Anatomie fonctionnelle des lymphocytes Dr Sébastien Lepers

Anatomie fonctionnelle des lymphocytes Dr Sébastien Lepers MSBM / 29.11.2001

Immunité Ensemble des mécanismes biologiques permettant à un organisme pluricellulaire de maintenir la cohérence des cellules et tissus qui le constituent d assurer son intégrité en éliminant ses propres constituants qui sont altérés, et les substances étrangères et agents infectieux auxquels il est exposé.

Effraction Effraction des des barrières barrières naturelles naturelles Notion Notion de de danger danger et et d'urgence d'urgence Mise en place de la la défense Réponse immédiate = 1 Réponse non spécifique (réaction inflammatoire) Effecteurs primaires Plaquettes, coagulation Cellules endothéliales Médiateurs de l inflammation Protéines de l'inflammation Complément Effecteurs cellulaires Polynucléaires Neutrophiles Macrophages Réponse Réponse adaptée adaptée Réponse spécifique 2 Besoin de de temps pour pour être être efficace Immunité Immunité acquise acquise

Reconnaissance Le système immunitaire distingue le «soi» du «non soi» Molécule étrangère Autre soi microorganismes Cellule anormale Spécificité Mémoire

Les différents types cellulaires du système immunitaire Polynucléaires neutrophiles BCR NK éosinophiles basophiles Mastocytes Lymphocytes TCR communication Cellules présentatrices d antigène professionnelles monocytes macrophages Cellules dendritiques Dendrocytes CDF CL CD tissulaires CID Lc B Lc T CD4/CD8

Origine des cellules du Système Immunitaire Extrait de "IMMUNOLOGIE, REVILLARD. 4ème édition. Deboeck Université

Origine des cellules du Système Immunitaire : Les cellule Dendritiques Différenciation in vitro Progéniteur CD34+ GM-CSF + TNF-α GM-CSF Monocyte CD14+ GM-CSF CD Immature CD1+ + IL-4 Antigène TNFα IL-1 LPS CD mature Interdigitée CD1- Précurseur lymphoïde CD? IL-3 Plasmocytoïde Cellules folliculaires dendritiques CD45neg origine non hématopoïétique Expriment des récepteurs du complément Expriment les Rc pour les IgG : CD16 CD32 CD64 Expriment des marqueurs B : CD19 CD20 CD40 ORIGINE? Cellules stromales Cellules périphériques transportant l antigène Organe lymphoïde primaire

Répartition des Lymphocytes Isolés - Sang - Lymphe - Tissu regroupés - Organes lymphoïdes encapsulés - Formations lymphoïdes associées aux muqueuses (MALT) Centraux / Primaires Lymphopoïèse Maturation non Xénoantigène-dépendante Foie fœtal ( 6ème mois) Moëlle osseuse : lymphopoièse T&B Thymus: lymphopoièse T Périphériques / Secondaires Elaboration des réponses immunitaires spécifiques Maturation xénoantigène-dépendante Ganglions lymphatiques Rate Système MALT Moëlle osseuse : ( Ac)

Compartiment sanguin <1% des lymphocytes 50% de lymphocytes transitent par Le sang chaque jour Circulation Contrôle de l homéostasie 900 à 4000 Lc/mm 3 Lc T : 70% Lc B : 15% Cellules NK : 15% Lymphe : 5 à 10% des lymphocytes

Thymus : 2 lobes 98% de Lc T 2% de Lc B Différenciation des prothymocytes Réarrangement des gènes codant pour le TcR Sélection thymique / CMH Cortex NK NKT Tγδ Lc T Sélection positive CD4+CD8+ CD4+ ou CD8+ MedullaSélection négative Apoptose >95% des thymocytes L o b u l e Circulation Moelle osseuse Hématopoièse Différenciation des Lc B Apoptose Lc Bµ/δ Plasmocytes Production des Ac

La rate Extrait de "Immunologie Roitt, Brostoff, Male. Deboeck Université, 3ème édition. Zone riche en cellules B Zone marginale Zone T périartériolaire 40% de Lc T 40% de Lc B 10% de NK

Ganglions lymphatiques Exclusion des pathogènes Développement de la réponse immunitaire spécifique 70% de Lc T 20% de Lc B 5% de NK Canal thoracique Extrait de "Immunologie Roitt, Brostoff, Male. Deboeck Université, 3ème édition. Canal thoracique : Débit : 2 à 5 x 10 10 Lc / 24h

