Corrigé

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Mme Laurence Poitou
Batiment 13, porte 236/1
Mme Frederique Legay
Batiment 32A, bureau 115-1
Preparation au capes SV-STU 2004-2005
Les systemes de defense chez les eucaryotes
En utilisant les informations tirees de l’exploitation des documents proposes et vos connaissances,
montrez l’organisation et l‘importance des systemes de defense developpes par les organismes eucaryotes
face aux agressions de leur environnement.
Bibliographie
Pour la science
‘Le systeme immunitaire des invertébrés’, janvier 1997, n° 231
‘Les strategies de defense des plantes’ août 1999, n° 262
‘Les muqueuse, sources d’immunite’, juillet 2000, n° 273
‘Virus d’insecte et virus de plante’, novembre 2001, n° 289
‘ Les sentinelles de l’immunite’, novembre 2002, n° 301
‘Les tueuses de l’immunité innee’, juin 2003, n° 308
N° special ‘Les defenses de l’organisme’ octobre 2000 : une série d’articles ‘de la drosophile à l’homme’
La recherche
‘Le systeme immunitaire’, septembre 1997, n° 301
‘Les plantes disent NO aux infections’ octobre 1998, n° 313
‘La cellule-memoire, gardien de l’immunite’ janvier 2002, n° 349
Livres à la liste CAPES 2004
‘Immunologie, le cours de Janis Kuby’, Dunod
‘Immunologie ‘ Bach, Flammarion
‘Immunologie’ Genetet, EM Inter
‚Immunobiologie’ Janeway&Travers, De Boeck: un chapitre sur l’evolution du systeme immunitaire p.
597
‘Immunologie’ Revillard, De Boeck
‘Immunologie’ Roitt, De Boeck : un chapitre sur l‘évolution du S.I.
‘Elements de virologie végétale’, P. Cornuet, INRA-1987
‘Microbiologie’ Prescott, De Boeck pour les virus vegetaux, d’insectes
‘Principes de phytopathologie’ de R. Corbaz, Presses polytechniques et universitaires, 1996
Leçons CAPES 2004
‘Les maladies des plantes’
‘Les reactions de defense chez les vegetaux’
‘L’immunite cellulaire’
‘La biologie des lymphocytes’
‘Les anticorps’
‘Les cellules de l’immunite’
‘Les molecules de l’immunite’
‘Phagocytes et reponses immunitaires’
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INTRODUCTION
Se défendre : une nécessité face aux agressions du milieu de vie : bactéries, virus, champignons…..
Définition d’immunité : capacité de résister à l’infection
Définition de système immunitaire : ensemble formé par les tissus, les cellules, les molécules qui sont
impliqués dans l’immunité innée et adaptative. (‘Immunobiologie’ de Janeway et Travers)
Définition d’eucaryote
Problématique
Comment les eucaryotes, organismes très différents, se défendent-ils face aux virus et cellules qui les
agressent ?
Y a t-il des mécanismes communs au sein de tous ces organismes ?
Quels mécanismes diffèrent et qu’apportent-ils aux organismes qui les réalisent ?
Annonce du plan
Deux systèmes de défense :
- une immunité innée qui doit être aussi ancienne que l’apparition des premiers pluricellulaires apparus
sur la planète. Comment se réalise t-elle chez des organismes aussi diversifiés : plantes, animaux
invertébrés, vertébrés ?
- une immunité adaptative apparue chez les vertébrés renforcée par la mémoire immunologique : quels en
sont les composantes et le fonctionnement ?
I- UNE IMMUNITE INNEE OU NON ADAPTATIVE PRESENTE CHEZ TOUS LES
EUCARYOTES
La majorité des organismes vivent avec ce système de défense inné. Basée sur des cellules de défense :
réponse cellulaire; des molécules: réponse humorale chez tous les organismes.
A) L’interface milieu extérieur/milieu intérieur, première barrière contre les infections
1- La paroi pecto-cellulosique
Paroi pectocellulosique : Cf cours de R. Guesné
Cuticule avec cires.
2- La cuticule des insectes
Substance dure et imperméable formée de chitine.
3- Les épithéliums
Les cellules épithéliales sont jointes par des jonctions serrées bloquant ainsi l’entrée des
microorganismes aux tissus sous-jacents. Le flux longitudinal d’air ou de fluide ajouté à la
sécrétion de mucus et au mouvement de celui-ci permet de prévenir l’adhésion des microorganismes à la barrière épithéliale.
A la surface de ces épithéliums, des composés chimiques limitant ou inhibant la croissance des
microorganismes sont présents :
- acides gras de la peau
- enzymes comme les lysozymes (salive, larmes, transpiration) ou les pepsines (intestin)
- peptides anti-microbiens comme les -défensines et les cryptidines par les cellules de
Paneth (cryptes des villosités intestinales), -défensines des cellules épithéliales de la
peau, des poumons. Ce sont des petits peptides cationiques dont l’action est de
perméabiliser la paroi des bactéries.
- pH acide dans certaines parties du tube digestif
3
-
Flore normale en compétition pour les nutriments et pour l’attachement à l’épithélium.
B) L’immunité innée et ses cellules effectrices
1- Des cellules qui phagocytent le non-soi
a) Les phagocytes d’oligochètes
La figure 6 montre les macrophages qui représentent 55% des cellules libres. Après adhésion
sur une surface, ce sont des cellules de 20 à 30 µm de forme irrégulière, peu de ribosomes libres
mais un REG bien développé et de nombreuses vésicules cytoplasmiques. Participent aux
réactions inflammatoires, à la cicatrisation des plaies et sont capables de phagocyter des
particules étrangères.
b) Les phagocytes des vertébrés
Deux grandes familles de phagocytes chez l’homme
- les macrophages mononucléaires, présents dans les tissus et issus de la
maturation des monocytes circulants.
- Les polynucléaires granulocytes neutrophiles, cellules à courte durée de vie
présentes dans le sang.
Ces deux types cellulaires reconnaissent, ingèrent et détruisent de nombreux pathogènes. Les
macrophages jouent le rôle de sentinelle, premiers à entrer en contact avec les pathogènes dans
les tissus . Puis recrutement des neutrophiles sur le site de l’infection.
