23/10/14 FOUCHERE Elise L2 CR : BRASSIER Julia TSSI

TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE
Dynamique de la Réponse Innée
23/10/14
FOUCHERE Elise L2
CR : BRASSIER Julia
TSSI
Pr Frédéric Vely
12 pages
DYNAMIQUE DE LA REPONSE INNEE
Plan :
A. Introduction
I. Évolution d'une infection en fonction de le présence du système immunitaire
II. Différence entre le système immunitaire inné et adaptatif
III. Les barrières naturelles
B. Dynamique de la réponse immunitaire
I. Mécanismes généraux
II. Reconnaissance PAMP-TLR
III. Sécrétion de molécules inflammatoires
IV. Le système du complément
V. Mécanismes lors d'une infection virale
VI. Mécanismes coopératifs avec les cellules NK
C. Conclusion
A. Introduction
I. Évolution d'une infection en fonction de la présence du système immunitaire
On observe que chez un sujet sain, le nombre de micro-organismes va croître au début de l'infection et si le
système immunitaire fonctionne correctement on peut éradiquer l'agent pathogène.
En revanche s'il n'y a pas d’immunité innée fonctionnelle, la charge d'agent pathogène croit de façon
exponentielle très tôt après l'infection et ce malgré la présence d'un système immunitaire adaptatif fonctionnel,
celui-ci risque d’être débordé par la charge infectieuse et il n'y aura pas de contrôle de cette infection.
A l'inverse lorsqu'il y a uniquement le système immunitaire inné fonctionnel, on aura un contrôle de la charge
infectieuse uniquement au début de l' infection puis de nouveau une perte de contrôle sans la présence d'un
système immunitaire adaptatif fonctionnel.
Il y a donc une collaboration étroite entre les cellules de l’immunité innée et les cellules de l’immunité
adaptative.
Les pathologies les plus graves du système immunitaire sont nommées « déficit immunitaire combiné
sévère DICS». Dès les premiers mois de vie, on diagnostic des infections virales très graves dont le traitement
de référence reste la greffe de moelle osseuse
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II. Différence entre le système immunitaire inné et adaptatif
Chaque individu a les mêmes spécificités dans son génome pour les récepteurs de l'immunité innée qui
reconnaissent des structures très conservées. Alors que pour l’immunité adaptative on n'hérite pas de
récepteurs mais de segments de gènes pour le BCR et le TCR que l'on va réarranger pour avoir des récepteurs
ayant une reconnaissance très particulière. Chaque individu va sélectionner ses réarrangements génétiques de
manière aléatoire !
Ces récepteurs sont exprimés par tous les types de cellules de l'immunité innée (macrophages, polynucléaires,
cellules dendritiques) en revanche le TCR sera uniquement exprimé par les lymphocytes T de même que pour le
BCR par les lymphocytes B.
La réponse est immédiate pour l’immunité innée dans les premières heures post-infection tandis que pour la
réponse adaptative il faut attendre au moins 5 jours.
Les récepteurs de l’immunité innée reconnaissent une très large classe d'agents pathogènes :
– les bactéries Gram via le lipopolysaccharide
– les bactéries flagellées via la flageline...
Alors que pour l’immunité adaptative on aura
la reconnaissance d'un épitope pour une
immunoglobuline (Ig) donnée.
Il y a une distribution clonale pour les
lymphocytes B et T qui n'expriment qu'un seul
type de récepteur pour un antigène à sa surface
en multiples copies avec une spécificité très
grande.
L'immunité adaptative est capable de distinguer
des structures moléculaires même étroitement
liées : le changement d'un acide aminé dans la
poche à peptides peut stopper la reconnaissance
par exemple.
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III. Les barrières naturelles
Pour l’immunité innée la première protection contre les agents infectieux sont les muqueuses. Ces barrières
naturelles peuvent être:
– Mécaniques : cellules épithéliales attachées par des jonctions serrées, flux d’air ou de liquide à la
surface des cellules épithéliales et déplacement du mucus via les cils vibratiles
– Chimiques : présence d'acides gras au niveau de la peau, d'enzymes tel que les lysosymes au niveau de
la salive/sueur/larmes, d'un pH bas au niveau de l'estomac ou bien de peptides antibactériens.