Tissu lymphoïde associé aux muqueuses BALT Formations lymphoïdes organisées ou diffuses Anneau de Waldeyer (carrefour aéro-digestif) Plaques de Peyer (du duodénum à l iléon) Colon, rectum lamina propria Lc T intra-épithéliaux Absence de voie lymphatique afférente épithélium Follicule lymphoïde Plaque de Peyer Zone T Ganglions mésentériques Lamina propria plasmocytes à IgA Épithélium : Lc T CD8+ (αα ou non) Lc Tγδ

Mise en place de la réponse spécifique Ag Ag CD Ag Phénomène régulé Contraction clonale Carence en facteur de survie Mort par activation Mémoire Ganglion lymphatique Domiciliation Ag Ag Activation Prolifération Différenciation Domiciliation MALT Circulation sanguine Domiciliation Thymus Production d Ac Lymphopoièse

Lc naïfs Lc activés Lc effecteurs Lc Mémoire Stade de différenciation (Capacités fonctionnelles) Adhésion (communication) Domiciliation Signalisation Fonctions relayées par des récepteurs membranaires

Modes d interaction des molécules membranaires Homotypique Hétérotypique Homophile hétérophile Interaction éphémère Affinité +/-. Avidité fonctionnelle :. Affinité forte : ex = récepteurs de cytokine. Faible affinité engagement d un grand nombre de récepteurs. oligomérisation du ligand Avidité. Modification de la conformation ou affinité. Induction de certaines chaines pour des Rc polymériques ou affinité (ex = Récepteur à l IL-2) Spécificité : De nombreuses molécules membranaires peuvent interagir avec plusieurs ligands par différents sites spécifiques.

Dynamique d expression des molécules membranaires Modulation en fonction de l interaction ligand-récepteur, de l état d activation de la cellules, et des sollicitations du milieu extracellulaires Modulation d expression : Induction Modification de la densité à la membrane. Augmentation d expression mobilisation du pool intracytoplasmique induction de synthèse. Internalisation du couple récepteur-ligand +/- recyclage Modification de la distribution à la surface de la membrane Capping Possibilité de produire un récepteur sous une forme ++ Interaction Lc T / CPA Transmembranaire, Membranaire ou soluble par épissage alternatif d un même gène. Possibilité de clivage protéolytique d un récepteur forme soluble Régulation

Propriétés fonctionnelles «Antennes» : captation du message Transduction : délivrance de signaux à l intérieur de la cellule recrutement de protéines kinases et/ou phosphatases Extrait de "Current Opinion in Immunology" Interaction ligands récepteurs : activation indifférence / anergie Mort cellulaire Expression des récepteurs & interactions Capacités fonctionnelles du Lc à un temps donné

Etude des récepteurs : intérêt clinico-biologique Récepteurs Reconnaissance des cellules Définition phénotypique Identification à partir de modèles pathologiques (DI) Caractérisation des fonctions Récepteur pour certains microorganismes pathogènes Intérêt thérapeutique (Ac monoclonaux, récepteurs solubles)

Classification des récepteurs membranaires CD («cluster of differentiation») Absence de relation entre la nomenclature, les familles de molécules et leurs fonctions. 4 grandes familles structurales Les Molécules de la superfamille des Immunoglobulines Les Intégrines Les sélectines Les sialomucines Autres familles structurales Les Molécules de la superfamille des récepteurs de rhodopsine les récepteurs de chimiokines Les Molécules de la superfamille du récepteur de NGF (les ligands de ces molécules forment également une superfamille) Les récepteurs de cytokines

Les Molécules de la superfamille des Immunoglobulines Plus de 70 protéines Unité de base :. Domaine globulaire de 70 à 110 AA organisé en 2 feuillets β anti-parallèles.. Structure tertiaire conservée malgré de grandes divergences de séquences Molécules impliquées dans la reconnaissance des Ag CD64 CD89 CD32 CD16

Lymphocytes T Complexe TCR/CD3 Récepteur T. Hétérodimère αβ (90%) ou γδ (10%). Court segment cytoplasmique, mais ne transmet pas de signal intra-cellulaire. Associé au complexe CD3 (6 chaînes γδ ε 2 ζ 2 ) Possèdant des sites ITAM au niveau de leurs segment intra-cellulaires. Interaction avec des Protéines tyrosine kinases Transduction du signal Associés aux corécepteurs CD4 ou CD8 (Superfamille des Ig) (associés à la protéine tyrosine kinase p56lck) CD4 CMH classe II CD8 CMH classe I NB : CD4 = corécepteur pour le VIH

