Reconnaissance innée Reconnaissance des

Reconnaissance des microorganismes par
les molécules et les cellules du système
immunitaire
Reconnaissance innée
Dr. Isabelle CREMER
MCU Université Paris 6
U872 INSERM, équipe 13: « Microenvironnement Immunitaire et Tumeurs »
Centre de Recherche des Cordeliers. 75006 Paris
E-mail: [email protected]
Novembre 2011
Plan du cours
Introduction
Barrières anatomiques
Barrières physiologiques
Reconnaissance par les cellules du système immunitaire:
Les cellules phagocytaires
Les cellules tueuses naturelles NK, lymphocytes Tγδ
Reconnaissance par les molécules du système immunitaire:
Les lectines de type C
Les récepteurs « scavengers » (poubelles)
Les récepteurs Toll-like « TLR » Différentes voies d’entrée des pathogènes
Immunobiology (Janeway et al.)
Réponse à une première infection: 3 phases
Immunité adaptative plus tardive. Temps d’expansion clonale des LT et LB spécifiques du
pathogène.
Immunobiology (Janeway et al.)
Comparaison entre immunité innée et adaptative
D’après McGuinness D.H. et al. 2003. Trends in Parsitology 19:312
Barrières anatomiques
A. La peau (épiderme/derme)
-  Epiderme: Cellules épithéliales étroitement associées, couche kératinisée
-  Derme: tissu conjonctif/vaisseaux sanguins/follicules pileux/glandes sébacées et
sudoripares
-  La barrière mécanique retarde l’entrée des micro-organismes
- L’environnement acide (pH 3-5) retarde la croissance des micro-organismes
B. Les muqueuses (conjonctive/tractus digestif, respiratoire,
génito-urinaire)
-  Rôle protecteur de la salive/larmes/sécrétions muqueuses
-  Le mucus sécrété par les cellules épithéliales enrobe les micro-organismes
étrangers
-  Les cils (voies respiratoires et tractus gastro-intestinal) rejettent les microorganismes vers l’extérieur
Barrières physiologiques
A. La température
-  La température corporelle normale inhibe la croissance de certains pathogènes
-  La fièvre inhibe la croissance de certains pathogènes
B. Le pH
-  L’acidité du contenu stomacal tue la plupart des micro-organismes ingérés
C. Les médiateurs chimiques
-  Le lysosyme (sécrétions) clive la paroi cellulaire (peptidoglycane) des bactéries
-  L’interféron induit un état antiviral dans les cellules
-  Le système du complément lyse les micro-organismes ou facilite la phagocytose
Exemple: Entrée d’un pathogène par la peau
Reconnaissance par les cellules du système immunitaire:
- Les cellules phagocytaires
- Polynucléaires
- Macrophages
- Cellules dendritiques
- Cellules cytotoxiques
- Natural Killer (NK),
- Lymphocytes Tγδ
Les cellules de l’immunité innée
Reconnaissance des micro-organismes par
les cellules de l’immunité innée
A. Les cellules phagocytaires
1. Les polynucléaires
- Passent dans le sang
- Collés à l’endothélium
- Fonction de phagocytose
-  Durée de vie courte:24 h
-  Ne se divisent pas
-  Noyau multilobé
- Granulation caractéristique
neutrophile
éosinophile
basophile
2. Les macrophages
- Cellules fortement adhérentes
-  Issus des monocytes du sang
-  Localisés dans les tissus
(Histiocytes des tissus conjonctifs,
macrophages alvéolaires du poumon
cellules de Kupffer dans le foie
macrophages des ganglions et de la rate)
- Durée de vie longue: 1 à 3 mois
2. Les macrophages: fonctions
- Grosses granulations cytoplasmiques:enzymes
-  Récepteurs membranaires
- CR1 et CR3 pour le C3b
- RFcγ pour les IgG
- Rfcε pour les IgE
- Pour les Interférons
-  Sécrétion de cytokines
-  Sécrétion de protéines plasmatiques:
- C1 à C5, facteur B et D, properdine,
facteurs de la coagulation.
- Phagocytose (Metchnikoff, 1883): Les macrophages sont les premières cellules à reconnaître
les microorganismes dans les tissus. Les polynucléaires sont normalement présents dans le
sang. Suite à une infection, ils sont recrutés dans les tissus.
Granules contiennent des enzymes (lysosyme, myéloperoxydase, élastase…) et des peptides
antimicrobiens (défensines)
2. Les macrophages: phagocytose
2. Les macrophages: cytokines sécrétées en réponse aux produits
bactériens
(Immunobiology Janeway et al.)
