Les Immunoglobulines (Ig) : Structure, Fonctions et Génétique

LES IMMUNOGLOBULINES (Ig)
Pr. K. EL MORABIT
Objectifs
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Décrire la structure de base et spécifique des immunoglobulines (Ig);
Identifier les déterminants antigéniques des Ig;
Définir le principe de la génétique de synthèse des Ig;
Décrire les fonctions des Ig.
Plan
I. Introduction
II. Structure des immunoglobulines (structure de base, structure spécifique,
déterminants antigéniques)
III. Diversité des immunoglobulines
IV. Chronologie de synthèse des immunoglobulines
V. Fonctions des immunoglobulines
VI. Conclusion
I. Introduction
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Les immunoglobulines (Ig) sont des glycoprotéines effectrices de l’immunité adaptative
humorale.
Existent sous deux formes :
- La forme membranaire (= Le BCR (B Cell Receptor)) : Présente à la surface des
lymphocytes B (LB), associée aux molécules de transmission du signal (Igα et Igβ). Elle
sert de "capteur" pour détecter l'antigène (reconnaissance).
- La forme soluble (= L'anticorps (Ac)) : Sécrétée massivement par les plasmocytes dans
les liquides biologiques (sang, lymphe, muqueuses) après l'activation du LB. Elle assure
les fonctions effectrices (fonction anticorps).
5 classes (isotypes) : IgG, IgA, IgM, IgE, IgD.
Les concentrations sériques varient avec l’âge et certaines situations pathologiques.
(Ig) : Terme structural désignant la structure protéique appartenant à la
superfamille des Ig.
 (Ac) : Terme fonctionnel désignant une Ig douée d'une spécificité de liaison pour
un antigène donné.

✅ Tous les anticorps (Ac) sont des immunoglobulines
❌ mais toutes les immunoglobulines ne sont pas des anticorps.
(Ig),
II. Structure des immunoglobulines
1) Structure de base : le modèle en Y (Figure 1)
L'unité de base d'une immunoglobuline est une molécule symétrique en forme de "Y",
constituée de 4 chaînes polypeptidiques identiques deux à deux et reliées par des ponts
disulfures :
 Deux chaînes lourdes (H - Heavy)  spécifiques, déterminent la classe (isotype): (γ, α,
μ, ε, δ).
 Deux chaînes légères (L - Light) (κ ou λ)  communes
1.1.
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Organisation en domaines
Chaque chaîne est formée par l’association de domaines globulaires
1 domaine = boucle d’environ 110 acides aminés (AA) reliés par un pont disulfure
2 types de domains:
- Domaines Variables (V): Situés à l'extrémité N-terminale des "bras" du Y (VH et VL).
o Constitués par des AA variables
o Contiennent des régions hypervariables (CDR: Complementarity determining
region), constituent le paratope: site de liaison exclusif à l’antigène.
o Valence = nombre de sites anticorps (ou site de liaison avec l’antigène) sur une
molécule d’Ig.
 Fonction de reconnaissance.
- Domaines constants (C): Forment la “tige et la base” des bras (CH et CL).
o Constitués d’AA peu variables
o 1 seul sur la chaine légère (CL), 3 ou 4 sur la chaine lourde : CH1, CH2, CH3, (CH4)
 Fonction effectrice.
• Deux anticorps peuvent être de même classe (IgG) mais reconnaître des antigènes
différents si leurs CDR diffèrent.
• À l’inverse, deux anticorps peuvent reconnaître la même cible mais avoir des
fonctions différentes si leur région constante change (IgM → IgG).
1.2.

Fragmentation enzymatique : Fab et Fc
Sous l’action d’enzymes protéolytiques: papaïne  3 fragments:
- 2 fragments Fab (Fragment antigen binding) : VH/VL + CH1/CL, porte la reconnaissance
et liaison spécifique à l'antigène.
- 1 fragment Fc (Fragment crystallizable): (CH2/CH3 ± CH4), porte les fonctions
effectrices (par liaison à leurs récepteurs cellulaires (FcR)).
2) Structure spécifique : les 5 isotypes (vue d’ensemble)
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La classe dépend de la chaîne lourde constante : γ (IgG), α (IgA), μ (IgM), ε (IgE), δ (IgD).
Toutes les classes peuvent s’associer à une chaîne légère κ (60%) ou λ (40%).
