cours Marc Dalod 2010

MODULE DE VIROLOGIE 2010
IMMUNITE INNEE ANTIVIRALE
CHEZ LES VERTEBRES
Marc DALOD
CIML
Téléphone 04-91-26-94-51
email: [email protected]
INTRODUCTION
BRAINSTORMING PAR PETITS GROUPES (10 MIN)
1) Qu
Qu’est-ce
est-ce qu’un
qu un virus (du point de vue de l’hôte
l hôte / de l’immunologiste)?
l immunologiste)?
2) Quels mécanismes naturels de défense antivirale connaissez-vous?
*che les bactéries?
*chez
*chez les plantes?
*chez les vers et chez les insectes?
*chez les vertébrés?
3) Qu’est-ce que l’immunité et qu’est-ce que le système immunitaire?
Existe-t-il différents types d’immunité, et si oui, quand sont-ils apparus au cours
de l’évolution?
4) Quelles sont les maladies virales les plus répandues chez l’homme?
5) Quelles sont les maladies virales les plus graves chez l’homme?
l homme?
6) Qu’est-ce qui cause la maladie au cours d’une infection virale?
7) Comment la médecine permet-elle de combattre les infections virales?
SCHEMA COMPARATIF SIMPLIFIE DES REPONSES IMMUNITAIRES
A DIFFERENTS PATHOGENES
Sites de réplication ou de résidence du pathogène
extracellulaires
intracellulaires
sang, lymphe
surfaces épithéliales cytoplasme
vacuoles
espaces intercellulaires
exemples
l
de
pathogènes
Immunité
protectrice
virus
bactéries
protozoaires
champigons
vers
anticorps
complément
neutralisation
phagocytose
bactéries (helicobacter pylori)
virus
protozoaires
bactéries
champigons (candida albicans)
protozoaires
vers
RNAi
RNases
…
anticorps (IgA)
IFN-α/β
peptides antimicrobiens
…
cellules NK
LT CD8
b éi
bactéries
(mycobacterium tuberculosis)
protozoaires
(trypanosoma spp.)
Activation des
macrophages
dépendante
des cellules NK
et des LT
SCHEMATISATION DES ACTEURS PRINCIPAUX
DES REPONSES IMMUNITAIRES ANTIVIRALES
SYSTEME IMMUNITAIRE
ADAPTATIF (OU ACQUIS)
INNE
INNE
T NK
ADAPTATIF (OU ACQUIS)
NK
LB
NK
IFN-α/β
IFN
/β
siRNA …
cellules
infectées
cellules
dendritiques
Mφ
LT
CD8
granulocytes
LT γδδ
(cellules immunitaires
incluses)
cellules non infectées
REPONSES INNEES HORS SYSTEME IMMUNITAIRE
LT
CD4
SCHEMA SIMPLIFIE DU DEROULEMENT CINETIQUE
ET DES ACTEURS PRINCIPAUX
D’UNE
D
UNE REPONSE IMMUNITAIRE ANTIVIRALE PRIMAIRE
Cellules NK
IFN-α/β
L T CD8
anticorps
charge virale
Jours après infection
Réponses Immunitaires innées
Réponses Immunitaires adaptatives
d1
1ère
exposition
(éventuellement
symptomatique)
immunité
protectrice
c2
c
charg
ge virale
e (log10)
réponse
primaire
c1
mémoire
immunitaire
c3
inten
nsité de la répon
nse antic
corps
ou lym
mphocyttaire T
i1
i2
i3
LA MEMOIRE IMMUNITAIRE
*capacité à combattre plus rapidement et plus efficacement un deuxième
épisode infectieux (notion de réponse anamnestique) / base de la vaccination
d2
2ème
exposition
(silencieuse)
semaines
d3
exposition
secondaire
(silencieuse ou bénigne)
années
temps
Pl d
Plan
du cours
•
I. Immunité innée « hors système
y
immunitaire »
–
–
–
–
•
Principes généraux
Exemples moléculaires
Récapitulatif – importance des IFN-α/β
P
Perspectives
ti
II. Immunité innée via des cellules immunitaires
– Présentation des cellules et des fonctions antivirales du système immunitaire
– Exemple du modèle d’infection
d infection des souris par le cytomégalovirus murin (MCMV)
•
•
•
Importance des IFN-α/β et d’autres cytokines innées pour la défense antivirale
Importance des cellules Natural Killer (NK)
Importance des cellules dendritiques (DCs)
–
–
–
Rôle des DCs dans la production des cytokines innées (IFN-α/β, IL-12 et TNF-α)
Mécanismes d’activation
d activation des DCs au cours de l’infection
l infection virale
Aperçu de la complexité des interactions entre les effecteurs immunitaires en réponse à l’infection par le MCMV
– Généralisation des modalités de reconnaissance initiale des virus par l’hôte au cours de
l’infection
•
•
•
III. Conclusions & perspectives
III
IV. Les points essentiels à retenir
Bibliographie
I. Immunité innée «hors système
immunitaire »
Réponses
p
antivirales induites dans/par
p les cellules infectées
qu'elles soient ou non des cellules immunitaires
Immunité innée «hors système immunitaire»: principes généraux
Espace extracellulaire
compartiment intracellulaire
Protéines virales
libérées dans la cellule
au cours de l’infection
présentation antigénique -> destruction par les LT CD8
li
ligands
d activateurs
ti t
->
> destruction
d t ti par lles cellules
ll l NK
Surcharge protéique dans le RER
UPR (unfolded protein response)
-> apotose
expression de ligands de NKG2D
-> destruction par les cellules NK
Accumulation d’acides nucléiques viraux
Activation de l’interférence ARN
-> destruction des ARN viraux -> inhibition réplication
Activation de récepteurs cytosoliques
-> IFN-α/β, blocage de la protéogenèse, apoptose
Protéines virales produites
pendant le cycle viral
séquestration ->
> inhibition de la formation des virions
présentation antigénique -> destruction par les LT CD8
Adapté de Mogensen, TH et al. Molecular Pathways in Virus-Induced Cytokine Production. Microbiology and Molecular Biology
Reviews, 2001, 65:131–150. Voir cet article pour des exemples concrets et un aperçu des voies de transduction impliquées.
