Partie C – Les réactions immunitaires Les chapitres 10, 11 et 12 équivalent aux chapitres 1, 2 et 3 de la partie 4 du livre. Immunité = défense de l'organisme contre les micro-organismes pathogènes, et élimination des cellules devenues anormales (ex. cancéreuses). La peau et les muqueuses constituent des barrières contre la pénétration des micro-organismes dans le milieu intérieur de l'organisme. Cependant, lors d'une blessure accidentelle, des micro-organismes peuvent franchir ces barrières ; notre organisme doit alors les éliminer. De plus, notre organisme doit aussi empêcher la prolifération de micro-organismes pathogènes dans les cavités naturelles (tube digestif, voies respiratoires, urinaires, génitales...). (voir "L'infection microbienne", p. 284). Suite à une première rencontre avec un antigène (= micro-organisme reconnu comme pathogène par l'organisme, ou molécule provenant d'un tel micro-organisme), les lymphocytes B produisent des immunoglobulines (anticorps) spécifiques dirigées contre cet antigène. Lors d'une deuxième rencontre avec le même antigène, la production d'anticorps sera beaucoup plus efficace et plus rapide (c'est le principe de la vaccination, voir doc. ci-contre). On parle d'immunité adaptative (une immunoglobuline donnée, spécifique d'un antigène, ne commence à être produite par les lymphocytes qu'à partir du moment où notre organisme a été effectivement confronté à cet antigène naturellement ou du fait d'une vaccination). Seuls les Vertébrés possèdent des lymphocytes, notamment des lymphocytes B, et produisent des immunoglobulines. Cependant, Insectes, Mollusques, et plus généralement tous les animaux possèdent des mécanismes de défense contre les micro-organismes pathogènes, de même que les nouveaux-nés de Vertébrés qui ne sont pourtant pas encore capables de produire des immunoglobulines. On parle d'immunité innée (= ensemble des mécanismes de défense présents dès la naissance, non spécifiques d'un antigène et communs à la plupart des animaux). (voir doc. 3 p. 291) Comment fonctionne l'immunité innée ? Quels sont les liens entre mécanismes de l'immunité innée et de l'immunité adaptative ? Mots et expressions-clés du chapitre 10 selon le programme officiel : – organes lymphoïdes – macrophages, monocytes – granulocytes – phagocytose – mastocytes – médiateurs chimiques de l'inflammation – réaction inflammatoire – médicaments anti-inflammatoires – cellules dendritiques. 1 Chapitre 10 – L'immunité innée. Un exemple : la réaction inflammatoire I. La réaction inflammatoire, première ligne de défense 1. La reconnaissance du pathogène comme étranger La plupart des micro-organismes possèdent à leur surface des molécules typiques absentes des cellules animales, comme les lipopolysaccharides de la paroi des bactéries Gram-négatives (doc. ci-contre, ne pas apprendre). De plus, chez beaucoup de virus à ARN (= dont le matériel génétique est constitué d'ARN et non d'ADN), de l'ARN double brin est présent au moins temporairement soit dans le virus soit lors de sa réplication dans une cellule de notre organisme ; or il n'existe normalement pas d'ARN double brin dans les cellules eucaryotes. Ces molécules typiquement étrangères à notre organisme sont "ciblées" par des récepteurs TLR présents à la surface des cellules de l'immunité innée (macrophages et mastocytes notamment). Différents types de récepteurs TLR paroi reconnaissent différents types de molécules membrane plasmique typiquement microbiennes (activité 23 et doc. 1 cytosol p. 294). Ces récepteurs TLR ont été très conservés au cours de l'évolution des chromosome Vertébrés et sont semblables d'une espèce à Une bactérie (schéma simplifié) l'autre (activité 23 et doc. 4 p. 291) ; des récepteurs semblables sont même présents chez les Insectes et les végétaux verts : ils étaient donc déjà présents chez l'ancêtre commun aux animaux et aux végétaux verts. 