6° partie : Immunologie (4 semaines)
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Immunologie Rappels 3ème (livre p 360-361): - microorganismes susceptibles d’être infectieux - système immunitaire : Le SIDA (Syndrome d’ImmunoDéficience Acquise) est une maladie causée par un virus (VIH : Virus de l’Immunodéficience Humaine) que le système immunitaire n’arrive pas à combattre. Comment peut-on expliquer les différentes phases lors d’une infection par le VIH ? Comment peut-on expliquer l’évolution de la charge virale au cours de la maladie ? Quelles connaissances du système immunitaire peut-on tirées de l’étude de ce virus ? VIH-1 Evolution de la charge virale de la contamination à la mort de l’individu Chapitre 1 : Augmentation de la charge virale et primo-infection Le SIDA est une maladie qui a été clairement identifiée en 1986 par le Professeur Montagnier (Institut Pasteur). Les premiers cas repérés remontent à 1981. En 2004, on estimait à 44, 3 millions le nombre de personnes séropositives (qui possèdent des anticorps anti-VIH dans leur sang), dont 65 % vivent en Afrique. Cette épidémie planétaire est qualifiée de pandémie. 1 à 2% de la population mondiale est actuellement touchée. La première phase de la maladie qualifiée de primo-infection est caractérisée par un pic de la charge virale (quantité de virus mesurable dans le sang). Cette première phase dure 6 à 8 semaines. Comment peut-on expliquer l’augmentation de la charge virale ? Hypothèse : le virus se multiplie dans l’organisme. I. Le V.I.H. : virus de l’immunodéficience humaine (http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/SIDA/index.htm) A. Modes de transmission Le virus du SIDA peut être transmis de diverses manières, qui impliquent différents fluides corporels : le sang, les sécrétions génitales, le lait. - Transmission par voie sexuelle (70 à 80 % des cas d'infection) Le virus est présent dans les sécrétions génitales, et peut donc être transmis lors d'un rapport sexuel, qu'il soit homosexuel ou hétérosexuel. Certaines maladies sexuellement transmissibles, et surtout la multiplication des partenaires (sans protection lors des rapports) favorisent cette transmission. - Transmission par le sang Le virus étant présent dans le sang, il peut être transmis lors de tout "don" de sang d'un individu à un autre : lors de pratiques toxicomanes (échanges de seringues), de manière accidentelle, ou lors de transfusions. Un dépistage systématique des dons du sang a permis de réduire ce dernier mode de transmission (risque résiduel estimé à 1/500.000). - Transmission materno-foetale Le virus est capable de traverser la barrière hémato-placentaire, et ainsi de contaminer, in utero, un foetus. Le cas le plus fréquent semble être toutefois lors de l'accouchement. De plus, le virus se retrouve dans le lait maternel, d'où une contamination lors de l'allaitement (cas fréquent surtout en Afrique). Sans traitement, le VIH-1 se transmet à 15-20% de la mère à son enfant (30% si allaitement). Avec traitement préventif, le taux de transmission du VIH-1 baisse à moins de 8% (moins de 2% en Europe). Chaque jour, environ 1000 enfants naissent en Afrique porteurs du VIH... La moitié de ces enfants décèdera des suites de la maladie dans les 2 premières années de vie. B ; Carte d’identité du VIH 1) Généralités Un virus est un parasite intracellulaire obligatoire ne pouvant se multiplier qu'à l'intérieur d'une cellule hôte et utilisant sa machinerie cellulaire. Il contient : une information génétique (sous forme d'ADN ou d'ARN), et une structure de protection souvent protéique, compacte, pour protéger son Acide Nucléique (La Capside). Il existe de nombreux types différents de virus, parmi lesquels on retrouve en particulier les rétrovirus. Les rétrovirus sont des virus d’un diamètre de 110 à 125 nanomètres, très répandus dans le monde animal. Ils sont la cause de différentes formes de cancers, d’immunodéficiences, dont le sida, et de dégénérescences du système nerveux central. Leur génome s’intègre sous forme d’ADN dans celui de la cellule hôte, pour ensuite s’exprimer pendant toute la vie active de la cellule. Les lentivirus (ou Lentivirinae) font partie de cette famille : ces virus sont responsables de pathologies à évolution lente. L'exemple le plus connu de tels virus est le virus du SIDA : le VIH. Il s'agit d'un virus possédant un génome sous forme d'ARN, contenu dans une capside protéique, elle même entourée par une membrane lipidique. On distingue actuellement deux types de VIH : le VIH-1 et le VIH-2. Ces deux virus sont très proches (42 % d'homologie au niveau de leur génome). Le VIH-1 est le plus répandu : c’est celui que l’on étudiera. 2) Structure du VIH (voir schéma) gp 120 : protéine mbr portée par la bicouche lipidique, elle intervient dans la fixation du VIH aux LT CD4+ : elle est capable de se fixer aux R CD4 de ces cellules (ainsi qu’à leur co-R). Issue de gp160 plus grande clivée par une protéase cellulaire (de la cellule infectée). gp 41 pr transmbr, elle intervient dans la fusion des mb du VIH et du LT4 infecté. Elle s’insère dans la mb des lymphocytes après fixation de gp120 au récepteur CD4. Elle est issue d’une pr + grande (gp 160) clivée par une protéase cellulaire. Mb plasmique : bicouche lipidique taillée dans celle du lymphocyte lors du bourgeonnement. Capside externe : répétition de p17gag (sous unité pr), protection du matériel génétique viral (issue d’un précurseur gagp55 clivé par une protéase virale). Capside interne : répétition de p24gag (sous unité pr), protection du matériel génétique (issue d’un précurseur gagp55 clivé par une protéase virale). Ce virus a la particularité d’avoir deux capsides protéiques. La membrane plus les capsides protéiques forment l’enveloppe virale. p7 gag et p9 gag : pr associées à l’ARN viral Réverse Transcriptase ou Transcriptase inverse: ADN polymérase permettant la synthèse d’une molécule ADN double brin à partir de l’ARN viral dans la cellule hôte (synthèse d’un brin d’ADN complémentaire à l’ARN viral puis synthèse du deuxième brin d’ADN), le phénomène est appelé rétrotranscription. Matériel génétique : ARN viral simple brin présent en double exemplaire. Le génome du virus du SIDA se compose d'un ARN simple brin de 9181 nucléotides. Il comporte trois gènes principaux (Gag, Pol, et Env), ainsi que quelques gènes de régulation, de petite taille. Il comporte de plus des séquences spécifiques, situées à ses extrémités (5'UTR et 3'UTR - UTR = région non transcrite "UnTranscribed Region"). Une fois rétrotranscrit sous la forme d'un ADN double brin (voir cycle), il s'exprime par le biais de deux ARN messagers, qui aboutissent à la synthèse de trois protéines. Ces protéines sont ensuite clivées par des protéases, pour aboutir aux différentes protéines virales (voir doc) Le VIH (virus de l’immunodéficience humaine) appartient à la catégorie des rétrovirus (virus à ARN). Comment l’ARN peut-il permettre la multiplication du virus ? II. LES DIVERSES CELLULES PARASITEES PAR LE V.I.H. A. Les cellules cibles Les cellules cibles du virus sont des cellules du système immunitaire, c’est-à-dire de la famille des « globules blancs » : les leucocytes. Comme les autres cellules sanguines, ils sont produits par la moëlle osseuse. Il existe différents types de leucocytes : - les macrophages (quand ils sont immatures, c’est-à-dire dans le sang, ils sont appelés monocytes), possèdent trois fonctions principales : une activité de sécrétion (production de cytokines : molécules signal du système immunitaire, régulant la production des globules, l’hémostase...) ; une coopération cellulaire (c'est une cellule présentatrice d'antigènes, relation avec les lymphocytes) ; et la phagocytose (ingestion de bactéries, levures, débris cellulaires...). - les lymphocytes : Variété de globules blancs du sang. Ils interviennent dans la réponse immunitaire. Ils sont de deux sortes : les lymphocytes B (production d'anticorps, Bone) et les lymphocytes T (T4 médiation et