Immunité innée «hors système immunitaire»: exemples moléculaires
déamination
virus
ADAR
de l’ARN
l ARN
APOBEC3G
acides
id nucléiques
léi
viraux
i
protéines
téi
virales
i l
TRIM5
TRIM5α
5’PPP-ARN
RIG1
Protéines
Mx
séquestration séquestration
des protéines
de la
de capside nucléocapside
2’5’OAS
PKR
GCN2
RNase L
P-eIF2α
ARNdb
MDA5
IRFs
IFN-α/β
protection des cellules adjacentes
activation du système immunitaire
autoamplification du système
ADN
DAI
↑ dégradation
de l’ARN
l ARN
↑ apoptose
↓ traduction
Immunité innée «hors système immunitaire»: récapitulatif
L’infection virale peut induire dans la cellule des réponses de stress
avec deux types de conséquences:
1) Activation des mécanismes cellulaires de défense antivirale
-lesquels?
-inhibition spécifique de la réplication ou de l’encapsidation virales (ex: interférence ARN ou
séquestration des protéines de capsides)
-apotose cellulaire
-comment sont-ils induits
-en réponse à la reconnaissance d’acides nucléiques viraux par des récepteurs cellulaires
cytoplasmiques
-en réponse au stress dû au détournement de la machinerie métabolique cellulaire
2) Emission de signaux de danger du soi pour avertir les cellules voisines et le système
immunitaire
-lesquels?
-en particulier les interférons alpha/beta (IFN-α/β)
-limitation de la réplication virale dans la cellule infectée
-induction de mécanismes de résistance à l'infection dans les cellules voisines
-activation des cellules du système immunitaire
-d’autres cytokines
-d’autres signaux
-ex:
ex: molécules membranaires capables d’engager
d engager les récepteurs activateurs des cellules NK
Gasser S, et al. The DNA damage pathway regulates innate immune system ligands of the
NKG2D receptor. Nature. 2005;436:1186-90.
-ex: présentation antigénique aux LT CD8
-comment sont-ils induits?
-en réponse à la reconnaissance d’acides nucléiques viraux par des récepteurs cellulaires
cytoplasmiques
-en réponse au stress dû au détournement de la machinerie cellulaire de synthèse des protéines ou
des acides nucléiques
Immunité innée «hors système immunitaire»: perspectives
L’infection virale entraîne dans la cellule l’activation de multiples gènes de
réponse au stress (VISG pour « viral induced stress genes ») dont la plupart
n’ont
’
pas encore d
de ffonction
i attribuée.
ib é
Pour plus d
d’informations,
informations, lire par exemple Sarkar, S.N. et al;
Novel functions of proteins encoded by viral stress-inducible genes;
Pharmacology & Therapeutics; 2004, 103: 245–259
II. Immunité innée via des cellules
immunitaires
Quelles sont les cellules et les fonctions antivirales du système
immunitaire inné?
Quel est le premier type de cellule immunitaire activé?
Quels sont les premiers signaux de danger reconnus et comment sont-ils
sont ils
reconnus?
Comment s’intégrent
s intégrent les réponses des différentes cellules du système
immunitaire inné?