Lymphocytes B Complexe BCR/CD79 Récepteur B. IgM et IgD. Court segment cytoplasmique, mais ne transmet pas de signal intra-cellulaire. Associé au complexe CD79 (Igα et Igβ) Possèdant des sites ITAM au niveau de leurs segment intra-cellulaires. Interaction avec des Protéines tyrosine kinases de la famille src Transduction du signal Activation par un Ag conformationnel Cellules NK Récepteur activateur (KAR) et inhibiteur (KIR) Récepteurs pour les Ig Cytotoxicité

Molécules contrôlant les signaux d activation des Lc T et Impliquées dans l adhérence des Lc CD54 CD58 CD80 CD86 CD28 CD152 ICOS

Lymphocytes T L activation du Lc T naïf nécessite des signaux de Costimulation complétant le signal cognitif En l absence de costimulation : Anergie / Tolérance CD28 : La principale molécule de costimulation 95% des Lc T CD4 / 50% des Lc T CD8 Ligands : CD80 et CD86 ( les CPA professionnelles et les Lc B activés) L engagement du CD28 : Favorise la production d IL-2 s oppose à la mort prématurée des Lc T activés CD152 : Structure analogue au CD28 Engagement par CD80 et CD86 signaux inhibiteurs de l activation et de la prolifération CD2 : Ligands : CD58 (LFA3) exprimés par les Lc T et les Cellules NK. Adhérence Transduction de signaux complémentaires

Les molécules ICAM et VCAM ICAM-1 (CD54). Distribution large. Exprimé en base mais à faible niveau sur les cellules endothéliales. Inductible(après délai de 12 à 24h). ICAM-2 (CD102). Expression constitutive sur les cellules endothéliales ICAM-3 (CD50). Expression constitutive sur les cellules mononucléées VCAM-1. Inductible sur cellules endothéliales (délai : 6 à 10 minutes) Adhérence cellulaire Ligands = molécules de la famille des intégrines

Les Intégrines Glycoprotéines transmembranaires liées au cytosquelette de la cellule. Structure hétérodimérique : Liaison non covalente de deux sous-unités α et β Classement par sous-famille selon l expression de la chaîne β. Chaîne α spécifique. 8 Chaînes β et près de 15 chaînes α Chaîne α : partie N-terminale (extra-cellulaire) 7 tandems repeats de 60 AA 3 à 4 sites de fixation des cations bivalents (Ca ++, mg ++ ) Chaîne β : région intra-cytoplasmique phosphorylée après liaison de l intégrine avec son ligand. Fonction essentielle des intégrines leucocytaires : = l adhérence intercellulaire entre cellules et matrice extracellulaire Agrégation plaquettaire inflammation cicatrisation migration cellulaire réponses immunitaires

3 sous-familles principales : β1 intégrines β2 intégrines β7 intégrines β 1 intégrines (molécules VLA «very late antigens») chaîne β1 commune = CD29 Chaîne α1 à α6. Expression induite tardivement au cours de la réponse immunitaire Permettent l adhérence des lymphocytes activés aux protéines de la matrice extra-cellulaire ex : VLA-4 (Cd49d/Cd29) VCAM-1 lymphocytes fibronectine PN éosinophiles macrophages β 2 intégrines (CD11/CD18) Déficit immunitaire chaîne β2 commune = CD18 / Chaîne α : CD11a - CD11b - CD11c LAD PN neutrophiles CD11a/CD18 = LFA-1 Sur les leucocytes circulants / plaquettes Expression modulée / activation CD11b/CD18 (MAC1) = CR3 CD11c/CD18 (CR4) Margination des leucocytes migration trans-endothéliale ICAM1 (CD54) ICAM2 (CD102) ICAM3 (CD50) β 7 intégrines α4β7 Exprimé au niveau des Lc intra-muqueux molécule de domiciliation MadCAM (sialomucine)

Les Sélectines Structure : 1 domaine extramembranaire 1 domaine de type lectine 1 domaine homologue de l EGF 1 séquence répétitive (analogue à celle des protéines régulatrices du Complément 1 domaine transmembranaire 1 domaine cytoplasmique NH2 COOH Adhérence cellulaire à l endothélium Sélectine L (CD62-L, LAM-1, LECAM-1). Exprimée sur tous les leucocytes de manière constitutive. Lc : Lc tissulaires et de la rate Lc circulants naïfs Lc T mémoire centrale. Ligands : gly-cam-1 CD34 MadCAM-1. Forme soluble. Rôle spécifique dans la migration des Lc dans les ganglions Périphériques au niveau des veinules post-capillaires (cellules endothéliales hautes)

