle k peptide dérivé du virus de la grippe) 1- Les LT sont tous restreints au CMH de type k. Ils n arrivent à maturité (stade SP) que lorsque les cellules épithéliales du thymus expriment ce CMH. => Il existe une sélection positive des seuls LT restreints au CMH du soi. Les autres meurent. 2- La sélection s effectue lors de la maturation des LT du stade immature DP au stade mature SP

26 Bilan de la sélection positive Les LT CD4 reconnaîtront un complexe (CMH du soi classe II peptide) Les LT CD8 reconnaîtront un complexe (CMH du soi classe I peptide)

27 I-2-b- La sélection des répertoires ii. Sélection négative des lymphocytes autoréactifs Pbe: Etant donné l infinie diversité de BCR et TCR, certains seront dirigés contre le soi => Risque de réaction auto-immune. Hypothèse : Les lymphocytes autoréactifs sont éliminés -> Démonstration expérimentale

28 LT CD8 reconnaissant un complexe (CMH Classe I allèle b peptide HY) Précurseurs T LT immatures LT matures Les LT autoréactifs sont délétés dans le thymus au stade DP

29 Bilan : La sélection des lymphocytes T dans le thymus au cours de leur différenciation

30 Conclusion sur les sélections >90% des LT immatures ne passent pas la barrière sélective Tout échec à une sélection (>0 ou <0) induit une apoptose du lymphocyte rejeté 2 conséquences des sélections: Restriction au CMH du soi pour les LT Tolérance au soi

31 I-2-c- Bilan sur la lymphopoïèse CSH Moelle osseuse Précurseur lymphoïde Thymus Précurseur T DN Réarrangements Précurseur B LT immature DP TCR+ LT mature SP TCR+ Sélections LB immature Ig+ LB mature Ig+ Migration Organes lymphoïdes secondaires

32 I-2-c- Bilan sur la lymphopoïèse (suite) Les immunorécepteurs à l antigène sont composés de l association de: - Une molécule de reconnaissance - Une molécule de transduction du signal de reconnaissance contenant des motifs ITAM BCR = Complexe IgM Ig / Ig Complexe TCR CD3 Motif ITAM* avec Tyr ITAM: Immunorecepteur Tyrosine-based activation motif

33 I-2-c- La molécule anticorps Tétramère transmembranaire H 2 L 2 Chaque chaîne = 1 région variable + 1 région constante Dualité fonctionnelle V /C Chaque chaîne est organisée en domaines de type Ig => Superfamille des Ig. Domaines V: 3 boucles hypervariables (CDR): zones de contact avec l Ag Lien avec les réarrangements: CDR3 est codée par la zone de jonction entre les segments V (D) et J. CL VL CDR3 CDR1 CDR2

34 I-2-c- Le TCR (T cell receptor) Dimère transmembranaire / Chaque chaîne = 1 domaine C + 1 domaine V (tous deux de type Ig) V et V contiennent 3 CDR: zones de contact avec le complexe CMH-peptide Différences fondamentales avec les Ig: Type de structure reconnue Mono/divalence Corécepteur CD4 ou CD8 qui augmente l affinité pour le CMH et interviendra dans la transduction CD3

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36 II- Le système immunitaire en action 1- Immunité innée / Immunité acquise Immunité innée Immunité acquise Chronologie Primo-infection Réponse rapide: Première barrière contre les pathogènes deuxième ligne de défense: Temps de latence (env 7 jrs) Infections répétées Identique à la réponse primaire Mémoire immunitaire => Temps de latence quasi nul Spécificité Motifs moléculaires reconnus Effecteurs cellulaires et moléculaires Réponse non spécifique Invariables et communs à de nombreux pathogènes Complément, cellules phagocytaires et certaines cytokines Réponse spécifique (Ig et TCR) Propres à l agent infectieux CTL (L cytotoxiques) et plasmocytes producteurs d Ac, avec l aide des effecteurs innés Deux systèmes complémentaires et coopératifs