CELLULES DU SYSTEME IMMUNITAIRE ET DEFENSE ANTIVIRALE
IMMUNITE ADAPTATIVE
IMMUNITE INNEE
Cellule
Natural Killer (NK)
cellule
ll l dendritique
d d iti
plasmacytoïde (pDC)
Récepteurs antiviraux:
Fonctions effectrices:
Mémoire:
cellule dendritique
Lymphocyte T/B
conventionnelle (cDC)
(LT/LB)
PRR (pattern recognition receptors)
TcR/BcR
(ex: TLR, Toll-like receptors)
(T/B cell receptor)
récepteurs
activateurs
lyse
IFN-γ
IFN-α/β, autres cytokines
apprêtement et présentation antigénique
OUI ou NON?
NON
lyse (LT CD8)
anticorps (LB)
IFN- γ (LT)
OUI
EXEMPLE DU MODELE D’INFECTIONS DES SOURIS
PAR LE CYTOMEGALOVIRUS MURIN (MCMV)
MCMV – Cytomégalovirus murin
Presentation générale
• Herpesvirus à ADN db
• Pathogène naturel de la souris; homologue de HCMV
•Tropisme large (cellules endothéliales vasculaires,
hépatocytes, monocytes/macrophages, granulocytes,
DC …)
• Pathologie due au virus et aux réponses immunitaires
Figure de www.grafix.de
• Modèle
M dèl lle mieux
i
défi
définii pour l’étude
l’ét d des
d réponses
é
immunitaires innées à une infection virale
• Défense antivirale en p
partie médiée p
par les LT CD4 et
CD8
Importance des IFN-α/β et d’autres cytokines innées
pour la défense antivirale
Cytokines innées produites précocemment
Au cours des réponses immunitaires innées anti-MCMV
•Production précoce et transitoire de plusieurs cytokines innées
IFN-α/β
300
pg/ml
U/ml
500
100
0
0
18
36
48
heures après infection
Adapté de Ruzek, M. et al, J Exp Med, 1998
Importance des IFN-α/β pour la résistance au MCMV
wt
IFN-α/βR-/-
1
Adapté de Presti, R.M., J Exp Med, 1998
2
3
4
5
6
7
Pe
ercent surviva
al
Importance de l’IL-12 pour la résistance au MCMV
IL-12+/+
IL-12
IL
12-/IL-18+/+
IL-18
IL
18-/-/
Adapté de Pien, G.J., J Immunol, 2000
Importance de l’IFN-γ pour la résistance au MCMV
wt
IFN-γR-/IFN-α/βR-/IFN-α/β/γR
α/β/γ -/-
1
Adapté de Presti, R.M., J Exp Med, 1998
2
3
4
5
6
7
Importance des cellules Natural Killer
pour la défense antivirale
Nb jours post-infection
Adapté de Brown, M.G. et al. Science, 2001.
J2
J2
Déplétion
NK
J0
contôle
e
% survie
IFN-γγ dans le sé
érum (ng/mll)
Importance des réponses cellulaires NK pour la résistance au MCMV
Adapté de Orange,
Orange G
G.J.
J
J Immunol, 1996
Régulation des réponses cellulaires NK anti-MCMV:
rôle des cytokines innées
IFN-γ
CYTOTOXICITE
IL-12
NK
IFN-α/β
SURVIE /
ACCUMUMATION
IL-15
Adapté de Nguyen, K. et al. J Immunol. 2002
Mécanisme général de reconnaissance
des cellules infectées par les cellules NK
NO LYSIS
Activation
receptor
+
normal cells
NK cells
-
Inhibitory
receptor
t
MHC-I
LYSIS
Activation
receptor
+
Viral infected
cells
NK cells
-
Inhibitory
receptor
MHC-I
Régulation des réponses cellulaires NK anti-MCMV:
rôle du récepteur activateur Ly49H
cellule
ll l NK
Ly49H+
+
L
Ly49H
L
Ly49H
LYSE
m1
157
m1
157
cellule
infectée
Tiré de Brown, M.G. et al. Science, 2001.
Adapté de Smith H.R.C. et al. PNAS, 2001 et
de Arase H. et al, Science, 2001.
MODEL DU ROLE RESPECTIF DES CYTOKINES ET DE LY49H
POUR LE DEVELOPPEMENT DE REPONSES NK A L’INFECTION PAR LE MCMV
ACTIVATION DES CELLULES NK
DEPENDANTE DES CYTOKINES
IFN-α/β
?
PROLIFERATION,
ACQUISITION DE LA
MACHINERIE
CYTOTOXIQUE
+
+
IL-12
CELLULE
PRODUCTRICE
DE CYTOKINE
C
CELLULE
NK
PRODUCTION
D’IFN-γ
RECONNAISSANCE & LYSE
DES CELLULES INFECTEES
DEPENDANTE DE LY49H
LYSE
+
Ly49H
m157
Ly49H
m157
+
CELLULE NK
C
Ly49H+
SECRETION
D’IFN-γ
CELLULE
C
INFECTEE
QUI SONT LES CELLULES PRODUCTRICES D’IFN-α/β ET D’IL-12?