3. Les cellules dendritiques
3. Cellules dendritiques de la peau
Cellules de Langerhans
Cellules dendritiques dermiques
Application de fluorescéine sur la peau induit inflammation,
et migration des DC dans les ganglions drainants
(fluorescence verte)
(d’après Randolph G. et al. Nat. Rev. Immunol. 2005)
3. Fonctions des cellules dendritiques
Tissu périphérique (peau, muqueuse)
Organes lymphoïdes secondaires
T
pathogène
DC im
DC m T
T
Cellule dendritique immature
Cellule dendritique mature:
- Endocytose (forte expression de PRR)
- Faible endocytose (faible expression de PRR)
- Réponse aux cytokines inflammatoires
- Réponse aux chimiokines homéostatiques
- Faible capacité de présentation antigénique
- Forte capacité de présentation antigénique
(forte expression de molécules du CMH,
molécules de costimulation
B. Les cellules Natural Killer (NK)
- Ce ne sont pas des cellules spécifiques:
- Pas de double restriction Ag/CMH sur la
cellule cible
- Pas de récepteur des cellules T (TCR)
-  Cytotoxicité:
- Sécrétion de perforine
- Sécrétion d’IFNγ
- Sécrétion de TNFα
- Induction de l’apoptose
-  Présence de marqueurs communs avec les T
cytotoxiques:
- Récepteur au Fc de Ig
- Récepteur à l’IFN, IL-1, IL-2
B. Les cellules NK:
Fonction cytotoxique
Lyse directe
Fonction cytotoxique: cytotoxicité dépendante des anticorps
(ADCC)
Target cell
Reconnaissance par les molécules du système immunitaire:
Reconnaissance des PAMPs par les PRR
1) Reconnaissance TLR-PAMPs
2) Transduction d’un signal intracellulaire
3) Sécrétion des cytokines pro-inflammatoires tels que le TNFα, l’Il-1 et l’Il-6.
Les composants microbiens reconnus
Les PAMPs ont 3 caractéristiques communes qui font d’eux des cibles idéales pour
l’immunité innée:
1)  Ils sont produits uniquement par les micro-organismes, et pas par les cellules
du soi.
Ceci permet une distinction entre le « soi » et le « non soi » infectieux
2)  Ils sont invariants entre les micro-organismes d’une classe donnée.
Ceci permet qu’un nombre limité de « PRR » détecte la présence d’une
infection microbienne. (exemple: le lipide A du LPS étant très conservé, toutes
les bactéries Gram- seront détectées)
3)
Ils sont essentiels pour la survie des micro-organismes. Des mutations ou la
perte d’un PAMP sont létales, ou diminuent leur capacité d ’adaptation; des
mutants d’échappement à la réponse immunitaire ne pourront être générés.
Les PAMPs
Les PAMPs sont:
- le LPS de la paroi des bactéries Gram -,
- le peptidoglycane et l’acide lipotéichoïque de la paroi des bactéries Gram +
- le sucre mannose (commun dans les glycolipides et les glycoprotéines
microbiens mis rares dans les cellules humaines)
- le N-formylméthionine trouvé dans les protéines bactériennes
- l’ARN double brin des virus
- le β-glucane des parois fongiques
- les motifs CpG d’ADN bactérien
- la flageline, la piline
- les lipoprotéines
Les PAMPs peuvent également être reconnus par des récepteurs solubles circulant
dans le sang qui fonctionnent comme des opsonines et initient les voies d’activation du
complément.
Il est supposé que le système de l’immunité innée peut reconnaître environ 103
structures moléculaires différentes.
Paroi des bactéries
Gram -
Gram +
Les récepteurs de l’immunité innée (1)
D’après McGuinness D.H. et al. 2003. Trends in Parasitology 19:312
Les récepteurs de l’immunité innée (2)
Underhill D.M. et al. 2002 Annu. Rev. Immunol. 20:825
1. Les lectines de type C
Famille de protéines qui lient des résidus glucidiques spécifiques sur des
glycoprotéines ou des glycolipides. Certaines lectines comme la PHA ou la conA
sont mitogéniques.
Les lectines de type C sont des lectines membranaires caractérisées par un
domaine de reconnaissance des carbohydrates (CRD : « Carbohydrates
Recognition Domain »).
Le CRD interagit avec des glycoprotéines possédant un mannose ou un
galactose, et cette interaction est dépendante du Ca2+.
Elle sont exprimées essentiellement par les macrophages et les cellules
dendritiques. Elles induisent la phagocytose et la présentation antigénique.