T8 cytotoxiques,Thymus, immunité à médiation cellulaire). Populations cellulaires infectées par le VIH Caractéristiques moléculaires des cellules cibles Présence de l'antigène membranaire CD4 impliqué l'interaction avec une protéine de l'enveloppe virale Lymphocytes T4 Monocytes et macrophages dérivés des monocytes Présence d'un corécepteur membranaire CXCR4 nécessaire pour l'entrée du VIH dans les cellules et pour une infection efficace Présence de l'antigène membranaire CD4 impliqué l'interaction avec une protéine de l'enveloppe virale Présence d'un corécepteur membranaire CCR5 nécessaire pour l'entrée du VIH dans les cellules et pour une infection efficace Le VIH infecte également des cellules du système nerveux central : on a pu détecter des séquences d'ADN et d'ARN virales dans le cerveau des enfants et des adultes atteints de SIDA, ce qui suggère que la réplication virale s'y effectue. Les cellules cibles du VIH sont principalement des cellules immunitaires : lymphocytes T4, monocytes et macrophages. Pourquoi le VIH pénètre-t-il dans ces cellules et pas dans les autres ? La protéine virale gp120 portée par la membrane du VIH est capable de se lier à la protéine membranaire CD4 des lymphocytes T4 et des monocytes/macrophages. Une autre protéine lymphocytaire intervient dans cette liaison : on parle d’un co-récepteur (sa nature varie selon le type de cellule immunitaire : protéine CXCR4 pour LT4 et CCR5 pour monocytes/macrophages). Les membranes des cellules et des virus sont constituées de lipides et d’éléments membranaires ou transmembranaires (tels que les protéines CD4) : ce ne sont pas des structures figées. Les protéines « circulent » au sein des lipides. C’est de cette manière que les protéines virales gp 41 peut se mouvoir jusqu’au lieu de liaison entre le virus et la cellule immunitaire et passer dans la membrane lymphocytaire. gp 41 permet une fusion des deux membranes : le virus entre dans la cellule (sans sa membrane). Les deux capsides se dissocient et l’ARN viral en double exemplaire, la reverse transcriptase ainsi que les protéines associées à l’ARN sont libérées dans le cytoplasme du lymphocyte. La réverse transcriptase synthétise d’abord un ADNc (complémentaire de l’ARN viral) puis le brin d’ADN complémentaire de l’ADNc pour obtenir de l’ADN double brin. Ce double brin d’ADN entre alors par les pores de l’enveloppe nucléaire dans le noyau, se circularise et s’intègre à l’ADN lymphocytaire. Dès lors, la machinerie cellulaire transcrit les informations génétiques apportées par le virus : des ARNm sont synthétisés grâce à l’ARN polymérase lymphocytaire (le génôme du VIH possède une structure particulière qui permet la fabrication de différents ARNm à partir d’une seule séquence nucléique). Les ARNm quittent le noyau pour être traduits dans le cytoplasme selon les modalités vues en 1°S. Des processus de maturation complexes conduisent à la traduction de différents précurseurs protéiques. Des protéases cellulaires et virales les clivent pour former les différentes protéines participant à la structure du VIH. Puis les différents composants du virus s’auto-assemblent : ARN, RT, et protéines. Le virus possède sa double capside mais pas encore de membrane : il sort de la cellule par le même système de liaison protéique qui lui a permis d’entrer. Ce processus ne tue pas la cellule infectée qui continue à produire de nouveaux virus. Le virus libéré dans le milieu extracellulaire circule le temps de rencontrer une autre cellule portant la protéine membranaire CD4. Et le cycle recommence. Les LT4, monocytes et macrophages possèdent des protéines membranaires auxquelles le virus s’amarre par l’intermédiaire d’une protéine de son enveloppe (la plus importante. de ces protéines membranaires des cellules immunitaires étant CD4), ce qui lui permet de pénétrer dans la cellule hôte. B. Arrivée des virus aux cellules cibles. Le VIH est un virus très fragile. En effet le virus survit très difficilement s'il se trouve en dehors de l'organisme humain. => Impossibilité d'infection par le simple touché, par l'utilisation des W.C. publics, par la sueur, par la nourriture, les assiettes, les verres, les couverts. L'infection par le VIH ne peut pas se produire lors d'activités et de contacts quotidiens ordinaires tels que les poignées de main, les embrassades, les baisers, la tous, les éternuements, les piscines publiques, les sièges de toilette, les draps de lit, la vaisselle, les aliments, les maringouins ou les animaux. Donner du sang ne comporte aucun risque. Vous ne pouvez pas contracter le VIH en donnant du sang puisqu'une nouvelle aiguille est utilisée pour chaque donneur. Le VIH se transmet exclusivement par les sécrétions sexuelles et par le sang. Il est libérée par la cellule réservoir (lymphocyte T4 ou monocyte/macrophage) dans le milieu extracellulaire. Etant donné que les cellules immunitaires sont réparties dans tout l’organisme pour assurer la défense contre des agents pathogènes, le VIH est présent dans tous les compartiments liquidiens de l’organisme : le sang, la lymphe (les organes lymphoïdes étant des réservoirs de cellules immunitaires présentent de forte charge virale), les sécrétions sexuelles (sécrétions vaginales, liquide séminal, sperme). Rmq : les conditions régnant dans le tube digestif (milieu extérieur) ne permettent pas au VIH de survivre dans les sécrétions (salive…), idem pour les larmes (Déjà vu lors TP1) TRANSMISSION PAR VOIE SEXUELLE Toutes les relations sexuelles, qu'elles soient vaginales ou anales, buccales, homosexuelles ou hétérosexuelles, peuvent transmettre les VIH. La transmission des VIH se font, dans les couples hétérosexuels, aussi bien dans le sens homme-femme que femme-homme. En raison de la plus grande fragilité des muqueuses, les relations anales sont plus "infectantes" que les relations vaginales. Toutes les infections génitales (MST généralement) de l'un des partenaires augmentent considérablement le risque de transmission de la maladie, quelles soient situées sur le gland ou le vagin. Les contacts oraux-génitaux et oraux-anaux comportent eux-aussi des risques. De ce fait, il est recommandé d'utilisé un préservatif (il en existe de différents goûts) lors d'une fellation, et d'utiliser un carré de Latex, ou du papier alimentaire pour les cunnilingus, et anulingus. TRANSMISSION PAR VOIE SANGUINE La Transmission du VIH par le sang peut avoir lieu à différentes occasions : Lors d’une transfusion ou de l'injection de produits sanguins. Mais celle-ci est devenue très rare depuis la nouvelle règlementation qui est en application depuis le 1er Aout 1985. Par des seringues et des aiguilles souillées. C'est en fait le problème des drogués qui utilisent du matériel déjà servi. En revanche, dans le milieu médical, les seringues, les aiguilles ou autres instruments ne présentent plus aucun risque, tant sont rigoureuses les précautions qui entourent leur usage. Au cours de la grossesse. En effet le VIH peut se transmettre de la maman à son bébé, soit à travers le placenta Le VIH est transmis par voie sexuelle, par voie sanguine ou au cours de la grossesse de la mère à l’enfant. (On ne sait pas si le virus se transmet pendant la grossesse : on ne peut faire de ponction de sang foetal, on risquerait de transmettre le virus à un fœtus séronégatif. La moitié des enfants qui naissent séropositifs développent la maladie et décèdent dans les 2 premières années de leur vie.) Comment débute la maladie ? III. LE V.I.H. ET LA CELLULE CIBLE. Une fois le cycle du virus initié, il peut rester en latence (on parle de provirus) ou bien sa multiplication est activée (début de la transcription de l’ADN viral incorporé dans le génome de la cellule hôte). Des virus sont libérés dans les liquides biologiques et identifiés comme corps étranger par le système immunitaire. Lors de la primo-infection, le système immunitaire est assez efficace contre le virus. Des morceaux de VIH ou des VIH entiers sont présents dans les différents