37 II-1- Le système du complément Constitué d environ 30 protéines plasmatiques Chronologie de l activation: 2 étapes: - Clivages en cascade de pro-enzymes en enzymes actives aboutissant à la formation du fragment C3b qui se lie à la membrane du pathogène. - Assemblage séquentiel de protéines à la surface du microorganisme => formation du CAM Les déclencheurs de l activation: - Ac déjà liés à la surface du microorganisme ou complexes immuns solubles (voie classique): C1 interagit avec la région constante de l Ac déjà lié à l Ag et s auto-active. - les composants pariétaux de microorganismes (voie alterne)

38 II-1- Le système du complément Actions : - Lyse directe du micro-organisme par le CAM, - Facilitation de la phagocytose par opsonisation du microorganisme via C3b - Initiation de la réaction inflammatoire: Les cellules inflammatoires sont activées par certains fragments du complément.

39 II-1- La phagocytose Qui? Macrophages cellules dendritiques cellules dérivées de la moelle osseuse. Sentinelles immunologiques, phagocytaires dans les tissus, puis, migration dans les OL II où elles jouent le rôle de CPA polynucléaires neutrophiles

40 II-1- La phagocytose Comment? Reconnaissance et adhésion à la paroi ou membrane de la cellule cible Reconnaissance directe de motifs conservés (polysaccharides, ) du microbe grâce à des récepteurs divers (TLR: Toll-like receptors) Reconnaissance indirecte via des récepteurs à des opsonines déjà fixées sur le microbe (RFc pour les Ig et récepteur à C3b) Ingestion => formation du phagosome Fusion phagosome lysosomes => Digestion (protéases + radicaux libres oxygénés toxiques) Association des peptides issus de la digestion avec les molécules de classe II (voir apprêtement de l Ag) Libération extracellulaire des autres produits de digestion

41 II-1- Les cytokines de l immunité innée Rappel: Cytokines s.l.= protéines produites par des cellules du S.I. et ayant, entre autres, une action régulatrice sur la réponse immunitaire : Interleukines, Interférons, chemokines, Cytokines de l immunité innée sont produites par les phagocytes. 2 grands types cytokines pro-inflammatoires (TNF- et diverses IL) cytokines capables d orienter la balance TH1 / TH2 vers le pôle TH1 (IL 12 et IFN- ) Conclusion du II-1: Retrouver dans le paragraphe II-1 tous les niveaux de coopération entre immunités acquise et innée

42 II-2- De l entrée du pathogène dans l organisme à l activation des lymphocytes spécifiques en cellules effectrices ou mémoire. a- Capture et apprêtement et présentation de l antigène Cellules impliquées dans ces 3 fonctions = CPA Maraudeurs immunologiques: capturent l Ag dans les tissus infectés puis migrent vers les OL II pour les présenter aux cellules T naïves. Expression CMH classe II (et I) Exs: Macrophages, cellules dendritiques et LB

43 II-2- a- La capture de l Ag par les CPA 3 modes de capture: endocytose (pour une macromolécule) phagocytose (pour une cellule). Optimisée par opsonisation préalable entrée «passive», contre le gré des cellules, pour les pathogènes intracellulaires (bactéries, virus). Intervention de récepteurs (gp120- CD4) LB: Capture optimisée par l Ig membranaire => CPA très efficace

44 II-2- a- L apprêtement (processing) et la présentation de l Ag Traitement chimique bloquant tout mouvement membranaire Conclusion: Un apprêtement préalable de l Ag par la CPA est nécessaire à sa reconnaissance par les LT.

