PHÉNOTYPE, DIFFÉRENCIATION, CIRCULATION ET HOMÉOSTASIE DES CELLULES DU SYSTÈME IMMUNITAIRE

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1 PHÉNOTYPE, DIFFÉRENCIATION, CIRCULATION ET HOMÉOSTASIE DES CELLULES DU SYSTÈME IMMUNITAIRE 1. Les lymphocytes T Les lymphocytes T et B, qui sont les seules cellules de l'organisme à avoir des récepteurs pour l'antigène à leur surface, sont responsables de l'immunité spécifique ou adaptative Ontogénèse des lymphocytes T - troisième semaine de vie embryonnaire: présence dans le foie de cellules souches hématopoïétiques pluripotentes (migration vers la moelle osseuse au troisième mois) - septième semaine: colonisation du thymus par des cellules souches hématopoïétiques devenant des thymocytes et des lymphocytes T 1.2. Maturation des lymphocytes T [Figure 1] Dans le thymus, les thymocytes traversent le cortex puis la médullaire. La maturation des lymphocytes T au niveau du thymus est marquée par trois types d'événements: Modification de marqueurs membranaires de différenciation (clusters of differentiation = CD) - disparition du marqueur de cellule souche hématopoïétique 4 ; - apparition provisoire du marqueur, glycoprotéine transmembranaire présente à la surface des thymocytes et absente de la surface des lymphocytes T périphériques - apparition des marqueurs spécifiques des cellules T : TCR et. Réarrangement des gènes codant pour le TCR (récepteur pour l'antigène à la surface des cellules T) Sélections clonales Lymphocytes T périphériques A la sortie du thymus, les lymphocytes T gagnent la périphérie. Morphologie: cellules de 8 µm de diamètre, avec un grand noyau à chromatine dense et un cytoplasme mince. Marqueurs membranaires: [Figure 2] - marqueurs T spécifiques : TCR et. - autres marqueurs : - molécules délivrant un signal d'activation au lymphocyte T à la suite de leur interaction avec une molécule à la surface d'une autre cellule (cf. Chapitre 6) :,, 8, 0L, 1a/8. - molécule ou, appartenant à la superfamille des immunoglobulines, interagissant avec les molécules HLA de classe II et de classe I respectivement. Sous-populations: - T auxiliaires ("T helper", Th), +, représentant 55% des lymphocytes T périphériques, elle-mêmes subdivisées en: Th1, produisant les cytokines IL-2 et IFNγ, favorisant l'immunité cellulaire Th2, produisant plusieurs cytokines dont l'il-4 et l'il-10, favorisant l'immunité humorale Th17, produisant l'il-17, favorisant inflammation et auto-immunité - T cytotoxiques, +, représentant 35% des lymphocytes T périphériques - T régulatrices (Treg), exprimant FoxP3, capables d inhiber l activation des autres cellules T +. Prothymocyte Cortex thymique Thymocyte cortical Médullaire thymique Moelle osseuse 4 Rérrangement du TCR Sélections clonales Lymphocytes T périphériques Figure 1. Schéma de la maturation intra-thymique des lymphocytes T - T mémoire et T vierge ayant ou n'ayant pas été stimulé par l'antigène 1

2 - T à TCR αβ et T à TCR γδ. G0 G1 S/G2 M 96 h 24 h h 8 T auxiliaire cytotoxique transformation blastique 5 CD71 HLA-DR Figure 3. Cycle d'activation des lymphocytes T 2. Lymphocytes B 0L Figure 2. Principaux marqueurs membranaires des lymphocytes T Activation des lymphocytes T Dans certaines circonstances, les lymphocytes T sont activés. Le niveau d'activation dépend du type du stimulus et plusieurs événements marquent cette activation Stimulus : Antigène. Superantigène, liant le TCR en dehors du site de reconnaissance de l'antigène. Mitogène, lectine liant des récepteurs à la surface des cellules T (ex: phytohémagglutinine, concanavaline A). Cellules allogéniques (réaction lymphocytaire mixte in vitro, cf. Chapitre 11). Anticorps spécifiques de certaines molécules de surface Effets Entrée dans le cycle cellulaire [Figure 3]. Transformation morphologique : transformation blastique (augmentation de taille et décondensation de la chromatine durant la phase G1). Apparition de marqueurs membranaires [Figure 2] : - apparition des molécules 5, chaîne α du récepteur pour l IL-2 ; - apparition des molécules CD71 (récepteur pour la transferrine) à la phase G2 ; - apparition des molécules HLA-DR à la phase M ; - augmentation de l'expression membranaire de certaines molécules de surface : 0L, 1a/8. Production de cytokines. Devenir : - soit différenciation en cellule T effectrice - soit différenciation en cellule T mémoire - soit mort cellulaire. Par définition, les lymphocytes B sont les cellules qui synthétisent des immunoglobulines et les expriment à leur surface Ontogénèse et maturation des lymphocytes B Durant la vie foetale, le foie produit les lymphocytes B. Après la naissance, c'est la moelle osseuse qui assure leur production. L'environnement de la moelle osseuse est responsable de la maturation des lymphocytes B. La différenciation des lymphocytes B à partir des cellules souches hématopoïétiques en cellule pro-b, puis pré-b, puis B immature et enfin B mature est marquée par plusieurs événements : Modification de marqueurs membranaires de différenciation [Figure 4] : Moelle osseuse Cellule souche Pro-B Pré-B B immature Périphérie B mature Plasmocyte 4 0 IgM IgD IgM Cµ 4 Y Ig Rérrangement du BCR Figure 4. Schéma de la maturation des lymphocytes B 2

3 - disparition du marqueur de cellule souche hématopoïétique 4 - apparition provisoire du marqueur 0 - apparition des marqueurs spécifiques des cellules B : Ig de surface servant de récepteur pour l antigène (BCR), (associé à 1), 0 (canal ionique), 1 (CR2, récepteur pour le complément). Réarrangement des gènes des immunoglobulines qui a lieu aux stades pro-b et pré-b, permettant l'expression du BCR Sélection clonale négative Lymphocytes B périphériques Morphologie: identique à celle des lymphocytes T. Marqueurs membranaires : - BCR,, 0, - récepteurs pour la partie constante des IgG (2), - HLA de classe II, - 0, - récepteurs pour le complément CR1 (5) et CR2 (1). Sous-populations : rares cellules B +, dont les BCR ne sont pas mutés, et qui synthétisent des anticorps polyréactifs pouvant être des autoanticorps Activation des lymphocytes B Stimulus : Antigène Mitogène : mitogène du pokeweed, protéine A du staphylocoque Cowan 1 Virus d'epstein-barr Anticorps spécifiques de certaines molécules de surface (ex: anti-0) Effets : Entrée dans le cycle cellulaire Transformation blastique Production de cytokines Commutation isotypique et mutations somatiques du BCR Expression de marqueurs membranaires : 3 (récepteur pour la partie constante des IgE), 5, 0, 0 (ligand de 8) Différenciation en plasmocyte : - cellule excrétrice d'anticorps (Ig intracytoplasmiques), - morphologie propre, - marqueurs membranaires : absence d'ig de surface, de, de 0, de 1, d'hla- DR Apparition de cellules B mémoires. 3. Cellules NK Les cellules NK sont une population hétérogène définie par leur propriété cytotoxique Ontogénie et maturation des cellules NK Les cellules NK proviennent de précurseurs hématopoïétiques et ont une maturation extrathymique Aspects morphologiques - dans la circulation, grands lymphocytes à granules intracytoplasmiques ("large granular lymphocytes", LGL) - après activation, transformation en cellules LAK ("lymphokine activated killer cell") Marqueurs membranaires -, - 6 (récepteur pour la partie Fc constante des IgG), 6 (molécule d adhésion), sur certaines sous-populations NK - récepteurs activant la cytotoxicité des cellules NK : NKp30, NKp44 et NKp46 reconnaissant des molécules à la surface de la cellule cible - récepteurs inhibant la cytotoxicité des cellules NK : KIR, CD94 et ILT2 reconnaissant certaines molécules HLA de classe I sur la cellule cible empêchant ainsi la lyse de cellules normales Activités - cytotoxicité cellulaire "naturelle", non spécifique d'antigène. - cytotoxicité à médiation cellulaire dépendant d'anticorps ("antibody dependent cell cytotoxicity", ADCC): les cellules NK peuvent fixer, par leurs récepteurs pour la partie constante des immunoglobulines, des anticorps liés à des antigène membranaires à la surface de cellules et lyser les cellules; les cellules NK sont parfois appelées dans ce cas cellules K ("killer") - production