TP n 17 La réaction inflammatoire : un exemple de réponse innée Thème 3-A-1 Une inflammation est une réaction de défense immunitaire stéréotypée du corps à une agression (infection, brûlure, allergie...) Elle se manifeste toujours par un gonflement, une rougeur, une douleur et une augmentation de la température au niveau du site infecté. Ces symptômes sont associés à un afflux de plasma sanguin vers ce site. On cherche à comprendre le déroulement de cette réaction et les acteurs mis en jeu lors de sa réalisation Mise en situation et recherches à mener Monsieur X se blesse au doigt en taillant ses rosiers. La plaie a peu saigné. Deux jours plus tard, il a mal, sa plaie est gonflée, rouge, purulente. Il se présente aux urgences. Jeune interne, vous diagnostiquez facilement une réaction inflammatoire et vous lui prescrivez de l ibuprofène. Les résultats de votre étude sont donnés ci-dessous. A partir des ressources proposées et du matériel fourni, expliquer l origine des quatre symptômes de la réaction inflammatoire ; indiquer les acteurs et les mécanismes mis en jeu lors de cette réaction ; justifier la prescription d ibuprofène. Etape 1 : Extraire des informations du réel D après les données des documents 1 et 4, indiquer les modifications de la peau lors d une inflammation aiguë et proposer une explication des symptômes observés au niveau d une zone infectée. Repérer à partir de l analyse sanguine de M. X (document 2), les cellules sanguines mobilisées lors de la réaction inflammatoire. Etape 2 : Effectuer un protocole Réaliser un frottis sanguin de M. X en suivant la fiche protocole APPELER LE PROFESSEUR Observer votre préparation au microscope optique. En vous aidant de la fiche de détermination, recenser les différents types cellulaires de cette préparation. Etape 3 : Extraire des informations des documents A partir de l ensemble des informations tirées des documents ressources 1 à 6 et de vos observations, proposez un scénario de la réaction inflammatoire. Etape 4 : Extraire des informations du réel D après les données des documents 7 à 9, indiquer le rôle de l enzyme COX et proposer une explication au rôle anti-inflammatoire de l aspirine. Proposer une stratégie mettant en évidence que l ibuprofène a une action équivalente à celle de l aspirine. Etape 5 : Mettre en œuvre un protocole Réaliser le protocole d observation des modèles moléculaires de l enzyme COX liées à différentes molécules : acide arachidonique, aspirine et ibuprofène Etape 6 : Exploiter les résultats obtenus Exploiter les résultats obtenus pour justifier de l utilisation de l ibuprofène dans le cas de la blessure de M. X
Documents ressources Document 1 : coupe transversale du derme dans une peau saine (à gauche) et dans la peau infectée de M. X (à droite) Document 2 : Résultats d une prise de sang chez un individu sain et chez M. X. Document 3 : Les cellules sentinelles et leurs rôles. Les cellules sentinelles sont des cellules immunitaires qui résident en permanence dans les tissus, même lorsque ces derniers ne sont pas lésés ou infectés. Ces cellules expriment sur leur membrane plasmique une dizaine de récepteurs dits de l immunité innée (appelés PRR). Ces récepteurs reconnaissent par exemple des composants de la paroi des bactéries (appelés PAMP). Si la reconnaissance a lieu, les cellules sentinelles sont activées et libèrent des médiateurs chimiques de l inflammation, c est-à-dire des molécules contribuant à la réaction inflammatoire.
Documents ressources Document 4 : Les médiateurs chimiques impliqués dans la réaction inflammatoire aigüe Par exemple, les mastocytes présentent dans leur cytoplasme des granulations contenant des substances chimiques comme l histamine. Un mastocyte activé libère dans le milieu environnant de l histamine qui a un effet vasodilatateur (= dilatation des vaisseaux) ce qui provoque un afflux de sang expliquant la rougeur et la chaleur au niveau de la plaie. Cette dilatation des vaisseaux sanguins entraîne une sortie de plasma sanguin dans les tissus avoisinants à l origine du gonflement (oedème). Autrement dit, l histamine augmente aussi la perméabilité vasculaire. D autres médiateurs chimiques peuvent être libérés : - Les prostaglandines : Elles ont aussi un effet vasodilatateur (+ augmentent la perméabilité vasculaire) et elles stimulent les récepteurs sensoriels de la douleur appelés nocicepteurs. Elles ont également une action sur des neurones hypothalamiques qui contrôlent la température corporelle, ce qui entraine la fièvre. - Les chimiokines et cytokines attirent d autres cellules sur le lieu de l inflammation par chimiotactisme. La sortie des cellules des vaisseaux sanguins pour se rendre sur le lieu de l inflammation porte le nom de diapédèse. Ces médiateurs chimiques permettent aussi de déclencher la phagocytose. Document 5 : Animation simplifiée de la réaction inflammatoire Visualiser l animation suivante : RI_simplifie.swf Document 6 : L élimination de l agresseur par phagocytose Granulocytes, cellules dendritiques et macrophages sont parfois regroupées sous le nom de phagocytes car elles sont toutes douées de phagocytose, c est-à-dire la capacité de reconnaitre un agent infectieux, de l englober dans leur cytoplasme puis de le digérer. La phagocytose est la première défense mise en place pour s opposer à la multiplication de l agent infectieux. Lorsque l infection est importante, il se crée un mélange de bactéries et de phagocytes morts qui constitue le pus. Visualiser l animation suivante : phagocytose.swf