Les macrophages et neutrophiles reconnaissent les pathogènes via des récepteurs présents à
leur surface et capables de reconnaître des molécules présentes uniquement à la surface des
agents infectieux (Figures 2 et 12 et D).
Réponse 1 : phagocytose et destruction du pathogène
La réaction inflammatoire
Phase cellulaire : bactéricidie
• Activation des neutrophiles et monocytes
Phagocytose
libération de bactéricides
protéases, défensine, radicaux libres, oxyde nitrique
PHAGOCYTOSE
EXPLOSION RESPIRATOIRE
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Réponse 2 : relargage de cytokines (IL-1, IL-6, IL-8, IL-12, TNF-) et de médiateurs pour
permettre la mise en place d’un état inflammatoire dans le tissu afin de recruter neutrophiles et
protéines plasmatiques.
Réponse 3 : induction de l’expression de molécules co-stimulatrices sur les cellules
présentatrices d’antigènes permettant de déclencher les réponses immunitaires adaptatives.
Surexpression des protéines du CMH de classe II augmentant la présentation des antigènes.
2- Des cellules qui sécrètent des molécules de défense
 Figure 6 sur les cellules immunitaires d’Oligochètes
-
-
Les leucocytes ont une taille de 5 à 10 µm. Ils sont caractérisés par une faible quantité de
cytoplasme et un noyau volumineux. Responsables de la cytotoxicité : synthétisent un
lysosyme et reconnaissent les antigènes allogéniques auxquels ils répondent en se
multipliant.
Les chloragocytes : cellules coelomiques particulières aux oligochètes, de grande taille.
Participent à de nombreuses fonctions : nutrition, excrétion, synthèse de l’hémoglobine et
défense par leur contenu en molécules cytolytiques.
 Figure 1
Des cellules d’invertébrés comme de vertébrés libèrent l’Interleukine 1, chimiokine qui
active l’endothélium vasculaire, active les lymphocytes, fièvre, production d’IL-6… Cette
interleukine se fixe sur son récepteur et active une protéine MyD88. La voie de signalisation
est très similaire à celle des récepteurs Toll (figures 2 et 12 et D).
C) L’immunité innée et ses molécules effectrices
1- Les molécules de défense des plantes
la figure 4 illustre la synthèse des molécules de défense des plantes.
a) Résistance locale acquise
Reconnaissance de l’agent pathogène : virus, bactérie, champignons (oomycètes…)
Certains pathogènes activent des gènes d’avirulence qui codent des éliciteurs exogènes.
Activation de gènes de résistance chez la plante : synthèse de protéines de résistance :
récepteurs de l’éliciteur présentant des homologies avec les récepteurs Toll et TLR
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Signal intracellulaire : modification de la perméabilité membranaire: entrée de calcium et
sortie de K+ et Cl-.
2+
Ca : activation de protéines kinases (homologies avec les MAP kinases de mammifères)
Epaississement de la paroi
Production de phytoalexines
(Antibiotiques végétaux)
Radicaux du O2
Synthèse de
protéines de
défense (PR)
Eliciteur : protéine de bactérie, champignon, glucanes, peptides, LPS
Exemple de la cryptogéine, élicitine issue du champignon Phytophthora cryptogea.
Gènes de résistance : une trentaine isolés aujourd’hui. Exemple du gène Pto de la tomate.
Codent pour des protéines de résistance ayant des domaines caractéristiques de récepteurs présents chez
les animaux (drosophile, mammifères).
Un domaine extracellulaire LRR (extracellular leucine rich repeat) riche en leucine et un domaine
cytoplasmique kinase. Le domaine LRR est commun avec les récepteurs Toll et TLR des animaux.
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Protéines de défense : PR pour pathogenesis related : petites, stables en milieu acide, résistent à l’action
de protéases produites par la plante. S’accumulent dans la vacuole et les espaces extracellulaires.
- activation d’enzymes : chitinase, glucanase
- inhibition de la réplication virale
- activation de la synthèse de phénols
- activation de la synthèse de lignine
5 groupes principaux :
Famille
fonction
1
antifongique
2
Beta-1,3-glucanase
3
chitinase
4
antifongique
5
Inhibiteur protéase
taille
16 kDa
30-40 kDa
20-28 kDa
13-15 kDa
23 kDa
Les radicaux oxydants : anions superoxydes O2-, peroxyde d’hydrogène H2O2.Produits par une enzyme
membranaire, la NADPH-oxydase. Activent les gènes de défense et donc des protéines de défense, la
synthèse des phytoalexines.
Rôle dans la mort cellulaire de la cellule végétale.
b) Résistance systémique acquise (SAR)
Se met en place à la suite de la réaction d’hypersensibilité (mort programmée autour du site infecté).
Les réponses systémiques peuvent être assimilées à l’établissement d’une immunité de la plante.
L’infection d’un pathogène va en effet entraîner la mise en place d’une immunité pour les infections
futures dans l’ensemble de la plante.
Une infection au niveau local entraîne la mise en place de la réponse globale dans toute la plante.
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Trois molécules agissent dans la signalisation intercellulaire lors d’une agression et jouent un rôle clé
dans la transduction du signal menant à l’établissement de la SAR : trois transducteurs :
l’acide salicylique : participe au confinement de l’agresseur sur le site primaire d’infection
mais aussi à la mise en place de la résistance systémique acquise.
Déclenche l’expression des protéines PR, augmentation du taux de H2O2.
-
-
l’éthylène : résistance à certains agents pathogènes
-
l’acide jasmonique : synthétisé à partir de l’acide linolénique.
2- Des molécules diversifiées chez les hexapodes
L’hémolymphe des insectes contient des molécules lytiques.
a- Les hémolysines de Galleria mellonella
Le tableau de la Figure 9 montre que des hémolysines sont présentes dans l’hémolymphe de certains
crustacés et insectes dont Galleria mellonella.