45 II-2- a- Les deux voies d apprêtement et de présentation de l Ag Ag endogènes (issus de pathogènes intracellulaires): apprêtés par le protéasome présentés par le CMH classe I aux LT CD8 Ag exogènes: apprêtés par les hydrolases endo-et lysosomales présentés par le CMH classe II aux LT CD4

46 II-2- b Activation du chef d orchestre immunitaire, le lymphocyte T CD4 auxiliaire (= LT helper) B7 CD28 Reconnaissance double: Reconnaissance du complexe (CMH II peptide du non soi) par l ensemble TCR-CD4 = 1er signal Reconnaissance des molécules de costimulation = 2d signal Transduction du signal Voie de signalisation intracellulaire = Cascade enzymatique: Phosphorylations par des PK, recrutement de protéines adaptatrices, production de 2d messagers, amplification Réponse: Activation de gènes cibles en 3 vagues séquentielles: Activation immédiate des gènes de facteurs de transcription => - Activation des gènes de CK et de leurs récepteurs (IL2, IL2-R, IL6, IFNg) -Activation de gènes de molécules d adhésion

47 II-2- b Activation des LT helper: Le rôle clef de l IL2 Double reconnaissance => Transduction => Activation des gènes de l IL2 et de son récepteur IL2 active prolifération et différenciation des LT Effet centuplé par l augmentation du nombre de IL2-R Boucle autoamplificatrice Expansion clonale du LT spécifique

48 II-2-c- La balance TH1 / TH2 et le choix du type de réponse adaptative, humorale ou cellulaire Mise en évidence de deux sous-populations de TH Lèpre: Maladie causée par Mycobacterium leprae, pathogène intracellulaire, notamment dans les macrophages 2 formes: Lèpre tuberculoïde: Forme atténuée avec destruction de la plupart des mycobactéries Lèpre lépromateuse: forme mortelle: Pathogène très abondant dans les macrophages puis les tissus périphériques. Analyse du profil de sécrétion de CK dans les TH des 2 types de malades par Northern Blot Conclusion: 2 types de TH selon la palette de CK secrétées: TH1: IL2, IFN-, TNF- TH2: IL4, IL5, IL10

49 II-2-c- Chaque type de TH stimule un type de réponse adaptative Réponse à médiation cellulaire Réponse à médiation humorale

50 II-2-c- Comment se réalise le choix d une réponse TH1 ou TH2? Voie TH1: Induction intiale par IL12 puis auto-renforcement Voie TH2: Induction par défaut puis auto- renforcement par IL4 Infection des CPA par parasites intracellulaires Cohérence fonctionnelle: Un pathogène intracellulaire (extracellulaire) active la voie TH1 (TH2) qui stimule une réponse immune cellulaire (humorale) qui assure sa destruction.

51 II-2-c- La différenciation terminale des lymphocytes effectrices, plasmocytes et CTL Activation (prolifération puis différenciation) d un LB naïf en plasmocyte ou LB mémoire Comment activer un LB au repos? Exps classiques de Terminale : Attention: Ne pas les sur-interpréter: Elles montrent que, dans la plupart des cas, la stimulation antigénique ne suffit pas à elle seule à activer un LB. Nécessité de la co-présence d 1 LT. Cette exp ne renseigne aucunement sur la nature de cette coopération B-T, notamment sur la nécessité d un contact physique entre les 2 cellules.

52 Noter les analogies avec la transduction via le TCR-CD3 Les trois phases de l activation d un LB naïf Cascade de transduction du signal 1 Signal 1: Cross-linking des Ig de surface par reconnaissance de l Ag LB fonctionne comme CPA (Endocytose du complexe Ac-Ag, apprêtement et présentation) Interaction LB LTH: - Reconnaissance du complexe (CMH II peptide) par TCR - Costimulation B7-CD28 => LTH activé Expression de CD40L Interaction CD40L-CD40 = Signal 2 Signal 3: CK émises par le LTH activé S1 + S2 + S3 => prolifération S3 => Différenciation

