14/10/2013 MARIANI Natacha L2 TSSIBG G. Pommier 8 pages TSSIBG Immunoglobulines et récepteurs pour l'antigène des lymphocytes B et T Immunoglobulines (Ig/AC) Récepteurs pour l'antigène des lymphocytes B (BCR) et T (TCR) Répertoire et reconnaissance Plan A. Généralités B. Les anticorps (= immunoglobulines) I. Dualité fonctionnelle et structurale des immunoglobulines II. Régions variables et régions constantes III. Réaction croisée IV.Superfamille des immunoglobulines C. Anticorps polyclonaux et monoclonaux I. La réponse immunitaire physiologique est polyclonale II. Immunoglobulines monoclonales A. Généralités Tout d'abord, il faut savoir qu'immunoglobulines et anticorps font parti de la même famille de molécules. On peut retrouver des immunoglobulines (Igs) à la surface des lymphocytes B (LB) où elles sont des récepteurs pour l'antigène (c'est le BCR). Le TCR qui est à la surface des lymphocytes T (LT) n'est pas une Ig, mais y ressemble énormément. Quand un antigène est reconnu comme étranger au génome de l'organisme, on a le déclenchement de la réponse immunitaire, innée d'abord. La réponse innée (ou naturelle) implique des effecteurs qui sont rapidement mobilisés et qui vont éliminer de manière pas très spécifique l'antigène. Les polynucléaires, les cellules NK, les monocytes ou encore les macrophages vont reconnaître par exemple des structures comme la flagelline, l'arn, l'adn, le LPS (lipopolysaccharide). Les effecteurs de la réponse innée sécrètent des cytokines qui vont activer un peu plus tard une réponse immunitaire spécifique au déterminant antigénique (adaptative). Celle-ci comporte une réponse immunitaire à médiation cellulaire (LT) ainsi qu'une réponse à médiation humorale (LB BCR). Les LB, lorsqu'ils rencontrent l'antigène, vont sécréter des Ig qui sont des anticorps. 1/8
B. Les anticorps ( = immmunoglobulines) I. Dualité fonctionnelle et structurale des immunoglobulines Les anticorps possèdent 2 fonctions : - Par l'intermédiaire de leur site actif, ils reconnaissent extrêmement spécifiquement l'antigène qui a déclenché la réponse immunitaire. - Par l'intermédiaire de la queue de la molécule, les anticorps peuvent fixer des cellules infectées qui ont des récepteurs pour ce fragment, et qui pourront ainsi être phagocytées par les macrophages. Cette partie de l'anticorps est également capable de fixer des molécules du système du complément. L'ensemble du processus est appelé immunisation (si la réponse immunitaire est dirigée contre un antigène qui est un agent pathogène, ce processus est appelé vaccination). Modèle type d'une IgG (anticorps), immunoglobuline la plus courante dans l'organisme : - Poids moléculaire = 150 kda - Constituée de 2 chaînes lourdes (50 kda chacune) et de 2 chaînes légères (25 kda chacune) - Ces chaînes sont reliées entre elles par des ponts disulfures et des liaisons covalentes énergétiquement faibles, qui permettent la cohésion de la molécule. => pour rompre cette cohésion et séparer les chaînes de la molécule, il faut une réduction ET de l'urée. La zone charnière (là où se trouvent les ponts disulfures entre les 2 chaînes lourdes) va permettre une certaine mobilité de la molécule d'anticorps. Dualité structurale de la molécule d'anticorps À l'extrémité de la chaîne lourde et de la chaîne légère, il y a des structures variables, car c'est là que se situe le site actif de l'anticorps. Ce site actif va devoir reconnaître à peu près 10 10 molécules antigéniques différentes pour défendre l'organisme. Ceci représente le répertoire B, c'est-à-dire la capacité de l'organisme à fabriquer au moins 10 10 molécules d'anticorps ayant une structure différente au niveau du site actif. 2/8