Le graphe illustre le fait que la synthèse d ’hémolysine est induite par une stimulation. L’inoculation de
bactéries Pseudomonas aeruginosa formolées induit en quelques jours une réponse protectrice qui
correspond à une activité bactéricide in vitro. La cinétique de l’activité bactéricide correspond exactement
à la cinétique de l’hémolyse.
b- Les autres peptides antimicrobiens d’insectes
Synthétisés par les cellules du corps gras en réponse à une infection microbienne. Sécrétés dans
l’hémolymphe et diffusent dans tout l’organisme.
Grande variété de peptides antimicrobiens : contiennent des groupes d’acides aminés chargés
positivement ainsi que des régions distinctes d’acides aminés hydrophobes. Ils sont attirés
électrostatiquement par les membranes dans lesquelles ils s’insèrent. Les peptides se déplacent pour
former des pores transmembranaires qui permettent à d’autres lipides, à l’eau d’entrer à l’intérieur de la
bactérie et de plus empêche la bactérie de générer de l’énergie métabolique. Ces effets combinés mènent à
la mort du microbe.
Deux branches :
- une dirigée contre les champignons et bactéries Gram + qui repose sur l’activation de la
voie Toll (figures 2 et 12).
- L’autre activée suite à une infection par des Gram – dépend de la voie imd.
3- Le système du complément
a- Le complément du cobra
Les électronographies de la Figure 11 montrent des membranes d’hématies de lapin lysées par le plasma
de cobra avec des ‘trous’ dont la structure est semblable à celle des lésions produites par le complément
humain.
Les lésions circulaires produites par le complément sont constituées par une partie interne homogène et
dense et une partie externe irrégulière et moins dense. Le diamètre des lésions mesure environ 70 Å.
Le complément regroupe un grand nombre de protéines distinctes réagissant les unes avec les autres en
une cascade protéolytique complexe.
L’activation du complément aussi bien par la voie classique que par la voie alterne existe chez les
vertébrés.
Chez le cobra, le complément lyse environ 60% des hématies de lapin mais n’a pas lieu avec des hématies
autologues ce qui signifie que comme chez les mammifères, il existe des mécanismes capables de
distinguer le soi du non-soi. Une activation par la voie alterne a pu être mise en évidence.
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b- Le complément des mammifères
D) Synthèse des molécules défensives
Bien que le système immunitaire inné ne présente pas la spécificité de la réponse immunitaire
adaptative, il peut distinguer le soi du non-soi.
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Figures 2 et 12 sur la comparaison des récepteurs Toll et LTR
1- Les récepteurs du système immunitaire inné reconnaissent des motifs structuraux répétés à
la surface des pathogènes
En 1989, C. Janeway a émis l’hypothèse que les mécanismes de défense innée sont déclenchés par des
récepteurs capables de reconnaître des motifs conservés présents uniquement chez les pathogènes. Ces
motifs sont appelés PAMPs pour ‘Pathogen Associated Molecular Patterns’.
Il s’agit de structures relativement invariantes présentes généralement sur l’enveloppe des procaryotes
et des champignons et absents des cellules de l’hôte. Parmi les PAMPs :
- le LPS : lipopolysaccharide présent dans la membrane externe des Gram - le peptidoglycane : constituant de la paroi bactérienne et exposé chez les Gram +
- les manannes
- l’ARN double-brin :signature de la présence d’un virus
- l’ADN bactérien : motifs CpG répétés, hypométhylés chez les bactéries.
2- Les récepteurs PRR signalent la présence des pathogènes
Les récepteurs capables de reconnaître les PAMPs ont été appelés PRR pour ‘Pattern Recognition
Receptor’. Ce sont des protéines sécrétées ou présentes à la surface des cellules de l’immunité innée. Ils
diffèrent des récepteurs de l’immunité adaptative :
- ne sont pas distribués de façon clonale
- pas de réarrangement somatique
Ils permettent une discrimination d’une classe de pathogène (les bactéries Gram négatif par la détection
du LPS par exemple) plutôt que d’un pathogène donné. Réponse rapide car n’impliquant pas une
expansion clonale de lymphocytes comme lors des réponses adaptatives.
Parmi les PRR :
- la manann-binding Lectin qui initie la voie des lectines de l’activation du
complément
- le C1q qui se lie à la surface des pathogènes et initie la voie classique
d’activation du complément
- les récepteurs des phagocytes
- des protéines du plasma
3- Parmi les récepteurs PRR des phagocytes, les TLRs
Sont équipés de nombreux récepteurs tels que le récepteur au mannose, les ‘scavenger receptors’ :
‘récepteurs éboueurs’ qui reconnaissent des polymères anioniques ou les lipoprotéines acétylées.
Ils induisent la phagocytose mais aussi d’autres voies d’activation. La voie d’activation de tels signaux la
mieux décrite est déclenchée par une famille de récepteurs transmembranaires conservés au cours de
l’évolution et qui semblent fonctionner exclusivement comme récepteurs de signalisation. Ces récepteurs
appelés Toll-Like-Receptors (TLR) ont été décrits pour la première fois chez la drosophile où le récepteur
Toll induit la production de petits peptides à activité antifongique en réponse à des infections par des
champignons.
Chez les mammifères, il existe une famille de TLRs. Le TLR4 fut le premier découvert. Il permet la
reconnaissance du LPS et agirait via des cofacteurs comme le DC14, la protéine LBP (LPS-BindingProtein).
TLR3 a été impliqué dans la détection de l’ARN double-brin, signalant la présence de virus. TLR5
signalerait la présence de bactéries flagellées en se liant à la flagelline. TLR9 est activé par l’ADN
bactérien . Le TLR2 reconnaît de nombreux PAMPs, tels que les lipoprotéines, peptidoglycanes.
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4- Les réponses activées par les TLRs
Les voies de signalisation des récepteurs Toll sont fortement conservées entre les espèces et des
parallèles ont été observés entre les voies en aval des TLRs chez la drosophile et les mammifères. Les
récepteurs des mammifères convergent vers l’activation du facteur de transcription NF-kB qui
contrôle de nombreux gènes codant des effecteurs et médiateurs de l’immunité innée. En effet, les
TLRs induisent l’activation de gènes codant des cytokines, chimiokines et facteurs de l’inflammation.
