d`Immunologie part1 - Faculté des Sciences de Rabat
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Université Mohammed V-Agdal - Rabat Faculté des Sciences SVI6 parcours Biologie et santé (Printemps 2013) Module : Immunologie/Outils de diagnostic Elément : Immunologie Pr. Y. BAKRI Immunologie fondamentale L’Immunité Adaptative (spécifique): Les mécanismes moléculaires et cellulaires de la réponse immunitaire I- Vue globale du système immunitaire Concept de défense et Organisation du système Immunitaire, Les molécules de reconnaissance de l’Antigène (Anticorps, BCR, TCR et CMH): structures, organisation génétique et diversité immunologique II- Immunité à médiation cellulaire Développement des lymphocytes T et sélection : tolérance centrale. Les cellules présentatrices de l’Ag Apprêtement et présentation de l’Ag Activation des lymphocytes T et formation des T effecteurs (Th1, Th2, CTL) Fonctions effectrices des lymphocytes T (Th1, Th2, CTL) III- Immunité humorale Développement des lymphocytes B et sélection. Activation des B par les Ag thymo-indépendants et par les Ag thymo-dépendants, maturation de la réponse immunitaire Fonctions des anticorps spécifiques IV- Mémoire immunologique et régulation de la réponse immunitaire Caractéristiques des cellules mémoires, maintien de la mémoire, régulation intrinsèque, réseau idiotypique… Cytokines Laboratoire de Biochimie & Immunologie - Département de Biologie Tolérance immunitaire Organisation du système lymphoïde Organes lymphoïdes Centraux (primaires) Moelle osseuse Thymus Organes lymphoïdes périphériques (secondaires) Ganglions Rate MALT (mucosal associated lymphoid tissue) GALT, BALT, ... Formation et éducation des T et B Établissement de la tolérance centrale Engagement de la R I Cellulaire et humorale Distribution des organes et tissus lymphoïdes Ganglion lymphatique Rate Capsule Follicule lymphoïde primaire trabécule Sinus vasculaire Zone marginale Pulpe blanche Gaine périartériolaire Pulpe rouge Centre germinatif veine artère Tissu lymphoïde associé aux muqueuses (MALT) Exemple d’Organisation du tissu lymphoïde associé à l’intestin ( GALT*) Canal thoracique *Gut Associated Lymphoïd Tissue Les cellules du système Immunitaire: schéma simplifié de l’hématopoïèse Moelle Osseuse Cellule Souche (SC) CFU-GEMM CFU-E Sang CS lymphoïde Thymus CS Myéloïde BFU-E CFU-Meg Tissus SC GR CFU-GM CFU-M pl Mo CFU-Eo CFU-Ba Pro-B Pro-T CFU-G N Eo Ba NK B T4 T8 Ma Mac T activés CD/CID Plasmocyte Naissance, maturation et circulation des lymphocytes Moelle osseuse (MO) Maturation intrathymique des T (CMH dépendante) Maturation des B dans la MO C C Thymus Y Y Y Y C Y C C Y C Circulation Lymphocytes T matures Lymphocytes B matures Ganglions, rate, MALT (Contact avec l’Ag) - Les Anticorps (Immunoglobulines) Structure de base d’une Ig (IgG) extrémité NH 2 Charnière extrémité NH 2 VH charnière CH1 Région variable VL Région variable (Reconn. de l’Ag) chaîne légère C L C. légère Région const ant e CH2 pont s S-S C. lourde chaîne Région conservée (activité effecterice) lourde C Char. * * CH3 extrémité COOH H: heavy (lourde) L: Light (légère) V: domaines variables : variabilité d’un clone à un autre C: identique