27/11/2018 Antigènes et Anticorps Pr Babacar Mbengue FMPO/UCAD ---- L3 - Médecine ----2018 - 2019 Antigènes - Anticorps Introduction I – les anticorps II – les antigènes III – Applications de l’interaction Ag-Ac Conclusion 1 27/11/2018 Composants du système immunitaire Composantes du Système Immunitaire Immunité NON SPECIFIQUE INNEE HUMORALE Complément Cytokines Immunité SPECIFIQUE ADAPTATIVE CELLULAIRE Macrophages, Neutrophiles… CELLULAIRE Lymphocytes T et B HUMORALE Anticorps Composants du système immunitaire - 3 lignes de défense Défenses non-spécifiques 1ère ligne Peau intacte Muqueuses et sécrétions Flores microbiennes 2ème ligne Défenses spécifiques 3ème ligne Cellules phagocytaires Fièvre et inflammation Produits anti-microbiens Cellules spécialisées B et T Immunité innée Immunité adaptative Anticorps Adapté de: Fondements de l’immunologie Delves & Roitt 2008 7eEd. 2 27/11/2018 Immunité antinfectieuse REPONSE IMMUNITAIRE Mastocytes CTL Protéines basiques TNF, IFN… PNE Parasite Protéines basiques C ADCC C DTO DTN ADCC C C C C Mo-Mac PNN Mastocyte C Act. Compl Plaquettes PAF NK cell C Ac C C C Prot. Compl. C5a, C3a… IFN LTh Chémokines C C Plasmocytes (LB) Mise en place d’une réponse immunitaire NK IMMUNITE INNEE MØ DC Pathogène PN LT IMMUNITE ADAPTATIVE CTL Expansion clonale & différenciation Nœud lymphatique LB PM Ac 3 27/11/2018 Antigènes - Anticorps Introduction I – les anticorps II – les antigènes III – Applications de l’interaction Ag-Ac Conclusion Définition Ac ou Ig sont des glycoprotéines globulaires très hétérogènes: - synthétisées par les plasmocytes (LB différenciés) BCR IgD Antigène B mature Plasmocytes Anticorps - secrétées (Ac) ou fixées à la membrane des LB (BCR) 4 27/11/2018 - des glycoprotéines: Pathogène Phagocyte - des glycoprotéines: les anticorps Pathogène IgG, IgM, IgA, IgE, IgD 5 27/11/2018 Mise en place d’une réponse immunitaire Rate ou NL MO Sang Niche de survie Bm Bm B IgG T IgG FDC T P Centres germinatifs IgG Plasmocytes Longue durée IgM IgM IgG P - Activation - Prolifération - Différenciation - Prolifération - Switch IgA/G/E - Différenciation - Maturation d’affinité - Mutations - Sélection - Migration - Différenciation - Persistance Définition - Immunoglobulines « sécrétées » ou anticorps Electrophorèse des protéines sur acétate de cellulose Ig monoclonale Immunoglobulines (sujet normal) Albumine 60% 2 (6%) 12% 1(6%) γ-globulins 16% 6 27/11/2018 Définition - capables de se lier spécifiquement à un antigène Antigène Interaction Antigène /anticorps Anticorps Paratope Epitope Antigène 7 27/11/2018 Définition - réparties en 5 classes chez l’homme: - IgM - IgA: IgA1 et IgA2 - IgG: IgG1, IgG2, IgG3 et IgG4 - IgD - IgE Classes + sous classes d’immunoglobulines = 9 chez l’homme - Même structure de base Différences: taille, charge, séquence d’acides aminés, contenu en glucides Structure des anticorps Glycoprotéines formées de 2 types de chaînes polypeptidiques Parties osidiques Chaînes légères ou L 2κ ou 2λ 220AA/chaîne 25kDa/chaîne Chaînes lourdes ou H 2µ ou 2α ou 2δ ou 2γ ou 2ε 450AA/chaîne 50 à 70 kDa/chaîne 8 27/11/2018 Structure des anticorps Classes - Chaînes lourdes µ Ig se distinguent par la structure de leurs chaînes lourdes Sous-classes IgM IgA1 α1, α2 IgA IgA2 Chaînes Lourdes δ IgD IgG1 IgG2 γ1, γ2, γ3, γ4, IgG IgG3 IgG4 ε IgE La nature des chaines lourdes déterminent les classes et s/classes d’Ig Structure des anticorps - Ponts disulfures et liaisons non covalentes NH2 NH2 -S-S- interchaînes NH2 NH2 COOH COOH COOH COOH -S-S- intrachaînes NH2 NH2 NH2 NH2 COOH COOH COOH COOH 4 chaînes polypeptidiques reliées par des ponts disulfures et de multiples liaisons non covalentes. 