Importance des cellules dendritiques
pour la défense antivirale
Rôle des DCs dans la production
des IFN-α/β
IFN-α/β, de l’IL-12
l IL-12 et du TNF-α
en réponse à l’infection par le MCMV
SOUS-POPULATIONS PHENOTYPIQUES ET FONCTIONNELLES DES DC
DE LA RATE DE SOURIS
sous-population
phénotype
DC conventionelles (cDC)
DC CD8α
DC CD11b
CD11chighCD8α+
CD11chighCD11b+
fonction
IL-12?
présumée Activation des LT CD8?
DC plasmacytoïde
CD11clowLy6C+
Activation des LT CD4? production d’IFN-α/β?
Méthodes d’enrichissement des DCs
prélèvement
jj1.5
sérum
CD11c+
1) digestion
collagénase
CD11c
94
4
CD11c
2) incubation EDTA
3) lyse
é th
érythrocytes
t
58
CD11c+
marqueur+
CD11c-
marqueurr
rate
t
pre-tri
MACS
40
ma
arqueur
Tri
FACS
ma
arqueur
MCMV, j0
<1
99
marqueur-
CD11c
Identification des cellules dendritiques plasmacytoïdes murines
et étude de leur rôle pour la défense contre les infections virales (I)
Production de cytokines ex vivo
Impact de la déplétion des pDC sur la production d’IFN-α/β
Déplétion par anticorps anti-Ly6C
Souris mutantes
20
99
16
0
3x105 IFN-α
2x105
0
BLD
pDC
cDC
Adapté de Dalod, M. et al. J Exp Med. 2003
% P DC
4
0
4
0
IFN-α (pg/ml x105)
200
8
4
3
2
1
0
Anti-L
Ly6C
400
8
conttrôle
IL-12
IFN-α
α (pg/ml x105)
cytokine
e (pg/ 106 c
cellules)
% P DC
12
B) ELISA sur surnageants de cultures ex vivo
105
12
wt
CD11c
600
16
Ikaro
osL/L
Ly6C
A) Vérification de la pureté des tris
96
Adapté de Allman, D. et al. Blood. 2006
Identification des cellules dendritiques plasmacytoïdes murines
et étude de leur rôle pour la défense contre les infections virales (II)
Production de cytokines in vivo
analyse par immunohistofluorescence
sur coupe de rate
analyse par cytométrie de flux
sur suspension de splénocytes totaux
0h
30h
marqueur de
m
e DC plasmacytoïde
< 0.1
< 0.1
< 0.1
marqueur plasmacytoïde
CD11c
19.0
10.1
16.7
IFN-α/β
19.6
26.2
10.7
36h
contrôle isotypique
50 μm
IFN-α/β
IL-12p40
Adapté de Zucchini, N. et al. Int. Immunol. 2008
TNF-α
Identification des cellules dendritiques plasmacytoïdes murines
et étude de leur rôle pour la défense contre les infections virales (III)
Conclusion:
Les pDCs constituent la source majeure d’IFN-α/β,
d IFN α/β, d
d’IL-12
IL 12 et de TNF-α
TNF α au cours de
l’infection de souris par le MCMV
Généralisation:
D’autres équipes ont monté un rôle majeur des pDCs pour la production d’IFN-α/β
ou pour le contrôle de la pathologie lors d’infections de souris par:
-HSV-1
-VSV
-RSV
-MHV
Cependant, les pDCs ne sont pas cruciales pour ces fonctions dans toutes les
infections virales. Cela peut dépendre du virus et/ou de la voie d’infection.
Kumagai Y,
Y Takeuchi O
O, Kato H
H, et al
al. Alveolar Macrophages Are the Primary Interferon
Interferon-alpha
alpha Producer in
Pulmonary Infection with RNA Viruses. Immunity. 2007;27:240-252.
Chez l’homme, il existe une corrélation entre la capacité des pDCs à produire des
IFN-α/β et la résistance à l’évolution de certaines infections (HCV, HIV).
Mécanismes d’activation des DCs
en réponse à l’infection par le MCMV
Modalités d’activation des DCs par les pathogènes:
Importance du profil d’expression et des spécificités des voies de signalisation
d PRRs
des
PRR d
dans les
l sous-populations
l i
de
d DCs:
DC
exemple des récepteurs Toll
IFN-α/β
β
IL-12
IFN-β
β
et TNF-α
…
ou IL-12
et IL-12
ou IL-10
…
…
Adapté de: Iwasaki A. et al. Toll-like receptor control of the adaptive immune response. Nature Immunol. 2004, 5:987.
parasites
TLR requirements for systemic IFN-I production during MCMV infection
750
500
150
250
0
0
**
**
TLR7
7-/- TLR9-//-
300
C57BL/6
6
TLR7-//TLR9-//-
*
C57BL/6
6
MyD88-//-
se
erum IFN
N-α (pg/m
ml)
450
Adapted from: Zucchini N et al. Cutting edge: Overlapping functions of TLR7 and TLR9 for innate defense against a
herpesvirus infection. J Immunol. 2008;180(9):5799-803.