– Microbiologiques : La flore normale est en compétition pour les nutriments et pour l’attachement à
l’épithélium et peut produire des substances antimicrobiennes.
La flore microbienne est une flore commensale
Il faut distinguer le non soi non dangereux du non soi dangereux : au niveau du tube digestif, on note la
présence de nombreux acteurs où chacun tire partie de cette colonisation, par contre si une bactérie crée une
inflammation locale elle sera considérée comme du non soi dangereux et une réponse immunitaire se mettra en
place.
B. Dynamique de la réponse immunitaire
I. Mécanisme généraux
Suite à une blessure, il y a franchissement des barrières naturelles et pénétration de la bactérie à l’intérieur du
derme et de l’épiderme .
A ce niveau-la on note déjà la présence de cellules de l’immunité innée comme la présence de macrophages
qui vont permettre de phagocyter puis de digérer ces bactéries dans des compartiments acides. Il va se créer une
vacuole de phagocytose qui va migrer dans les endosomes puis les lysosomes (endolysosome) pour permettre la
présentation de peptides antigéniques.Ces peptides vont être associés à des molécules d'histocompatibilité
de classe I ou II pour coopérer avec les cellules de l'immunité adaptative.
A côté de ces macrophages on note également la présence de polynucléaires neutrophiles également capables
de phagocytose mais surtout de bactéricidie. Ces globules blancs majoritaires chez l'homme sont indispensables
pour l'élimination des agents bactériens.
D'autres cellules de l’immunité innée jouant le rôle d’intermédiaires, les cellules dendritiques, vont coopérer à
la mise en place de l’immunité adaptative. Lorsque elles sont immatures ces cellules sont en périphérie et ont
une très importante capacité de phagocytose.
Une fois cette phagocytose effectuée, elles vont associer les peptides produits à partir des agents pathogènes à
leurs molécules du CMH. Au cours de leur trajet vers le ganglion lymphatique elles vont exprimer de
nombreuse molécules de CMH de classe I ou II pour les associer aux peptides et elles vont progressivement
perdre leurs propriété de phagocytose. La perte des capacités de phagocytose va leurs permettre d'exprimer de
plus en plus de molécules de CMH et de molécules de co-stimulation.
Dans les ganglions elles vont stimuler les lymphocytes T naïfs. Si celui-ci présente le bon récepteur il y aura
prolifération clonale. Puis coopération avec les lymphocytes B pour la production des Ac, et les lymphocytes T
helpers pour la production de cytokines capables d'augmenter la réponse immune. Il y a un retour de ces
cellules par voie sanguine sur le site de l' infection. Sur le lieu de l'infection va se mettre en place : la sécrétion
de cytokines par les LT effecteurs pour permettre l'activation des macrophages, le phénomène d'opsonisation
des bactéries via les anticorps.
L'agent pathogène est maintenant sous contrôle.
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L'immunité innée ne détient pas la même finesse de reconnaissance qu'un TCR ou BCR il n'y a donc pas de
reconnaissance de structures très spécifiques, ni beaucoup de récepteurs pour reconnaître l'ensemble des agents
pathogènes rencontrés. Elles reconnaissent donc des structures très conservées (protéines ou lipides) chez les
pathogènes au cours de l’évolution.
Dans une bactérie Gram – se trouvent des composés très immunogènes : le lipopolysaccharide (LPS) que les
cellules de l’immunité innée sont capables de reconnaître via des récepteurs nommés TLR (Toll Like
Receptors). Il n'y a donc pas de spécificité très fine. Les cellules de l’immunité innée vont également
reconnaître le peptidoglycane, spécifique de certaines bactéries Gram + et même Gram -. Il y a donc une
grande différence entre les récepteurs TLR de l’immunité innée et les récepteurs TCR/BCR de l'immunité
adaptative.
II. Reconnaissance PAMP-TLR
Les cellules dendritiques permettent la connexion entre l’immunité innée et adaptative. Elles sont capables de
présenter les antigènes.