9 27/11/2018 Structure des anticorps - des fragments Fab et Fc Fab (Fragment antigen binding) Région charnière Fc (Fragment crystalizable) Structure des anticorps - des régions constantes et des régions variables Région variable Région variable Région variable de H = VH Région variable de L = VL Région constante de L = CL Région constante Région Région constante de H = CH constante VH VH CH1 VL CH1 CL VL CL CH2 CH2 CH3 CH3 1 domaine variable et 1 domaine constant pour chaque chaîne L 1 domaine variable et 3 à 4 domaines constants pour chaque chaîne H 10 27/11/2018 Structure des anticorps - Notion de domaine Chaque segment d’environ 110AA => replié pour former un domaine compact… ...stabilisé par un liaison disulfure intrachaîne Ig = plusieurs domaines de taille équivalente = domaine de type Ig Structure des anticorps Séquence d’AA des domaines => homologies significatives déterminant les membres de la superfamille des Ig Toute molécule possédant un domaine de type Ig appartient à la superfamille des Ig 11 27/11/2018 Structure des anticorps - Résultats des clivages enzymatiques Pepsine Structure des anticorps - Résultats des clivages enzymatiques Traitement réalisé sur l’Ig Action brève de la papaïne Action brève de la pepsine Réduction par le βmercaptoéthanol Produits obtenus Caractéristiques des produits Noms des produits 2 fragments identiques de 45kDa Capacité de lier l’Ag Fab 1 fragment de 50kDa Cristallisables à froid Fc 1 fragment de 100 kDa Capacité de lier et de précipiter l’Ag F(ab’)2 Plusieurs oligopeptides - - 2 chaînes de 25kDa Chaînes légères Chaînes L (Light) 2 chaînes de 50kDa Chaînes lourdes Chaînes H (Heavy) 12 27/11/2018 Fonctions des différentes régions VL +VH = sites de liaison de l’Ag VH VH CH1 VL PARATOPES CH1 CL VL CL CH2 CH3 => 2 paratopes d’être suffisamment éloignés pour optimiser de la fixation de l’Ag CH2 Région charnière: flexible permettant d’adapter l’angle entre les deux bras Fab de 60 à 180°C CH3 CL + CH => fonctions effectrices Fonctions effectrices - Activation du complément - Opsonisation - ADCC Flexibilité de la région charnière Régions charnières 180° 60° Epitope Antigène 13 27/11/2018 Gènes des immunoglobulines Locus de la chaîne lourde (IGH) sur le chromosome 14 ADN germinal L VH1-123 DH1-27 JH1-9 Cµ Cδ Cγ3 Cγ1 Cα1 Cγ2 Cγ4 Cε Cα2 5’ 3’ 123 27 9 9 segments différents les uns des autres, codant les différents isotypes d’immunoglobulines 46 23 6 Gènes fonctionnels Une diversité des gènes des chaînes H Diversité des gènes des chaînes H ADN germinal L VH1-123 DH1-27 JH1-9 Cµ Cδ Cγ3 Cγ1 Cα1 Cγ2 Cγ4 Cε Cα2 5’ 3’ ADN réarrangé Protéines IgM IgD IgG3 IgG1 IgA1 IgG2 IgG4 IgE IgA2 des Ig monomériques et des Ig polymériques 14 27/11/2018 Les cinq classes d’immunoglobuline Classe S/classes humaines Principales formes Polypeptides moléculaire Localisations principales IgG (γ) IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 Monomère γ2L2 Sérum (± 12mg/ml), tissus Monomère α2, L2 Dimère (α2, L2)2, J Sérum (± 3mg/ml), 90% monomère, 10% dimère Sécrétoire (α2, L2)2, J, SC Sécrétions séromuqueuses, lait, larmes… IgM (µ) Pentamère (µ2, L2)5, J Sérum (± 1,5mg/ml), IgE (ε) Monomère ε2, L2 Sérum (0,05µg/ml), IgD (δ) Monomère δ2, L2 Sérum (30µg/ml), IgA (α) IgA1 IgA2 Localisation des cinq classes d’immunoglobuline 15 27/11/2018 Structure des IgG - environ 75% des Ig du sérum humain - 150 kDa -2% de glucides (peu de sucre) - 4 sous-classes d’IgG: différences de nombre et de position des ponts disulfures interchaînes) IgG1 IgG2 IgG3 IgG4 Immunopathologie de la SEP - IL-10 CTL Complément PM TGF-β Perforine Granzyme s ? IL-1 IFN-γ IL-12 Th1 IL-10 TGF-β - LB IL-6 IL-17 ? Treg Th17 LB 16 27/11/2018 Structure des IgM IgM pentamériques - ≈10% des Ig du sérum humain - Pentamères formés de (5 Ig) - 900 kDa -pas de sous-classes IgM monomériques des IgM monomériques de 150 Chaîne J kDa à la surface des LB (BCR) Structure des IgM 17 27/11/2018 Structure des IgA IgA1 et IgA2 ≠ = structure de leur région charnière IgA sériques: monomériques - environ 5-10% des Ig du sérum humain - 160 kDa - riches en glucides - 2 chaînes légères κ ou λ - 2 sous-classes: 80% (IgA1) IgA sécrétoires: dimériques Structure des IgA IgA sécrétoires: dimériques - Ig des sécrétions: salives, lait, sécrétions nasales, gastro-intestinales, bronchiques, voies urinaires et génitales.... - 400,000 Da (masse molaire) - Dimère (2 Ig) - 4 chaînes lourdes α: 3 domaines constants riches en glucides - 1 chaîne J (joint chain) - 1 pièce sécrétoire = S 18 27/11/2018 Structure des IgA Chaîne J (16kDa) synthétisée par les plasmocytes Permettre la polymérisation des monomères Structure des IgA Pièce sécrétoire (70kDa) = 5 domaines, reliée aux Fc des IgA par des –S-SIssue du récepteur des Ig polymérisées (poly-IgR) Masquer les sites des IgA sensibles aux protéases => persistance des IgAs dans l’environnement muqueux riches en protéases 19 27/11/2018 Structure des IgA Structure des IgA 7 à 11% de glucides Structure des IgA Synthèse des IgA BCR IgD Ag B mature Plasmocytes 20 27/11/2018 Synthèse des IgA Transport de l’IgA à travers un épithélium muqueux Récepteur poly-Ig IgA Vésicule de transport IgA sécrétoire Clivage Exocytose Endocytose SURFACE BASOLATÉRALE SURFACE LUMINALE Structure des IgD - moins de 1% des Ig du sérum humain -180 kDa - 2 chaînes lourdes δ (3 domaines constants riches en glucides) - 2 chaînes légères κ ou λ - Généralement s/forme membranaire (sont des BCR) 21 27/11/2018 Structure des IgE - traces dans le sérum humain - 200 000 Da (masse molaire) - 2 chaînes lourdes ε (4 domaines constants riches en glucides) - 2 chaînes légères κ ou λ - demi-vie 2 jours Structure des IgE 12% de glucides oligosaccharides Récepteur Fc des IgE Sites de liaison IgE – Fcε récepteur α γ ITAM β ITAM 22 27/11/2018 Hypersensibilité immédiate PHASE EFFECTRICE PHASE DE SENSIBILISATION Allergène Allergène Mastocyte TCD4+ LB Feedback positif IL-4 (IL-13) Th2 Histamine PL Leucotriènes (LTC4, LTB4…) IgE spécifiques Cytokines chimiokines … Enzymes Prostaglandines (PGD2…) Mastocyte Fonctions des anticorps Sites de liaison de l’antigène VH VH CH1 VL Paratope liant l’épitope de l’Ag CH1 CL VL CL CH2 CH2 CH3 CH3 Molécules bifonctionnelles Fonctions effectrices - Activer le complément - Opsonisation - ADCC CL et CH déterminent les fonctions effectrices 23 27/11/2018 Fonctions des anticorps - Neutralisation du pathogène protéger les cellules cibles en camouflant le site d'attachement du pathogène à la cellule, avec une très forte affinité (épitope/paratope) Fonctions des anticorps - Activation ciblée du complément Présence de complexes immuns active le complément par voie classique = IgM, IgG et IgA. Voie classique complément 24 27/11/2018 Fonctions des anticorps Activation du complément par la voie classique Reconnaissance d’un complexe Ag-Ac (immunité acquise) C3b C2a C3a C4b C1qr2s2 C4a C2b Milieu extracellulaire C1s2 