TLR requirements for pDC IFN-I production in vivo during MCMV infection
Adapted from: Zucchini N et al. Cutting edge: Overlapping functions of TLR7 and TLR9 for innate defense against a
herpesvirus infection. J Immunol. 2008;180(9):5799-803.
TLR requirements for survival to MCMV infection
B
A
100
105 PFU
Percentage off survivor
Percentage of survivor
P
100
75
50
25
0
0
2 4
5
7 18 20
6
5.104 PFU
75
50
25
0
0
y after infection
Number of days
C57BL/6
TLR7-/p<0
0.01
01
TLR9-/TLR7-/- TLR9-/MyD88-/-
2 4
5
Number of days after infection
TLR7-/-
NS
NS
pp == 0.06
0.06
NS
7 18 20
6
p < 0.01
0 01
p < 0.01
TLR9-/TLR7-/-/ TLR9-/-/
MyD88-/-
NS
0.01
pp << 0.01
NS
Adapted from: Zucchini N et al. Cutting edge: Overlapping functions of TLR7 and TLR9 for innate defense against a
herpesvirus infection. J Immunol. 2008;180(9):5799-803.
TLR requirements for pDC cytokine production during MCMV infection
viral products
early
endosome
d
TLR9
TLR7
MyD88
IFN-α/β
TNF-α (?)
IRF7
IRF5
IL-12p70
TLR9 MyD88
pDC
late endosome /
lysosome
A model for pDC initiation of inflammation and innate immune responses
during MCMV infection
pDC
DC MATURATION
MIP-1α
RECRUITMENT OF
INNATE EFFECTORS
TO SITES OF VIRAL REPLICATION
TNFα
IFN-γ PRODUCTION
IL-12
IFN-Ι
NK
cDC
IL 15
IL-15
IL-15 AND IL-15-Rα
INDUCTION
ACQUISITION OF THE
CYTOTOXIC MACHINERY
PROLIFERATION AND SURVIVAL
Compiled from: from: Dalod M et al. J Exp Med. 2003;197:885; Zucchini N et al. Int Immunol. 2008;20:45; SalazarMather TP et al. J Exp Med. 1998;187:1; Nguyen KB et al. J Immunol. 2002;169:4279; Lucas M et al. Immunity.
2007;26:503; Fehniger TA et al. Immunity. 2007;26:798.
ILLUSTRATION DE LA NOTION DE SYSTEME IMMUNITAIRE:
Aperçu de la complexité des interactions entre les effecteurs immunitaires
dans le cadre du modèle d’infection de souris par le MCMV
IFN-α/β
PDC
Accumulation
maturation
Inhibition de la production d’IL-12
maturation
maturation
PDC
PDC
PDC
PDC
CD8α
CD11b
accumulation
activation
activation
IFN-α/β
IL-12
cellule
NK
LT
CD8
activation
protection
IFN-γ
cytotoxicité
Elimination du virus
protection contre l’immunopathologie
LT
CD4
Généralisation des modalités de reconnaissance initiale des virus par l’hôte
au cours de l’infection
Quels sont les premiers signaux de danger reconnus?
Comment sont-ils reconnus?
Cela dépend des virus:
Ligands (témoin de l’infection
l infection virale)
Reconnaissance de signatures moléculaires virales
-structure organisée de la capside
- glycoprotéines d'enveloppe (motifs osidiques)
-ARNdb (localisation lysosomale)
-ARNdb (localisation cytoplasmique)
-ARNsb
ARNsb (localisation lysosomale)
-ARNsb ou ARNdb sans coiffe (localisation cytoplasmique)
-ADN CpG (localisation lysosomale)
-ADN viral (localisation cytoplasmique)
-molécules virales à la surface de la cellule infectée
Récepteurs (activation des défenses)
???
mannose récepteur, NCR
TLR3
MDA5
TLR7/8
RIG-I
TLR9
DAI
Ly49H
Reconnaissance de signaux de stress cellulaire
-protéines de choc thermique
TLR4 CD36
TLR4,
CD36, ???
-molécules induites par le stress (Rae, H60, Mult-1)
NKG2D
-IFN-αβ et autres cytokines
récepteurs de cytokines (IFNαR, autres récepteurs)
Les récepteurs représentés en gras présentent une expression ubiquitaire
Quel est le premier type cellulaire immunitaire activé?
Cela dépend du virus et de sa voie d’entrée
d entrée dans l’organisme.
l organisme.
Probablement les pDCs en cas d’infection systémique ou muqueuse, les
sentinelles immunitaires locales dans les épithélia (ex. macrophages
alvéolaires du poumon)
poumon), éventuellement les premières cellules infectées
infectées,
peut-être parfois les cellules NK ...