de cytokines 4. Cellules présentant l'antigène Plusieurs types de cellules sont spécialisés dans la présentation des antigènes aux lymphocytes T et B. Toutes ces cellules ont à leur surface des molécules HLA de classe II Monocytes Origine : moelle osseuse, cellule souche hématopoïétique commune avec les granulocytes. Morphologie : diamètre de 9-16 µm, noyau excentré, cytoplasme riche en mitochondries et en lysosomes. Marqueurs membranaires : 4 (récepteur pour les lipopolysaccharides), CD64 (récepteur pour la partie constante des IgG) et récepteurs pour le complément. Localisation : les monocytes sont en transit dans le sang vers les tissus où ils vont se différencier en macrophages de façon irréversible sous l'effet de divers signaux (cytokines, facteurs du complément, produits bactériens). 3

4 4.2. Macrophages [Figure 5] Morphologie: - diamètre de µm - morphologie particulière: cellules épithélioïdes des granulomes, cellules géantes multinucléées Localisation tissulaire : tissu conjonctif (histiocytes), foie (cellules de Kupffer), système nerveux (microglie), rein (cellules mésangiales), os (ostéoclastes), par exemple. L'ensemble constitue le système réticulo-endothélial. Rôles: - présentation de l'antigène - phagocytose de débris de l'organisme, de particules exogènes, de microbes et microbicidie - métabolisme lipidique Activation: relargage de prostaglandines et de leukotriènes, synthèse de cytokines, de protéases, de facteurs du complément et de facteurs de la coagulation. membranaires de co-activation leur permettant de stimuler les cellules T présentes dans l organe lymphoïde secondaire auxquelles elles présentent l antigène capturé - Production de cytokines : TNFα, IL-1, IL-6, et éventuellement IL Cellules dendritiques folliculaires Origine : ces cellules ne sont pas d'origine hématopoïétique Localisation : rate et ganglions lymphatiques. Les cellules dendritiques folliculaires fixent l'antigène à leur surface sans l'internaliser et le présentent aux cellules B Marqueurs membranaires : les cellules dendritiques folliculaires ont à leur surface le récepteur pour le complément CR3 par lequel elles captent l'antigène au sein d'un complexe immun. 4 4 (ICAM-1) 5 (CR1) 1b/8 (CR3) 4.5. Lymphocytes B Les lymphocytes B peuvent fixer l'antigène par leur BCR, internaliser le complexe antigène/bcr et présenter le peptide antigénique, associé aux molécules HLA de classe II, aux cellules T. 5. Organes lymphoïdes HLA de classe II CD64 (Fc- γ-ri) 2 (Fc- γ-rii) 6 (Fc- γ-riii) Figure 5. Principaux marqueurs membranaires des macrophages 4.3. Cellules dendritiques Les cellules dendritiques sont les cellules présentatrices d'antigène les plus efficaces, en particulier pour stimuler les cellules T vierges. Provenant de la moelle osseuse, elles sont initialement immatures. Ce sont alors des cellules mononucléées ne portant aucun marqueur spécifique des cellules T, B, NK ni des macrophages. Ces cellules se présentant sous deux formes : Cellules dendritiques plasmacytoïdes : présentes dans le sang et les organes lymphoïdes, ce sont les principales sources cellulaires d IFNα Cellules dendritiques myéloïdes : présentes dans les muqueuses (ex: cellules de Langerhans) et les sous-muqueuses. Au contact d antigènes qu elles capturent et dégradent (secondairement à la reconnaissance par des TLR, "Toll-Like Receptor", présents à leur surface, de produits microbiens ou de tissus endommagés), elles deviennent des cellules dendritiques mûres. Cette maturation a plusieurs conséquences : - Modification morphologique : développement de prolongements cytoplasmiques leur permettant de gagner un organe lymphoïde secondaire - Expression de molécules 5.1. Organes lymphoïdes centraux Les organes lymphoïdes centraux sont responsables de la production et/ou de la maturation des cellules lymphoïdes Moelle osseuse - production des cellules souches précurseurs des lymphocytes T et B - différenciation des cellules B Thymus histologie : - formé d'une zone superficielle (cortex) et d'une zone profonde (médullaire). - contient des cellules épithéliales qui sécrètent les hormones thymiques, des macrophages qui phagocytent les thymocytes morts, des cellules dendritiques et des thymocytes. fonction : différenciation des cellules T Organes lymphoïdes périphériques Les organes lymphoïdes secondaires sont le lieu privilégié de la rencontre entre antigènes et lymphocytes, initiant la réponse immunitaire spécifique Ganglions lymphatiques topographie : sur le trajet des vaisseaux lymphatiques ; la lymphe pénètre dans la corticale du ganglion par le vaisseau lymphatique afférent et en ressort au niveau du hile par le vaisseau lymphatique efférent [Figure 6]. 4

5 follicule secondaire avec centre germinatif cortex superficiel médullaire follicule primaire cortex profond Figure 6. Schéma d'une coupe histologique ganglionnaire histologie : les ganglions sont formés de trois zones concentriques : - la médullaire, contenant des plasmocytes et des macrophages. - le cortex profond : - zone de la réponse cellulaire B primaire et de la réponse cellulaire T, dite zone para-corticale T-dépendante. - contient des lymphocytes et des cellules dendritiques. - le cortex superficiel : - zone de la réponse cellulaire B secondaire. - contient des lymphocytes, des macrophages et des cellules dendritiques folliculaires organisés en follicules primaires et, après stimulation antigénique, en follicules secondaires caractérisés par un centre germinatif incluant des lymphoblastes B; les plasmocytes issus de ces follicules passent dans la médullaire du ganglion puis dans le sang pour gagner la moelle osseuse ou le tissu lymphoïde associé aux muqueuses Rate topographie : située en dérivation sur la circulation sanguine. histologie : la fonction immunologique de la rate comme organe lymphoïde secondaire est assurée dans la pulpe blanche qui comprend deux zones : - zone T, centrale, riche en cellules T formant des manchons péri-artériolaires, les corpuscules de Malpighi - zone B, périphérique, constituée de cellules dendritiques folliculaires, de macrophages et de cellules B organisés en follicules primaires et secondaires Tissu lymphoïde associé aux muqueuses formations lymphoïdes associées aux muqueuses, de structure et de fonction proche de celle des ganglions lymphatiques (ex: plaques de Peyer de l'intestin grêle, anneau de Waldeyer du carrefour aéro-digestif = amygdales et végétations adénoïdes). tissu lymphoïde diffus du tissu conjonctif sous épithélial (ex: lamina propria de l'intestin où les plasmocytes provenant des plaques de Peyer synthétisent des IgA, tissu lymphoïde associé aux bronches) Circulation des lymphocytes Après leur sortie de la moelle osseuse ou du thymus, les lymphocytes circulent dans le sang, puis gagnent les tissus et de là les organes lymphoïdes secondaires en franchissant l'endothélium des veinules post-capillaires, puis les vaisseaux lymphatiques, le canal thoracique et enfin retournent dans le sang [Figure 7]. La distribution territoriale et la circulation des lymphocytes est finement régulée par : - les molécules d'adhésion (sélectines, intégrines, molécules de la superfamille des immunoglobulines) déterminant les interactions entre lymphocytes et cellules endothéliales - les chimiokines, cytokines capables d'attirer les lymphocytes vers leurs différents sites de séjour. La circulation lymphocytaire est modifiée lors de l'introduction d'un antigène dans l'organisme. Ceci sous l'effet de certaines cytokines sur les cellules endothéliales et de l'induction de chimiokines, aboutissant à l'afflux de lymphocytes vers le site inflammatoire et vers les organes lymphoïdes secondaires les drainant. Les codes de reconnaissance entre molécules d'adhésion et le jeu des liaisons des chimiokines à leurs récepteurs sont responsables d'une certaine spécificité de distribution territoriale et de circulation des lymphocytes. Foie Rate Bronches Figure 7. Recirculation des lymphocytes Moelle osseuse Lymphatique afférent HEV Lymphatique efférent Ganglion Peau Synoviale Peau Synoviale Amygdales Plaques de Peyer 5