À côté de ça, il y a les régions constantes des molécules d'anticorps, qui se situent au niveau de la moitié C- terminale des chaînes lourdes : c'est le fragment Fc. Elles sont le support des fonctions effectrices de la molécule d'anticorps (fixation du complément, fixation cellules ayant un récepteur spécifique pour ce complément...). Ces régions sont dites constantes, mais varient un peu selon la fonction effectrice (il y a une dizaine de fonctions effectrices différentes). II. Régions constantes et variables des Immunoglobulines Régions constantes des Igs Il existe 5 types de chaînes lourdes (Fc) donc 5 classes (ou isotypes) d'igs : IgG(chaîne lourde : γ), IgM(μ), IgA(α), IgE(ε ), IgD(δ) car les chaînes ont une séquence propre d'acides aminés chacune au niveau du segment constant des chaînes lourdes. Les IgG se subdivisent encore en 4 sous-classes et les IgA en 2 sous-classes, toujours sur la base des différences de séquence de la région constante, mais encore plus subtiles. Il existe 2 types de séquence des parties constantes des chaînes légères (λ et κ) dans les Igs. Une molécule d'ig donnée possède soit 2 chaînes légères κ soit 2 chaînes légères λ, jamais les 2 simultanément. Rapport κ/λ = 2 dans le sérum humain normal Les 2 chaînes lourdes d'une même molécule d'anticorps sont identiques. Les 2 chaînes légères d'une même molécule d'anticorps sont identiques. Régions variables des Igs Chaque molécule d'ig est une juxtaposition de domaines de 110 acides aminés chacun. Il y a un domaine pour la région variable de la chaîne légère, un domaine pour la région variable de la chaîne lourde, 3 domaines pour la partie constante. Chaque domaine possède un pont disulfure intracaténaire (différent des ponts disulfures intercaténaires qui relient les chaînes lourdes ou qui relient les chaînes légères aux chaînes lourdes). Si on réduit ces ponts disulfures intracaténaire, on perd irréversiblement l'activité biologique de la molécule 3/8
On peut isoler ces domaines par des clivages enzymatiques modérés, car ils sont stabilisés par leur pont S-S intracaténaire : => Fab : (fragment qui fixe l'antigène) Il est constitué d'une chaîne légère et de la moitié N-terminale de la chaîne lourde (PM du fragment = 50 kda). Il contient les parties constantes ET variables. Une molécule d'anticoprs contient 2 fragments Fab. L'anticorps est divalent car il possède 2 sites actifs qui sont absolument identiques. Le fragment Fab est monovalent car il ne possède qu'un site actif. Il reconnaîtra l'antigène, mais les réaction complète comme la précipitation ou l'agglutination ne se feront pas. => Fab'2 : Le pont disulfure est maintenu entre les 2 chaînes lourdes. On a donc les 2 fragments Fab, donc les 2 sites actifs. Les réactions de précipitation et d'agglutination sont possible. => Fc : contient les 2 moitiés C-terminales des chaînes lourdes, ainsi que le pont disulfure inter-chaînes lourdes. Ce fragment conserve ses propriétés fonctionnelles (fonctions effectrices). En thérapeutique, lors de l'injection d'anticorps monoclonaux ou d'une sérologie, le receveur développe une réaction immunitaire et risque de faire un choc anaphylactique dirigé contre ce fragment Fc, ce qui n'est pas le car quand on injecte uniquement Fab ou Fab2'. => Fv : très petit et contient uniquement les parties variables des chaînes lourdes et légères. Il est toujours capable de reconnaître le déterminant antigénique. Cependant si on dissocie les chaînes lourde et légère, il y une perte de fonction. Le site actif de l'anticorps est supporté par l'association des régions variables lourdes et légères. Dans les zones variables, on trouve des zones hypervariables (= CDR). Ces zones des régions variables des chaînes lourdes et légères (VH et VL) sont proches dans l'espace et forment le site de liaison à l'antigène. Le site actif des anticorps (paratope) est le rapprochement dans l'espace des 3 régions hypervariables des domaines VL et VH de l'anticorps. De nombreuses interactions non-covalentes entre les CDR (résidus déterminant la complémentarité) et l'épitope antigénique assurent la spécificité et la stabilité du complexe antigène/anticorps. Le reste de la zone variable, qui varie moins, est appelé la zone «charpente». 4/8
III. Réaction croisée La spécificité antigène/anticorps n'est pas absolue. Il peut donc y avoir des réactions croisées. Par exemple, si un antigène (AG1) est reconnu par un anticorps (AC1) avec une forte affinité, AC1 peut reconnaître un déterminant très similaire à AG1 (par exemple si AG1 est un médicament et AG1' ce même médicament très peu modifié) mais avec une moins forte affinité. Autre exemple, si un anticorps reconnaît l'albumine humaine avec un forte affinité, il pourra reconnaître l'albumine de souris, du fait de très fortes homologies entre les 2 albumines, mais là encore avec une affinité moindre. IV. Les Igs liées à la membrane du LB sont les récepteurs spécifiques pour l'antigène (BCR). Ces BCR possèdent la même spécificité que l'ig sécrétée spécifique de l'antigène. Lorsque l'antigène va interagir avec le BCR, il va donner un signal au LB. Ce LB, grâce à ce signal et à l'intervention d'un LT «helper» CD4+, va pouvoir fabriquer des anticorps après s'être différencié en plasmocyte. Les Igs (anticorps) sécrétés sont de spécificité unique (la même que celle du BCR).Chaque LB a un BCR qui reconnaît un épitope. Or il faut en reconnaître 10 10. Donc dans la moelle osseuse, on a les précurseurs des LB et il y en a au moins 10 10 avec chacun une spécificité anticorps un peu différente. Quand un LB reconnaît un déterminant antigénique, il prolifère (expansion clonale), se différencie en plasmocyte et sécrète l'anticorps. Ce LB constitue un clone de LB. Cependant, au cours de la réponse immunitaire il se produit un phénomène appelé la commutation isotypique. Les mêmes régions variables peuvent être associées à des régions constantes distinctes pour les chaînes lourdes, entre l'ig sécrétée et le BCR, chacune avec des fonctions effectrices différentes.le BCR est généralement une IgM (au début de la réponse immunitaire) puis une IgG. 5/8
V. Super-famille des Igs La structure de base où il y a juxtaposition de domaines de 110 acides aminés stabilisés par un pont disulfure se trouve aussi sur d'autre molécules que les Igs : TCR ; CD3 ; CD4 ; CD8 ; HLA-I et II (sytème d'histocompatibilité) ; FcR ; CAM ; FGFR et PDGFR (facteurs de croissance). Toutes ces molécules font partie de la superfamille des Igs. On pense qu'il y a des millions d'années serait apparu un gène ancestral qui aurait évolué par duplication. Mais durant cette évolution, il aurait accumulé un certain nombre de mutations. Chaque mutation a fait apparaître une fonction nouvelle. La structure de base avec le domaine de 110 acides aminés avec un pont disulfure serait le souvenir de ce gène ancestral. C. Anticorps polyclonaux et monoclonaux I. La production d'anticorps monoclonaux par un organisme est un phénomène poly-clonal Au cours du processus de transformation de la cellule souche en LB naïf, le LB fabrique des récepteurs. Chaque récepteur a une structure différente (on a 10 10 structures différentes). Chaque LB naïf avec son BCR spécifique constituera un clone. Chacun de ces clones synthétisera ensuite une Ig. Les Igs seront donc extrêmement hétérogènes. Ex : Si un Ag qui possède 2 épitopes (1a et 1b) arrive dans l'organisme. L'épitope 1a va par exemple être reconnu par 3 clones, avec des affinités et des structures différentes. 3 types d'anticorps anti-1a vont être sécrétés. Au total, ce qu'on appelle l'anticorps anti-1a est issu des 3 anticorps des 3 clones, donc il est très hétérogène. On parle donc d'anticorps polyclonaux car ils sont issus de différents clones. 6/8
La réponse immunitaire physiologique est polyclonale. électrophorèse de sérum humain normal On a une migration extrêmement hétérogène de Igs. C'est le reflet de la production polyclonale de ces Igs. II. Immunoglobulines monoclonales Il existe une pathologie appelée le myélome multiple ( = maladie de Khaler), dans laquelle un clone est cancérisé. Il prolifère donc énormément, et généralement les autres clones sont inhibés car cette pathologie s'accompagne d'un phénomène d'immunosuppression. Il apparaît donc dans le sérum une Ig issue d'un seul clone. C'est donc une Ig monoclonale. Il apparaît aussi des protéines de BenceJones qui proviennent de cette Ig monoclonale (ce sont les chaînes légères). Ces Igs monoclonales ont une activité auto-immune (elles reconnaissent des constituants de l'organisme qui l'a produite). Le vieillissement peut aussi faire apparaître des Igs monoclonales (de signification indéterminée, elles ne correspondent à aucune pathologie). Mais ces Igs monoclonales ne sont pas forcément bénignes car dans 10% des cas, ça peut se transformer en myélome. Il peut y avoir des Igs monoclonales bénignes. Par exemple si on fait une virose extrêmement forte à un virus. Transitoirement, un clone préférentiel est stimulé et il apparaît donc une Ig monoclonale qui va ensuite disparaître. Après un greffe de moelle osseuse, on a eu une immunosuppression, et le temps que le répertoire se reconstitue on peut retrouver des Igs monoclonales. 7/8
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