Cytoplasme Fonctions des anticorps - Activation de cellules via les RFc Récepteurs de la portion Fc des Ig chez l’homme FORTE AFFINITE IgA IgE IgG CD89 RFcαI FAIBLE AFFINITE CD64 RFcεI RFcγI CD32 RFcγIIA RFcγIIB CD16 RFcγIIC RFcγIIIA RFcγIIIB GPI ITAM FcRγ ITAM ITAM FcRγ FcRβ ITAM FcRγ ITAM ITIM ITAM ITAM FcRγ 25 27/11/2018 Fonctions des anticorps - Activation de cellules via les RFc - Opsonisation (faciliter la phagocytose): fixés sur le pathogène et reconnus via leur fragment Fc par les RFc situés à la surface du phagocyte Phagocyte Opsonisation Phagocytose Fonctions des anticorps - Activation de cellules via les RFc - Cytotoxicité dépendante des Ac (ADCC): Cellules infectées ou cancéreuses et pathogènes recouverts d’Ac stimulation des NK, PNE, Mo-Mac… via le RFc substances toxiques 26 27/11/2018 Immunité des muqueuses Site effecteur Site inducteur Bactéries pathogènes Intestin grêle Cellule M Lamina propria Plaque de Peyer Circulation lymphatique CCL25 /CCR9 MadCAM1 /α4β7 Circulation sanguine NL mésentérique Antigènes - Anticorps Introduction I – les anticorps II – les antigènes III – Applications de l’interaction Ag-Ac Conclusion 27 27/11/2018 Définition Antigène = toute molécule induisant la production d’Ac spécifiques par les plasmocytes (antisomatogène) Antigène = substance reconnue spécifiquement par un Ac ou par un TCR. BCR = IgM protéines - glucides - lipides - acides nucléiques Immunogène = toute molécule capable de provoquer une réponse immunitaire spécifique Définition Tous les antigènes ne sont pas des immunogènes Haptène = composé de faible masse moléculaire antigénique mais non immunogène par lui-même 28 27/11/2018 Définition - Epitope ou déterminant antigénique = petite région de l’Ag reconnu / le paratope de l’Ac épitope paratope Anticorps Antigène Les paratopes des Ac ne reconnaissent pas l’Ag dans sa globalité reconnaissent l’épitope de l’Ag ayant une taille de 1 à 3 nm Définition - Epitope ou déterminant antigénique épitope paratope Anticorps Antigène L’interaction dépend de la complémentarité entre épitope et paratope et varie en fonction des conditions physico-chimiques du milieu: pH, température, forces ioniques… . 29 27/11/2018 Définition Majorité des Ag => plusieurs épitopes identiques ou non Ac A Ac C Antigène Ac B Différents Ac fixant le même complexe Valence d’un Ag = nombre d’épitopes identiques portés par l’Ag Monovalent ou multivalent Définition Deux types d’épitopes épitopes linéaires ou séquentiels paratope Formés de monomères adjacents (enchaînement linéaire continu) : séquence des motifs importante pour la reconnaissance épitopes conformationnels paratope Formés de monomères éloignés dans la séquence et se retrouvant à proximité suite au repliement spatial de la molécule 30 27/11/2018 Différentes catégories d’antigènes - Macromolécules Biomolécules: PM > 1 kDa et immunogènes -- Protéines et peptides Très immunogènes car - très polymorphes entre individus, entre groupes d’individus et entre espèces - taille importante - plusieurs épitopes de 6 à 10 AA (mosaïque d’épitopes) - épitopes très souvent linéaires et différents -- Polyosides ou polysaccharides Immunogènes du fait de leur taille et de leur diversité au sein du monde vivant Souvent des épitopes séquentiels, répétitifs de 5 à 6 oses. -- Lipides et acides nucléiques Faiblement immunogènes car sont des haptènes Substance Antigène complet Protéines OUI Polyosides OUI Haptène Lipides OUI Acides nucléiques OUI 31 27/11/2018 Différentes catégories d’antigènes - Macromolécules