C
Comment
t s’effectue
’ ff t lla poursuite
it de
d l’activation
l’ ti ti du
d système
tè
immunitaire inné?
Activation à la fois par les facteurs solubles relargués au cours de la première
phase et par la reconnaissance de signaux de danger directement émis par
les cellules infectées (cf. voies d’activation des cellules NK par exemple)
Recrutement cellulaire,
cellulaire régulation du traffic cellulaire
Quelles sont les fonctions antivirales du système immunitaire
inné?
Fonction effectrice antivirale directe (IFN-α/β, cytotoxicité, IFN-γ,…)
Fonction immunorégulatrice: recrutement et activation des réponses
immunitaires adaptatives
Schématisation synthétique de l’état actuel des connaissances sur les voies
moléculaires d’induction et le mode d’action des réponses immunitaires innées antivirales
Tiré de Pichlmair, A. et al. Immunity. 2007.
Quelques jalons historiques de la dissection des
réponses immunitaires antivirales
1885:
C
Conception
ti du
d vaccin
i contre
t la
l rage
1957:
découverte
des interférons-alpha/beta (IFN-α/β),
(
β)
50ème anniversaire en 2007
1960:
découverte du complexe majeur
d histocompatibilité
d’histocompatibilité
1973:
Découverte des cellules dendritiques spécialisées
dans la présentation de l’antigène aux LT
1974:
Découverte de la restriction de la présentation
antigénique par le CMH
1985:
identification des gènes codant pour les
récepteurs T et pour les anticorps
1999:
Id tifi ti des
Identification
d cellules
ll l dendritiques
d d iti
plasmacytoïdes (pDCs)
2003-2007:
Identification des récepteurs
p
cellulaires aux
acides nucléiques viraux impliqués dans
l’induction des IFN-α/β (TLR3, TLR7, TLR9, RIG-I,
MDA5, DAI) et des voies de transduction associées (MyD88,
IRF1, IRF3, IRF5, IRF7, CARD9)
III. CONCLUSION / PERSPECTIVES
Rôle des réponses immunitaires innées
pour l’induction des réponses immunitaires adaptatives
antivirales
1) Réponse lymphocytaire B
notion d'anticorps neutralisants et d'anticorps facilitants
2) Ré
Réponse llymphocytaire
h
t i T CD8
reconnaissance des cellules infectées
élimination de ces cellule ou inhibition de la réplication virale
3) Réponse lymphocytaire T CD4
aide à la mise en place et à la maturation des réponses lymphocytaires T
CD8 et lymphocytaires B
IMPORTANCE RELATIVE DE CES REPONSES
POUR UNE INFECTION PRIMAIRE VERSUS SECONDAIRE
Bases moléculaires de la reconnaissance des cellules infectées
par les lymphocytes T CD8 (lymphocytes T cytotoxiques ou CTL)
A) La cellule infectée synthétise et exprime des complexes peptide viral / CMH I
Infection de la cellule
Association peptides viraux
et molécules CMH I
dans le RER
Synthèse de protéines
virales dans le cytosol
Export à la membrane des
complexes CMH I+peptide
B) Un CTL activé reconnaît par son TcR les complexes MHC / peptide et tue la cellule infectée
Les LT CD8 reconnaissent à la surface des
cellules
ll l iinfectées
f té d
des complexes
l
constitués d’une molécule du CMH de
classe I associée à un peptide viral
lyse
TcR
MHC I
+
peptide
Génération des lymphocytes T cytotoxiques (CTLs)
Les lymphocytes T cytotoxiques (CTLs) sont générés par activation spécifique des
LT CD8 naïfs.
• ~100 LT CD8 naïfs spécifiques du même complexe MHC-I+peptide chez la
souris (Blattman et al., J. Exp. Med., 5:657-664, 2002)
• Les LT CD8 naïfs sont activés dans les ganglions lymphatiques par les DC
matures
• L’
L’activation
ti ti des
d LT naïfs
ïf par les
l DCs
DC nécessite
é
it 3 ttypes d
de signaux:
i
• Signal 1 = complexe MHC-peptide -> engagement du TcR
• Signal 2 = co-stimulation (e.g. CD86 -> engagement de CD28)
• Signal 3 = cytokines innées (e
(e.g.