dans une espèce (ou populations cellulaires) *4 protéines associés par des ponts S-S: 2L:2H *Présence de Sucres *Symétrie *Flexibilité Les différentes classes d’Ig Classe d’Ig IgG 4 sous classes IgM IgA (2 sous classes) IgE IgD Chaîne lourde Chaîne légère γ 3 c PM ≈ 50 000 1 v µ 4 cPM ≈ 65 000 1 v α 3 cPM ≈ 551000v ε 4 cPM≈70 000 1v δ 3 PM≈68 c 0001 v κ ou λ PM ≈ 25000 Quelques caractéristiques et propriétés des Ig Les 4 sous classes des IgG Ponts disulfures Valence : 2 Monomères Stables 75% des Ig (13g/l) Sang, lymphe, tissus Transmises au nouveau-né Assurent plusieurs fonctions IgA Dimérique IgM (pentamère) Pièce sécrétoire pont s-s Chaîne J J Charnière - Monomère, dimère, et formes sécrétoires - Forme sécrétoire stable Pentamères: valence 10 Peu stables Généralement de faible affinité Sang et lymphe Assure de nombreuses fonctions IgE (forme sécrétoire) - Sang muqueuses et sécrétions (bille, salive, larmes, mucus) IgD < 1% des Ig sériques -Monomère -Thermosensible -Tissulaire (à l’état de trace dans le sang) -Nombreuses fonctions Très sensible au protéolyse Tendance à se dégrader spontanément Associée aux membranes des cellules B Quelques caractéristiques et propriétés des Ig (Site de reconnaissance de l’Ag) ( = paratope) régions déterminant la complémentarité (CDR) St ruct ure du sit e ant icorps VH CDR VL 25 31 CDR1 35 34 50 55 64 60 CDR2 95 CDR3 102 110 CDR1 CDR2 89 97 CDR3 110 Ag Notions d’épitope , de paratope et de la réaction Ag-Ac Dualité fonctionnelle des anticorps Identification des régions Fc et Fab re connaissance de l'Ag Fab Fab papaine Fc pepsine act ivat ion syst èmes F( ab' ) 2 des effect eurs (complément , cellules cyt ot oxiques, phagocyt es) pept ides de faible PM pFc' Récepteur du Lymphocyte B (BCR) BCR: Récepteur des lymphocytes B Sites de reconnaissance de l’Ag Chaine légère Chaine Lourde Igβ Igα Igα Igβ extracellulaire membrane signalisation ITAM (Immune Receptor Tyrosine-based Activation Motif) intraacellulaire Hétérogénéité des immunoglobulines (variations antigéniques) variat ion IgG isot ypique IgA Les isotypes correspondent aux déterminants antigéniques des Ig présents chez tous les individus d’une même espèce. Ils sont présents au niveau des parties constantes des chaînes lourdes et des chaînes légères. Ils permettent de définir les classes et sous-classes d’Ig. Inter- intra-espèces variat ion IgG allot ypique IgG variat ion IgG idiot ypique IgG Les allotypes sont caractéristiques d’un groupe d’individus au sein d’une même espèce et sont transmis héréditairement. Ils correspondent à des déterminants antigéniques portés par les parties constantes des chaînes lourdes et légères. Les idiotypes sont spécifiques d’un individu. Ils sont spécifiques à un anticorps donné dirigé contre un antigène donné. Les motifs idiotypiques se trouvent au niveau des régions variables, soit au niveau du site anticorps soit à sa proximité Intra-espèces Intra-individu Hét érogénéit é de charge des immunoglobulines élect rophorèse d' un sérum Quelques caractéristiques et propriétés des Ig Organisation génétique et diversité des Ig ?! Mécanismes de la diversité - Théorie de la chaîne latérale (théorie adaptative): 1896 - Théorie