Sciences de la Vie et de la Terre Classe de Terminale S Thème 3A : Le maintien de l intégrité de l organisme Quelques aspects de la réaction immunitaire CHAPITRE 1 : LA REACTION INFLAMMATOIRE, UN EXEMPLE DE REPONSE INNEE Les organismes pluricellulaires sont confrontés à divers types de dangers : infection par des microorganismes (bactéries, virus, champignons), multiplication cellulaire anarchique (cancérisation), agressions physiques ou chimiques. Le système immunitaire contribue à faire face à ces dangers et à maintenir l intégrité de l organisme. Sa fonction principale reste toutefois la lutte contre les microorganismes pathogènes. La réaction inflammatoire est le premier mécanisme à se mettre en place, c est une réponse innée. Pb : En quoi la réaction inflammatoire est-elle un exemple d immunité innée et quelles en sont les caractéristiques? I/ Présentation globale de la réaction immunitaire A) Deux mécanismes immunitaires Chez les vertébrés, deux mécanismes sont mis en jeu, l un inné, l autre acquis par chaque organisme au cours de sa vie. Ø La réponse immunitaire innée, génétiquement héritée, est opérationnelle dés la naissance et ne nécessite aucun apprentissage. Les modes d action sont stéréotypés, sans adaptation particulière aux microorganismes concernés. Ø La réponse immunitaire adaptative, est spécifique des microorganismes rencontrés et se met en place lors de la première rencontre (voir chapitre 2). Cette réponse ne concerne que les vertébrés. B) Des cellules spécialisées dans la défense de l organisme L observation des cellules du sang s effectue simplement par la réalisation d un frottis sanguin. Le sang est composé de trois types de cellules : - Les globules rouges ou hématies ou érythrocytes - Les plaquettes ou thrombocytes - Les globules blancs ou leucocytes Le tableau ci-contre révèle les résultats d une analyse de sang d un sujet atteint d une angine et d un sujet non malade On peut voir que chez un individu malade, on observe une augmentation du taux de leucocytes dans le sang. Ce sont donc les leucocytes (ou globules blancs) qui constituent les cellules de défense de l organisme. Nous verrons par la suite qu il existe plusieurs types de leucocytes, chacun étant spécialisée : - Des cellules phagocytaires (granulocytes, macrophages), cellules dendritiques et mastocytes qui résident dans les tissus ou le sang, détectent l intrusion et permettent la réponse immunitaire innée - Des lymphocytes B et T qui circulent dans le sang et la lymphe et réalisent la réponse immunitaire adaptative 1
C) Des organes impliqués dans le système immunitaire Les organes et tissus lymphoïdes correspondent au lieu de résidence des lymphocytes et d autres cellules du système immunitaire. Ils se distinguent en deux groupes : Ø Les organes lymphoïdes primaires ont la capacité de produire, et/ou de provoquer la prolifération et la maturation des lymphocytes. Ils correspondent à la moelle osseuse et au thymus : ce sont les lieux de formation des cellules de l immunité D) Une longue histoire évolutive Ø Les organes lymphoïdes secondaires sont des lieux de concentration des lymphocytes, au niveau desquels s effectue l activation de la réponse immunitaire adaptative, autrement dit l activation des lymphocytes qui se différencieront en cellules effectrices et cellules mémoires. Parmi eux on peut par exemple compter les ganglions lymphatiques ou la rate L immunité innée est apparue il y a 800 Ma. Chez la plupart des espèces pluricellulaires animales, c est la seule présente. Elle est fondée sur le fait que les cellules immunitaires présentent des récepteurs capables de reconnaître des motifs moléculaires communs à de nombreux microorganismes et très conservés au cours de l évolution. L immunité adaptative va apparaître vers 400 / - 450 Ma chez les vertébrés (moins de 5% des espèces). Elle s ajoute à la précédente et dote ces organismes d une grande diversité de nouveaux récepteurs face à la diversité des microorganismes. BILAN : Tous les animaux pluricellulaires possèdent une immunité innée (génétiquement héritée), peu spécifique, mais qui assure une intervention rapide face à une agression par des micro-organismes. Les vertébrés disposent en outre d une immunité adaptative qui prolonge l immunité innée. Elle s installe lors des premières rencontres avec un micro-organisme donné : elle est ciblée et spécifique de cet agresseur. Ces réponses immunitaires mettent en jeu des cellules spécialisées, qui assurent une veille dans les tissus et le sang : - Cellules phagocytaires, cellules dendritiques et mastocytes dans le cas de l immunité innée - Lymphocytes du sang et de la lymphe dans le cas de l immunité adaptative II/ Description de la réaction inflammatoire A) Des symptômes variés et bien identifiables Suite à une blessure, une infection, un traumatisme, on observe le développement d une réaction inflammatoire. Celle-ci s accompagne presque toujours d une rougeur, d une sensation de chaleur avec gonflement et douleur. Ces symptômes 2