Elles sont également équipées de récepteurs spécialisés dans la reconnaissance de certains motifs appelés
PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns) d’origines très diverses (bactérie, virus, parasite,
champignon) et de nature variée. Ces récepteurs spécialisés sont appelés les Toll Like Receptors ou TLR. Ils
appartiennent à la grande famille des PRR (Pattern-Recognition Receptors). Ces cellules dendritiques sont donc
équipées de récepteurs TLR exprimés sous forme monomérique ou dimérique capables de reconnaître les
PAMPs dérivés d'agents pathogènes.
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On retrouve plusieurs classe de TLR interagissant avec différents ligands PAMP, par exemple :
–
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TLR3 reconnaît l'ARN double brin présent chez certains virus. Ce récepteur TLR est présent non pas à
la surface mais à l’intérieur de la cellule qui pourra détecter la présence de l'ARN viral au cours de son
cycle réplicatif. Ce qui permet donc la reconnaissance des ARN viraux lorsqu'ils sont simple brin (TLR7) ou double brin ( TLR-3).
TLR4 reconnaît le LPS des bactéries Gram – et l'acide lipotéichoïque des bactéries Gram+
TLR5 reconnaît la flagelline présente sur les bactéries flagellées
TLR9 reconnaît l'ADN CpG qui n'est présent que chez les bactéries, ce récepteur existe au niveau
intracellulaire pour reconnaître cet ADN
TLR8 reconnaît des oligonucléotides
TLR1, TLR2 et TLR6 reconnaissent des peptidoglycanes, des lipoprotéines, des zymosane (composé
présent chez les levures)...
Au final on a peu de récepteurs pour reconnaître l'ensemble du monde infectieux à la différence de l’immunité
adaptative où l'on a une spécificité très fine qui s’établira par des réarrangements géniques. Chaque individu
détient les mêmes gènes et mêmes récepteurs de l'immunité innée, on est donc capable de lutter contre l'agent
infectieux à armes égales pour cette immunité là (sélection par l'espèce à ne pas confondre avec l'immunité
adaptative qui est une sélection d'un individu au sein d'une espèce).
De plus, on constate que tout les TLR ne sont pas forcement en surface, ils peuvent être intracellulaires ou dans
des vésicules d'endocytose car certains pathogènes sont intracellulaires.
Cette reconnaissance PAMP-TLR va conduire à l'activation de facteurs de transcription le NF-KB qui
permettra la production de cytokines. Une fois ces facteurs de transcription activés il va y avoir production
d’interférons αβ de type 1 (≠ interférons γ de type 2). Ces signaux permettront d'activer la réponse immunitaire
sur le site de l'infection.
Exemple ci-dessous : des protéoglycanes bactériens peuvent être reconnus en surface par des TLR ou des
protéines NOD dans le cytosol de la cellule afin de conduire via le facteur NFkb à l'activation de la
transcription et à l'expression de gènes pro-inflammatoires.
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La reconnaissance des PAMP par les neutrophiles et les macrophages se fait aussi par l’intermédiaire de TLR.
On observe également des récepteurs pour le mannose, les glycanes et les LPS. Le macrophage en plus de son
rôle de phagocytose va pouvoir secréter des médiateurs, des cytokines, des chémokines et des médiateurs
lipidiques qui vont participer à l'inflammation.
III. Sécrétion de molécules inflammatoires
Au niveau du site de l'infection ces cellules de l’immunité innée ne sont pas en nombre suffisant, elles vont
alors secréter des molécules inflammatoires: des cytokines qui vont activer d'autres cellules de l’immunité
innée et adaptative.
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Une fois la phagocytose des bactéries effectuée, le macrophage activé secrète des cytokines et chemokines qui
vont activer l’endothélium vasculaire en le perméabilisant localement sur le site de l'infection. Grâce à cette
inflammation locale, les jonctions sont plus lâches et permettent le recrutement d'autres cellules par diapédèse
(transmigration endothéliale). C'est un phénomène actif qui se referme aussitôt la cellule passée.
Ces molécules inflammatoires jouent donc un rôle dans le recrutement de cellules de l'immunité innée dans un
premier temps puis des cellules de l'immunité adaptative dans un second temps (les lymphocytes pour rejoindre
le lieu de l'infection). S'il n'y a pas cette réponse inflammatoire il n'y a pas de réponse immunitaire efficace !
