Cours Immunité Innée 2010
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Immunité innée Philippe Georgel Laboratoire d’Immunologie et d’Hématologie Faculté de Médecine Strasbourg [email protected] Composantes de l’immunité innée 1- Cellules : macrophages, dendritiques, NK… 2- Molécules : complément et cytokines Les trois phases de la réponse à une primoinfection chez les mammifères Immunité innée (0-4 h) Infection Réponse induite précoce (4-96 h) Infection Réponse adaptative tardive(>96 h) Infection Reconnaissance, activation d’effecteurs nonspécifiques Recrutement de cellules effectrices Transport de l’antigènes aux organes lymphoïdes Elimination de l’agent infectieux Reconnaissance, activation des cellules effectrices Reconnaissance par les cellules B et T naïves Elimination de l’agent infectieux Expansion clonale et différenciation en cellules effectrices Elimination de l’agent infectieux Phylogénie des défenses de l’hôte Holometa -bolous Heterometa -bolous Amphi-- Reptiles Birds Mammals Fishes Amphi bians Placoderms Insects Molluscs Annelids 10% Innate and Adaptive 90% Innate Echinoderms Gnathostomes -450 My Agnathans Urochordates -800 My Voies d’infection par les pathogènes Barrières physiques, chimiques et microbiologiques Quelques exemples d’infections Les différentes étapes de l’infection et de la réponse Adhésion à l ’épithélium • Flore normale • Phagocytes • Peptides antimicrobiens Pénétration • Cicatrisation • Peptides antimicrobiens • Phagocytes Infection locale • Complément • Phagocytes • Cytokines Transport lymphatique Immunité adaptative • Phagocytes •Présentation de l ’antigène • Anticorps • Activation des macrophages • Cellules T cytotoxiques Les barrières de l’antel’ante-immunité (ou immunité naturelle) Sites d’expression des peptides antimicrobiens chez les mammifères WBC (ex. Defensins, Cathelicidins) Tongue (ex. LAP, PBD-1) Airways Kidney (ex. TAP, HBD-1,HBD-2, LL-37, anionic peptides) (ex. HBD-1, RK-1, MBD-1) Colon (ex. EBD, SBD-1, SBD-2) Small Intestine (ex. Cryptdins, HD5, HD6, SBD-2) Reproductive Tract Skin (ex. Cervix: HBD-1, HD5; Testes: Cryptdins, LL-37) (ex. LL-37, HBD-1, HBD-2) C. Bevins, UC Davis Cellules de l’immunité innée (1) Cellules de l’immunité innée (2) Cellules de l’immunité innée (3) Figure 11-4 part 3 of 3 Cellules de l’immunité innée (4) Cellules de l’immunité innée (5) Origine des cellules de l’immunité innée Répartition des cellules de l’immunité innée Phagocytose Agents bactéricides produits après phagocytose de microorganismes Le choc oxydatif: production d’agent réactifs Réactions de production d’agent réactifs 1- La NADPH oxydase NADPH + 2 O2 2 O2-. + NADP+ + H+ 2- La superoxyde dismutase transforme l'ion superoxyde O2- en peroxyde d'hydrogène H2O2 : O2-. + O2-. + 2 H+ H2O2 + O2 3- l'ion superoxyde et le peroxyde d'hydrogène peuvent donner naissance au radical hydroxyle (HO.), composant hautement réactif. ion superoxyde O2-, radical hydroxyle HO. et H2O2 sont des composés extrêmement réactifs et capables d'oxyder protéines, nucléotides et lipides, mais à courte durée de vie. 4-La myéloperoxydase (MPO) contenue dans les granules azurophiles des polynucléaires, amplifie les effets toxiques de ces réactifs en les transformant en dérivés chlorés, acide hypochloreux (HOCl) et chloramines (R-NHCl), oxydants particulièrement toxiques car doués d'une longue durée de vie et pouvant être exportés à distance du site