UE : Immunopathologie et immunointervention – Physiologie/Module 2

UE : Immunopathologie et immunointervention – Physiologie/Module 2
Date : 05/10/2011
Promo : PCEM2
Ronéistes :
De Clermont Pierre
Keromnes Sandrine
Plage horaire : 16h-17h
Enseignant : Dr C. Contin - Bordes
[email protected]
[email protected]
Le système du complément
I. Introduction
II. Les différentes voies d'activation du complément
1. La voie classique
2. La voie alterne du complément
3. La voie des lectines
III.La voie terminale commune
IV.Régulation de la voie du complément
V. Rôles physiologiques du complément
VI.
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–
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Complément en pathologie
Chef chef, on a eu un vol au supermarché la nuit dernière !
Ils ont pris 2000 cartouches de cigarettes et 1500 carottes !
Eh bien ! Et vous avez un suspect ?
On recherche activement une bande de lapins qui toussent..
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I. Introduction
Le système du complément a été mis en évidence à la fin du 19è par Jules Bordet qui en a obtenu le prix
nobel. Il a étudié le système immunitaire et comment il se défendait des agents infectieux : il a injecté à des
lapins le vibrion cholérique et a récupéré leur sérum. Il remarqua que ces sérums avaient une capacité
bactéricide (lyse) vis à vis du vibrion cholérique. Par contre si on chauffe le sérum à 56° on observe la perte
de cette activité bactéricide du sérum des lapins immunisé.
Conclusion : le sérum des lapins immunisés a produit des éléments solubles, les anticorps (Ac), qui peuvent
tuer les bactéries . Toutefois, ça ne suffit pas, car lorsqu'on choque le sérum, il perd son activité
bactéricide. On perd un élément thermolabile, qui est nécessaire pour détruire le vibrion cholérique.
A contrario, avec un sérum de lapin non immunisé, il n'y a pas du tout d'effet : donc en plus de l'élément
thermolabile les Ac sont indispensable.
Bordet a aussi montré que lorsqu'on utilise du sérum immun chauffé avec du sérum non immun, on
restaure le pouvoir bactéricide. Cela veut dire que dans le sérum normal il y a l'élément thermolabile
nécessaire pour que les anticorps puisse détruire le vibrion cholérique.
Le complément a été à l'époque considéré comme un élément thermolabile présent dans le sérum, non
spécifique de l'antigène. Et cette activité est capable de complémenter l'activité des Ac pour éliminer la
bactérie (d'où le nom de complément)
Le complément fait partie de l'immunité innée. Il se met en jeu extrêmement rapidement lors d'une
infection (question de minute par rapport à l'immunité adaptative qui est compté en jours, voire en
semaines). Le complément fait donc partie de l'immunité très précoce au même titre que certaines
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cytokines comme les interférons, ou certaines cellules qui composent l'immunité inné comme les
macrophage ou les cellules natural killer (NK) par exemple.
Le complément est une première ligne de défense vis à vis de l'infection.
Les rôles majeurs du complément :
•
Un des rôles majeurs (démontré par Bordet) est la lyse des pathogènes (bactéries, virus, cellules
infectées, tout un tas de cibles qui ne sont pas forcément des cibles pathogéniques infectieuses).
•
Un autre grand rôle est l'opsonisation. C'est le fait de recouvrir un antigène pathogène (comme une
bactérie) avec des petits fragments du complément qui vont permettre la facilitation de la
phagocytose.
•
Le complément est aussi très utilisé pour épurer les complexe immuns qui sont continuellement
fabriqués par l'organisme. Il faut les éliminer car s'ils restent dans notre organisme, il y a risque
qu'ils se déposent sur l' endothélium au niveau vasculaire et créent des lésions.
•
Le complément (immunité innée) va être capable d'alerter les autres cellules de l'immunité innée
(Neutrophile, macrophage, cellule dendritique), c'est ce que l'on appelle l'inflammation.
•
Cela a été démontré plus récemment : le complément est très important aussi pour faire le lien
entre l'immunité innée et l'immunité acquise, adaptative : il aide les LB a s'activer.