liquides biologiques. Ils sont reconnus comme des antigènes par les cellules du système immunitaire (Molécule étrangère à l'organisme, qui déclenche une réaction de défense (réponse immunitaire) de ce même organisme, caractérisée par la production d'anticorps). Les lymphocytes B reconnaissant spécifiquement des antigènes du VIH (ex ; morceaux de protéines virales) sont alors activés : ils se multiplient de façon clonale et se mettent à produire des anticorps (Molécules de défense de l'organisme, protéines (immunoglobulines) fabriquées par les lymphocytes (globules blancs du sang), en réponse à la présence d'un corps étranger, l'antigène.) Les anticorps spécifiques sont libérés dans les liquides biologiques, ils se lient aux particules virales. Cet entourage d’anticorps les conduit à se faire phagocyter par les macrophages la charge virale sanguine diminue. La fabrication d’anticorps prend du temps : (doc 3 p 369) : il faut au moins 3 semaines pour détecter par des tests les anticorps anti-VIH. La lutte contre les virus déclenche souvent les mêmes symptômes : les mêmes qu’un rhume banal (il existe toutefois des cas d’éruptions cutanées symptomatiques) c’est pour cela que la primo-infection ne permet pas de diagnostiquer le SIDA. Concl : Pendant la primo-infection, les symptômes se limitent le plus souvent à ceux d’une maladie virale bénigne (rhume). Ces symptômes résultent de l’augmentation de la charge virale due à la multiplication des virus dans leurs cellules hôtes. Le système immunitaire est assez efficace pendant la primo-infection puisque la charge virale diminue et reste faible pendant la phase suivante dite asymptomatique (p366). La multiplication du VIH est basée sur une enzyme virale, la transcriptase inverse, qui transcrit l’ARN viral en ADN dans les cellules infectées. Cet ADN est intégré au génome de la cellule et s’exprime, permettant la reproduction du virus sous forme de particules virales infectieuses et leur dissémination notamment dans les organes lymphoïdes (doc p 378) Quel est le déroulement de la réponse immunitaire ? Chapitre 2 : Diminution de la charge virale et période asymptomatique. Deux semaines à quelques mois après la contamination (deuxième partie de la primo-infection), la présence dans le sang de différents anticorps anti-VIH est décelée, le sujet est dit alors “séropositif pour le VIH”. en même temps dans le sang du sujet contaminé des lymphocytes T cytotoxiques spécifiques dirigés contre les cellules infectées par le VIH apparaissent. Comment les Ac et les LTc provoquent-ils la diminution de la charge virale ? I. LES ANTICORPS : AGENTS DU MAINTIEN DE L’INTEGRITE DU MILIEU EXTRACELLULAIRE. Les anticorps sont des protéines d’une famille particulière : les immunoglobulines (p 390/391). Activité p 391. Les immunoglobulines sont présentes chez tous les mammifères et sont subdivisées en 5 classes: IgG, IgA, IgM, IgD et IgE. Elles ont toute une structure de base faite de quatre chaines peptidiques: deux longues (lourdes ) et deux courtes ( légères ). Elles sont bifonctionnelles avec deux sites réactifs d'attachement aux antigènes a une extrémité (Fab ) alors que l'autre extrémité ( Fc ) permet la fixation aux cellules ou au complément. Le type d’immunoglobulines est déterminé par la partie constante de la chaîne lourde : alpha pour IgA, gamma pour IgG, delta IgD, epsilon IgE, mu IgM. Un anticorps reconnait plus une structure spatiale que la nature chimique d'une molécule. La spécificité vis à vis d'une configuration spatiale ( epitope ) est très grande et distingue plusieurs sites sur une protéine donnée ( un tripeptide sera reconnu au sein d'une hélice alpha et ne sera pas reconnu en dehors et vice versa ) A. La spécificité des anticorps. 1) Mise en évidence : le test d’Ouchterlony. TP2 Injection de sérum de lapin à une chèvre : elle produit des Ac-anti lapin polyclonaux Test Ouchterlony = immunodiffusion : puits central sérum de chèvre contenant Ac anti-lapin et dans les puits périphériques sérum d’autres espèces dont lapin et chèvre. Les Ac anti-lapin produits par la chèvre se lient spécifiquement aux Ag contenus dans le sérum de lapin. Cela provoque la formation d’un arc de précipitation : il marque l’emplacement des complexes immuns : faire un dessin. La diffusion des anticorps dans la gélose nous montre aussi que Les anticorps agissent dans le milieu extracellulaire (ou milieu intérieur) : ce sont des molécules solubles dans les liquides extracellulaires (sang et lymphe). 2) Le test ELISA. Modalités générales TP2 : recherche d’un allergène (antigène), la bêta lactoglobuline par un ELISA sandwich On peut utiliser la spécificité des anticorps pour détecter les antigènes contre lesquels ils réagissent dans diverses substances à tester. 3) Les tests de dépistage : Cas de la recherche d'anticorps anti-VIH a) ELISA indirect Dans le cas du test ELISA appliqué à la recherche d'une éventuelle séropositivité pour le VIH, les protéines de l'enveloppe et du corps du VIH sont adsorbées en tant qu'antigènes en phase solide dans le puits. Les individus s'ils sont infectés par le VIH possèdent dans leur sérum des anticorps dirigés contre les épitopes de ces protéines virales. Ces anticorps sériques contre le VIH peuvent être détectés dans les six semaines qui suivent l'infection. Les recommandations de fiabilité indiquent qu’il faut attendre le résultat d’un test effectué 3 mois après le rapport non protégé pour être sûr de son résultat (fenêtre sérologique plus ou moins importante sans qu’il y ait d’Ac antiVIH). On peut noter qu'une autre technique, le Western blot, pourra être mise en œuvre en tant que test de confirmation si l’ELISA est positif, et permettra de déterminer si le patient possède des anticorps qui réagissent avec une ou plusieurs protéines virales. - Le sérum, ou tout autre échantillon pour lequel on cherche à détecter un anticorps (qu'on appellera ici anticorps primaire Ac1), est déposé dans un puits où est adsorbé l'antigène : l'Ac1 réagit alors avec ce dernier - Après lavage permettant d'éliminer les anticorps non liés à l'Ac1, la présence d'anticorps lié à l'antigène est détectée en ajoutant un anticorps secondaire (Ac2) anti-partie constante de l'Ac1 : cet Ac2 est conjugué à une enzyme qui a pour propriété de régir avec un substrat incolore pour donner un produit de réaction coloré. - L'Ac2 libre est éliminé par lavage et un substrat de l'enzyme est ajouté. La quantité de produit coloré formé au cours de la réaction enzymatique est mesurée par spectrophotométrie ou bien qualitativement dans le cas présent : coloration du puits = présence de l’antigène dans le sérum à tester dans la solution testée. Un anticorps peut être détecté ou dosé grâce à un ELISA indirect. b. Le Western Blot. P371 Principe du Western-Blot 1 2 3 4 5 6 Sérum du patient Profil d'un sérum VIH1 + Les bandes correspondent à la fixation des anticorps sur les protéines virales. Les chiffres correspondent au poids moléculaire (PM) de ces protéines virales (en kDa) Les éventuels Ac-antiVIH du patient se fixent sur les antigènes déposés sur les bandelettes et on réalise un ELISA indirect… La séropositivité pour le VIH correspond à la présence d’anticorps spécifiques, dirigés contre certaines protéines du virus. On recherche ces anticorps par le test Elisa et éventuellement le Western blot. Comment peut-on expliquer la spécificité d’action des anticorps ? 