de leur formation : H2O2 + Cl- HOCl + H2O H+ + OCl- + R-NH2 R-NHCl + H2O Le complexe NADPH oxydase Réponse inflammatoire Extravasation Rolling Suite… Molécules d’adhésion Production de cytokines par les macrophages en réponse aux bactéries APC IL-1 TNFα α IL-8 IL-6 IL-12 EFFETS LOCAUX • Active endothélium vasculaire • Augmente l ’accès des cellules effectrices • Active les lymphocytes • Active endothélium vasculaire et augmente la perméabilité • Facteur chimiotactique (neutrophiles) • Active les lymphocytes • Augmente la production d ’anticorps EFFETS SYSTÉMIQUES • Fièvre • Production d ’IL-6 • Fièvre • Choc septique • Fièvre • Protéines de phase aigüe • Active les NK • Induit la différenciation TH1 Effets de IL-6 Effets bénéfiques et délétères du TNF-α Les effets locaux du TNF Les macrophages activés sécrètent du TNF dans le tissu infecté Passage de protéines plasmatiques, de phagocytes et de lymphocytes dans le tissu. Adhesion des plaquettes à l ’endothélium Phagocytose. Occlusion vasculaire locale. Drainage vers les ganglions lymphatiques. ELIMINATION DE L ’INFECTION/ RÉPONSE ADAPTATIVE Les effets systémiques du TNF Les macrophages activés dans le foie et la rate sécrètent du TNF dans le sang. Œdème systémique, diminution du volume sanguin, hypoprotéinéme, neutropénie, hypotension Coagulation intravasculaire disséminée; syndrome de défaillance multiviscérale MORT Le choc septique Sepsis Sepsis sévère Choc septique Température Hyperventilation Dysfonction d ’un ou plusieurs organes Hypotension Syndrome de défaillance multiviscérale Première cause de mortalité dans les services de soins intensifs des pays industrialisés 210 000 décès/an aux USA Phénotype des souris TNFR-/Challenge L. monocytogenes Susceptibilité à l ’endotoxine (LPS) +/+ -/- LPS (µ µg/souris) TNFR +/+ TNFR -/- 0,1 2/6* 0/6 1 6/6 1/6 10 3/3 0/3 100 6/6 0/6 * souris mortes/groupe 1 2 3 4 Jours post-infection 5 C3H/HeJ 1/5 Cas des infections virales- voir cours réponses antivirales Le complément, vue générale Le complément, 3 voies d’activation Fonctions des protéines du complément Récepteurs du Complément Le complexe d’attaque membranaire Protéines régulatrices du complément Niveaux de régulation du complément Récepteurs de l’immunité innée Patterns Recognition Receptors Approaching the Asymptote? Evolution and Revolution in Immunology « The immune system has evolved to recognize and respond to infectious microorganisms, and this involves recognition not only of specific antigen determinants, but also of certain characteristics or patterns common on infectious agents but absent from the host. (…) We have collectively ignored a critical feature of self/nonself discrimination, the requirement for a microbially induced second signal » C. Janeway Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology; 1989. Innate versus adaptive immune systems Receptor Characteristics Innate imm. Adaptive Imm. >Specificity inherited in the genome - >Expressed by all cells of a particular type - >Triggers immediate response - - structures of a given type - >Encoded in multiple gene segments - >Requires gene rearrangement - >Clonal distribution - >Able to discriminate between even - >Recognizes broad classes of pathogen >Interacts with a range of molecular closely related molecular structures Induction d’une activité antibiotique dans le sang de diptère après infection Activité antimicrobienne (unités arbitraires) Injection