Ils induisent des réponses antimicrobiennes dans les macrophages via l’expression de peptides
antimicrobiens et la synthèse de NO.
Remarque : ces voies des TLRs sont aussi requises pour la maturation des CPA (cellules
présentatrices de l’antigène) et l’induction de l’expression de molécules essentielles à l’activation des
réponses adaptatives : molécules co-stimulatrices CD80 et CD86. La présence de ces molécules à la
surface des CPA permet l’activation des T CD4+ liées à un complexe CMH-Ag spécifique.
Donc chez l’homme, les récepteurs Toll induisent des molécules de costimulation à la surface des
cellules myéloïdes qui ont phagocyté des pathogènes et préparent l’induction de la réponse
immunitaire adaptative.
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Cas de la drosophile
Le récepteur Toll a été identifié chez la drosophile par son rôle dans la différenciation dorsoventrale
durant l’embryogenèse. Il participe également à la signalisation dans la réponse immunitaire.
Facteurs de transcription : Dorsal, Dif et Relish, appartiennent à une famille de facteurs de
transcription inductibles appelée Rel, présente chez les mammifères.
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Attaque fongique
Attaque bactérienne
une protéine Spaetzle est libérée
et se fixe sur le récepteur Toll
Voie de signalisation
Région intracellulaire TIR activée
Protéines TUBE activées
Clivage de la protéine Relish
Domaine de liaison à l’ADN de Relish
Activation de la synthèse de peptides antibactériens
(diptéricine)
Protéines PELLE activées
Clivage du complexe Cactus-Dif
(équivalent du gène Dorsal).
Dif libre pénètre dans le noyau
Facteur de transcription :
expression des gènes codant
des peptides antifongiques (drosomycine)
Bilan :
La voie Toll est partagée par les plantes et les animaux.
Les séquences d’ADN nécessaires sont présentes chez les plantes, invertébrés et vertébrés.
Les produits de ces gènes interagissent suivant des voies et des fonctions semblables pour défendre l’hôte.
De plus certaines réactions pourraient être activées via d’autres mécanismes de reconnaissance : les
pathogènes non détectés eux-mêmes mais les dégâts induits chez l’hôte. Exemple de la nécrose des
cellules. Enfin le complément représente un mécanisme de détection de pathogènes car ne possédant pas
les molécules inhibant le complément.
E) Les réponses immunitaires innées induites lors d’une infection
Dépendent essentiellement des cytokines et chimiokines produites par les phagocytes ou les cellules
infectées. Elles impliquent également l’activation des cellules NK ‘Natural killer’.
1) -Les macrophages activés et les cellules infectées par un virus sécrètent de nombreuses
cytokines et des interférons
Après détection d’un pathogène, les macrophages activés sécrètent de nombreuses cytokines proinflammatoires en particulier l’IL1, IL6, IL8, IL12 et le TNF.
Les cellules infectées par un virus produisent des interférons (IFN, IFN) qui induisent un état de
résistance à la réplication virale dans les cellules adjacentes aux cellules infectées.
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Les interférons de plus stimulent l’expression des molécules du CMH de classe I, permettant aux cellules
infectées de présenter les complexes CMH I-antigènes afin de stimuler les lymphocytes T.
2) -Les cellules NK (Natural killer’) : défense contre agents intracellulaires
Cellules circulantes qui se développent dans la moelle osseuse à partir des cellules souches de la lignée
lymphoïde. Leur mécanisme d’action est similaire à celui des lymphocytes T cytotoxiques. Des granules
contenant des molécules cytotoxiques (granzymes, perforines) sont libérées et induisent l’apoptose des
cellules cibles.
3) -Réaction inflammatoire
Transition : le système immunitaire inné constitue une première ligne de défense contre les
microorganismes.
De plus il alerte le système immunitaire adaptatif de l’invasion par le pathogène. Ce double rôle est assuré
par le système du récepteur Toll, trouvé chez la drosophile, vertébrés et les plantes.
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II- UNE IMMUNITE ADAPTATIVE CHEZ LES VERTEBRES
Apparue tardivement au cours de l‘évolution et exclusivement chez les vertébrés.
Mise en jeu par la pénétration dans l'organisme d'éléments étrangers, elle y suscite des transformations
qui lui confèrent des propriétés nouvelles visant à neutraliser ou éliminer l'agent étranger ; c'est ce qu'on
appelle la "réaction immunitaire adaptative", dont l'un des caractères essentiels est la spécificité : la
réponse est dirigée contre l'agent qui l'a déclenchée et lui seul.
Elle n’est efficiente qu’après plusieurs jours, temps requis pour que les cellules T et B spécifiques
prolifèrent et se différencient en cellules effectrices.
Elle est étroitement associée à la capacité de distinction du "soi" du "non soi" (ce rôle est dévolu au
complexe majeur d’histocompatibilité) et elle permet donc d’assurer aux organismes eucaryotes
concernés le maintien de leur intégrité.
De plus, cette immunité est renforcée par une mise en mémoire, qui permet une défense ultérieure encore
plus efficace.
A) Les différents acteurs de la réaction immunitaire adaptative :
1-Les cellules impliquées :
Certaines cellules de l’immunité innée, comme les macrophages, interviennent aussi dans l’immunité
adaptative.
a/ Cellules présentatrices d'antigènes ou CPA :
macrophages, cellules dendritiques, cellules B.
capturent les antigènes, les apprêtent et les présentent en association au CMH II aux
cellules T CD4+ ou en association au CMH I aux cellules T CD8+.
b/ Lymphocytes : cellules effectrices de la réaction immunitaire adaptative.
Reconnaissance et activation spécifique par un antigène.
- Lymphocytes T, restreints au CMH du Soi.
Les cellules T CD8+ deviennent généralement cytotoxiques, effecteurs de la réponse cellulaire.
Les cellules T CD4+ sécrètent des cytokines permettant le déclenchement des réponses humorales et
cellulaires, elles sont donc appelées auxiliaires. Ce sont des cellules pivots de la réponse immune
adaptative .