4) La structure des anticorps explique leur spécificité d’action. P 390-391 Ac spécifiques : se fixent sur un antigène donné hypothèse : les différents Ac doivent avoir des structures différentes (aa différents puisque ce sont des protéines) leur conférant leur spécificité -forme globale de la molécule : la structure forme un Y par un assemblage de deux chaînes lourdes (400 à 455 aa) et de deux chaînes légères (215 aa). - séquence : la comparaison simple des séquences des chaînes polypeptidiques de deux Ac différents montre aussi bien entre les chaînes lourdes qu’entre les chaînes légères des régions variables et des régions constantes (similitudes des aa). ; il y a 3 régions hypervariables pour les chaînes lourdes et légères la spécificité des Ac est due aux parties variables des chaînes lourdes et légères, elles doivent avoir une importance conformationnelle : elles définissent le site de liaison de l’anticorps à son antigène. - le reploiement d’une chaîne lourde et d’une chaîne légère fait que les régions hypervariables se retrouvent côte à côte : elles forment le site anticorps, c'est-à-dire une structure 3D particulière complémentaire d’un antigène donné (idem site actif de l’enzyme, qui est également une protéine, par rapport à son substrat, sans qu’il y ait de réaction ici) Chaque anticorps est bifonctionnel, il possède deux sites anticorps de reconnaissance de l’antigène. Le fragment variable est appelé Fab (antigène binding) et le fragment constant Fc (cristallise). La spécificité des Ac est due à l’agencement tridimensionnel des chaînes constituant les immunoglobulines : il conduit à la formation d’un site anticorps grâce au rapprochement des 3 régions hypervariables de la chaîne lourde et de la chaîne légère. Schéma Ac Tableau Les anticorps sont des immunoglobulines, protéines circulantes du milieu intérieur constituées d’une partie constante et d’une partie variable. La spécificité des anticorps est due à la partie variable. Un anticorps donné ne peut fixer qu’un antigène donné. Comment les Ac permettent-ils la destruction des antigènes ? B. Mode d’action des anticorps. 1) Neutralisation de l’antigène : le complexe immun. On appelle complexe immun l’association d’un antigène et de l’anticorps le reconnaissant. Avant la rencontre avec l’antigène, les Ac sont des protéines solubles et circulant dans les liquides extracellulaires (milieu intérieur). L’association Ag-Ac n’est plus soluble : l’ensemble précipite (cf. Ouchterlony). Cette association permet de neutraliser l’antigène qu’il soit circulant ou bien porté par une membrane cellulaire. Schémas Le virus (ou la bactérie), recouvert d’anticorps, ne peut plus pénétrer dans les cellules cibles mais il n’est pas détruit pour autant. C’est la même chose pour les antigènes solubles (car Ac empêche fusion bicouches lipidiques) La liaison antigène – anticorps entraîne la formation de complexes immuns qui neutralisent l’antigène mais ne le détruisent pas. 2) Elimination de l’antigène : la phagocytose. La phagocytose est réalisée par des cellules immunitaires les macrophages et les granulocytes. - phagocytose directe : les phagocytes sont capables de différencier le soi du non soi. Toute particule reconnue comme étrangère va être absorbée par ces cellules à condition que l’adhérence entre le phagocyte et le corps étranger soit possible. Elles contiennent de nombreux organites dont des lysosomes (vésicules dérivant de l’appareil de Golgi et contenant des enzymes digestives) et des vacuoles digestives (phagosomes) formées par l’endocytose de corps étrangers (cellules ou molécules…). Les lysosomes fusionnent avec le phagosome et provoque la digestion de l’antigène. Schéma - phagocytose des complexes immuns : la formation de complexe permet de faciliter ou de rendre possible la phagocytose. Les sites anticorps étant occupés par l’antigène, le complexe immun présente le fragment Fc aux phagocytes. Sur la membrane des phagocytes il existe un récepteur spécifique de Fc (cette région étant constante, il n’y a qu’un seul type de R Fc). La fixation de Fc n’est possible que si l’Ac est lié à l’antigène. La fixation de Fc sur le récepteur membranaire du phagocyte entraîne une série de réactions provoquant l’invagination de la membrane du phagocyte autour du complexe immun et donc l’entrée du complexe dans la cellule on provoque la formation d’un phagosome (vacuole digestive). La suite de la digestion se déroule comme précédemment. Les cellules phagocytaires (macrophages, granulocytes), exprimant des récepteurs de la partie constante des anticorps, fixent par l’intermédiaire de ces récepteurs les complexes immuns et les éliminent par phagocytose. Les complexes immuns favorisent donc l’intervention de mécanismes innés d’élimination de ces complexes. Quelles cellules produisent les Ac ? C. Origine des anticorps. 1) Recherche des cellules productrices. Les immunoglobulines sont produites par des cellules spécialisées : les plasmocytes qui les libèrent dans le milieu intérieur. Chaque plasmocyte n’est capable de ne produire que des anticorps possédant le même site anticorps. P 394 Les plasmocytes sont en fait des lymphocytes B qui ont été activés : lymphocytes B sécréteurs. Les anticorps sont produits par des lymphocytes B sécréteurs ou plasmocytes. 2) Origine des plasmocytes. Le système immunitaire a la capacité, dès la 9ème semaine de vie fœtale, de produire des lymphocytes B. Un processus de maturation et d’épissage particulier des ARNm permet de fabriquer des récepteurs membranaires d’une grande diversité. Les récepteurs membranaires portés par les lymphocytes B sont des immunoglobulines identiques aux Ac circulants. Les différentes Ig sont générées au hasard, avant qu’il n’y ait eu de contact avec un quelconque antigène. De très nombreux clones de lymphocytes B se distinguant par leurs anticorps membranaires qui servent de récepteurs pour l’antigène, préexistent avant tout contact avec celui-ci. a. La sélection. Les lymphocytes B savent distinguer le soi du non soi. Les Ig qu’ils portent ne reconnaissent que le non soi. Dans les milieux extracellulaires les lymphocytes B rencontrent divers antigènes. Quand un anticorps membranaires fixe un Ag alors le lymphocyte B est activé. Cela donne le signal à l’organisme qu’un corps étranger est présent et qu’il faut que le système immunitaire réagisse. b. La multiplication. L’activation consiste en une cascade d’évènements intracellulaires suite à la fixation de l’Ag sur l’Ac. Ces évènements déclenchent la division cellulaire : les lymphocytes B se multiplient alors de façon clonale. Cela donne n lymphocytes B portant exactement le même Ac. La reconnaissance d’un antigène donné par un lymphocyte B porteur d’un récepteur spécifique de cet antigène entraîne la multiplication de ce lymphocyte et la formation d’un clone de lymphocytes B ayant la même spécificité : cette multiplication entraîne un fort gonflement des ganglions. c. La différenciation. Une partie des lymphocytes B issus de la prolifération clonale se différencient en lymphocytes B sécréteurs ou plasmocytes. Ces cellules libèrent des Ac dans le milieu intérieur. L’autre partie des lymphocytes B issus de la multiplication ne se différencient pas et constitue un stock de lymphocytes B mémoire : ils pourront reconnaître à nouveau cet Ag dans le cas où une infection postérieure surviendrait. Les lymphocytes B obtenus se différencient pour partie en plasmocytes. (Ac efficaces) Rmq : Dans la majorité des réponses immunitaires, la multiplication clonale, la différenciation en Plasmocytes et la transformation en LB mémoire sont dépendantes des LT4. Bilan I : La synthèse d’anticorps plasmatiques est la signature d’une réaction de l’organisme à la présence d’éléments étrangers. Les anticorps plasmatiques sont des effecteurs de l’immunité acquise (que si Ag). Les lymphocytes B portant des Ac membranaires préexistent au contact de l’Ag. Les anticorps dirigés contre les protéines virales peuvent bloquer la pénétration des virus dans les cellules, mais ne peuvent pas agir sur les cellules déjà infectées car ils n’attaquent pas les cellules du soi. Problème : Comment les cellules infectées peuvent-elles être éliminées ? II. LES LYMPHOCYTES T CYTOTOXIQUES (T8) : AGENTS DU MAINTIEN DE L’INTEGRITE DES POPULATIONS CELLULAIRES. A. Rôle des LT8 dans l’évolution de la charge virale (P 396) Les LT8 sont des lymphocytes cytotoxiques « tueurs ». Pour être efficaces ces LT8 doivent être capables d’une part d’identifier les cellules du soi et de ne provoquer l’apoptose que dans le cas où cette cellule serait infectée (c’est-à-dire qu’elle présente des Ag du non soi sur sa membrane).Comment les LT8 reconnaissent-ils les cellules infectées des cellules saines ? B. Reconnaissance des cellules infectées. P396 1) Particularité des cellules infectées Lorsque des virus pénètrent dans une cellule, un certain nombre de leurs protéines passent dans la membrane de la cellule hôte (voir entrée du VIH dans la cellule). Ces protéines sont reconnues comme du non soi par le système immunitaire : il existe des cellules spécialisées, les LT8, capables de déclencher la mort des cellules portant ces protéines dans leur membrane. Les cellules infectées expriment à leur surface des fragments peptidiques issus des protéines du pathogène, que n’expriment pas les cellules saines. Ces fragments vont être reconnus comme des antigènes par le système immunitaire. 