Étude du recrutement des leucocytes sur le site de l'infection :
1. Les cytokines induisent la synthèse de séléctines par l’endothélium vasculaire, ces séléctines vont se lier
à des sucres présents à la surfaces des leucocytes.
2. A un certain moment, les cellules effectuant un « rolling » à la surface de l’endothélium vont provoquer
un véritable clampe réduisant le débit sanguin et leur permettant de renforcer leur accrochage. Les GR
sont tellement nombreux que le leucocyte va devoir résister à des forces de cisaillements très
importantes malgré les interactions de faibles affinités qui lui permettent de rouler.
3. Suite à l'infection la présence de médiateurs va fragiliser et activer l’endothélium. Les leucocytes
s'accrochent et traversent la paroi des vaisseaux par trans-migration et se retrouvent dans les tissus sur le
site de l'inflammation : c'est la diapédèse des leucocytes.
S'il n'y a pas cette inflammation, il n'y a donc pas de recrutement des cellules de l’immunité innée et adaptative
sur le site de l'infection. Durant ce processus inflammatoire les macrophages activés vont donc secréter des
nombreuses cytokines dites inflammatoires qui permettront la mise en place d'une réponse immunitaire
efficace.
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Les macrophages activés vont sécréter de nombreux médiateurs de l'inflammation. Ces cytokines ont toutes des
propriétés différentes :
– IL-1β va permettre l'activation de l’endothélium vasculaire, l'activation lymphocytaire, la destruction
locale du tissu et l'augmentation de l’accès aux cellules effectrices
– TNFα va permettre l'activation de l’endothélium et l'augmentation de la perméabilité vasculaire ce qui
va conduire à une augmentation de l'entrée des IgG, du complément...
– IL-6 va permettre l'activation lymphocytaire et la production d'AC pour les LB activés
– CXCL8, facteur chimiotactique permettant le recrutement des neutrophiles, basophiles et LT au site de
l'infection
– IL-12 va permettre l'activation des NK et induire la différenciation des LTCD4 en cellules LTh1.
Ce sont ces cytokines qui sont responsables de la fièvre. Il faut distinguer la fièvre ponctuelle aiguë liée à une
inflammation qui permet la mise en place du système immunitaire, de la fièvre chronique avec lequel il faut
lutter avec des anti-inflammatoires.
IV. Le système du complément
A côté de ces cytokines il existe également des protéines sériques synthétisées dans le foie et qui jouent un rôle
dans l’étiquetage et l’élimination des agents pathogènes.
Il y a un processus dans la réponse immunitaire dit « d'ospsonisation » : ce mécanisme consiste à recouvrir les
agents pathogènes de façon à ce que les agents marqués soient reconnus par le système immunitaire.
On parle de CDCC pour Cytotoxicité Dépendante du Complément. Il se fait par deux mécanismes:
– Les anticorps spécifiques vont recouvrir des agents pathogènes, c'est un signal de danger qui va
conduire à la lyse cellulaire.
– L'agent pathogène est capable d'activer des protéines du complément et les macrophages possèdent des
récepteurs pour ces protéines. Les macrophages vont reconnaître les bactéries opsonisées par les
protéines du complément et les détruire.
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Trois voies du complément:
– La voie classique qui nécessite un complexe antigène anticorps pour s'activer, elle fait donc partie de
l’immunité adaptative.
– La voie des lectines qui fait intervenir des fragments du complément (le C3 qui va se fixer à la surface
des bactéries)
– La voie alternative qui reconnaît des surfaces glycosylées présentes à la surface des agents pathogènes.
Si le complément est activé jusqu’à sa voie terminale, il va être responsable de la formation d'un complexe
d'attaque membranaire qui va permettre la lyse directe de la cellule ou du pathogène
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Au cours de l'activation du complément, on a donc un étiquetage des bactéries comme étant à éliminer mais
également production de petites molécules du complément qui vont jouer un rôle dans la vasodilatation de
l’endothélium. Il y a donc une coopération entre les cytokines secrétées par les macrophages et les protéines
sériques du complément qui vont produire des fragments protéiques impliqués dans la vasodilatation de cet
endothélium.