traduisent une dilatation locale des vaisseaux (vasodilatation) avec un afflux de sang (rougeur et chaleur) et une sortie de plasma sanguin et des cellules spécialisées dans les tissus avoisinant à l origine d un gonflement (œdème). La douleur est la conséquence de la stimulation de récepteurs sensoriels spécifiques, les nocicepteurs, localisés dans la peau, les muscles, les articulations et la paroi des viscères. C est une substance (prostaglandine) libérée par les tissus atteints qui déclenche l émission par ces récepteurs de messages nerveux acheminés jusqu au cerveau. La lésion des tissus liée à la pénétration d un corps étranger déclenche des mécanismes complexes et notamment la sécrétion locale de nombreuses substances : ainsi, des cellules spécialisées, les mastocytes, libèrent dans le milieu environnant de l histamine, molécule vasodilatatrice. Ces mécanismes assurent un recrutement, au niveau de la zone infectée, de molécules et de cellules de l immunité innée. B) Le déclenchement de la réaction inflammatoire Des signaux de danger divers peuvent être à l origine du déclenchement d une réaction inflammatoire. Ces signaux peuvent provenir d organismes étrangers mais aussi de cellules déjà présentes dans l organisme mais qui se trouvent modifiées. Ainsi l accumulation dans l ADN d une cellule peut être à l origine de sa transformation en cellule cancéreuse. Ces cellules se multiplient très rapidement et représentent un réel danger pour l organisme. Cette transformation s accompagne de l apparition à la surface des cellules de molécules reconnues comme des signaux de danger par le système immunitaire qui déclenche une réaction inflammatoire sur le site de la tumeur. C) La reconnaissance des agents pathogènes Un certain nombre de motifs moléculaires (appelés récepteurs PAMP) sont communs à de nombreux micro-organismes : composants de la paroi cellulaire pour les bactéries ou les champignons, motifs du génome pour les virus. Or, les cellules de l immunité innée (notamment les cellules, dites sentinelles) possèdent une collection de récepteurs, les récepteurs PRR (pattern Recognition Receptors), qui leur donnent la capacité de reconnaître la majorité de ces motifs moléculaires. D) Les cellules impliquées dans la réaction inflammatoire Nous savons que les cellules immunitaires regroupées sous le terme leucocytes. Certaines cellules circulent dans les tissus afin de repérer des éventuelles intrusions alors que d autres circulent dans le sang. Le tableau ci-dessous résume différentes cellules immunitaires de l immunité innée et leurs fonctions principales : 3
Les leucocytes surlignés sont des leucocytes circulants Cellule Localisation Rôle Microphotographie Electrophotographie Granulocytes Sang Capables de quitter la circulation sanguine afin de réaliser la phagocytose dans les tissus Monocytes Sang Capables de quitter la circulation sanguine afin de rejoindre les tissus, où il se différencie en macrophage Macrophages Tissus Proviennent de la différenciation des monocytes. Capables de réaliser la phagocytose et de présenter les Ag aux lymphocytes T (voir chapitre 2) Mastocytes Tissus Ils sont localisés autour des vaisseaux sanguins. Leurs granules renferment de l histamine, un puissant vasodilatateur. Cellules dendritiques Tissus (organes lymphoïdes secondaires) + sang Ce sont des cellules présentatrices d antigènes qui permettent l activation des lymphocytes T (voir chapitre 2) E) Des médiateurs chimiques pour organiser la réponse immunitaire Suite à une agression (infection, lésion ou cancer) les cellules de l immunité déjà présentes sur le site de l infection sont activées et synthétisent des molécules appelées médiateurs chimiques de l inflammation. Ces molécules permettent le déclenchement de la réaction inflammatoire, sa poursuite et sa diffusion à partir du foyer initial. La libération des médiateurs de l inflammation provoque la dilatation des vaisseaux sanguins et l arrivée en masse de cellules de l immunité innée sur le site inflammatoire. Ces cellules libèrent à leur tour des médiateurs provoquant le recrutement d autres cellules immunitaires sur le site inflammatoire. C est le phénomène d amplification. Certaines substances sont capables d attirer des cellules de l inflammation (chimiokines), d autres vont activer d autres cellules immunitaires ou déclencher la phagocytose (cytokines). L arrivée massive de cellules luttant contre l agression est à l origine des différents symptômes de la réaction inflammatoire. 4
La diapédèse est un exemple de mobilisation des cellules immunitaires par ces substances. Les granulocytes collés à la paroi interne des vaisseaux sont alertés par les chimiokines sécrétées dans le tissu sous-jacent infecté. Ils s insèrent alors entre les cellules de la paroi du vaisseau et vont ainsi à la rencontre de l intrus. F) La phagocytose, une réponse à la multiplication de l agent infectieux Une fois arrivés sur le site inflammatoire, les macrophages et les granulocytes éliminent les agents pathogènes par phagocytose. La phagocytose se déroule en 4 étapes : Ø Etape 1 : L adhérence de la cellule phagocytaire au pathogène est rendue possible par la reconnaissance de molécules communes à un grand nombre de pathogènes grâce à des récepteurs sur les cellules phagocytaires. Ø Etape 2 : L ingestion du pathogène se fait dans une vésicule cytoplasmique Ø Etape 3 : La digestion du pathogène est réalisée jusqu à sa disparition Ø Etape 4 : Une partie des molécules issues de la digestion du pathogène s associe aux récepteurs membranaires du complexe majeur d histocompatibilité (CMH) afin de préparer la réponse immunitaire adaptive si l infection persiste. 5