2) Particularités des LTc La capacité des lymphocytes T8 cytotoxiques à reconnaître des protéines comme du non-soi est basée sur un récepteur membranaire : le récepteur T (qu’ils ont en commune avec les LT4). Ce récepteur T est capable de reconnaître un antigène donné et il est spécifique d’un antigène donné. Il existe dans l’organisme de multiples sortes de LT possédant des récepteurs T reconnaissant chacun un antigène donné. La multitude de type de LT, et donc la multitude de type de récepteurs T, est due à un processus complexe de synthèse de ces protéines. Dans le cas du SIDA, les lymphocytes T8, par leurs récepteurs T spécifiques anti-VIH, reconnaissent les cellules infectées c’est-à-dire présentant des antigènes du VIH sur leur membrane (LT4 et monocytes/macrophages). C. Elimination des cellules infectées L’élimination des cellules infectées ne se fait pas par phagocytose mais par un signal émis par les LT8 ayant reconnu un antigène sur la cellule. Ce signal est double : une protéine, la perforine qui va s’intégrer à la membrane de la cellule infectée. C’est une protéine canal qui une fois dans la membrane laisse entrer un important flux d’eau qui conduit à l’éclatement de la cellule et à sa mort. Une autre molécule (famille des cytokines) active un mécanisme de mort cellulaire programmée contenu dans la patrimoine génétique de chaque cellule vivante. Ces mécanismes n’ont d’effets qu’à courte distance, c’est-à-dire sur la cellule à laquelle le LTc est fixé via son récepteur T. Les morceaux de cellule morte présentant ou non des antigènes sont ensuite phagocyter par les phagocytes. La reconnaissance déclenche un mécanisme d’élimination des cellules infectées par ces lymphocytes T cytotoxiques. D. Formation des LT8 Les lymphocytes T8 (comme les T4) subissent une étape de maturation dans le thymus qui est un organe immunitaire. Au cours de cette étape, ils deviennent des lymphocytes pré-cytotoxiques et acquièrent la capacité de tuer des cellules présentant des antigènes du non soi. Au cours de cette maturation les lymphocytes T8 possédant des récepteurs T ayant une trop grande affinité pour des molécules du soi (et donc capables de tuer des cellules du soi non infectées) sont éliminés. Les autres LT8 deviennent des LT pré-cytotoxiques qui sont libérés dans le milieu intérieur. Si un LT8 pré-cytotoxique reconnaît un Ag sur la membrane d’une cellule, alors il est sélectionné et il subit de nombreuses mitoses qui conduisent à la multiplication clonale de ce LT8. Tous ces LT8 se différencient en LTc qui vont provoqués la mort de toutes les cellules présentant l’Ag reconnu par le récepteur T. Les LTc ont une durée de vie courte et il n’existe pas de LT8 mémoire. Comme pour les LB, la multiplication et la différenciation des LT8 est dépendante des LT4. Dans le cas du SIDA, les LT8 vont provoquer la mort des cellules présentant des protéines du VIH sur leur membrane : c’est-à-dire les LT4 et les monocytes/macrophages. Cela va conduire à une diminution de ces populations de cellules immunitaires. Et donc dans un premier temps à la diminution de la charge virale (phase asymptomatique. La production de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques à partir de lymphocytes T pré-cytotoxiques repose sur des étapes (sélection, multiplication, différenciation) voisines de celles conduisant à la production de lymphocytes B sécréteurs. Bilan II : Les lymphocytes T cytotoxiques sont aussi des effecteurs de l’immunité spécifique. Conclusion chap : Pendant cette période asymptomatique de plusieurs années, les défenses immunitaires restent actives mais les virus continuent à se multiplier et le nombre de lymphocytes T4 à diminuer. Il existe en plus une cause directe de diminution du nombre de LT4, liée à l'infection directe. De grandes quantités de virions sont produites par les LT4 infectés : jusqu'à un milliard de virions sont libérés chaque jour et détruisent continuellement des LT4 hôte supplémentaires. La demi-vie d'un LT4 activement infecté est inférieure à 1,5 jours. Les monocytes et macrophages jouent un rôle de véritable réservoir de VIH, notamment dans les ganglions lymphatiques. Pourquoi les virus ne sont-ils pas alors totalement éliminés (comme dans le cas de la grippe) ? Chapitre 3 : Augmentation de la charge virale et phase symptomatique (ou SIDA s.s.) En absence de traitement, le nombre des LT4 baisse suite à l’attaque des LT8 et à leur durée de vie réduite une fois le virus actif dans cette cellule. Le sida se caractérise alors par diverses maladies opportunistes : c’est-à-dire qui profitent de la déficience immunitaire induite par le VIH Comment peut-on expliquer que la baisse du nombre des LT4 s’accompagne d’une déficience du système immunitaire (nouvelle augmentation de la charge virale) ? I. LA DEFICIENCE DU SYSTEME IMMUNITAIRE A. Mise en évidence : les maladies opportunistes Dès que la population de LT4 descend en dessous d’un seuil de 400 cellules par mm3 de sang, l’organisme n’est plus protégé contre un certain nombre de pathogènes (virus, bactéries, champignons, parasites). Le document 3 p 373 fait état des maladies opportunistes les plus fréquentes chez des malades du SIDA. Cela concerne en premier lieu des infections de la peau et des muqueuses (infections bactériennes, zona, muguet, mycoses) puis des maladies infectieuses comme la tuberculose, les pneumonies, les méningites, la toxoplasmose, l’Herpès, des atteintes du tube digestif (diarrhées sévères dues à des parasites)… Ce sont des maladies que l’organisme sain arrive à combattre seul (mycoses, parasites et infections bactériennes) ou aidé de la vaccination (tuberculose). Comment peut-on expliquer l’absence de réponse du système immunitaire du malade du SIDA ? B. Les cellules immunitaires déficientes Comme vu précédemment, les cellules immunitaires porteuses de la protéine membranaire CD4 sont susceptibles d’être infectées par le virus du SIDA : les lymphocytes T4 et les macrophages. Ce sont ces cellules qui ne sont plus en nombre suffisant pour assurer une réponse immunitaire efficace. Si on comprend bien que le nombre réduit de macrophages va empêcher une élimination efficace du virus par phagocytose, pourquoi les réponses des LB et des LT8 sont elles aussi inefficaces ? Hypothèse : les LT4 ont un rôle central dans le déroulement de la réponse immunitaire et interviennent dans la sélection/multiplication/différenciation des LB et des LT8. C. LT4 et réponse immunitaire 1) Le récepteur T Il est présent sur tous les types de lymphocytes T (à savoir T4 portant la protéine membranaire CD4 et T8 portant la protéine membranaire CD8). Ces récepteurs sont constitués de deux chaînes polypeptidiques ancrées dans la membrane du lymphocyte T. Ces chaînes présentent une partie variable qui forme le site de reconnaissance de l’antigène et une partie constante ancrée dans la membrane plasmique (voir doc 2 p 398). Un récepteur T a donc un unique site de liaison à l’antigène contrairement aux anticorps membranaires observés chez les LB. Tout comme pour les LB, il existe des millions de parties variables différentes permettant aux LT de reconnaître des