L'activité thermolabile de départ, c'est plus de 30 protéines plasmatiques (ça correspond à plus de 5% des
protéines plasmatique). La synthèse de ces éléments qui composent le complément, est assurée par les
cellules hépatocytaires (foie) en majorité, mais il y a des cellules de l'immunité qui s'en chargent aussi
comme les monocytes (qui produisent la protéine C1q), les macrophages et les cellules épithéliales (ces
dernières qui ne sont pas des cellules de l'immunité !).
Les différentes protéines du complément sont des enzymes qui vont s'activer les unes après les autres pour
donner la cascade d'activation du complément. Enzymes qui sont inactives sous forme circulante. Elles
vont nécessiter d'être protéolysées pour acquérir leurs fonctions effectrices.
Comme c'est un système très efficace, il doit être très finement régulé pour éviter tout emballement du
système, notamment du système inflammatoire. Pour cela il y a des protéines dont le rôle est d'inhiber
l'action du complément.
Ces protéines peuvent être solubles ou membranaires.
Il existe 3 voies d'activation du complément :
• La voie classique
• La voie alterne
• La voie des lectines
Le complément est très ancien comme
système de défense : la voie alterne était déjà
présente chez les oursins. Cela a évolué, mais
le fait qu'il ait perduré démontre son
efficacité.
La voie des lectines est aussi très ancienne, et
la voie classique est apparue en même temps
que le développement de l'immunité
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adaptative (développement des Ac).
Il est important de connaître les éléments du complément, les comprendre mais pas par cœur.
Ce qu'il faut comprendre c'est comment ça s'active
et à quoi ça sert.
Comment ça s'active :
•
•
•
Quand on a regardé l'évolution,on
comprend que la voie classique, qui est la
plus récente, s'active par les complexes
immuns. (il fallait des Ac, on comprend
maintenant pourquoi elle est concomitante
de l'immunité adaptative et de la
fabrication des anticorps).
La voie classique s'active contre les
complexes immuns. Un complexe immun
étant une IgG ou une IgM qui a reconnu à la
surface d'une bactérie un Ag contre lequel il
est dirigé.
La voie des lectines reconnaît des sucres bactériens, pas besoin d'Ac. (on comprend donc pourquoi
c'est si ancien..)
La voie alterne reconnaît tout le reste : surface bactérienne, surface de virus, les parasites, les
cellules infectées, les cellules tumorales, etc... Tout ce qui n'est pas du soi ou tout ce qui est du soi
modifié. Très efficace contre agents infectieux.
L'activation de ces trois voies permet de former des C3 convertases : enzyme fabriquée avec les protéines
qui composent le complément (C3 convertase différente selon la voie utilisée) dont le but est de cliver la
protéine C3.
Ce clivage va permettre au C3 «coupé » (=C3b) de se fixer à la surface de la cible (bactérie ici).
C'est un événement indispensable pour continuer la cascade du complément et pour arriver au but final qui
est la lyse de la bactérie et l'activation de ce que l'on appelle le complexe d'attaque membranaire = CAM
(formation d'un pore dans la membrane de la cellule qui a subit l'attaque du complément.)
Si C3 n'est pas clivé, il ne se fixe pas la cascade s'arrête donc à cette étape et la bactérie n'est pas lysée.
La formation de ce complexe d'attaque membranaire passe aussi par la génération d'une autre enzyme
qu'on appelle la C5 convertase qui va activer une protéine du complément qui s'appelle le C5 et qui va
initier la formation de ce complexe d'attaque membranaire. Les trois voies on le même rôle, le même but
(lyser la cible) mais ne s'active pas de la même manière.
La nomenclature n'est pas évidente :
•
•
•
•
•
Numérotation de facteurs de C1 à C9 (dans leur ordre de découverte).
Il y a des lettres pour certains co-facteur (D, B, P,...)
Voir des acronymes pour des protéines de régulation (DAF decay accelerating factor, CR1
complement factor1, MCP membran co-factor protein...)