Isoty Chaine
Demi Sous classes
Particularités &
Structure Valence
pe
lourde
-vie
Rôles
γ
(3
IgG1, IgG2, IgG3, 80 % des Ig
IgG4
domaine
sériques
totales
(13g/l)
s CH)
Nombre AA région
charnière :
12AA Passage
sauf IgG3 62 AA
placentaire : IgG1,
IgG2, IgG3
Nombre ponts SS
intercaténaires :
23 j 2(IgG1+IgG4),
4
Monomèr
sauf (IgG2), 5-13 (IgG3) Réponse
IgG
2
secondaire
e
IgG3
= 3j
Activation
du
complément :
IgG3>IgG1>IgG2
Liaison
aux
phagocytes par le
récepteur des Fc
(FcR) :
IgG1,
IgG3>IgG4.
μ
(4
domaine
s CH)
IgM
IgA
IgD
IgE
5-10%
des
sériques
Ig
Pas de charnière.
Monomèr
e = BCR Pentamè
re=
10
5j
Pentamèr (théoriqu
e (+ chaîne e)
J)
α
(3 Sérique =
domaine monomèr
s CH)
e
Sérique:
Sécrétoire 2
= Dimère Sécrétoir 6 j
(+ chaine J e:
+
pièce 4
Sécrétoire
)
δ
(3
domaine
Monomèr
s CH)
2
3j
e
ε
(4
domaine
Monomèr
s CH)
2
e
2-3j
Réponse
primaire :
première Ig qui
apparait au premier
contact
d’un
antigène.
Activation
complément
(1000x>IgG)
du
Immunité
muqueuses.
des
Région
longue
charnière
Marqueur
de
maturité du LB.
Lutte
antiparasitaire
Hypersensibilité
immédiate
III. Déterminants antigéniques des immunoglobulines
Les
immunoglobulines
(Ig)
sont
des
protéines
immunogènes
→ peuvent induire une réponse anticorps si reconnues comme étrangères.
:
La molécule d’Ig porte divers déterminants antigéniques (épitopes) définissant des
niveaux d’hétérogénéité des Ig (parties de l’Ig qui vont être perçues comme étrangères et
provoquer une RI).
En fonction de leur localisation sur la chaine polypeptidique : 3 Types de déterminants :
 Isotypes : variation des domaines constants des chaînes lourdes  Déterminants
communs à tous les individus d'une même espèce (spécificité de classe/chaîne
lourde).
 Allotypes : variations entre AA dans les régions constantes  Polymorphisme
génétique individuel (variations entre individus de la même espèce).
 Idiotypes : localisés dans les régions hypervariables du fragment Fab 
Spécificité unique de la région variable d'un clone donné, liée au paratope et aux
hypermutations somatiques (Propre à chaque individu).
Mini-exemples
• Isotype : IgG vs IgM (classe différente).
• Allotype : deux personnes ont des variantes alléliques de la région constante d’IgG.
• Idiotype : un clone anti-tétanos ≠ un clone anti-grippe (régions variables différentes).
IV. Diversité et génétique des immunoglobulines
Le situation : Le génome humain est limité à ≈ 20 000 gènes codants
La menace : Il existe des milliards de pathogènes potentiels.
Le miracle : L’organisme produit plus de 100 milliards d'anticorps différents
 Comment un nombre limité de gènes peut-il générer un nombre illimité
d’anticorps?
L'explication : La recombinaison somatique : mécanisme de réarrangement génétique
unique à l’origine de la diversité des récepteurs B.
Résultat : Chaque lymphocyte B exprime un BCR unique → sélection clonale.
1) Le principe
Le système immunitaire peut reconnaître un nombre immense d’antigènes grâce à
l’organisation particulière des gènes des immunoglobulines (BCR).
Les chaînes des Ig ne sont pas codées par un seul gène continu, mais par plusieurs segments
géniques regroupés en familles :
•
•
•
•
V (Variable)
D (Diversité) - Exclusif à la chaîne lourde
J (Jonction)
C (Constant) - Définit la classe de l'anticorps (ex: IgG, IgA)
- Les segments V-J et V-D-J codent les domaines variables des chaînes.
- Le segment C code pour les régions constantes.
2) Le processus : La Recombinaison Somatique V(D)J
Pendant sa maturation dans la moelle osseuse, chaque lymphocyte B naïf choisit ses segments
au hasard pour se fabriquer un récepteur (BCR) unique au monde. Des enzymes spécifiques,
les "ciseaux moléculaires" RAG1 et RAG2 (recombination activating genes), enzymes qui
assurent ce découpage.
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Pour la chaîne Lourde : Les RAG collent d'abord un segment D et un segment J au
hasard. Puis un segment V y est ajouté (Formation V-D-J). Ce bloc est ensuite lié à un
segment Constant Cμ (c'est pourquoi le premier anticorps fabriqué est toujours une
IgM).