De petits fragments du complément initient une réponse inflammatoire locale : se sont des anaphylatoxines
(C3a, C4a et C5a), elles vont créer une vasodilatation locale.
Certaines voies du complément jouent un rôle majeur dans l’immunité innée.
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V. Mécanismes lors d'une infection virale
Lors d'une infection virale, le virus va infecter les cellules
d'un tissu (épithélium bronchique, digestif...) et utiliser la
machinerie des cellules qu'il infecte pour se multiplier. C'est
au cours de cette étape de multiplication que la cellule
infectée va répondre en sécrétant des signaux de type
interférons IFN-α et IFN-β (interférons de type 1).
Ces interférons vont avoir pour rôle :
– de diminuer la réplication virale
– d'augmenter l'expression de molécules HLA classe I à
la surface pour exprimer plus de peptides antigéniques
viraux reconnus par les lymphocytes T
– d'activer des cellules dendritiques et des macrophages
passant à proximité
– d'activer les cellules NK pour tuer les cellules
infectées par le virus.
La charge virale croit dans les premiers jours de l'infection puis
diminue grâce aux éléments de l’immunité innée.
Les macrophages activés vont produire des cytokines inflammatoires
(IFNα, IFNβ...) dont les IL12 qui vont activer les cellules NK. Ces
cellules NK activées par les IL-12 participeront à éradiquer l'infection
virale dès les premiers jours. Ces cellules NK sont donc impliquées
dans la réponse anti-virale au cours de l’immunité innée.
Au final, la réponse adaptative se met en place au bout d'une semaine
ce qui correspond à la diminution de la charge virale.
Rappel : il existe deux stratégies pour les cellules NK qui sont des cellules cytotoxiques :
– une cytotoxicité dépendante des anticorps arrivant tardivement lors de l'immunité adaptative
– une cytotoxicité naturelle via des récepteurs activateurs et inhibiteurs lui permettant de différencier les
cellules saines des cellules stressées
VI. Mécanismes coopératifs avec les cellules NK
La cellule NK pour être fonctionnelle doit tout d'abord (si elle rencontre une cellule) reconnaître s'il s'agit d'une
cellule infectée par un virus ou s'il s' agit d'une cellule saine. Lorsqu'elle est saine, une cellule exprime des HLA
classe I. C'est un marqueur du soi qui est donc un signal d'inhibition pour les NK.
Si une cellule est infectée par un virus, elle subit un stress qui va lui faire exprimer à sa surface des ligands
qu'elle n'exprimait peu ou pas quand elle n'était pas stressée. La présence de CMH classe I et de ligands
activateurs constituent une balance de signaux pour la cellule NK, s'il y a une activation plus importante qu'une
inhibition il y aura lyse cellulaire.
C'est le mécanisme de cytotoxicité naturelle des cellules NK, à côte de ce mécanisme il en existe un autre
dépendant des anticorps et qui appartient donc à la réponse adaptative.
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La cellule NK va libérer des granules cytolytiques contenant de la perforine. Cette perforine provoque
l'apparition de pores à la surface de la cellule infectée. De plus, il y a sécrétion de granzymes profitant de
l’apparition des pores pour s'introduire dans la cellule et jouer son rôle pro-apoptotique.
Les cellules NK participent également au contrôle des bactéries intracellulaires (Salmonella, Listeria). Ces
bactéries vont être phagocytées par les macrophages. Les cellules NK possèdent des récepteurs à l'IL-12 qui
sont secrétés par les macrophages activés. Une fois activées ces NK vont produire des interferons γ de type 2
qui vont agir sur les macrophages: c'est une boucle d'amplification qui permet la réponse immunitaire.
Un macrophage seul n'arrive pas à éliminer un agent infectieux, il a besoin de collaborer avec des cellules
produisant des interférons γ. Dans le cas de l’immunité innée ces cellules sont les NK, dans le cas de
l’immunité adaptative il s'agit des lymphocytes Th1.
Remarque : certaines familles présentent des infections très sévères à des mycobactéries anodines qui
engendrent des problèmes cérébraux parce qu'ils présentent un déficit dans les mécanismes de collaboration:
une mutation du gène de l’interféron γ , ou de son récepteur, ou un déficit de cytokine IL-12.
C. Conclusion
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