53 Les évènements-clef de la différenciation terminale des lymphocytes B activés Maturation d affinité par hypermutation somatique (Tx de mutation x 10 5 ) puis sélection antigénique des clones les plus affins Choix de la lignée plasmocytaire ou mémoire Pour les plasmocytes, - Passage d une Ig de membrane à une Ig secrétée - Commutation isotypique (Switch) vers Ig G, E ou A) selon le cocktail de CK du signal 3 - Enorme augmentation du taux de production d Ig (activation transcriptionnelle)

54 Exemple de commutation de classe: Ig M -> Ig G1

55 II-2-c- Activation d un LT CD8 naïf en LT cytotoxique (CTL) Petit exercice: - Légender les molécules. - S1 =? - S2 =? - S3 =? LT CD8 au repos Prolifération différenciation LTH1 activé CTL effecteur CTL effecteur CTL effecteur CPA Coopération cellulaire tripartite

56 Idées-clef sur l activation lymphocytaire L activation du S.I. est basée sur de multiples coopérations cellulaires biou tripartite entre le chef d orchestre (LTH), les CPA et les autres lymphocytes futurs effecteurs (LB et LT8) L activation des lymphocytes requiert une double stimulation: Signal 1: Signal spécifique fourni par la reconnaissance de l Ag Signal 2: Signal non spécifique, dit de costimulation, délivré par un spectre très limité de cellules «autorisées» (CPA pour LT et LTH pour LB): Signal 2a: Signal membranaire (CD28-B7 ou CD40- CD40L) Signal 2b : Signal soluble = CKs - IL2 pou les CTL - IL4 pour les LB La nécessité d une co-stimulation est un garde-fou contre l auto-immunité (Une activation des CTL par une simple reconnaissance (CMH I Peptide) pourrait déclencher des R.I. anti-soi au regard de l ubiquité de l expression du CMH classe I).

57 II-3- La phase effectrice : L élimination du pathogène En amont de la réponse immune, il existe une exclusion des pathogènes par les barrières cutanées et muqueuses : - Barrières physiques (cellules épithéliales jointives + mucus empêchant l adhérence du pathogène) - Barrières chimiques via certaines sécrétions: - Elimination des pathogènes (Lysosyme attaquant paroi bactérienne) - Inhibition de leur croissance (peptides antibiotiques, )

58 II-3- a- La réponse à médiation humorale induite par des LTH2 contre les pathogènes extracellulaires Exemples de pathogènes extracellulaires: Certaines bactéries (Streptococcus pneunomoniae, Salmonella typhi, Clostridium tetani) Champignons (levures (candidose), Aspergillus) Vers (Ascaris, Schistosome (Bilharziose)) Les effecteurs de la réponse humorale: Les anticorps Le complément Mode d action des effecteurs spécifiques Opsonisation des pathogènes par les Ac via reconnaissance spécifique Double intervention de la région constante de l Ac pour éliminer l intrus: Fixation de la région constante au complément puis lyse du pathogène par le CAM Fixation de la région constante au RFC du macrophage puis phagocytose des complexes immuns

59 II-3-b- La réponse à médiation cellulaire induite par des LTH1 contre les pathogènes intracellulaires Exemples de pathogènes intracellulaires: Certaines bactéries (Listeria monocytogenes, Mycobacterium tuberculosis) Certains protozoaires (Toxoplasme, Plasmodium, Leishmanies, Trypanosome) Tous les virus: à ADN (Herpes, Hépatite) et à ARN (HIV, Influenza) Les effecteurs de la réponse cellulaire: Les lymphocytes T cytotoxiques Les macrophages Mode d action des effecteurs spécifiques: Le baiser du tueur Poignard Perforation membranaire induisant lyse osmotique et apoptose de la cellule cible Venin Interaction Fas-FasL induisant l apoptose de la cellule cible