Sélectine P (CD62-P, LECAM-3, GMP140) Stockée dans les granules α des plaquettes et les corps de Weibel-Palade des cellules endothéliales. Translocation rapide et expression à la surface de l endothélium Activé (Thrombine, Histamine). Endocytose rapide (après 20 à 30 Minutes). Interaction avec des sucres, notamment sialyl Lewis X des monocytes, PNN, et Lc épidermotropes. Sélectine E (CD62-E, LECAM-2, ELAM-1) Expression induite et durable(synthèse de novo) sur les cellules endothéliales dans des sites d inflammation (IL-1β, TNF-α, LPS). Interaction avec des sucres, notamment des oligosaccharides sialylés Lewis X des monocytes, PNN, et certaines cellules T CD4 mémoire.

Les adressines vasculaires GlyCAM-1 HEV des ganglions périphériques MadCAM-1. HEV des ganglions mésentériques et des plaques de Peyer. Cellules endothéliales plates de la lamina propria CD34 HEV des ganglions périphériques CD62-L α4β7 CD62-L Les molécules de la famille CD44 (Leucocytes) Récepteurs des hyaluronates (matrice extracellulaire, endothélium des veinules post-capillaires) Multiples isoformes gène : 20 exons épissage alternatif migration des lymphocytes vers les ganglions phénotype métastatique de certains adénocarcinomes PECAM-1 (CD31) migration des lymphocytes vers les tissus

Les Molécules de la superfamille des récepteurs de rhodopsine Les récepteurs des leucotriènes et du PAF-acether les récepteurs de chimiokines Récepteur à 7 domaines transmembranaires Chimiokines : protéines de bas poids moléculaire contrôlant la migration cellulaire. Sécrétées par les cellules endothéliales en particulier Protéine G trimèrique Gi

Extrait de "IMMUNOLOGIE, REVILLARD. 4ème édition. Deboeck Université

Les Molécules de la superfamille des récepteurs de rhodopsine Les récepteurs des leucotriènes et du PAF-acether les récepteurs de chimiokines Récepteur à 7 domaines transmembranaires Chimiokines : protéines de bas poids moléculaire contrôlant la migration cellulaire. Sécrétées par les cellules endothéliales en particulier Protéine G trimèrique Gi Les Molécules de la superfamille du récepteur de NGF et leurs ligands (4-1BBL) CD154 CD137L T + B CD40 CD137 Commutation de classes (4-1BB) (OX40L) CD134L CD134 (OX40) CD95L - CD95 Apoptose

Les récepteurs de cytokines Plusieurs familles Récepteurs hématopoïétique de classe I et II La famille des récepteurs de NGF Les Récepteurs de la superfamille des Ig Extrait de "IMMUNOLOGIE, REVILLARD. 4ème édition. Deboeck Université

Mise en place de la réponse spécifique Ag CD Ag Ag Ganglion lymphatique Ag Ag Domiciliation Circulation sanguine Thymus Production d Ac Lymphopoièse

Domiciliation des Lc au niveau des ganglions Epithélium à cellules hautes et cubiques (HEV) 1 Contact GlyCAM / L-Sélectine MadCAM / L-Sélectine 2 Activation Des Lc Activation induite par l interaction CCL21 / CCR7 Lc T naïfs Lc T Mémoire centrale Redistribution des intégrines 3 Adhérence irréversible Diapédèse ICAM-1 et 2 / LFA-1 MadCAM / α4β7

Activation du Lc T Formation de la synapse Immunologique CPA / Lc T TCR CD4 puis CD28 CD2 c-smac p-smac CD11a/CD18 CD43 CD45 Cellules NK : absence de synapse

Migration extra-vasculaire des Cellules sanguines au Cours des processus inflammatoire. ICAM-1 ICAM-2 VCAM-1 PECAM-1 Extrait de "IMMUNOLOGIE, REVILLARD. 4ème édition. Deboeck Université

Domiciliation des Lc éduqués Mémoire centrale Sang et lymphe Mémoire effectrice Sang et Tissu Lc B : Lc B à mémoire Plasmocytes Lc T : Lc T CD4 ou CD8 CCR7 +/ CCL21 CCL19 CD45RO+ Lc T CD4 ou CD8 CCR7neg CD45RO+ CCR4+ α4β7+ CLA+ CCR5+ α4β7+ CLAneg Peau Muqueuses

Référence IMMUNOLOGIE REVILLARD 4ème édition Deboeck Université