de bactéries 10 7.5 5.0 Témoin 2.5 0 3 6 9 12 24 Temps (h) 48 La réponse antimicrobienne systémique de la drosophile Diptéricine 0.5µM antibactérienne P P P GG P PP GG GGG G G G G G Corps gras Drosomycine 100 µM antifongique G G G + 5 autres peptides antimicrobiens; 20 DIMs (Drosophila (Drosophila induced molecules) Le promoteur du gène diptéricine enhancer -1 kb promoteur -150 -140 -62 -31 Séquences codantes Sites NFκ NFκB (indipensables pour l ’induction) Le facteur de transcription NF-kB (domaine Rel) joue un rôle clé dans la réponse inflammatoire TNFα α IL-1 LPS NFκB IL-6 iNOS Rel binding site E-Sel IL-8 TNFα La détermination de l ’axe dorso-ventral de l ’embryon implique une protéine Rel D V CHORION Perivitelline space Spätzle Easter ? Spätzle EMBRYO Snake Gastrulation Defective V Windbeutel and Cactus Toll Tube Pipe Pelle Nudel Follicular cells Dorsal Dorsal Cell membrane Nuclear membrane twist Deux voies de signalisation contrôlent la réponse systémique chez la Drosophile Toll- sauvage Drosomycine Diptericine rp49 6h - imd 6h - 6h Les récepteurs à domaine TIR sont conservés Drosophila Homo sapiens Arabidopsis thaliana LRR LRR Ig N-flank C-flank C-flank TIR TIR Toll TIR TLR4 TIR IL-1R LRR NBS RPS4 Conservation évolutive de la voie toll Conservation évolutive de la voie imd Activation des TLRs par les PAMPs (Pathogen-associated molecular patterns) ssRNA dsRNA Lipopeptide diacylé LBP Lipopeptide triacylé Flagelline LPS ADN bactérien ou viral CpG MD MD--2 CD14 TLR 2 TLR 4 TLR 6 TLR 2 TLR 1 NFNF-κB TLR 3 TLR 5 TLR 7 TLR 9 Structure des TLR Ligand PM Receptor TIR Adaptor TIR Signalisation par les récepteurs Toll: voie principale P P PAMP TLR IRAK4 MyD88 P IL-1 IL-1R IRAK1 IRAK-M Ubc13 IRAK4 Uev1A TRAF6 IκB TAK1 IKK-β β IκB TRAF6 IKK-γ NF-κB Ub Ub Ub Ub NF-κB AP1 MKK-6 AP1 JNK P TLR1 ou TLR6 TLR5, TLR7 ou TLR9 TLR2 TLR3 TLR4 TIRAP TIRAP TRAM TRIF MyD88 TRIF IRAK TRAF6 IKKγ IKKγ IKKα IKKα IKKβ IKKβ IκB NF NF--κB NF NF--κB TNFα TNF α MyD88 MyD88 IKKε IKKε/i TBK1 IκB NF NF--κB NF NF--κB IRF--3 IRF IRF--3 IRF IFN--β IFN Signalling TLR 3/4 Signalling TLR 7/9 Signalling TLR 1/2/5/6 TRAF3 function in TLR signalling La famille des adapteurs TIR MyD88 296 DD TIR 235 TIRAP TIR 712 TRIF/TICAM TIR 235 TIRP/TRAM TIR 690 SARM Régulateur (– (–) de la voie Trif) SAM SAM TIR Activation de NF-kB P Polyubiquitination (K48) P Phosphorylation C Y T O S O L N O Y A U IκB NF-κB PROTÉASOME Les deux composantes de la réponse immunitaire des mammifères IL-1; TNF; IL-6 Agents infectieux Reconnaissance TH1 IL-12, IL-18 Capture Molécules de costimulation MHC APC Cellule T naïve Présentation de l’antigène TH2 RÉPONSE INNÉE RÉPONSE ADAPTATIVE Activation de la réponse innée par les PAMPs et les PRRs Patterns microbiens CpG DNA dsRNA LPS PGN Cytokines (IL (IL--1, ILIL-6, TNF) PRRs (Pattern Recognition Receptors) B.7 NF NF--κB CMH Récepteur phagocytique Phagosome Microbes C. Janeway, 1989 Cellule présentatrice de l’antigène Peptide Compartimentalisation intracellulaire des TLRs U-rich ssRNA U dsRNA U U UU U U CpG DNA CpG U TLR 1,2 4, 5, 6, 10, 11 ssRNA dsRNA TLR 7 or 8 CpG DNA TLR 3 TLR 9 NFNF-κB Les TLRs et les interactions hôtes-symbiontes WT 100 % survie 80 60 TLR4-/- 40 20 MyD88-/- 0 0 3 6 9 12 15 18 21 Jours post-DSS (dextran sulfate sodium) Rakoff-Nahoum et al. (2004) Cell 118: 229-241 Les TLRs et les interactions hôtes-symbiontes Saignement dans le colon après ingestion de DSS 