60 Induction d apoptose après perforation membranaire Reconaissance spécifique Molécules d adhésion intercellulaire Posistionnement des granules vers la cellule cible Mort par lyse osmotique Emission de signaux membranaires prophagocytaires Fragmentation de l ADN Fragmentation de la cellule en corps apoptotiques Phagocytose Mort par apoptose

61 Les 2 voies d induction de l apoptose dans la cellule cible par un CTL Fas-L: Ligand inducteur de mort présent sur le CTL Voie Fas Voie perforante Fas: Récepteur de mort sur la cellule cible FADD: Protéine adaptatrice initiatrice de transduction Voie extrinsèque = Voie des récepteurs de mort Voie intrinsèque (via perméabilisation des membranes mitochondriales) Activation séquentielle de caspases (protéases spécifiques de l aspartate) Les caspases activent des endonucléases, hydrolysent des protéines du cytosquelette

62 Sur les lieux du crime Pores membranaires Marqueur de PM ADN cellule cible seule ADN cellule cible après contact CTL ADN fragmenté => figure en barreaux d échelle ADN intègre Condensation de la chromatine Corps apoptotiques

63 Bilan du II-

64 Attention à la dichotomie trop simpliste «réponse humorale contre pathogènes extracellulaire versus réponse cellulaire contre pathogènes intracellulaire» La réponse aux virus (tous intracellulaires) comprend également un important volet humoral ciblé sur les particules virales extracellulaires: - Ac neutralisants se fixent aux virus avant leur entrée dans leur cellule hôte. Ils empêchent alors la fixation du virus à son récepteur cellulaire et bloquent donc l infection. - Ac facilitateurs: Ac anti-viraux opsonisants facilitant leur phagocytose - Ac agglutinants les particules virales

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66 III- Les stratégies d échappement au système immunitaire 1- chez les pathogènes Les pathogènes ont développé des stratégies pour échapper à la réponse immune. Selon les pathogènes, les étapes mises en échec sont très variables et peuvent être multiples pour un même pathogène.

67 Quelques exemples a- Bloquer la réponse innée: Perturber la phagocytose: Production d une capsule protectrice rendant la phagocytose impossible (Streptococcus pneumoniae). Survivre dans le phagocyte en échappant au phagolysosome (Listeria). Inhiber l effet des CK de la réponse innée: En temps normal: Les cellules infectées par un virus secrètent des IFN- et qui ont une forte activité anti-virale (via blocage de la réplication du virus). Evasion: Le virus de l hépatite C bloque l action des IFN en inhibant la transduction du signal IFN- IFN-R sur les cellules infectées.. Inhiber l effet du complément: Le virus de l herpes (HSV) et certaines bactéries gram- produisent une protéine neutralisant C3b, fragment-clef dans l activation du complément.

68 b- Bloquer la présentation de l antigène. Le pathogène devient immuno-invisible: - Présentation sur CMH I: Les adénovirus produisent une protéine inhibant TAP => Les peptides dérivés d antigènes viraux ne peuvent plus être chargés sur les molécules de classe I => pas de réponse CTL. - Présentation sur CMH II: Le HIV réduit le niveau d expression membranaire des molécules de classe II => LTH non stimulés.

69 c- Induire une immunosuppression généralisée: - Infecter une cellule hôte qui est un acteur-clef du système immunitaire (lymphocyte ou macrophage): HIV, virus de la rougeole, CMV. - Modifier la balance de CK: EBV produit une protéine mime l IL-10 => Blocage de la voie TH2 => Inhibition de la réponse cellulaire cytotoxique anti-virale

70 d- La variation antigénique: Une course poursuite Joue sur 2 faiblesses de la R.I. adaptative: Sa spécificité => Si l Ag est modifié, même de manière très modeste, les BCR et TCR spécifiques ne peuvent plus reconnaître le néo- Ag Sa lenteur de mise en œuvre => course poursuite: Dans les 7 jours post-variation antigénique nécessaires à l établissement d une nouvelle R.I. spécifique, le pathogène prolifère à son aise. Stratégie très répandue: Virus (HIV, Virus de la grippe), bactéries (Neisseria gonorrhoeae ), protozoaires (Trypanosome), Rend difficile la mise au point d un vaccin