BILAN : Le premier signe d une infection ou d une lésion des tissus est une réaction inflammatoire locale qui est caractérisée par des symptômes stéréotypés : rougeur, chaleur, gonflement et douleur. Les cellules de l immunité innée ont la capacité de reconnaître la majorité des micro-organismes grâce à leurs récepteurs PRR. Cette reconnaissance induit la libération par ces mêmes cellules de médiateurs chimiques qui attirent et activent d autres cellules de l immunité. La phagocytose est le mécanisme par lequel une cellule englobe et fait disparaître une particule étrangère ou une cellule immunitaire. III/ La préparation de la réponse adaptative A) Les cellules dendritiques et la présentation de l antigène Nous savons que c est grâce à leurs récepteurs PRR que les cellules phagocytaires sont activées par de nombreux motifs moléculaires microbiens. Parmi ces phagocytes, les cellules dendritiques occupent une place de choix découvertes depuis peu. Ces cellules sont présentes dans tous les tissus de l organisme (à l exception du cerveau) ; elles possèdent des prolongements cytoplasmiques longs et mobiles, riches en PRR, qui leur permettent d explorer leur environnement et de détecter efficacement les microorganismes. Par ailleurs, ces cellules, comme la plupart des autres cellules de l organisme, exposent sur leur membrane des protéines particulières : les molécules du complexe majeur d histocompatibilité (CMH). Ces molécules définissent l identité de l organisme (elles sont caractéristiques d un individu). Elles ont une autre fonction : elles constituent un «présentoir» en forme de «corbeille» dans laquelle vient se loger un petit peptide résultant de la digestion du microorganisme à l issue de la phagocytose. Ce peptide «étranger», ou antigène, est ainsi exposé en surface de la cellule dendritique qui est donc une cellule présentatrice d antigène ou CPA. 6
B) Le recrutement des cellules de l immunité adaptative La reconnaissance d un agent pathogène par une cellule dendritique induit son activation et sa migration vers le ganglion lymphatique le plus proche. C est au cours de ce trajet qu elle expose sur sa membrane un plus grand nombre d antigènes. Parvenue dans le ganglion, elle entre en contact avec les lymphocytes T capables de reconnaître l ensemble CMH / Antigène. Des cytokines libérées par la cellule dendritique activent alors ces lymphocytes, ce qui marque le déclenchement de la réaction immunitaire adaptative. BILAN : Les cellules dendritiques sont des phagocytes présents dans tous les tissus qui ont une fonction essentielle dans le déclenchement de la réaction immunitaire adaptative. En effet, suite à la phagocytose, elles exposent sur la membrane, grâce aux molécules du CMH, des peptides antigéniques. La cellule dendritique ainsi activée est une cellule présentatrice d antigène ou CPA qui migre vers un ganglion lymphatique où elle peut présenter l antigène à des lymphocytes spécifiques de cet antigène. IV/ Aider l organisme à contrôler l inflammation A) Les anti-inflammatoires non stéroïdiens On sait, depuis l Antiquité, que l écorce de saule renferme des substances qui, extraites par décoction, sont actives contre l inflammation et la fièvre. Le principe actif est l acide salicylique. Synthétisé sous forme d acide acétylsalicylique, puis commercialisé à partir de 1899, il est mieux connu sous le nom d aspirine. 7
acide acétylsalicylique D autres molécules ayant les mêmes effets (paracétamol, ibuprofène etc.) ont été découvertes par la suite. Ces molécules empêchent la synthèse de médiateurs chimiques, les prostaglandines, qui interviennent particulièrement dans la vasodilatation, les douleurs et la fièvre. C est l activité de certaines des enzymes impliquées dans cette synthèse qui est bloquée. Toutefois ce blocage de la synthèse des prostaglandines n est pas sans effets secondaires, car ces molécules ont d autres fonctions, notamment dans la stimulation de la sécrétion du mucus protecteur du tube digestif. B) Les anti-inflammatoires stéroïdiens Vers 1850, on a découvert le pouvoir anti-inflammatoire des hormones stéroïdiennes produites par les glandes surrénales. Comme l aspirine, ces hormones agissent sur la production de prostaglandines mais, en plus, elles limitent la production de cytokines activatrices de l inflammation, réduisent la vasodilatation et facilitent la phagocytose. On utilise, aujourd hui, de nombreux stéroïdes de synthèse pour lutter contre l inflammation. Ces substances ont néanmoins des effets secondaires en modifiant le métabolisme de l eau et des ions. Leur utilisation implique un suivi médical strict. BILAN : La réponse inflammatoire est à l origine de symptômes (douleur et fièvre) inconfortables que l on peut contrôler à l aide de substances anti-inflammatoires (aspirine, stéroïdes). Les effets secondaires indésirables de ces médicaments peuvent nécessiter une vigilance médicale. 8
SCHEMA BILAN 9