Après protéolyse les fragments générés sont suivis d'une lettre minuscule (C4
C4a + C4b)
Les formes active des complexes enzymatiques sont surmontées d'une barre (ex : C4b2a = C3
convertase classique)
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II. Les différentes voies d'activation du complément
1. La voie classique
Imaginons une infection bactérienne, on développe
des Ac contre la bactérie. On va devoir la lyser. Et le
complément va donc s'activer.
On a la membrane de la bactérie et l'Ac
spécifiquement dirigé contre un Ag de surface. Le
complément présent dans tout l'organisme, dans le
sang circulant, au niveau des tissus, va reconnaître
ces Ac qui sont fixés sur les Ag cibles. Cela nécessite
au moins 2 IgG, proche l'une de l'autre, pour
permettre l'activation de la C1Q (l'ensemble
« C1r/C1s + C1q » sur le schéma) aussi appelé C1 estérase qui est le premier élément du complément de la
voie classique qui va s'activer au contact des Ig spécifiques à l'Ag. Si l'Ig est sous forme soluble sans l'Ag en
face, ça ne marche pas.
Quand la C1Q s'active : c'est une protéase, elle va donc cliver la protéine C4 et C2 (inactive car sous forme
entière). Cela permet de générer le C4b et le C2a (les deux autres fragment, C2B et C4a, partent dans la
circulation). On a alors fabriqué la C3convertase de la voie classique (= C4b2a ). Enzyme permettant de
cliver le C3 pour qu 'il se fixe à la surface de la cible pour continuer l'activation de la voie classique.
Tous les Ac n'active pas la voie classique, ce sont les IgG (pas les
IgG4, ++IgG3 et 1) et IgM.
➔ La C1 estérase est composée de 6 molécules de C1Q et 2
C2R et 2 C2S. Ce sont ces protéines qui portent l'activité
protéolytique. C'est le C1S qui clive le C4 et C2. Cette
représentation schématique est représentative de la
vision en microscopie : en forme de bouquet de tulipe.
Pour le clivage, elle a besoin de calcium, c'est très
important.
➔ Le C4 clivé libère le C4a (anaphylatoxine) et C4b qui se
fixe dans la cellule cible. Ce dernier s'associe au C2a
(diffusion passive) clivé pour former la C3 convertase
classique.
Autre représentation :
2. La voie alterne du complément
La voie alterne du complément : reconnaît a peu près tout ce
qui n'est pas du soi : les bactérie, les virus, les helminthes, les
parasites, les cellules infectés, tumorales...
C'est une voie extrêmement efficace notamment contre les agents infectieux.
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Fonctionnement :
➔ Le C3 circulant (sous forme inactive) (Pas tout
a fait vrai car dans le sang le C3b a une
proportion à subir une hydrolyse spontanée,
cela va lui permettre d'être clivé dans la
circulation et alors C3b va pouvoir s'activer et
se fixer au niveau de la surface bactérienne).
➔ Surface bactérienne et pas celle de nos
cellules car elles sont protégées de cette
fixation puisqu'elles sont très riches en sucre
notamment en acide sialique qui va
repousser la fixation de C3b : protection par
la seule nature de notre membrane cellulaire.
Ce n'est pas le cas des membrane des
pathogènes (pauvres en Acide sialique).
➔ Nos cellules contrairement au pathogène comportent des régulateurs de l'activation de la voie
alterne du complément à leur surface : inhibition de la fixation et de l'activation de la voie alterne.
➔ Le C3 est clivé et se va se fixer sur la surface acceptrice bactérienne : boucle d'amplification très
rapide et très efficace avec formation de la C3 convertase alterne. Le C3b s'est fixé sur la bactérie, et
immédiatement les autres protéines se sont associée : le facteur B clivé par facteur D forme le
facteur Bb (« grand B petit b »). Si on l'ajoute à la protéine stabilisatrice (properdine) et au C3b, on
va fabriquer la C3 convertase alterne qui va aller cliver le C3 restant.
En quelques minutes des millions de protéines C3b sont fixées sur la bactérie cible : boucle d'amplification
très rapide.
C'est très efficace car cela fonctionne à chaque fois.
Pour éviter les effets collatéraux sur nos cellules, il faut des régulateurs sur nos cellules, membranaires ou
solubles.