g IL
IL-12,
12 IFN
IFN-α/β)
/β) et/ou aide des LT CD4
Pour le signal 3, particularité des réponses T CD8 antivirales: possibilité
d’induction indépendante des LT CD4 mais dépendante des IFN-α/β
• Importance des signaux de dangers reçus par les DCs dans la
détermination de la nature des signaux 2 et 3 délivrés aux LT CD8 naïfs:
rôle de l’immunité
l immunité innée
1) DC IMMATURE
IFN-β
MHC I /peptide
IL-12
IL
12
b té i
bactérie
TLR4
DC
DC
MHC II/ Ii
LPS
IFN-β
bactérie
LPS
CD40
DC
apprêtement
de l’antigène
p
p
n LT CD8
o
CD40
CD86
4) PRIMING DES LT CD8
2) MATURATION
endocytose
TLR4
+
+ CD28
CD40L
production
DC
IFN-β
de cytokines
IL-12
+
IL 12
IL-12
DC
CD86
+
+
CD40
+
CD40L
MHC II /peptide
n
CD28
o LT CD4
p
+
3) PRIMING DES LT CD4
LICENSING POUR L’ACTIVATION DES LT CD8
Comparaison immunité innée / adaptative:
immunité
Innée
Adaptative
spécificité
Large
très spécifique
récepteurs
Récepteurs de reconnaissance
de motifs moléculaires
(Pattern recognition receptors,
receptors PRR)
Anticorps et
récepteurs des LT (TcR)
gènes
Récepteurs codés par l’ADN germinal
(germline encoded)
récepteurs générés par
recombinaison somatique
tolérance
Imparfaite
précise (le plus souvent)
COMPLEMENTARITE
DES SYSTEMES IMMUNITAIRES INNES ET ADAPTATIFS (I)
NK anti-viral
response
Activation
receptor
+
Viral infected
cells
NK cells
y
Inhibitory
receptor
CD8 anti-viral
response
p
Effector CD8
T cell
Viral infected
cells
COMPLEMENTARITE
DES SYSTEMES IMMUNITAIRES INNES ET ADAPTATIFS (II)
Intervention à des moments distincts de l'infection
Plus le nombre de pressions de sélections exercées est petit,
plus g
p
grand est le risque
q d'échappement
pp
viral
Echappement viral aux réponse immunitaires innées
Echappement viral aux réponses immunitaires adaptatives
Mémoire immunitaire et limitation des infections secondaires
CE QU'IL RESTE A COMPRENDRE
DES REPONSES IMMUNITAIRES ANTIVIRALES
QUELS SONT LES CORRELATS DE PROTECTION CONTRE LE
DEVELOPPEMENT DU SIDA (VIRUS VIH-1) OU D’UNE HEPATITE
GRAVE (VIRUS DE L’HEPATITE C)?
ROLE DES CELLULES DU SYSTEME IMMUNITAIRE INNE
COMMENT LES DIFFERENTES PHASES DES REPONSES
IMMUNITAIRES ANTIVIRALES SONT-ELLES CONNECTEES?
COMMENT L'HISTOIRE IMMUNITAIRE D'UN INDIVIDU INFLUE-T-ELLE
SUR SA REPONSE A L’INFECTION PAR UN NOUVEAU VIRUS?
Histoire immunitaire et modelage
g des réponses antivirales
Péché antigénique originel (Zinkernagel)
Cross-réactivité, attrition des réponses mémoires (R Welsh et Lisa Selin)
De l’extrapolation à la santé humaine des mécanismes mis en évidence chez l’animal
Avantages des modèles animaux
-contrôle
contrôle expérimental du moment et du contexte de l’infection
l infection
-homogénéité génétique de la population hôte (ex. souris de laboratoire)
-accessibilité directe aux relations de causalité par manipulation expérimentale du système
*manipulation génétique de l’hôte pour en disséquer les mécanismes de résistance (« forward » ou « reverse » genetic,
avènement de l’approche par mutagenèse aléatoire «ENU» chez la souris: voir les travaux du groupe de Bruce Beutler)
*
*manipulation
i l ti génétique
é éti
d
du virus
i
pour en di
disséquer
é
lles ffonctions
ti
iimmunosuppressives
i
*expériences d’analyse de l’impact de la déplétion d’un effecteur immunitaire puis de sa reconstitution
-possibilité de travailler avec un petit nombre d’individus
Inconvénients des modèles animaux
-échantillon génétique biaisé de la population d’hôtes étudiés (ex. souris de laboratoires)
-possibilité de mécanismes propres à l’espèce et non extrapolables à l’homme
-caractère artificiel des conditions expérimentales (ex. doses et voies d’infection)
Nature des études chez l’homme
-Etude le plus souvent corrélatives, sans accessibilité directe aux relations de causalité. Recherche de «corrélats de protection» chez
des individus naturellement résistants à l’infection ou protégés par vaccination empirique, puis mise en œuvre de protocoles
vaccinaux ou immunothérapeutiques pour induire les réponses immunitaires correspondantes chez les individus sensibles.
Nécessité d’étudier un grand nombre d’individus pour un petit nombre de paramètres. Démarche hypothético-déductive
éventuellement basée sur l’étude de modèles animaux. Cette approche est en train de bénéficier de l’aboutissement du projet
de séquençage du génome humain qui a permis l’avènement
l avènement d’études
d études génomiques de grande échelle par comparaison du
polymorphisme génétique global chez des populations humaines sensibles ou résistantes à l’infection.