- Lymphocytes B.
Les lymphocytes B effecteurs sont des plasmocytes, qui sécrètent des anticorps.
Ces cellules sont produites et différenciées dans les organes de l'immunité (moëlle osseuse, thymus,
rate, ganglions lymphatiques et tissus lymphoïdes chez l’homme).
2-Molécules membranaires ou solubles spécifiques :
a/ Molécules du CMH (Complexe Majeur d'Histocompatibilité) :
s’expriment à la surface des cellules et participent à la présentation de l'antigène aux lymphocytes en
exerçant la fonction de reconnaissance du " soi ".
Deux classes de molécules du CMH : molécules de classe I , présentes à la surface de toutes les cellules
nucléées de l'organisme et molécules de classe II, ne s'exprimant qu'à la surface des CPA.
b/ Récepteurs pour l'antigène :
insérés dans la membrane des lymphocytes. Recombinaisons somatiques et distribution clonale. Grâce à
ce récepteur, chaque lymphocyte reconnaît spécifiquement un antigène.
- Récepteur pour l'antigène des lymphocytes T : TCR (T Cell Receptor), associé à la molécule de surface
CD3.
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-Récepteur pour l'antigène des lymphocytes B : BCR, complexe transmembranaire (immunoglobuline de
membrane, associée à des hétérodimères Ig-α/Ig-β).
Chaque lymphocyte porte 1 seul type de récepteur qui peut reconnaître 1 seul épitope.
Répertoire immunitaire d’un individu = ensemble de tous ses lymphocytes, chacun reconnaissant un
épitope particulier. Rencontre avec un antigène entraîne prolifération du lymphocyte qui lui correspond =
expansion clonale, puis transformation en cellules effectrices.
c/ Cytokines (monokines, lymphokines, interleukines...)
molécules sécrétées par les cellules de l'immunité activées. Elles agissent sur les autres cellules pour
coordonner les différentes phases de la réaction immunitaire.
d/ Anticorps : effecteurs de la réponse humorale.
Immunoglobulines solubles dans le plasma et les liquides extracellulaires, après sécrétion par les
plasmocytes.
 Structure des immunoglobulines :
Figure 3 – document A : organisation moléculaire d’une IgG.
Structure en Y, dimère de chaîne lourde (Hc) + chaîne légère (Lc) identiques – Ponts disulfures.
Super famille Ig
1 Anticorps = 2 Fab (spécificité antigénique)+ 1 Fc (spécificité isotypique).
Structure fine : domaines variables et domaines constants ; les domaines variables sont la base structurale
de la diversité des antigènes fixés.
Figure 3 – document B : mise en évidence de la variabilité des résidus d’acides aminés au sein des trois
CDR du domaine variable d’une chaîne lourde.
Il existe 3 régions hypervariables CDR (complementary determining region), chacune constituée d’une
dizaine de résidus d’acides aminés, en contact avec l’antigène  rapprochement de ces régions lors du
repliement de la structure.
 Spécificité et déterminant antigénique
Reconnaissance spécifique entre un anticorps et un déterminant antigénique ou épitope.
Plusieur épitopes possibles sur un même antigène, il peut donc être reconnu par plusieurs Ig.
Figure 5 : immunodiffusion double : technique d’Ouchterlony.
Réaction antigène-anticorps : implique des interactions non covalentes (liaisons hydrogène, liaisons
ioniques, interactions hydrophobes, interaction de van der Waals) entre un déterminant antigénique (=
épitope) de l’antigène et un site de fixation de l’antigène (Fab) sur l’anticorps (= domaines de la région
variable (VH/VL) de la molécule d’anticorps, surtout au niveau des régions hypervariables ou régions de
complémentarité (CDR).
Lorsque les anticorps et les antigènes sont bivalents et en quantités identiques, il se forme un réseau en
milieu liquide ou solide, qui précipite.
Dans la méthode d’Ouchterlony, l’antigène et l’anticorps diffusent radialement l’un vers l’autre dans des
gels d’agar à partir de puits. Il s’établit des gradients de concentrations. Après coloration (Bleu de
Coomassie par exemple) , on visualise les arcs de précipitation au niveau des points d’équivalence. En
fonction de leurs intersections, on obtient des informations sur l’identité ou non des antigènes.
Lame 1 : arcs de précipitation en continuité ; l’anticorps (il vaudrait mieux dire l’antisérum) (anti-1) a
précipité des épitopes identiques dans chaque préparation (épitope 1). Les antigènes sont reconnus
comme identiques même s’ils ne le sont pas moléculairement, ils ont au moins l’épitope 1 commun.
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Lame 2 : L’antisérum reconnaît 3 épitopes différents car il y a 3 arcs de précipitation différents qui se
coupent. Aucun épitope reconnu n’est présent simultanément dans les deux antigènes, il y a non identité
entre les antigènes.
Lame 3 : L’antisérum forme une ligne d’identité avec l’épitope commun (épitope 1) et un éperon courbe
avec un épitope spécifique (épitope 2) de l’antigène du puits de droite.
Les 2 antigènes partagent donc l’épitope 1, mais pas l’épitope 2. Il y a identité partielle entre les deux
antigènes.
Répertoire immunitaire ={Ig }, généré par les régions variables.
 Diversité des immunoglobulines :
Structure de base commune mais extrême diversité nécessaire à un répertoire immunitaire efficace.
Figure 3 – document C : analyse par Southern blot du génome codant pour la chaîne légère κ de cellules
embryonnaires et de cellules différenciées.
L’ADN de cellules embryonnaires et de cellules de myélome (équivalentes aux plasmocytes différenciés)
est digéré par diverses endonucléases de restriction. Séparation des produits de digestion par
électrophorèse sur gel d’agarose . Transfert sur membrane et dénaturation des fragments d’ADN (pour
obtenir de l’ADN simple brin), puis hybridation avec une sonde d’ARNm radioactif extrait de cellules de
myélome et codant les chaînes légères κ.