Immunogénicité Protéines (peptides) Polyosides ou polysaccharides Lipides Ac. nucléiques Différentes catégories d’antigènes - Haptènes PM < 1 kDa , antigénique mais non immunogène Haptène = composé de faible masse moléculaire antigénique mais non immunogène par lui-même Famille d’haptènes Sels de métaux lourds Exemples d’haptènes Nickel, chrome, mercure Composés d’origine végétale Molécules de synthèse Quinones Molécules naturelles Médicaments (pénicilline) colorants, aminobenzène, dinitrophénol, oligonucléotides…. Hormones peptidiques, stéroïdes 32 27/11/2018 Différentes catégories d’antigènes - Les mitogènes et superantigènes -- Mitogènes - Phytohémagglutinine (PHA): haricots rouges - Concanavaline A (Con-A): grains de ricin se lier aux molécules de surface comme le TCR et CD2, déclencher leur regroupement et induire une activation. -- Superantigènes origine surtout bactérienne : enterotoxine staphylococcique se lier aux molécules de HLA-II sur les APC et sont reconnus par les TCR: l’interaction ne s’établit qu’avec la Vβ du TCR Différentes catégories d’antigènes - suivant leur origine Xénoantigènes (hétéroantigènes) = Ag provenant de l’organisme d’une autre espèce: Albumine de bœuf pour l’homme Alloantigènes = Ag provenant d’un individu, entraînant une RI chez un individu de la même espèce, mais de groupe allogénique différent: RBC de groupe sanguin A injecté à un individu de groupe B Autoantigènes: Ag présents dans l’organisme d’un individu et reconnus par le SI de ce même individu. 33 27/11/2018 Notion de thymodépendance Selon les particularités des réactions immunitaires induites => 2 groupes d’Ag Antigènes thymo- Antigènes thymo- indépendants dépendants ( réponses T indépendantes) (réponses T dépendantes) Antigènes - Anticorps Introduction I – Rappels sur le système immunitaire II – Les anticorps III – Les antigènes IV – Applications de l’interaction Ag-Ac Conclusion 34 27/11/2018 Nature de l’interaction antigène - anticorps - Interaction physique entre épitopes (Ag) et paratopes (Ac) - Mise en jeu de liaisons faibles: type H, électrostatiques, hydrophobes et de Van der Waals. - Interactions en nombre élevé => liaison Ac-Ag relativement forte. Nature de l’interaction antigène - anticorps NH I ----CH2-O-H O= C - CH2----O II -----CH2-NH+3 -O-C -CH2----EPITOPE (antigène) CH3 CH3 I I -----CH2-CH CH -CH2-------I I CH3CH3 CH3- CH -CH2-----I CH3 CH 3 I --------CH2-CH - CH3 Liaison H: H entre atomes électronégatifs Liaison ionique: attraction de charges PARATOPE opposées (anticorps) Liaison hydrophobes: groupes hydrophobes pour exclure l’H2O Forces de Van der Waals: molécules avec atomes de polarités opposées Nécessité d’une adaptation très étroite entre Ag et Ac spécificité de l’interaction 35 27/11/2018 Applications diagnostiques Anticorps immuns (irréguliers) Ac immuns IgG 36 27/11/2018 Applications diagnostiques Applications dans la prévention et la thérapie 37 27/11/2018 Applications dans la prévention et la thérapie Immunité à médiation cellulaire Immunité humorale Applications dans la prévention et la thérapie Cinétique de la réponse Anticorps Ac sériques 1000 REPONSE PRIMAIRE REPONSE SECONDAIRE Ag Ag à t0 100 IgG anti-Ag 10 1 IgM anti-Ag 0,1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Temps en semaines 38 27/11/2018 Applications dans la prévention et la thérapie Titres d’Ac antitétaniques Selon le type de vaccin et le pathogène visé/ durée de la mémoire Immunisé Non immunisé 1 mois 1 à 5 ans Temps 1 à 10 ans 6 à 12 mois Temps entre les injections 39