millions d’Ag différents. Les domaines V et V sont variables et forment le site de reconnaissance de l’antigène. C et C sont les régions constantes du récepteur (TCR = T-cell receptor) qui, une fois un antigène étranger reconnu, provoqueront une cascade de réaction intracellulaire et conduiront à la libération de molécules par la cellule. [ceci est également valable pour les LT8 qui libèrent des perforines et une molécule signal d’apoptose]. Un TCR peut aussi être composé de V et V pour la partie variable plus C et Cpour la partie constante qui sont un peu différentes des et . Rmq : CD3 est une protéine membranaire de nombreuses cellules immunitaires 2) Cause de la variabilité des récepteurs T : le répertoire T Chaque TCR est spécifique d’un antigène. Cette spécificité est portée par le domaine variable de chacune des deux chaînes du récepteur T. Chaque lymphocyte T exprime à sa surface plusieurs molécules de récepteur T pour l’antigène, toutes identiques entre elles, et dont les domaines variables sont uniques à ce lymphocyte T. Cette diversité du TCR est le résultat d’un phénomène de réarrangement génique au niveau des locus des chaînes du TCR. Un phénomène similaire de réarrangement génique, à l’origine de la diversité des immunoglobulines, se déroule au niveau des lymphocytes B (cf. chapitre 3, phénotype immunitaire). Des segments géniques séparés V, D et J se réarrangent lors de la maturation des cellules T pour former des gènes fonctionnels qui codent pour les chaînes du récepteur des cellules T. Dans les cellules de l’organisme autres que les lymphocytes T, ces différentes régions chromosomiques sont composées d’un très grand nombre de segments géniques, que l’on divise en quatre types : V, D, J et C (Tableau). Le segment C code pour le domaine constant de la chaîne du récepteur T. Le domaine variable est codé par la juxtaposition d’un segment V, d’un segment D et d’un segment J. Cette juxtaposition ne se produit que dans les lymphocytes T pendant leur maturation dans le thymus. Chaîne Chaîne 14 14 Nombres de segments géniques V D J C 50 70 1 3 3 3 1 Chaîne Chaîne 7 7 57 14 Locus Chromosomes 2 13 5 2 2 Pour construire un récepteur T : le lymphocyte lors de sa maturation « choisit » un domaine V parmi 50, un domaine J parmi 70 et le domaine C pour construire la première chaîne polypeptidique () du récepteur. Puis il « choisit » indépendamment pour la deuxième chaîne polypeptidique () un domaine V parmi 57n, un domaine D par mi 2, un domaine J parmi 13 et un domaine C parmi 2. Ce qui fait : 3500 chaînes polypeptidiques possibles, 2964 chaînes polypeptidiques possibles et donc 10374000 TCR possibles de type . De même, il y a 9 chaînes possibles, 1400 chaînes possibles 12600 TCR possibles de type Soit en tout (en ne prenant pas en compte d’éventuelles mutations durant la vie de l’individu) 10386600 TCR possibles reconnaissant autant d’antigènes différents. L’ensemble des domaines nucléotidiques subissant des réarrangements géniques permettant de construire les TCR est appelé répertoire T. Ces processus sont valables pur les LT8 et les LT4. Ils sont fabriqués indépendamment et il y a des LT 8 qui possèdent le même TCR que les LT4 reconnaissant le même antigène. 3) Fonction immunitaire Les LT4 possèdent un récepteur T ave un site de reconnaissance spécifique à un antigène. La conformation 3D de la partie variable des TCR permet la liaison avec un Ag de forme complémentaire (même principe que pour la liaison Ag-Ac). Attention, contrairement aux LB, Les LT ne sont capables de reconnaître que des antigènes portés par des cellules du soi (c’est-à-dire des cellules infectées par un agent pathogène). Suite à la liaison récepteur T-antigène, les lymphocytes T4 sont activés, la cascade de réactions intracellulaires déclenchée par cette liaison conduit à la libération de molécules signal du système immunitaire : les interleukines. Ces molécules ont un rayon d’action limité : elles n’atteignent que des cellules assez proches de leur lieu de libération. Bilan I : Lors de la phase de SIDA déclaré, les LT4 diminuent progressivement. Les liaisons antigènerécepteur T des LT4 deviennent de plus en plus rares et donc la production d’interleukines devient également très faible même s’il ya de nombreuses cellules infectées dans l’organisme, notamment par des maladies opportunistes. Comment la déficience des LT4 entraîne-t-elle un dysfonctionnement global du système immunitaire ? II. LES LYMPHOCYTES T4 : PIVOTS DES REACTIONS IMMUNITAIRES SPECIFIQUES A. Les cellules cibles des interleukines Les interleukines sont des protéines ayant un rôle de médiateur vis-à-vis de cellules immunocompétentes. Leur sigle IL vient de leur première fonction identifiée : Interactions entre Leucocytes. Pour que ces protéines agissent, il faut que les cellules cibles portent un récepteur spécifique aux interleukines. Ce récepteur aux IL n’est présent que sur les lymphocytes ayant été activés, c’est-à-dire ayant reconnu spécifiquement un antigène étranger. La sélection des lymphocytes T (T4 et T8) et B compétents pour un antigène donné est donc indépendante des LT4. Par contre, dès que le lymphocyte est sélectionné et exprime le récepteur aux interleukines sur sa membrane, il devient sensible à cette molécule signal. Les étapes postérieures pourront donc être influencées par les interleukines. B. Déroulement de la réponse immunitaire spécifique (d’un antigène) 1) Effet sur les LT8 Lors de la fixation d’IL sur un lymphocyte T8 activé/sélectionné/ayant reconnu un Ag/LT pré-cytotoxique, une cascade de réactions intracellulaires conduit à une multiplication clonale de la cellule par mitoses dans un premier temps. Puis elles induisent la différenciation du LT pré-cytotoxique en cellule effectrice : le LT cytotoxique. Il n’a une durée de vie que de quelques jours 2) Effet sur les LB Lors de la fixation d’IL sur le récepteur à interleukines des lymphocytes B sélectionnés, une cascade de réactions intracellulaires conduit à la différenciation d’une partie des LB en plasmocytes. L’autre partie des LB constitue les LB mémoire (ils n’ont pas été sensibles à l’IL). 3) Effet sur les LT4 Les lymphocytes T4 expriment eux aussi des récepteurs aux interleukines (produites par les LT4 et d’autres cellules du système immunitaire). Les IL gouvernent la formation des LT4 mémoire qui ont une durée de vie longue (jusqu’à 10 ans). Les LT4 non sensibles aux IL se différencient en LT4 ayant un rôle pivot dans les réactions du système immunitaire : on les appelle alors lymphocytes T auxiliaires (LTa) ou lymphocytes helper (LTh) en anglais, car ils aident à la réalisation processus de la réponse immunitaire spécifique, à savoir la production de LTcytotoxiques, de plasmocytes et d’anticorps circulants. Schéma bilan couleur Bilan II : Dans la majorité des réactions immunitaires, la multiplication des lymphocytes B sélectionnés comme celle des LT8, puis leur différenciation est dépendante d’une autre population de lymphocytes, les lymphocytes T4. III. COMPORTEMENT DES CELLULES IMMUNITAIRES LORS DE LA PHASE SYMPTOMATIQUE Dans le cas du SIDA, les antigènes viraux libres sont reconnus par les LB. Les antigènes portés par la membrane des cellules infectées (LT4 et monocytes/macrophages) sont reconnus par les LT4 et LT8. La liaison de l’antigène au récepteur conduit à la sélection des LT8 compétents qui deviennent des LT précytotoxiques, la sélection des LB compétents et la sélection des LT4 compétents. Plus la maladie progresse plus le nombre de LT4 circulants est faible puisqu’ils sont détruits par les LTc et par la réplication virale intense. Les LT4 compétents (s’ils en restent encore) se multiplient de façon clonale. Ils se différencient en LTauxiliaire produisant les interleukines. Les interleukines permettent la différenciation des LT pré-cytotoxique en LTcytoxique. Les LTcytotoxiques vont aller déclencher l’apoptose des cellules infectées : les LT4 et les monocytes macrophages. Au bout d’un certain temps, il