Membres de cette famille:
Dectine (récepteur au β-glucan)
MMR « mannose macrophage receptor » (endocytose)
DC-SIGN
Dec 205 (endocytose)
Dectine (récepteur au β-glucan)
Zymosan: particule insoluble de la paroi des
champignons dont le b-glucane est un des
composants.
β-glucan: polymères de glucose composants
majeurs de la paroi de la plupart des
champignons, (certaines plantes et bactéries).
La dectine possède un motif ITAM dans sa partie
cytoplasmique, qui est phosphorylé après fixation du
β-glucane.
D’après Brown G. D. et al. 2003. Immunity 19:311
MMR « mannose macrophage receptor »
MMR: Récepteur d’endocytose. Contient plusieurs domaines de
liaison des carbohydrates.
Il fixe des oligosaccharides avec différentes affinités:
mannose = fucose > Nacétylglucosamine = glucose.
Ces ligands sont présents sur des bactéries, champignons, cellules
infectées par des virus et parasites.
Après fixation du ligand sur ce récepteur, le micro-organisme est
phagocyté, et le récepteur recyclé à la surface cellulaire.
2. Les récepteurs « scavengers »
-  Famille de 3 classes de récepteurs membranaires multi-domaines:
SR-A, SR-B et SR-C. Pas de structure commune aux 3 classes
- Liaison à des ligands polyanioniques et à des lipoprotéines de faible
densité
- Récepteurs exprimés par les cellules myéloïdes (macrophages et cellules
dendritiques) et certaines cellules endothéliales
- Rôle dans la clearance des corps apoptotiques
- Rôle dans la fixation et la phagocytose des micro-organismes
-Rôle dans le métabolisme lipidique
3. Les récepteurs du complément
Récepteur
Ligand
CR1/CD35
C3b,C4b
Macrophages,
monocytes,
polynucléaires
Lymphocyte T et B
C3d,C3dg
Lymphocyte B
CR2/CD21
CR3/Mac-1/
CD11b
CR4/CD11c
C3bi, ICAM-1
Micro-organismes
C3bi
Expression
Fonction
Phagocytose, clairance
des complexes immuns,
Corécepteur de l’activation
B, récepteur de l’EBV
Macrophages,
monocytes, NK,
neutrophiles
Phagocytose
Macrophages,
monocytes, NK,
neutrophiles
Phagocytose
4. Les récepteurs « Toll-like »
Toll est un gène de drosophile essentiel pour l’ontogénèse et la
résistance antimicrobiennne.
Plusieurs homologues de Toll ont été identifiés et clonés dans les
vertébrés et ont été nommés les « Toll-like receptors » (TLR).
La famille des récepteurs « Toll-like » comprend des protéines
transmembranaires phylogénétiquement conservées qui sont essentielles
pour l’immunité innée.
Caractéristiques des TLR
1)  Les TLR sont une famille de récepteurs transmembranaires
2) 10 récepteurs ont été identifiés chez les mammifères ayant des fonctions
distinctes dans la reconnaissance des PAMPs
3) Les TLR reconnaissent souvent plusieurs ligands différents
4) Certains ligands ne sont toujours pas identifiés
5) Certains TLR requièrent des protéines accessoires pour reconnaître leur ligand
Structure des récepteurs de la famille IL-1R/TLR
Domaines « Ig-like »
Domaine répété riche en
leucine
LRR « Leucine Rich Repeat »
Domaine TIR
IL1-R
IL-18R
Toll
TLR1 à 10
MyD88 et TIRAP
Adaptateurs moléculaire
Domaine cytoplasmique TIR: Toll/Interleukin-1R domain. Domaine
d’interaction protéine/protéine
Structure des
TLR
Les récepteurs « Toll-like » des cellules de
mammifères, et leurs ligands
D’après Medzhitov R. et al. 2001. Nature Rev. Immunol. 1:135
TLR4
-  1er récepteur Toll caractérisé chez l’homme
-  Exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les
cellules dendritiques
- Fonctionne comme un récepteur de transduction du signal pour le LPS
- Plusieurs molécules accessoires requises:
LBP (« LPS Binding Protein)
CD14 (récepteur de forte affinité pour le LPS) soluble ou ancré dans
la membrane
MD-2: petite protéine dépourvue de région transmembranaire et
exprimée à la surface cellulaire en association avec TLR4.
Transduction du signal par TLR4
MD-2
Molécules impliquées dans la transduction du signal
Molécules impliquées dans la transduction du signal
Conclusion