-Approche génétique par identification puis caractérisation d’individus présentant divers types d’immunodéficiences héréditaires (voir
les travaux des groupes d’Alain Fisher et Jean-Laurent Casanova)
Bilan
*Les études des mécanismes de résistance immunitaires aux infections chez l’animal ont permis des avancées considérables
dans la compréhension fondamentale du fonctionnement du système immunitaire des mammifères, souvent extrapolables à
l’homme (ex. récent de la découverte des TLRs et des RLRs)
*Il existe des divergences apparentes significatives dans l’importance relative des certains effecteurs immunitaires qui peuvent
en p
partie s’expliquer
p q
p
par la différence dans le contexte de l’infection et dans la nature des p
paramètres examinés ((ex. de la forte
sensibilité des souris TLR9-KO ou MyD88-KO à divers virus contrastant avec la relativement bonne résistance des hommes
IRAK-4-KO aux infections virales)
IV. LES POINTS ESSENTIELS A RETENIR
Virus:
•
Les virus sont des parasites intracellulaires obligatoires
– composés essentiellement de protéines et d’acides nucléiques
– Enveloppés ou non
– Niveaux variables de complexité
(codent de 7 protéines à plus de 100 protéines)
– Voies multiples et variées de transmission
– Infection des cellules permissives de l’hôte: notion de TROPISME
•
Infections locales versus systémiques
– Virémie primaire versus secondaire
•
I
Issues/types
/t
d’infections
d’i f ti
– Aiguë/ latente/ chronique/ transformation
Réponses immunitaires aux virus :
– Innées hors système immunitaire
• défenses antivirales cellulaires
– voies de MDA5, de RIG-I, et de DAI pour la production d’
IFN-α/β, voie de la PKR, … interférence ARN
• emission de signaux de dangers
– ligands de NKG2D, IFN-α/β …
– Système immunitaire inné
• Cytokines (IFN-α/β, IFN-γ, IL-12, IL-18, IL-15, …)
• cellules dendritiques (production de cytokines,
cytokines activation des cellules cytotoxiques
cytotoxiques, …))
• cellules NK (lyse des cellules infectées, production d’IFN-γ, …)
– Système immunitaire adaptif:
• LT CD8 (lyse des cellules infectées, production d’IFN-γ et d’autres cytokines, inhibition de la
p
virale,, …))
réplication
• LT CD4 (aide aux LT CD8 et aux LB, production d’IFN-γ, …)
• LB (production d’anticorps qui peuvent être neutralisants ou facilitants, ADCC)
– Effets néfastes pour l’hôte: immunopathologie
Stratégies virales d’échappement aux réponses
immunitaires
– Stratégie du “cheval de Troie”= se cacher du système immunitaire
• Diminution de l’expression de molécules immunitaires (ligands des
récepteurs activateurs de cellules NK
NK, CMH de classe II, interférons
interféronsα/β…)
• Variation antigénique (sélection de mutants d’échappement)
• …
– Interférence avec la réponse immunitaire
• analogues de cytokines ou de chimiokines
• analogues de récepteurs de la famille du TNF
• Molécules inhibitrices des voies d’activation induites par les
interférons ou d’autres cytokines
• …
– Tolérance
Méthodes de contrôle des pandémies:
• Santé publique, hygiène
• VACCINS
– Vivants: atténués
– Inactivés: tués
– Avantages/ désavantages
• Chimiothérapie antivirale
– Ciblage d’un processus biologique propre au virus
– Eviter la toxicité cellulaire
Infection virale
Immunité innée
Immunopathologie
Autoimmunité
vaccination
Immunité adaptative
thérapie
Contrôle
d l’infection
de
l’i f ti
par le
l
système immunitaire
prévention
Evasion immunitaire
-immunosuppression
-échappement
é h
t viral
i l
(variabilité antigénique)
-dissimulation
Mémoire immunitaire
IInfection
f ti
persistente
i t t
ou chronique
Infection hétérologue
Bibliographie:
Livres:
• Immunology of Infectious Diseases, First Edition, 2002.
• Fundamental Immunology, Fourth Edition, 1999; Chapter 39: Immunity to Viruses.
Encyclopédie Wykipedia: http://fr.wikipedia.org/wiki/Immunologie
http://fr wikipedia org/wiki/Immunologie
Introduction (1)
I. Immunité innée «hors système immunitaire» (2-5)
II. Immunité innée via des cellules immunitaires
*cellules et fonctions antivirales du système immunitaire inné (6)
* t
*nature
ett mécanismes
é
i
d
de reconnaissance
i
d
des signaux
i
d
de d
danger (2)
*intégration des réponses des différentes cellules immunitaires innées (6-9)
III. Immunité adaptative cellulaire
*Réponses des LT CD8 (10-12)
IV. Conclusions & perspectives (3, 13-20)
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