71 d- La variation antigénique: Un premier exemple: Le virus de la grippe Ces deux protéines de l enveloppe sont les 2 cibles majeures de la réponse Ac anti-virale Dérive antigénique Dérive antigénique: Mutations ponctuelles spontanées dans les gènes HA et NA => Modifications discrètes de ces deux Ag Commutation antigénique Commutation antigénique: Co-infection d une même cellule cible par 2 souches virales puis réassortiment des 8 brins d ARN entre les deux génomes viraux => Production d un virus hybride avec néo-na ou néo-ha

72 d- La variation antigénique: Un second exemple: Le trypanosome Réservoir de gènes VSG Cassette d expression Enveloppe du trypanosome contient des glycoprotéines de surface variables dites VSG. Réservoir de nombreux gènes VSG (1000) silencieux. Une cassette d expression contenant 1 gène VSG => 1 individu n exprime qu un seul type de VSG Commutation antigénique par conversion génique: Un gène VSG du réservoir est copié et vient remplacer l ancien gène VSG dans la cassette d expression. Vagues successives de commutations antigéniques et de réponses humorales spécifiques anti-vsg

73 III- 2- Cancer et immunosurveillance Les cellules tumorales portent des antigènes tumoraux qui leur sont plus ou moins propres Mutations => Ag spécifiques de tumeur (TSTA) = jamais exprimés par cellules normales Ré-expression de gènes embryonnaires ou fétaux Ag associés aux tumeurs (TATA) Sur-expression de gènes normaux

74 Quelques exemples d antigènes tumoraux Ag spécifiques de tumeur: Certains protooncogènes mutés en oncogènes (Abl). Ag associés aux tumeurs: Surexpression de gènes normaux: Neu (récepteur de facteur de croissance) dans le cancer du sein Réactivation de gènes féto-embryonnaires: AFP (alpha-fétoprotéine) dans le cancer du foie CEA (carcinoembryonic antigen) dans le cancer colorectal.

75 Le paradoxe tumoral immunologique Les Ag tumoraux sont immunogéniques: Des peptides qui en dérivent sont présentés par les CMH de classe I des cellules cancéreuses et induisent une réponse CTL spécifique: La plupart des tumeurs sont infiltrées par des TIL activés (récepteur de l IL2, prolifération) A partir de TIL, il est possible de générer des clones CTL spécifiques des cellules tumorales et capables de les détruire in vitro ou d'induire, conjointement avec l'administration d'il-2, des régressions tumorales in vivo. Pourtant, la réponse immune in vivo n est pas éradicatrice. Comment expliquer cette faillite de la surveillance du système immunitaire à l égard des tumeurs?

76 Les stratégies d évasion immunitaire des cellules tumorales Certains Ac anti-tumoraux exacerbent la croissance tumorale en masquant les complexes (CMH I peptide tumoral) à la reconnaissance par les CTL. Modulation antigénique: La fixation des Ac antitumoraux à leur Ag induit l endocytose du complexe immun => Le niveau d expression de l Ag tumoral est réduit. Faible expression du CMH I => Réponse CTL difficile. Le S.I. sélectionne lui-même les cellules cancéreuses à faible expression du CMH I en éliminant les autres! Les cellules tumorales ne sont pas des APC => ne fournissent pas de second signal (B7 non exprimé) => CTL non stimulés

77 IV- Les dysfonctionnements du S.I. 1- Quand le système s emballe a- Les maladies auto-immunes Tolérance versus auto-immunité Les MAI correspondent à une faillite dans l établissement de la tolérance au soi. Quels sont les mécanismes d établissement de la tolérance au soi? 2 grands cas: Les auto-antigènes ubiquitaires -> Tolérance centrale Les auto-antigènes spécifiques d organes -> tolérance périphérique

78 Etablissement de la tolérance centrale Ag ubiquitaires => exprimés dans les OL primaires (thymus et MO) Sélection négative par délétion des clones autoréactifs. Cette délétion s exerce sur les L immatures.