La sonde d’ARNm s’hybride à deux fragments d’ADN embryonnaire mais à un seul fragment d’ADN de
myélome différencié : un site d’endonucléase de restriction a été éliminé dans l’ADN de myélome, suite à
un réarrangement des gènes codant la chaîne κ lors de la maturation des cellules B.
ADN embryonnaire
ADN de myélome
Au cours de développement des cellules B, les exons κ (Vκ et Cκ) sont rapprochés et un site de restriction
(RE) est éliminé.
A partir du matériel génétique des cellules germinales et au cours de la maturation des lymphocytes B, il
y a un réarrangement de la chaîne lourde puis de la chaîne légère de telle sorte que le lymphocyte B
mature ne peut produire qu’un type Ig spécifique. Le génome des lymphocytes B est donc distinct de
celui des cellules germinales.
Figure 3 – document D : organisation génomique des segments de gènes codant les chaînes d’Ig chez
différents vertébrés : origine de la diversité des anticorps chez différents vertébrés.
Chez l’homme :
Domaine constant codé par exons C γ,
Domaine variable produit de plusieurs fragments de gènes VJ ou VDJ.
Chez les mammifères, au moins 5 mécanismes permettent de générer la diversité des anticorps :
- Multiplicité des gènes V germinaux,
- Recombinaisons somatiques V-J et V-D-J
- Addition des nucléotides de la région N et P
- Mutations somatiques ponctuelles
17
-
Association combinatoire des chaînes lourdes et légères
Diversité des anticorps chez les autres vertébrés :
- limité chez les élasmobranches (requins et raies par ex.), organisation des chaînes
H identique à celle des chaînes λ chez la souris. Nombreux exemplaires de l’unité
fondamentale VH-DH1-DH2-JH-CH , mais recombinaisons uniquement à
l’intérieur d’une même unité :  répertoire limité.
- Chez les oiseaux, nombre restreint de gènes mais production d’anticorps très
diversifiée par conversion génique.
chaîne légère : un seul gène V, un J et un C
chaîne lourde : un seul gène V, un J et 15 DH (de séquences homologues)
mais diversification de ce patrimoine germinal restreint par conversion génique grâce
à des pseudogènes situés en amont des gènes VL (environ 25) et VH (environ 100)
(insertion dans la région variable VL ou VH). Poursuite du phénomène même
lorsque les lymphocytes B ont quitté la bourse de Fabricius.
En présence de tous ces acteurs, le système immunitaire adaptatif peut produire deux types de réponse : à
médiation cellulaire, qui est la mieux adaptée à l’élimination d’antigènes endogènes ou à médiation
humorale qui correspond mieux à l’élimination d’antigènes exogènes.
B) Immunité adaptative à médiation cellulaire :
Détection et élimination des cellules qui hébergent des pathogènes intracellulaires.
Implication principalement de lymphocytes T (donc spécifiques d’un antigène) activés .
1-Les lymphocytes T cytotoxiques (CTL), responsables de la lyse cellulaire de cellules cibles.
Rôle essentiel des CTL dans la reconnaissance et l’élimination des cellules du Soi altérées, comme par
exemple les cellules infectées par un virus ou les cellules tumorales, ainsi que dans les réactions de rejet
de greffe.
Les CTL sont en général CD8+ et donc restreints aux molécules de classe I du CMH. Comme toutes les
cellules nucléées de l’organisme expriment des molécules de classe I du CMH, les CTL peuvent
potentiellement reconnaître spécifiquement et éliminer presque toutes les cellules altérées de l’organisme.
a) Formation des CTL par activation immunitaire de cellules T cytotoxiques naïves (TC).
Dans les organes lymphoïdes périphériques.
Au moins deux signaux d’activation nécessaires :
- Reconnaissance TCR /Ag + CMH I de CPA ( empreinte)
- Signal de costimulation par CPA suite à l’interaction CD28 (sur Tc naïve) et B7 (sur CPA).
Seules les cellules reconnues comme Soi peuvent être la cible de CTL (restriction CMH I)
Figure 10 – expérience D : Les CTL issus de souris de souche A après infection par un virus détruisent
in vitro des cellules de souche A infectées mais pas de souche B, de CMH distinct. Par contre, les CTL
extraits de souris issues du croisement (AxB) peuvent lyser in vitro tant les cellules de souches A
infectées que les cellules de souche B infectées.
b) Induction de l’apoptose des cellules cibles par les CTL.
Figure 7 sur l’élimination des cellules infectées par un virus par les lymphocytes T CD8+.
Le schéma met en évidence que deux mécanismes distincts peuvent être responsables de la mort
apoptotique de cellules cibles, médiés par les CTL :
- étapes communes :
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
Reconnaissance complexe membranaire TCR-CD3 d’un CTL et Ag+CMH I de la
cellule cible.

Formation d’un conjugué entre le CTL et la cellule cible suite à l’interaction entre
LFA-1 (CTL) et ICAM (molécules d’adhésion cellulaire intercellulaires de la cellule
cible).
- Voie Perforine :
 Augmentation de la concentration de calcium intracellulaire du CTL et exocytose au
niveau de la zone de contact CTL/cellule cible de cytotoxines contenues dans des
granules cytoplasmiques denses aux électrons.
Ces cytotoxines sont des perforines et des granzymes (ou fragmentines)
La perforine est une protéine monomérique, susceptible après changement conformationnel induit par le
Ca2+, de s’insérer dans la membrane de la cellule cible et de polymériser pour former des pores
cylindriques d’un diamètre interne de 5 à 20 nm. (homologie de séquence avec C9 du complément)
Les granzymes sont des enzymes de type sérine protéase. Ils pénétrent dans la cellule cible par les pores
formés par la perforine et initient une cascade de caspases, qui engendre l’apoptose de la cellule cible.
- Voie Fas-FasL :
 Induction de la synthèse de FasL (ligand du Réc Fas) , protéine membranaire du CTL .
FasL est codé par le gène CD95L, il appartient à la famille du TNF.
 La cellule cible exprime physiologiquent le Réc Fas à sa surface membranaire.