Document 7 : la chaine de biosynthèse des prostaglandines Parmi les molécules synthétisées lors de la réaction inflammatoire aiguë, certaines prostaglandines provoquent une vasodilatation et une augmentation de la perméabilité capillaire, et contribuent ainsi à l apparition des symptômes inflammatoires. Les étapes de la synthèse des prostaglandines à partir de molécules de la membrane d une cellule sécrétrice sont représentées dans le document suivant : Documents ressources Depuis l Antiquité, on utilisait des décoctions de saule pour calmer la douleur et la fièvre. On sait aujourd hui que cette propriété est due à la présence dans l écorce de cet arbre d un acide : l acide salicylique. L aspirine est de l acide acétylsalicylique, c est un des antiinflammatoires non-stéroïdiens (AINS) les plus utilisés. Document 8 : Influence de l aspirine sur l activité de l enzyme cyclo-oxygénase (COX) On mesure l activité de l enzyme COX en présence de concentrations croissantes d aspirine (10-7 à 10-3 μm = μmol/l). N.B : Les valeurs sont données en pourcentage d activité de la COX, le maximum étant attribué en l absence d aspirine. L apparition d intolérance à l aspirine a conduit depuis quelques années le milieu médical à lui préférer un autre AINS, l ibuprofène.
Document 9 : la réaction enzyme substrat Pour catalyser la réaction métabolique, l enzyme (COX) doit rentrer en contact avec la molécule de substrat (acide arachidonique) qui lui est spécifique pour former un complexe enzyme-substrat. Cette liaison avec la molécule de substrat conduit à la libération des produits de la réaction (prostaglandines). Ce contact s établit au niveau du site actif : zone particulière de l enzyme, complémentaire de forme de la molécule de substrat (acide arachidonique). Des études de biologie moléculaire ont déterminé que seuls certains acides aminés du site actif, dont on connait la position, assurent une liaison temporaire avec le substrat spécifique pour permettre le déroulement de la réaction. Documents ressources Matériel envisageable : - fichiers de modélisation moléculaires des complexes : «enzyme COX- acide_arachidonique» : fichier «cox_acide_arachidonique.pdb» «enzyme COX-ibuprofène» : fichier «cox_ibuprofene.pdb» «enzyme COX-aspirine» : fichier «cox_aspirine.pdb» - logiciel de modélisation moléculaire et sa fiche technique : Rastop Représentation schématique du site actif de l enzyme COX et des acides aminés assurant une liaison temporaire avec le substrat spécifique.
Fiche de détermination des cellules immunitaires Leucocyte Microphotographie Diamètre moyen Rôles principaux Cellule dendritique Variable Phagocytose CPA Sécrétion de médiateurs chimiques Granulocyte 12 à 14 µm Phagocytose Sécrétion de médiateurs chimiques Lymphocyte 7 à 9 µm Réponse immunitaire adaptative (cf. chapitre 11) Monocyte devient un macrophage lorsqu il quitte le système circulatoire. 30 à 60 µm Phagocytose Sécrétion de médiateurs chimiques Mastocyte 8 à 20 µm Sécrétion de médiateurs chimiques de l inflammation (histamine et prostaglandine)
Fiche protocole : réalisation d un frottis sanguin
Protocole d observation du site actif de l enzyme COX sur différents substrats Mettre en œuvre le protocole ci-dessous pour traiter des modèles moléculaires afin de montrer que l ibuprofène a une action équivalente à celle de l aspirine pour empêcher la transformation de l acide arachidonique en prostaglandine par l enzyme COX. Appeler l examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide. 1. Ouvrir avec RASTOP les fichiers «cox_ibuprofene.pdb», «cox_aspirine.pdb» et «cox_acide_arachidonique.pdb», pour obtenir à l écran l affichage des modèles de l enzyme COX liée à un fragment soit de l acide arachidonique, soit de l aspirine soit de l ibuprofène. 2. Colorer les différentes chaînes composant les molécules de chacun des fichiers proposés : atomes/ colorer par / chaîne. 3. Sélectionner et entrer les numéros (séparés d une virgule) des acides aminés appartenant au site actif au sein de chaque modèle de l enzyme COX dans les trois complexes «cox_ibuprofene.pdb», «cox_aspirine.pdb» et «cox_acide_arachidonique.pdb» puis les colorer et changer l affichage. 5. Sélectionner les molécules ACD (acide arachidonique) : taper acd dans la fenêtre de l icône «expression», IBP (ibuprofène) et SAL (aspirine) dans chacun des trois complexes «cox_acide_arachidonique.pdb», «cox_ibuprofene.pdb» et «cox_aspirine.pdb» puis les colorer et changer l affichage de ces molécules. Pour colorer : La sélection d'une couleur pour les atomes dans la palette termine la mise en évidence de l acide aminé sélectionné. Pour changer d affichage : Afficher en sphères de Van der Waals avec le bouton :