ne reste plus suffisamment de LT4 circulant pour identifier des cellules infectées, être activés et produire des interleukines. Il y a donc une diminution de la production d’interleukines qui conduit à une diminution de la multiplication des LT8 et LB compétents contre le VIH ou bien contre des agents pathogènes opportunistes. La destruction des LT4 et des macrophages infectés conduit à un effondrement de toutes les défenses immunitaires et le maintien de l’intégrité de l’organisme contre des pathogènes n’est plus assuré. Bilan III : Dans le cas du SIDA, la destruction des lymphocytes T4 par les LTc limite la progression de l’infection virale mais tous les virus n’étant pas détruits, l’incorporation du génome viral dans les cellules infectées maintient la contamination. La destruction des LT4 empêche la production d’anticorps et de lymphocytes T cytotoxiques contre des agents microbiens variés : ceci permet l’apparition de maladies opportunistes. Concl chap : Les conséquences de l’effondrement des défenses immunitaires prouvent qu’en permanence les mécanismes immunitaires sont à l’œuvre et montrent le rôle essentiel des lymphocytes T4 dans la majorité de ces réactions. Comment peut-on aider l’organisme à combattre les éléments étrangers ? Hypothèse : Il faut modifier le phénotype immunitaire de l’individu et améliorer la réponse immunitaire. Chap 4 : Phénotype immunitaire : génotype et environnement. Tous les individus ne sont pas égaux devant les différentes maladies. Le phénotype immunitaire de chacun est dû à son patrimoine génétique qui lui permet de construire des Ac, et des récepteurs T d’une grande diversité. Dès l’antiquité, Thucydide, historien grec, en 430 av JC suggère l’existence d’une mémoire immunitaire ; il remarque que « le mal ne frappait pas deux fois le même homme » ; et que « du moins la rechute n’était-elle pas mortelle ». Comment exploiter la mémoire immunitaire pour améliorer les défenses de l’individu vis-à-vis de pathogène ? I. LA VACCINATION, PREUVE D’UNE MEMOIRE DU SYSTEME IMMUNITAIRE. A. Approche historique de la vaccination. 1) Apparition de la vaccination Connue depuis l’Antiquité, la variole semait la terreur partout où elle se manifestait. Dès le XIe siècle, pour lutter contre la maladie, la Chine pratiquait une technique particulière dite de variolisation. Cette pratique consistait à inoculer à un sujet sain des croûtes desséchées de pustules varioliques provenant de sujets ayant développé des formes jugées bénignes. Mais, en dépit de la variolisation, la variole continuait à faire des morts. De plus, cette pratique contribuait à disséminer la maladie. Au XVIIIe siècle, Jenner remarqua que les fermières devenaient réfractaires à la variole lorsqu’elles avaient contracté le cowpox, une maladie des pis de la vache encore nommée vaccine ou variole de la vache. La vaccine était transmissible à l’espèce humaine chez laquelle elle provoquait une maladie peu grave. Le 14 mai 1796, Jenner prélève du pus sur la main d’une fermière atteinte de la vaccine puis l’inocule au jeune James Phipps, âgé de huit ans. Deux mois plus tard, il inocule le virus de la variole humaine à l’enfant qui s’avère être protégé contre la maladie. Ainsi est née la vaccination (du nom de la maladie : vaccine). 2) La théorie microbienne Avant Pasteur, la nature des agents vecteurs des maladies était attribuée au surnaturel (air ambiant nocif, de part des propriétés magiques ou des dieux malfaisants). À compter de 1877, Louis Pasteur s'intéresse à l'étude des microbes pathogènes pour l’homme et les animaux. Depuis un certain temps déjà, sa théorie microbienne est en marche et il prône asepsie. Grâce à l’utilisation de microscope (inventé entre temps), il identifie le germe du choléra des poules. Il identifie le rôle pathogène de Bacillus anthracis (charbon). Il réalisa les premiers vaccins préventifs (charbon, choléra) et emprunte à Jenner le terme vaccination. Il demeure particulièrement reconnu pour sa réalisation du vaccin contre la rage. Avec Pasteur, c'est la naissance de la bactériologie. Pasteur est à l’origine d'un constat essentiel : la preuve, pour certaines maladies, de la contagion, il prouve l'existence d'animalcules pathogènes vivant dans l’air ou dans l’eau et pouvant atteindre tous les hommes du voisinage. Il justifie alors les notions d’hygiène qu’il tentait vainement d’imposer jusqu’alors. Par exemple, dans les hôpitaux, la mise ne place de la stérilisation des instruments permet de diminuer fortement le taux de mortalité. De même, le lavage des mains et des textiles hospitaliers (blouses, draps…), la gestion de la circulation des personnels sont améliorés (précédemment, il était courant qu’un médecin ayant réalisé l’autopsie d’une personne décédée d’une maladie contagieuse aille, directement après l’autopsie sans aucune mesure d’hygiène, réaliser une opération ou bien assister un accouchement). 3) La vaccination aujourd’hui De nombreux vaccins ont été mis au point pour de nombreuses maladies. Certains sont obligatoires et peuvent conduire au refus d’intégration d’une collectivité s’ils ne sont pas effectués (crèche, école…). Des contrôles (BCG notamment) et des campagnes de vaccination sont d’ailleurs pratiqués par les médecins scolaires. D’autres vaccins sont recommandés, notamment ceux efficaces contre des maladies foudroyantes comme les différents types de méningites. Les vaccins sont efficaces contre des éléments pathogènes que ce soit des bactéries ou des virus. D’autres vaccins sont conseillés aux voyageurs suivant le pays de destination. Les stratégies vaccinales reposent sur un principe commun : introduire dans l’organisme à vacciner l’Ag (ou une fraction de celui-ci) contre lequel on souhaite une protection. L’évolution des stratégies vaccinales consiste à réduire la toxicité du vaccin en déterminant la seule partie de l’antigène responsable de la réponse immunitaire, tout en gardant le pouvoir antigénique du vaccin (qui induit la production d’Ac). Bilan A : les vaccins exploitent la propriété d’immunisation d’une personne contre une maladie suite à un premier contact avec l’antigène. Les solutions vaccinales contiennent des antigènes atténués ou inertes : c’est-à-dire des virus ou bactéries pathogènes ayant perdus leur pouvoir infectieux suite à des manipulations en laboratoire (suppression de séquences d’ADN, traitement thermique…) Le tableau ci-après dresse une liste des principales vaccinations réalisées en France. B. Les apports de la connaissance du système immunitaire. P414-415 1) Réponse primaire Document 1 : l’injection de globules rouges de moutons (GRM) à deux lots conduit ces souris à produire des Ac anti-GRM grâce à des LB spécifiques des Ag portés par les GRM Le lot 1 de souris subit une deuxième injection de GRM à j30 et le lot 2 subit une injection de globules rouges de lapin à j30. La rate des souris est prélevée (organe immunitaire où se multiplient les lymphocytes) et on dénombre par une technique appropriée les lymphocytes B anti-GRM Tracer le graphique de production d’Ac anti-GRM pour les deux populations de souris testées Avant tout contact avec l’antigène les lymphocytes sont qualifiés de naïfs. Lorsqu’un antigène étranger est injecté, il faut environ 2 semaines pour que la quantité d’Ac produite soit suffisante pour être efficace (neutralisation Ag et aide à la phagocytose). Lors du contact avec l’antigène, une partie des LB naïfs devient des plasmocytes sécréteurs d’Ac spécifiques et l’autre partie constitue un pool de lymphocytes B mémoire. Après le premier contact avec l’Ag et une fois que celui-ci a été éliminé, la quantité de Lymphocytes B mémoire est très supérieure à la quantité de lymphocytes B naïfs spécifiques du même antigène. La réponse primaire (premier contact avec Ag) est donc lente et quantitativement peu importante (par rapport à la quantité d’Ac produite). Remarque : avant un premier contact antigènique, les lymphocytes T sont aussi qualifiés de naïfs. Tous les LT8 vont se différencier en LTc spécifiques, tandis qu’une partie des LT4 deviendra LTaucxiliare et l’autre partie LTmémoire. De la même manière, après le premier contact avec l’Ag et une fois que celui-ci a été éliminé, la quantité de Lymphocytes T mémoire est très supérieure à la quantité de lymphocytes T naïfs spécifiques du même antigène. 