Initiateurs de la voie alterne : (pas développé)
➔ pathogènes et particules d'origine microbienne
• bactéries gram- (LPS...) et gram+ (acide teïchoïque)
• Parois cellulaires des champignons et levures
• certains virus ou cellules infectées
• certaines cellules tumorales
• parasites (trypanosome)
➔ Agents non pathogènes (utilisés pour l'étude in vitro de la voie alterne)
• carbohydrates
• érythrocytes hétérologues
• facteurs du venin de cobra
3. La voie des lectines
La voie classique en dérive : c'est son ancêtre
Protéines MBL(mannose binding lectin) homologue de la protéine C1Q de la voie classique.
Masp1 et masp2 ressemble à C1r et C1sde la voie classique de manière extrêmement fidèle.
Elle ne s'active pas par des Ac (car présente bien avant l'immunité adaptative) mais par des sucres
présents à la surface des pathogènes.
➢ Les enzymes clivent C4 et C2, puis cela se termine comme la voie classique en formant la C3
convertase de la voie classique ou de la voie des lectines.
➢
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➢
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La seule différence entre la voie des lectines et la voie classique est le mode d'activation.
Avec l'apparition de la voie classique, on se demande a quoi sert encore la voie des lectines. Mais pour le
nouveau né elle est utile : quand il perd les Ig maternelles, il est immunosupprimé, alors cette voie est
importante (entre 4mois et 2 ans) avec un rôle important de défense vis à vis des pathogènes.
III.La voie terminale commune
La C3 convertase alterne ou classique permettent de
fabriquer la C5 convertase qui viendra cliver le C5.
→ La C3 convertase + C3B = C5
convertase
Alors on peut fabriquer la voie terminale commune
dont le travail est d'associer les protéines de C5 à C9
pour fabriquer le trou dans la membrane de la cible
bactérienne (fabrication du complexe d'attaque
membranaire = CAM).
Même chose vu différemment :
En amont on a activé nos voies, on a fabriqué la C5
convertase, cela clive du C5 et libère du C5a pendant
que le C5b initie l'assemblage des autres composants
de la voie terminale commune : fabrication du pore
(vu en MO – 70 a 100 A). Ceci permet la lyse
osmotique de la cellule cible : destruction.
GR détruits par l'action lytique du complément. On
peut le voir chez les malades : hémoglobinurie
paroxystique nocturne.
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IV.Régulation de la voie du complément
Il y a des régulateurs membranaires et solubles pour qu'à chaque étape on évite l'attaque de nos propres
cellules (inhibition de l'action du complément). Certains régulateurs sont aussi la pour favoriser l'action du
complément.
• Par exemple : la properdine stabilise la C3 convertase alterne, c'est donc un régulateur postitif.
• Inhibiteurs : inhibe l'action lytique du complément pour éviter la lyse de nos propre cellule et
réguler l'état inflammatoire (qui peut être délétère)
➔ Les
régulateurs
inhibiteurs
du
compléments sont
nombreux. Leur
rôle
est
de
détruire le C3b.
Certains facteurs
du complément
en sont capable :
protéine
transmembranaire
(MCP),
facteur
soluble
(facteur
H), facteurs i
(capable
de
couper en petits
morceaux le C3b
=> inactif).
Les autres facteurs
favorisent
le
rapprochement du
facteur I sur le C3B : co-facteurs.
➔ Pour le C4B : détruis par le facteur i aussi, mais avec des co-facteurs différents.
C'est ce qu'on fait au début, si le système est dépassé on en arrive au stade suivant de la C3 convertase.
➔ Régulateurs : facteur H permet de dissocier le complexe Bb au moment ou il est censé se former.
C'est une activité de dissociation des convertases.
Le DAF aussi peut aussi le faire (convertase de la voie alterne et classique).
D'autres protéases sont impliquées dans la dégradation des anaphylatoxines (=bout de clivage) :
➔ C5a et C3a sont très inflammatoires, si elles persistent de manière trop importante il y a un risque
inflammatoire chronique majeur. Alors on les clive en petits morceaux
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Si tous les mécanismes de régulation on
été dépassé on peut inhiber la formation
du CAM par des protéines solubles ou
membranaires qui sont capable d'inhiber
l'action lytique du complément à la
surface de nos cellules.