informatrice - Théorie de la sélection clonale: 1958 A. BENJOUAD –LBI- FSR –UM5a - Rabat Théorie de la chaîne latérale Ehrlich 1896 Théorie de la sélection clonale Burnett & Jerne 1958 Théorie de la chaîne latérale (théorie adaptative): 1896 Erlich Théorie informatrice Théorie de la sélection clonale: 1958 Burnet ? : régions variables!! Régions constantes Théorie germinale Tonegawa St ruct ure du sit e ant icorps régions déterminant la complémentarité (CDR) VH CDR régions variables 25 31 CDR1 35 34 50 55 64 60 CDR2 95 CDR3 102 Régions constantes VL 110 CDR1 CDR2 89 97 110 CDR3 Chaque anticorps est produit par un clone de lymphocyte B Origine de la diversité des Anticorps Principaux mécanismes qui permettent de générer la diversité des Anticorps chez les mammifères - Des gènes Variables en très grand nombre - Des recombinaisons somatiques entre différents segments génétiques (V, D, J) permettant de former une région Variable - Des mutations somatiques - Association ‘chaînes lourdes/chaînes légères’ A. BENJOUAD –LBI- FSR –UM5a - Rabat Organisation des Loci des chaînes des Ig n V ( x5 1 ) D ( x 2 7 ) J ( x 6 ) Cµ Cδ Cγ3 Cγ1 Ψ Cε Cα1 Ψ Cγ Cγ2 Cγ4 Cε Cα2 IGH Chromosome 14 IGK 5' Lκ1 V κ1 Lκ40 V κ40 Jκ1−5 Cκ 3' Chromosome 2 IGL 5' Lλ1 V λ1 Lλ29 V λ29 Jλ1 Cλ1 Jλ4 Cλ4 3' Chromosome 22 Chr. 14 Chr. 2 Chr. 22 Locus Chaînes d’Ig IGH H IGK κ IGL λ nbre de gènes C nbre de gènes V nbre de segments J nbre de segments D Réarrangement 9 51 6 27 V-D-J 1 40 5 0 V-J 4 29 4 0 V-J κ = 1Cx40Vx5jx4(ij) = 800 λ= 4Cx29Vx4jx4(ij)=1856 IgM= µ (κ+λ) = 3.5x108 µ= 1Cx51Vx6jx27dx4(ij)x4(ij)=132192 X Mutations Somatiques x diversité N Chaine légère Organisat ion et réarrangement du locus de la chaîne κ Cellule souche ADN germinal Chromosme 2 Lymphocyt e B: réarrangement de l'ADN ( VJ) 5' Lκ1 V κ1 Lκ40 V κ40 Jκ1−5 Cκ 3' Recombinaison somat ique V-J Lκ1 5' V κ1 Jκ3-Jκ5 Cκ 3' V κ1 Jκ3-Jκ5 Cκ 3' Transcript ion T r a n sc r it primaire ( ARN) Lκ1 5' Epissage de l' ARN ARN messager 5' Lκ Vκ Jκ3 Cκ Lκ Vκ Jκ Cκ Traduct ion Pr é p r o t é ine Mat urat ion Chaîne légère κ Vκ Jκ Cκ CDR 3' Chaine lourde (IGH) 5' C e llu le so u c h e ADN g e rm in a l L1 V 1 1 è re Lym p ho cy t e p ro B: ré a rra n g e m e n t de l' A D N ( D J) 5' 2 èm e L y m p h o c y t e p ré B e t ré a r ra n g e m e n t de l' A D N ( V D J) L 51 V 5 1 D 1 - 2 7 R e c o m b in a is o n s o m a t iq u e L1 V 1 Cδ V 5 1 D 1 - 2 J 3 - 6 Cµ Cδ s o m a t iq u e V - D - J L1 5' B: Cµ D -J L 51 R e c o m b in a is o n J 1 - 6 V 1 D 2 J 3 - 6 Cµ Cδ 3' T r a n s c r ip t io n L1 T r a n sc r it p r im a ir e ( A RN ) V 1 D 2 J 3 - 6 5' Cµ Cδ 3' E p is s a g e d e l' A R N L A RN m e ssa g e r V D J 3 5' Cµ T r a d u c t io n L V D J D J Cµ Pr é p r o t é in e M a t u r a t io n V Ch a în e lo u rd e µ Cµ 3' CDR 3' Réarrangement et expression des gènes des chaînes µ et κ ADN germinal L1 V1 L51 V51 D1 - 2 7 J1 - 6 Cµ Cδ 5' 3' (chromosome 14) L V D J3 5' ARN réarrangé Cµ 3' VH V D J µ κ Vκ Jκ Cµ CH1 Cκ CL Région constante CH2 ARN réarrangé 5' Lκ Vκ Jκ3 Cκ CH3 3' ADN germinal (chromosome 7) 5' Lκ1 Vκ1 Lκ40 Vκ40 Jκ1−5 Cκ 3' Locus Chaînes d’Ig IGH H IGK κ IGL λ nbre de gènes C nbre de gènes V nbre de segments J nbre de segments