Pour la chaîne Légère : Le processus est plus simple (pas de segment D). RAG
fusionne directement un segment V avec un segment J (Formation V-J), qui est ensuite
lié au segment Constant (Cκ ou Cλ).
Ordre général : réarrangement de la chaîne lourde d’abord, puis de la chaîne légère
avant leur association.
3) Diversité jonctionnelle : le grand multiplicateur
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La jonction entre segments n’est pas parfaitement précise.
Il peut y avoir des délétions (perte de nucléotides) et/ou des ajouts.
Conséquence : modification du cadre de lecture et de la séquence en acides aminés, surtout
au niveau du CDR3.
Métaphore « soudure imparfaite »
• Même si deux LB choisissent le même V et le même J, une soudure différente
(ajouts/suppressions) peut créer deux immunoglobulines différentes.
4) Diversité combinatoire : association chaîne lourde / chaîne légère
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Diversité combinatoire : choix aléatoire de V, D, J parmi de nombreuses possibilités.
Association H+L : une région variable lourde peut s’associer à différentes régions variables
légères → diversité supplémentaire.
À la fin : un LB possède une seule combinaison fonctionnelle VH+VL → une spécificité
antigénique.
5) Exclusion allélique : une seule spécificité par LB
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Les LB sont des cellules diploïdes où un chromosome provient du père et l’autre de la mère.
Si un réarrangement productif est obtenu sur un allèle, l’autre est bloqué/silencé  exclusion
allélique.
Résultat : un seul BCR par cellule → base de la sélection clonale.
6) Après la rencontre avec l’antigène : affinité et changement de classe
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Hypermutation somatique (SHM) : introduction de mutations ponctuelles dans la région
variable → maturation d’affinité (sélection des meilleurs clones).
Commutation isotypique (CSR) : changement de région constante (C) sans changer VDJ →
même spécificité, fonctions différentes.
• SHM = améliore la liaison à l’antigène (affinité).
• CSR = change la classe (IgM → IgG/IgA/IgE) en gardant la même spécificité.
VI. Fonctions des immunoglobulines
1) Fonctions liées au fragment Fab (Reconnaissance) :
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Récepteur membranaire (BCR) : Activer le lymphocyte B lors de la liaison à l'antigène
natif.
Neutralisation des toxines et pathogènes : (IgG, IgA)
o Neutralisation des pathogènes : empêcher l’attachement et l’entrée dans les
cellules.
o Neutralisation des toxines : bloquer la liaison de la toxine à son récepteur.
2) Fonctions liées au fragment Fc (Élimination du danger) :
Le fragment Fc est inutile tant que l'anticorps n'est pas accroché à sa cible. Une fois fixé
(via le Fab), le fragment Fc se dresse vers l'extérieur et est reconnu par le récpeteur du
fragment Fc des Ig (FcR).
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Opsonisation et Phagocytose : Les Ig (surtout IgG) opsonisent : elles « marquent » un
pathogène pour le rendre appétissant aux cellules du système immunitaire  facilite sa
reconnaissance via FcR et sa phagocytose (ingestion et élimination).
Cytotoxicité Cellulaire (ADCC) : Les cellules NK reconnaissent via le FcR le fragment Fc
des IgG fixées sur une cellule tumorale ou infectée  Libération de
perforine/granzymes → lyse de la cellule cible (infectée ou tumorale).
Activation du Complément (IgM++IgG): La molécule C1q C1q se lie aux complexes
antigène–anticorps → activation en cascade (voie classique).
Allergie et hypersensibilité immédiate (IgE) : IgE fixée aux mastocytes/basophiles
(FcεRI) : Pontage par l’allergène → dégranulation (histamine, médiateurs) → symptômes
allergiques.
Transcytose des IgA sécrétoires : Les IgA dimériques traversent l’épithélium via le récepteur
poly-Ig (pIgR). Le composant sécrétoire protège l’IgA de la dégradation dans la lumière des
muqueuses.
Passage Transplacentaire : Réservé exclusivement aux IgG, grâce au récepteur néonatal
FcRn qui protège les IgG de la dégradation lysosomale (recyclage) → demi-vie longue (~21
jours). Au placenta, FcRn assure le transfert actif des IgG maternelles vers le fœtus.
VII. Conclusion
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Les immunoglobulines sont l’effecteur majeur de l’immunité humorale.
Leur structure (Fab/Fc), leur diversité génétique (V(D)J) et leur maturation (SHM/CSR)
expliquent leurs fonctions.
Cette compréhension fonde de nombreuses applications : diagnostic (sérologies),
vaccination, sérothérapie, anticorps monoclonaux.