C'est la même chose avec les différents régulateurs.
V. Rôles physiologiques du complément
 Lyse du pathogène : Activation initiale soit par des
complexes immuns, soit parce que la C3 convertase
alterne s'est activée, soit les sucres on été reconnus.
Ces éléments vont concourir à la fabrication
membranaire du CAM (pore membranaire) qui
induira une lyse osmotique du pathogène.
 En même temps, le complément envoi une alerte aux cellules de l'immunité innée pour éliminer les
débris des cellules détruites. Le complément émet des signaux moléculaire : C3a et C5a
anaphylatoxines qui se fixent sur des récepteurs spécifiques présents à la surface des cellules de
l'immunité innée, ce qui les attire sur le site inflammatoire et active leur fonction effectrice.
EXEMPLE : la fixation des anaphylatoxines sur les macrophages induit leur chimiotaxisme vers le site
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inflammatoire. Ceci permet la production de cytokines et la phagocytose des débris issus de la lyse de la
bactérie (CAM).
 Une
fois
que
le
complément a détruit le
microbe il alerte les
phagocytes pour qu'ils
ingèrent les particules
microbiennes. Le microbe
qui a subit l'action lytique
du
complément
est
recouvert de C3b et de
facteurs du complément
(opsonisation) ce qui
permet au phagocyte de
les reconnaître car il
possède des récepteurs
pour les petits bouts du
complément.
Le
complément
qui
a
recouvert le microbe va
permettre
le
rapprochement des phagocytes et faciliter l'ingestion : facilite la phagocytose.
 Solubilisation et épuration des complexes
immuns : lorsqu'on fait une réponse
immunitaire, on développe des Ac qui vont
rencontrer les Ag. Cet ensemble Ac /Ag est
appelé « complexe immun. Ces complexes
sont généralement phagocytés. Mais il peut
rester des complexes immuns dans le sang
circulant (pas de phagocytes dans le sang). Il
faut trouver un système pour ramener les
complexes immuns au niveau des phagocytes
pour qu'ils soient détruits (au niveau des
vaisseaux les dépôt des complexes immuns
créés des vascularites).
Les complexes immuns ont activé la voie classique. Le C3b généré sera reconnu par des récepteurs à
la surface des érythrocytes : il se forme un complexe entre le GR, le CR1 et le complexe immun, il
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sera drainé jusque dans le foie ou dans la rate où il seront déchargé au niveau des phagocytes qui
vont ingérer les complexes immuns et les détruire.
TABLEAU : type de récepteur au complément et ce qu'ils sont capable de reconnaître. Pas évoqué en cours
 Facilitation de la reconnaisance de l'Ag par
le LB : rôle dans immunité adaptative et
dans la fonction efficace de la réponse
immunitaire humorale (Ac)
Ceci est lié à l'opsonisation de l'Ag par les
fragment du complément, ce qui permet la
reconnaissance par certains récepteurs
présents à la surface des lymphocytes B
(comme CR2 qui capte le C3d sur lequel est
attaché
l'antigène).
Cela
favorise
l'activation du LB.
VI.
Complément en pathologie
Rôle fondamental du complément dans la défense anti-infectieuse : tout déficit peut rendre plus
susceptible l'individu aux infection bactériennes.
● Déficit en protéines du complément
• Infections bactériennes
• maladies auto-immunes
● Déficit en protéines régulatrices
• angioedème héréditaire et acquis
• hémoglobinurie paroxystique nocturne
• syndrome hémolytique et urémique atypique
Exemple : Déficit en certaine protéines régulatrice du complément :
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➢ Hémoglobinurie paroxystique nocturne : absence à la surface des Globules rouges des protéines de
régulation du complément (CD55 et CD59) qui inhibe l'action lytique du complément. Les GR seront
très sensible à l'action lytique de la voie alterne des complément.
Thérapeutique : Ac qui bloque le C5 du complément.
Les diapos 35 à 43 n'ont pas été vues en cours.
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