2) Réponse secondaire La réponse immunitaire secondaire correspond à un second contact (ou plus) avec un antigène ayant provoqué une réponse primaire. Ici, le lot A de souris montre une réponse secondaire à partir de j30. Cette réponse est rapide (2-3jours) et quantitativement beaucoup plus importante (environ 100 fois plus d’Ac spécifiques produits). Cette rapidité est due à la présence de LB mémoire : la phase de sélection ayant déjà été effectuée, la multiplication clonale démarre dès le contact avec l’antigène. De plus comme il y a de nombreux LB mémoire reconnaissant l’Ag, la multiplication clonale touche plusieurs LB mémoire identiques (alors qu’elle ne concerne qu’une seule cellule lors de la réponse primaire). Suite à la multiplication une partie des LB se différencient en plasmocytes et l’autre en LB mémoire (dont le nombre augmente encore). Le nombre de plasmocytes étant plus élevé, la production d’Ac est plus importante. Remarque : tout ceci est aussi vrai pour les LT4, la présence de LT mémoire va permettre la synthèse d’interleukines dès le contact avec l’antigène et ainsi activer la multiplication et la différenciation des LB mémoire. Le nombre de LT mémoire augmente également suite à ce deuxième contact. Bilan B: Le premier contact avec l’antigène entraîne une réaction lente et quantitativement peu importante, alors que le second contact entraîne une réaction beaucoup plus rapide et quantitativement plus importante. La mémoire immunitaire s’explique par la formation, après un premier contact avec un antigène, de LB mémoire et de lymphocytes T4 mémoire. Ces cellules sont plus nombreuses que les lymphocytes B ou T4 vierges (= naïfs), de même spécificité ; elles ont une durée de vie plus longue et elles réagissent très rapidement lors d’un second contact avec l’antigène. Remarque : des processus complexes conduisent en plus à une augmentation de l’efficacité des Ac et LTc car l’affinité des récepteurs pour l’Ag augmente après un premier contact avec ce dernier. C. Les espoirs pour un vaccin anti VIH. Dans le cas du virus du SIDA, il s’agit de trouver un vaccin contre un virus qui n’est pas vaincu par les défenses immunitaires naturelles et qui ne met pas non plus l’organisme en danger en le contaminant. P416-417 Le VIH est un virus très performant : - la structure de son enveloppe protéique empêche la production d’Ac réellement efficaces pour le neutraliser - il passe directement d’une cellule infectée à une cellule saine sans passer par le milieu intérieur où sont situées les défenses immunitaires - il possède un taux de mutation fort qui conduit à la production de nouveaux variants non reconnus par les cellules immunitaires activées par le variant initial - les sites constants contre lesquels un vaccin pourrait être efficace sont masqués par des protéines accessoires du virus (pas de liaison possible avec des cellules immunitaires activées par un vaccin et reconnaissant ces sites) - le virus est abondant dans des sites où il y a peu de cellules immunitaires Au niveau recherche, il n’y a pas de « bon » modèle animal permettant de tester les vaccins anti-SIDA. L’éthique interdit d’inoculer des vaccins dont la fiabilité n’a pas été vérifiée sur un modèle animal. Le virus du SIDA mutant constamment, une des difficultés de la mise au point d’un vaccin est d’identifier une protéine invariable et accessible à la surface du virus. La vaccination permettrait d’enrayer progressivement l’épidémie. Conclusion du I : Les vaccins reproduisent une situation naturelle, celle de l’immunité acquise contre ces virus après une première infection guérie. Ils sont basés sur l’existence d’une mémoire immunitaire. II. PART DU GENOTYPE ET DE L’ENVIRONNEMENT DANS LE PHENOTYPE IMMUNITAIRE. Le phénotype immunitaire est l’ensemble des spécificités des lymphocytes B et T à un moment donné de la vie d’un individu, c'est-à-dire : le “répertoire” des anticorps et le « répertoire » des récepteurs des cellules T. Le phénotype immunitaire résulte d’une interaction complexe entre le génotype et l’environnement. Il est en constante évolution. Comment peut-on expliquer cette diversité de récepteurs ? A. Génotype et diversité des récepteurs. 1) Diversité des récepteurs T : voir chapitre précédent 2) Diversité des immunoglobulines. L’ADN codant pour les immunoglobulines est, tout comme ce qui se passe pour les TCR, fractionnés en domaines. Pour constituer une Ig, il faut que le LB « choisisse » par recombinaison génique un domaine V, un domaine J et un domaine pour les 2 chaînes légères qui sont identiques, et un domaine V, un domaine D, un domaine C pour les 2 chaînes lourdes identiques. Les possibilités de recombinaison génique sont très nombreuses, ce qui donne naissance à une variabilité presque infinité d’Ac (voir poly bilan phénotype immunitaire). Bilan A : Grâce à des mécanismes génétiques originaux, l’organisme produit des lymphocytes T et B d’une infinie diversité. En plus de la recombinaison génique, des processus d’épissage particulier (notamment dans les cellules mémoire) augmentent encore la diversité en améliorant l’affinité des récepteurs pour l’antigène. Comment peut-on expliquer que les LB et LT aussi divers ne s’attaquent pas aux cellules de l’organisme ? B. Environnement et constitution du phénotype immunitaire. 1) Elimination des cellules auto-réactives. lymphocytes T auto-réactifs : c’est lors de la maturation dans le thymus (« phase d’éducation des LT à distinguer le soi du non soi ») que les lymphocytes possédant des TCR ayant trop d’affinité pour des molécules du soi sont éliminés (déclenchement de l’apoptose) ; ainsi il n’y a que des lymphocytes T avec TCR dirigés contre des antigènes étrangers qui circulent dans l’organisme. Certaines maladies immunitaires génétiques sont dues à l’absence de surpression de lymphocytes T auto-réactifs. lymphocytes B auto-réactifs : c’est dans la moelle que ces lymphocytes sont éliminés par des signaux des cellules médullaires adjacentes portant un grand nombre d’antigène du soi ; s’ils s’y lient, alors leur apoptose est déclenchée. Bilan : Parmi les LB et LT d’une infinie diversité, la très grande majorité, notamment celles qui sont potentiellement dangereuses pour l’organisme (“auto-réactives”), sont éliminées. 2) Sélection et établissement du phénotype. Le phénotype immunitaire d’un individu dépend de l’ensemble des cellules immunitaires présentes dans son organisme à un moment donné. Lors d’un contact avec un antigène naturel ou d’un vaccin, il y a sélection des lymphocytes compétents contre cet antigène, et formation de lymphocytes mémoire qui vont donc modifier le phénotype immunitaire de l’individu : il est en perpétuelle évolution. Bilan II : Les LB et LT qui subsistent sont sélectionnés par les antigènes des cellules malades ou des pathogènes présents. Ces cellules sont à l’origine des clones actifs dans la défense immunitaire. Il en résulte un phénotype qui change sans cesse en s’adaptant à l’environnement (variabilité). Concl chap : Le phénotype immunitaire résulte d’une interaction complexe entre le génotype et l’environnement. La vaccination est un processus artificiel qui fait évoluer ce phénotype immunitaire en mettant à profit l’existence d’une mémoire immunitaire. Conclusion partie : Les mécanismes immunitaires reposent sur l’immunité acquise et l’immunité innée. L’immunité innée représente l’ensemble des processus qui mettent en jeu des cellules du système immunitaire immédiatement mobilisables lors de la première rencontre avec l’antigène. Après cette première rencontre, un ensemble de processus qualitatifs et quantitatifs s’engagent : c’est l’immunité acquise.