 Association Récepteur Fas/ FasL, ce qui induit l’oligomérisation du Récepteur Fas
(trimère), et son association à la protéine FADD ( pour « Fas-associated death
domain ») et à la caspase-8. Le complexe formé est nommé « complexe de
signalisation de la mort induite » ou DISC (pour death inducing signaling complex).
 La caspase-8 va alors activer par clivage la caspase-3 qui va initier une cascade de
caspases effectrices qui vont conduire de façon inéluctable à la mort apoptotique de la
cellule. Il est à noter que la caspase-8 est essentielle à la mort cellulaire induite par Fas.
Remarque : Les cytotoxines (perforine et granzymes) peuvent aussi être libérées par des cellules non
spécifiques mais à potentiel cytotoxique telles que les cellules NK et les éosinophiles dans le contexte de
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la cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps
cytotoxicity).
(ADCC, de antibody-dependant cell-mediated
Ces cellules expriment des récepteurs membranaires de la région Fc des anticorps. Lorsque des anticorps
sont liés spécifiquement à une cellule cible, ces cellules peuvent s’associer à la région Fc des anticorps et
donc à la cellule cible. La spécificité des anticorps les dirige donc vers des cellules cibles spécifiques. La
lyse n’est pas médiée par le complément mais par la libération de cytotoxines.
Les CTL utilisent donc les granzymes et le ligand Fas pour initier les cascades de caspases dans leurs
cellules cibles. Ils peuvent aussi libérer des cytokines telles que IFN-γ et TNF-α.
2-Les autres cellules T armées effectrices.
Répartis en 2 types : lymphocytes TH1 et TH2 CD4+. Reconnaissent des Ag + CMH II.
a) Caractéristiques communes :
- exigences d’activation moins strictes par rapport aux cellules T naïves  cellules T armées
effectrices
- expression accrue de molécules d’adhésion cellulaire ex : CD2 et intégrine LFA-1
- synthèse de molécules effectrices solubles ou membranaires.
Type cellulaire
CTL
TH1
inflammatoires
TH2
auxiliaires
Effecteurs solubles
Cytotoxines (perforine1,
granzymes), IFN-γ, TNF-β
IL-2, IL-3, TNF-β, IFN-γ
GM-CSF (élevé)
IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13
GM-CSF (faible)
Effecteurs membranaires
Ligand du FAS (produit du
gène CD95L)
TNF- β
Ligand CD40
Importance des effecteurs solubles et membranaires dans les fonctions effectrices de ces cellules .
b) Les cellules T inflammatoires (TH1).
Activation des macrophages – rôle critique dans la défense de l’hôte contre les pathogènes intracellulaires
qui ne meurent pas dans les macrophages non activés.
c) Les cellules T auxiliaires (TH2).
Spécialisées dans l’activation des cellules B – Expriment à leur surface membranaire le ligand de CD40
qui se lie au CD40 sur les cellules B et induit leur prolifération.
La différenciation des cellules CD4 en cellules T auxiliaires ou T inflammatoires est l’événement crucial
qui détermine l’orientation prédominante de la réponse immunitaire adaptative, qui sera à médiation
cellulaire ou humorale..
C) Immunité adaptative à médiation humorale.
Destruction des microorganismes extracellulaires et prévention des infections intracellulaires.
Cascade d’événements partant de la reconnaissance d’un antigène à la production d’anticorps, c’est à dire
la transformation de cellules B quiescentes en plasmocytes.
2 signaux indispensables :
 présence de l’antigène et reconnaissance via BCR
 signaux d’activation en provenance d’un TH2 : interactions directes et indirectes (cytokines)
(sauf si antigènes thymo-indépendants).
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1-Mise en évidence du rôle des cellules T auxiliaires (TH2) dans la réponse humorale.
Figure 10 – expériences A à C : Les expériences A sont des expériences contrôles : l’injection
d’antigènes à une souris entraîne une réponse immunitaire ; si l’injection d’antigènes est faite à une souris
irradiée, il n’y a pas de réponse immunitaire ; cela signifie que des cellules de la moelle osseuse, détruite
lors de l’irradiation, étaient indispensables à l’expression de la réponse immunitaire.
Expérience B et C : L’injection simultanée de lymphocytes B et T à une souris irradiée , et après
stimulation antigénique, est nécessaire et suffisante pour induire une réponse immunitaire avec production
d’anticorps. Il y a donc une coopération cellulaire entre les lymphocytes B et T pour la production
d’anticorps, plus précisément entre les lymphocytes B et les cellules T auxiliaires.
2-Activation et maturation des cellules B en plasmocytes au contact des TH2.
-
-
Liaison de l’antigène au BCR de cellules B (mIg fixatrice de l’antigène + 2
hétérodimères Ig-α/Ig-β transducteur du signal) , pontage des mIg qui signalise
expression accrue de CMH II et de B7 de costimulation.  Antigène apprêté
associé à CMH II.
Reconnaissance par TH2 du complexe Ag apprêté – CMH II sur la membrane de
la cellule B ; Activation de TH2 et formation d’un conjugué T-B.
-
Expression de CD40L à la surface de TH2 et interaction CD40-CD40L, qui induit
des signaux dans la cellule B, transmis par de nombreuses voies de signalisation
intracellulaires. Les interactions B7-CD28 entraînent une costimulation à TH2.
-
Expression de récepteurs de diverses cytokines (IL-2, IL-4, IL-5) à la surface de
B ; la liaison des cytokines libérées par TH2 favorise la prolifération des cellules
B - il s’agit d’une expansion clonale - et peuvent induire la différenciation en
plasmocytes, sécréteurs d’anticorps, ou en cellules B à mémoire.
3-Protection spécifique de l’hôte par les anticorps sécrétés.
3 modalités :
- Neutralisation des effets toxiques ou du pouvoir infectieux des pathogènes en se liant à eux.
- Opsonisation et détoxification : les anticorps en recouvrant le pathogène favorisent sa phagocytose via
les récepteurs des Fc.
- Activation du complément ; cela facilite l’opsonisation et lyse directement certaines bactéries.
D) La mémoire immunitaire.
Etablissement d’un état de mémoire immunologique : capacité spécifique du système immunitaire
adaptatif à répondre plus rapidement et plus efficacement aux pathogènes qu’il a rencontrés
antérieurement.