2% Rakoff-Nahoum et al. (2004) Cell 118: 229-241 Les TLRs et les interactions hôtes-symbiontes; cytokines « protectrices » produites par les cellules du colon IL-6 KC-1 TNF 8 3 6 12 4 8 2 4 0 UD 0 2 1 UD UD 0 Rakoff-Nahoum et al. (2004) Cell 118: 229-241 Les TLRs et les interactions hôtes-symbiontes; effet bénéfique de l’activation des TLR 100 DSS % survie 80 Abx + DSS 60 Abx + LPS + DSS 40 20 0 3 6 9 12 15 18 21 Jours post-DSS Rakoff-Nahoum et al. (2004) Cell 118: 229-241 Activation du système adaptatif par le système immunitaire inné Lipopolysaccharide dsRNA Flagelline Peptidoglycane CpG DNA Lipopeptides TLR2 TLR4 TLR3 Cytokines (IL (IL--1, ILIL-6, TNF) TLR5 TLR9 TLR2 TLR1 CD28 Th1 B.7 NF NF--κB TCR MHC Récepteur phagocytaire Lymphocyte T Phagosome Microorganismes Peptide Cellule présentatrice de l’antigène Les TLR à l’interface entre immunité innée et acquise: rôle essentiel des IFN (α/β) Hoebe K et al., (2004) Nat Immunol 5, 971 - 974 TLRs control the activation of the adaptative immune response LPS TLR4 MyD88 NF-kB CD80 Naive T cell APC Cytokines: IL-12; IL-18 TH1 IL-2 γIFN TLRs control the activation of the adaptative immune response LPS TLR4 MyD88 NF-κ κB CD80 Naive T cell APC TH2 IL-5 IL-13 Cytokines: IL-4? Les TLRs contrôlent l’activation de la réponse adaptative à deux niveaux LPS TH TLR4 MyD88 NF-κ κB APC TE IL-6 +? TR Pasare & Medzhitov (2003) Science 299: 1033-1036 TLR9 et autoimmunité DNA Anticorps anti-DNA Facteur rhumatoïde 1 Endosome TLR9 2 Lymphocyte B Leadbetter et al. (2002) Nature 416: 603-607. TLRs et pathologies A polymorphism in hTLR4 (D299G) is associated with blunted response to inhaled LPS; subjects with D299G hTLR4 polymorphism are more susceptible to severe bacterial infections, and have a lower risk of carotid atherosclerosis Arbour et al. (2000) Nature Genet. 25: 187-191; Kiechl et al. (2002) NEJM 347: 185-192 Assay of locus-specific genetic load implicates rare TLR4 mutations in meningococcal susceptibility Smirnova et al. (2003) PNAS 100: 6075-6080 A common dominant TLR5 stop codon polymorphism abolishes flagellin signaling and is associated with susceptibility to legionnaires' disease. Hawn et al. (2003) J. Exp Med. 198:1563-72. Three unrelated children with hIRAK4 deficiencies develop infections caused by pyogenic bacteria but are otherwise healthy Picard et al. (2003) Science 299: 2076-2079. TLR3 deficiency in patients with herpes simplex encephalitis. Zhang SY et al. (2007) Science. Sep 14;317(5844):1522-7. The discovery of TLR‘s will impact on drug design O‘Neill LAJ Sci Am Jan 2005 38 Conclusions TLRs Les récepteurs Toll/TLRs jouent un rôle critique dans l’initiation de la réponse immunitaire chez les animaux Chez les mammifères, les TLRs activent NFNF-κB et la réponse immunitaire en réponse à une grande variété de molécules microbiennes Le mode d’activation des TLRs par les molécules microbiennes demeure mal caractérisé Les TLRs pourraient être impliqués dans de nombreuses pathologies chez l’homme, allant du choc septique aux maladies autoauto-immunes Autres PRRs : scavenger receptors La superfamille NBS-LRR (nucleotide-binding site-leucine-rich repeat) LRR RPS4 (Arabidopsis) RPS2 (Arabidopsis) TIR P. syringae NBS LRR LZ P. syringae NBS LRR Nod1 CARD S. flexneri NBS LRR Nod2 CARD Crohn disease Blau syndrome NBS LRR Cryopyrine Pyrin NBS Muckle-Wells syndrome La superfamille NBS-LRR From Meylan E, Nature, 2006 Nod signalling