79 Etablissement de la tolérance périphérique Ag spécifiques d organes (ex: MBP sur les neurones, récepteur à la TSH sur les cellules thyroïdiennes) => non exprimés dans les OL primaires => Le répertoire des L matures sortant des OL primaires n est pas expurgé des clones autoréactifs spécifiques d Ag périphériques!

80 Comment assurer la tolérance aux molécules du soi périphérique? MBP: molécule exprimée uniquement dans le cerveau Lignée transgénique pour un TCR anti-mbp PHÉNOTYPE Normal!! (Pas d attaque auto-immune du cerveau) THYMUS - Précurseurs DP: Normaux - L SP: Normaux??? Test in vitro AUTRES ORGANES LYMPHOÏDES Lymphocytes T anti-mbp présents LT de la souris transgénique anti-mbp cellules stimulatrices MBP + irradiées 3 jours Aucune prolifération des LT Aucune production d interleukines Tolérance au soi périphérique assurée par une anérgie des lymphocytes T autoréactifs

81 Mécanismes cellulaires de l anergie Rappel: Pour activer un LTH, nécessité de deux signaux. Pour un Ag spécifique d organe, le complexe (CMH peptide du soi) est présenté par une cellule non CPA (B7 absent) => Le LTH reçoit S1 mais pas S2. Une stimulation incomplète (S1 seul) induit un état d anergie du LTH Même principe pour les LB

82 A chaque tolérance son auto-immunité Tolérance centrale défaillante => les L autoréactifs non éliminés sont capables d attaquer tous les organes puisqu ils sont spécifiques d un auto-antigène ubiquitaire => MAI systémique Tolérance périphérique défaillante => les L autoréactifs non anergisés sont capables d attaquer uniquement l organe exprimant l autoantigène spécifique de cet organe => MAI spécifique d organe

83 Le lupus, un exemple de MAI systémique Auto-anticorps contre nombreux composants nucléaires (Ac anti ADN, histones, ARN nucléolaires) et contre globules rouges et plaquettes. Manifestations cutanées, articulaires, neurologiques, digestives, rénales, vasculaires, respiratoires et hématologiques. Origine fréquente des troubles: activation du complément par complexes auto-immuns.

84 Les maladies de Graves-Basedow et d Hashimoto, deux exemples de MAI spécifiques du même organe Organe touché: La thyroïde Hypophyse Basedow: Production d auto-ac stimulants (!) anti-tsh-r Surproduction d hormones thyroïdiennes Hyperthyroïdie Hashimoto (analogie avec DID): Infiltration thyroïdienne par LT et LB. Destruction auto-immune progressive des follicules. Auto-antigènes: Thyroglobuline et Thyroid Peroxydase (enzyme clef de la biosynthèse des hormones thyroïdiennes) => Hypothyroïdie

85 IV- Les dysfonctionnements du S.I. 1- Quand le système s emballe b- Les allergies Hypersensibilité : Réaction indésirable du S.I. (réaction inflammatoire exagérée, lésions tissulaires) au cours d un second contact avec l Ag. Allergie = Hypersensibilité de type I Ag en cause = allergène: origine très diverse (pollens, spores, produits d insectes, certains médicaments, aliments) aucune parenté structurale 2 phases correspondant aux 2 contacts successifs avec l allergène: Sensibilisation puis réaction allergique.