1-Distinctions entre les réponses immunitaires primaires et secondaires.
Figure 8 : intensité et rapidité de la réponse immunitaire lors d’une seconde exposition.
Figure 8-A : Dans le cas d’une réponse immunitaire à médiation humorale, suite à une première injection
d’antigène A (ou de B, courbes en pointillés) , la réponse primaire anticorps est constituée après un temps
de latence, principalement d’Ig M, dont le pic est atteint une semaine environ après l’injection .La
sécrétion d’Ig M est suivie de celle d’Ig G, persistante mais de plus faible intensité par rapport à la
précédente. Il s’agit d’une commutation de classe qui s’effectue par recombinaison génétique, mais sans
changement de spécificité antigénique.
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Au cours de la réponse primaire, la région V-D-J est co-transcrite avec un gène μ, et après la perte des
introns pendant l’épissage, l’ARNm correspondant aux Ig M sécrétées est produit. Au cours de la
maturation, qui implique l’aide de TH2 ainsi qu’éventuellement l’activation d’un mécanisme de mutation
dans le segment V-D-J, un autre gène C est activé et va s’échanger avec le gène μ au niveau de sa région
de commutation (« switch », en 5’ de chaque gène C (sauf δ)). La transcription et l’épissage produisent
des ARNm codant pour des IgG.
(La commutation peut aussi être produite par épissage différentiel du pré-ARNm grâce à différentes
séquences de polyadénylation.)
La réponse secondaire, consécutive à la réinjection de l’antigène A, est caractérisée par une période de
latence plus courte (réponse plus rapide) et une plus grande intensité surtout en ce qui concerne les Ig G
(100 unités arbitraires contre moins de 1 lors de la réponse primaire).La réponse secondaire est
caractérisée par la sécrétion d’anticorps de plus grande affinité pour l’antigène et d’isotypes autres que M.
Figure8-B : Dans le cas d’une réponse immunitaire à médiation cellulaire, le rejet d’une allogreffe de
souche A débute entre les 7° et 10° jours qui suivent la greffe et le rejet est complet au 14° jour. Si un
second greffon de souche A est implanté, alors la réaction de rejet du greffon se manifeste plus
rapidement, avec un rejet total à 9 jours. La spécificité de ce second rejet peut être démontrée en
implantant en même temps un greffon de souche B non apparentée. Le rejet de la greffe de la souche B
suit la même cinétique que celui de la première greffe de souche A.
Les résultats de ces expériences sont le reflet de la préexistence de populations clonalement
amplifiées de lymphocytes spécifiques pour l’antigène.
2-Les cellules T et B à mémoire.
La capacité du système immunitaire adaptatif à développer des réponses secondaires plus rapides et plus
efficaces repose sur l’existence de cellules B et T à mémoire.
Lors de la réponse primaire à médiation humorale, il y a une phase de latence qui correspond à la
sélection clonale de cellules B naïves, leur expansion clonale et leur différenciation en plasmocytes ou en
cellules B à mémoire . Ces cellules B à mémoire formées lors d’une réponse primaire arrêtent de se
diviser et entrent en phase Go du cycle cellulaire.
Lors de réponses secondaires, la rapidité et l’intensité de la réponse s’expliquent par :
- une population de cellules B à mémoire spécifiques d’un antigène donné plus importante que la
population de cellules B naïves correspondantes,
- une activation plus facile des cellules B à mémoire.
Les processus de maturation de l’affinité (par hypermutation somatique) et de commutation de classe sont
responsables de la plus grande affinité et des différences dans les isotypes présents lors d’une réponse
secondaire.
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De même, dans la branche à médiation cellulaire, l’activation d’une cellule T naïve induit la prolifération
clonale des différentes cellules T effectrices et de cellules T à mémoire.
Application : induction artificielle d’une immunité adaptative protectrice = vaccinothérapie.
CONCLUSION
Reprise des concepts essentiels : L’immunité est l’état de protection contre des pathogènes. Les vertébrés
possèdent deux types d’immunité, innée et adaptative. Les composantes et les mécanismes de l’immunité
naturelle ne sont pas spécifiques d’un pathogène, même si les récepteurs PRR discriminent des classes de
pathogènes. Ils comprennent des barrières anatomiques, physiologiques, phagocytaires et inflammatoires.
Les réponses immunitaires acquises présentent quant à elles quatre caractéristiques fondamentales :
spécificité, diversité, mémoire et reconnaissance du Soi et du non Soi. Les éléments de la signature de
l’immunité acquise sont les lymphocytes et les anticorps. Le système immunitaire adaptatif produit des
réponses humorales ou à médiation cellulaire selon la localisation des antigènes à éliminer.
L’immunité innée et adaptative n’opèrent pas indépendamment l’une de l’autre. Elles agissent de manière
coopérative et interdépendante, ce qui les rend plus efficaces. L’activation de réponses immunitaires
innées produit des signaux qui stimulent et dirigent les réponses immunitaires adaptatives.
Similarité des mécanismes effecteurs qui permettent l’élimination des pathogènes pour les réponses
immunes innées et adaptatives. Il est vraisemblable que la reconnaissance spécifique par des récepteurs
clonalement distribués soit un ajout évolutif aux mécanismes effecteurs innés, qui permet aux vertébrés
de produire la réponse immune adaptative que l’on connaît.
Apparition de l’immunité adaptative : un élément transposable s’est inséré dans un fragment d’ADN
correspondant probablement à un gène semblable à celui d’une immunoglobuline ou d’un récepteur T. Le
transposon divisé en deux parties qui se sont séparées : l’une codant les enzymes de recombinaison
utilisées pour l’invasion, l’autre servant de séquence de reconnaissance pour ces enzymes. C’est de cette
deuxième partie que dérivent les séquences signal de recombinaison des gènes d’Ig et du récepteur T.
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L’invasion par un rétrotransposon a été utilisée pour expliquer la présence des gènes RAG qui codent
les enzymes de recombinaison responsables du réarrangement des gènes des récepteurs B et T.