D Réarrangement Diversité jonctionnelle Diversité N Mutations 9 51 6 27 V-D-J +++ +++ ++ 1 40 5 0 V-J ++ ++ 4 29 4 0 V-J ++ ++ κ = 1Cx40Vx5jx4(ij) = 800 λ= 4Cx29Vx4jx4(ij)=1856 IgM= µ (κ+λ) = 3.5x108 µ= 1Cx51Vx6jx27dx4(ij)x4(ij)=132192 X Mutations Somatiques x diversité N Diversité jonctionnelle VL-JL gène V segment ==== CCT CCC différent es J VH TGG ACG ==== jonct ions 25 V-J 95 96 97 31 CDR1 35 34 50 55 64 60 CDR2 jonction 1 (normale) ==== CCT TGG CCC ACG ==== Pr o - T r p - T h r 95 CDR3 102 jonction 2 ==== CCT CCC GG ACG ==== Pr o - A r g - T h r 110 jonction 3 ==== CCT CCCG ACG ==== Pr o - Pr o - T h r jonction 4 ==== CCT CCC ACG ==== Pr o - Pr o - T h r 95 96 97 VL séquence d'aa obt enue CDR1 CDR2 89 97 110 CDR3 Locus Chaînes d’Ig IGH H IGK κ IGL λ nbre de gènes C nbre de gènes V nbre de segments J nbre de segments D Réarrangement Diversité jonctionnelle Diversité N Mutations 9 51 6 27 V-D-J +++ +++ ++ 1 40 5 0 V-J ++ ++ 4 29 4 0 V-J ++ ++ κ = 1Cx40Vx5jx4(ij) = 800 λ= 4Cx29Vx4jx4(ij)=1856 µ= 1Cx51Vx6jx27dx4(ij)x4(ij)=132192 IgM= µ (κ+λ) = 3.5x108 3.5x108 x Mutations Somatiques x diversité N Maturation de la réponse immune et commutaion isotypique - cinétique des réponses Ac primaire et secondaire- 1000 IgG 100 1ère injection rappel 10 A c ( u d n a in ts é s le p a lra b s m it ra a ir e s ) IgM 1 0 .1 1 2 3 4 5 6 7 semaines Commut at ion isot ypique Cµ L V D IgA1 Cδ J Cα1 gène recombiné boucle excisée Chromosome A gène réarrangé (VDJ) L V D V Cδ Cα1 Sµ 5' n Cµ J ( x5 1 ) D ( x 2 7 ) J ( x 6 ) Sµ Sα Cµ échange chromatidien Cδ Cδ 3' Sα Chromosome B L gène recombiné 3' 5' V D J Cα1 Cα1 IgA1 sit e d e p o ly A Epissage alternatif permettant l'expression des IgD L V D J Cµ 5' ADN Cδ * réarrangé * polyA L Transcrit primaire V D J Cµ Cδ 5' µ ARNm L ARNm V D J Cµ L poly A IgM 5' V D J δ Cδ poly A IgD Récepteur du Lymphocyte B (BCR) BCR: Récepteur des lymphocytes B Sites de reconnaissance de l’Ag Chaine légère Chaine Lourde Igβ Igα Igα Igβ extracellulaire membrane signalisation ITAM (Immune Receptor Tyrosine-based Activation Motif) intraacellulaire Synthèse des formes membranaires et sécrétées des Ig IgM sécrét ée t raduct ion A RNm polyA 5' épissage L V Cµ1 Cµ2 Cµ3 Cµ4 D J T r a n sc r it 5' S polyA pr ima ir e t ranscript ion sit e de polyA L ADN V Cµ1 Cµ2 Cµ3 Cµ4 D J 5' S M * * t ranscript ion T r a n sc r it pr ima ir e L V Cµ1 Cµ2 Cµ3 Cµ4 D J 5' S M polyA épissage A RNm polyA 5' t raduct ion IgM membranaire Origine de la diversité des Anticorps Principaux mécanismes qui permettent de générer la diversité des Anticorps chez les mammifères - Des gènes Variables en très grand nombre - Des recombinaisons somatiques entre différents segments génétiques (V, J, D) permettant de former une région Variable - Des mutations somatiques - Association ‘chaînes lourdes/chaînes légères’ Le récepteur des cellules T (TCR) Structure schématique du complexe TCR 40-50 KDa α β ré g io n v ariab le ( V ) TCR αβ (35-47 KDa hy d rat e d e carb o ne ré g io n co nst an t e ( C) ré g io n c har n ièr e ré g io n + + chaine β t ran sm em b r anair e qqueue u e ucytoplasmique e c y t o p lasm iq u e r e c o n n a is s a n c e α chaîne ε γ δ ε TCR-CD3 - - + + - - ITAM (Immune Receptor Tyrosine-based Activation Motif) ζ s ig n a lis a t io n ζ TCRαβ αβ TCRγδ γδ Les co-récepteurs des lymphocytes T CD4 D1 D2 D3 D4 α ≈ 55 KDa ≈ 32 KDa CD8 β ≈ 30 KDa Reconnaissance de l’Ag par les lymphocytes T Rôle des molécules du CMH Cellule présentatrice de l’antigène CMH B7 Ag Corécepteur (CD4 ou CD8) CD28 TCR-CD3 Cellule T Signal co-stimulateur 1 2 Signalisation Signal spécifique ST RUCT URE D ES sillon pept idique CMH I α2 M O L EC U L ES DU α1 α1 ≈45 KDa α3 12 KDa β2 m sillon pept idique feuillet β helice α α2 sillon pept idique α1 CMH II β1 α1 β2 α2 ≈ 29 KDa ≈ 34 KDa β1 CMH Organisation génétique et Polymorphisme 1000 Polymorphisme du CMH 1178 variants alléliques 618 767 439 133 27 96 34 3 Les gènes du CMH sont les plus polymorphiques de tout le génome L’expression des gènes du CMH est co-dominante Expression t issulaire des molécules du CMH-I et CMH-II CMH - I T issu T issus CM H - II ly m phoïde s c e llule s T +++ - * c e llule s B +++ +++ +++ ++ m acrophages au t re s CPA ( c ell. lan g e rh an s, CD.. c e llule s é p it h é liale s d u t h y m us A ut re s ce llule s n e u t ro p h ile s hepat ocyt es +++ +++ + +++ +++ - + - r e in + - cerv eau + - # g lo b u le s r o u g e s - - * les T activées chez l'homme expriment du CMH-II. # la plupart des types cellulaires n'expriment pas du CMH-II sauf la micropglie Développement et sélection des lymphocytes T dans le thymus Différenciation intra-thymique - Réarrangement des gènes du TCR - Expression du TCR associé à CD3 - Multiplication des thymocytes et sélection Développement et sélection des lymphocytes T dans le thymus (bis) Région sous capsulaire Sélection positive Sélection négative T CD4 Affinité insufisante au CMH du soi Apoptose Affinité excessive au peptide du soiCMH T CD8 Apoptose T γδ Passage des lymphocytes à travers les veinules post capillaires Ubiquitine et protéasome Apprêtement et présentation de l’Ag par le CMH-I expression du complexe CMH I-pept ide à la surf ace d' une CPA exocyt ose ( via le Golgi) β2−m synthèse de la chaîne α du CMH I calrét iculine Ret iculum e ndo plasm ique calnexine Cx t apase TAP peptides Protéine (antigène) A. BENJOUAD –LBI- FSR –UM5a - Rabat (TAP)Transporter protéasome associated with antigen presenting Cy t o plasm e Apprêtement et présentation de l’Ag par le CMH-II expression du complexe CMH II-pept ide à la surface d'une CPA Antigène Endosome migrat ion CMHII-pept ide vers la surf ace cellulaire int ernalisat ion de l'Ag dégradat ion de l'Ag pept ides HLA-DM ( via le Golgi) HLA-DM cat alyse la libérat ion du CLIP et la liaison d'un pept ide Clivage de Ii prot éine nouvellement synt hét isée Ii CMH II ( HLA - DR) Ii empêche la liaison de pept ides a CMHII dans le RE mais facilit e son export at ion CMHII- CL IP li : chaine invariante CLIP : Corticotropin-Like Intermediate Peptide Comparaison des deux voies LFA : Lymphocyte Function associated Antigen ICAM : InterCellular Adhesion Molecule Activation des lymphocytes T par l’antigène Cellule présentatrice de l’antigène CMH B7 Ag TCR CD28 CD4 Cellule T Signal co-stimulateur 1 2 Signal spécifique IL 2 R T CR Facteurs de transcription (NF-AT, NF-κ κB …) IL2 IL2R α