86 Les mécanismes de l allergie Le premier contact avec l Ag induit une réponse humorale classique spécifique contre l allergène. Seule particularité: Les plasmocytes produisent des IgE Les IgE se fixent à la membrane des mastocytes via le récepteur FC - Le deuxième contact avec l Ag provoque un cross linking des IgE à la surface des mastocytes. - La transduction du signal aboutit à La dégranulation des mastocytes => libération d amines vasoactives (histamine). La production de prostaglandines et leucotriènes (dérivés lipidiques) Amines vasoactives Prostaglandines leucotriènes Sensibilisation Réaction allergique Histamine + PG + LT => choc anaphylactique: Action sur les muscles lisses: Vasodilatation (chute de P), bronchoconstriction (difficulté respiratoire) Augmentation de perméabilité vasculaire

87 IV- Les dysfonctionnements du S.I. 2- Quand le système manque à l appel: Les immunodéficiences a- Les immunodéficiences congénitales = primaires Mutations affectant la différenciation des cellules immunitaires (immunopoïèse) Le fonctionnement des cellules immunitaires (réponses immunes) Le développement des organes lymphoïdes Plus le gène défectueux intervient en amont, plus le déficit est généralisé.

88 Les immunodéficiences congénitales: Aperçu d ensemble Déficits dans la lignée myéloïde phagocytes déficients Déficits dans la lignée B Réponses spécifiques humorales déficientes Déficits dans les lignées B et/ou T Réponses spécifiques déficientes

89 Déficits dans la lignée myéloïde => phagocytes déficients Production insuffisante de GM-CSF => Pas de neutrophiles Voie oxydative de la phagocytose défectueuse => Impossibilité de tuer les bactéries phagocytées Séquestration des leucocytes dans le sang

90 Déficits dans les lignées B et/ou T: => Réponses spécifiques déficientes Déficience immunitaire combinée sévère (SCID) Autres Gènes RAG-1 ou 2 défectueux =>?? Gène du récepteur de l IL2 défectueux =>?? Pas de développement du thymus =>?? Déficiences SCID-like: Pas d expression du CMH II =>?? Mutation du gène TAP =>?? (Cytosquelette défectueux)

91 Déficits dans la lignée B Réponses spécifiques humorales déficientes Protéine Btk (transduction) défectueuse => Pas de LB mature Pas de différenciation plasmocytaire Origine inconnue Protéine CD40-L défectueuse sur LTH (Signal 2 pour LB) => Pas de réponse B

92 IV-2- b- Les immunodéficiences acquises (= secondaires) Origine chimique: Exposition à des médicaments: corticostéroïdes (lutte contre MAI) cyclosporine A (lutte contre rejet de greffe) Origine biologique: Exemple du HIV

93 Conclusion: Approche évolutive des systèmes de défense dans le monde vivant Tous les êtres vivants connus possèdent des mécanismes de défense contre les agents infectieux: Universalité Les grandes innovations: Organismes pluricellulaires: Immunité innée Les animaux: Phagocytose Les Vertébrés: Immunité acquise (LT, LB, BCR, TCR et CMH) Mécanismes de diversification des répertoires lymphocytaires: Réarrangements ou conversion génique.

94 VERTEBRES ARTHROPODES TUNICIERS?? MOLLUSQUES?? ECHINODERMES??? ANNELIDES NEMERTES CNIDAIRES SPONGIAIRES PLANTES Deutero stomiens Proto stomiens Métazoaires PROTOZOAIRES PLATHELMINTHES?? Molécules de défense Phagocytose Rejet d'allogreffes Molécules du CMH Anticorps Lymphocytes T Phylogenèse et immunologie

95 La superfamille des immunoglobulines: Une famille multigénique spécifique des Vertébrés Parenté structurale: Glycoprotéines membranaires ou solubles Possession d un ou plusieurs domaines de type Ig: Environ 110 aas Structure tridimensionelle: 2 feuillets (un à 3 brins et l autre à 4 brins) reliés par un pont S-S Parenté fonctionnelle: Protéines de reconnaissance ou d adhésion intercellulaire Histoire: Duplication d un gène ancestral et divergence