2. Destruction du pathogène par phagocytose La reconnaissance du micro-organisme comme étranger induit sa destruction par phagocytose : il est séquestré dans une vésicule (phagosome) qui fusionne avec des vésicules cytoplasmiques (lysosomes) contenant enzymes, peptides antimicrobiens (protéines semblables à des antibiotiques), voire des oxydants puissants. Le pathogène est ainsi détruit. Les cellules de l'immunité innée normalement présentes dans les tissus (macrophages, mastocytes, cellules dendritiques) ne sont cependant pas assez nombreuses pour assurer la destruction totale des micro-organismes. Ils appellent à la rescousse d'autres cellules, notamment des granulocytes, grâce à la réaction inflammatoire. Schéma à connaître (sera fait en classe) 3. Médiateurs de l'inflammation et déclenchement de la réaction Les mastocytes et macrophages présents sur place et ayant phagocyté des particules reconnues comme étrangères (micro-organisme ou virus) sécrètent différentes molécules médiatrices de l'inflammation : cytokines pro-inflammatoires et prostaglandines notamment (et histamine pour les mastocytes). Voir schéma activ. 23 Ces molécules provoquent une vasodilatation (élargissement des capillaires sanguins dans la zone concernée, d'où la rougeur), une fuite du plasma sanguin hors des capillaires (le liquide s'accumule sur place d'où un gonflement de la zone ou œdème). Les prostaglandines stimulent les récepteurs de la douleur (nocicepteurs), d'où les picotements ou la sensation de douleur. 2 4. La mobilisation des phagocytes Les médiateurs de l'inflammation provoquent l'adhérence, dans la zone d'inflammation, entre les phagocytes (granulocytes notamment) circulant dans le sang et la paroi des capillaires (endothélium). Les granulocytes traversent alors la paroi du capillaire sanguin (diapédèse) et se dirigent vers le lieu de l'infection, où ils vont phagocyter activement les micro-organismes. II. La réaction inflammatoire, préalable à la réponse immunitaire adaptative 1. Les cellules dendritiques Les cellules dendritiques (découvertes dans les années 1970 et ayant donné lieu à un prix Nobel en 2011) sont des sentinelles postées dans les organes : elles y séjournent plusieurs semaines ou mois. Quand elles reconnaissent une particule étrangère, elles la phagocytent, puis en présentent des fragments à leur surface : elles deviennent ainsi des cellules présentatrices d'antigène (CPA). Les macrophages également deviennent des CPA, mais leur rôle est moins important. (doc. 1 p. 296 et 2 p. 297 en bas) Les cellules dendritiques pénètrent alors dans un vaisseau lymphatique et le suivent, portées par la circulation lymphatique, jusqu'à arriver dans le plus proche ganglion. Là, elles entrent en contact avec des cellules responsables de l'immunité adaptative : des lymphocytes. (doc. 2 p. 297). Les fragments peptidiques étrangers présentés à la surface des cellules dendritiques et des macrophages sont associés à des molécules du CMH (complexe majeur d'histocompatibilité). Voir schéma page suivante. Le système lymphatique comprend : - les vaisseaux lymphatiques qui ramènent, dans la circulation sanguine, la lymphe interstitielle ; divers organes et tissus lymphatiques (ganglions lymphatiques, rate, amygdales...) disséminés à des endroits stratégiques dans l'organisme. Ces organes abritent les phagocytes et les lymphocytes, agents essentiels de la défense de l'organisme. 3 2. Activation en retour du processus de phagocytose Si un lymphocyte T CD4 reconnaît le fragment peptidique qui lui est présenté par une cellule présentatrice d'antigène, il s'active et devient un lymphocyte T CD4 auxiliaire (voir diaporama, diapo 41) ; il se met alors à produire des cytokines. Lors de rencontres ultérieures avec des phagocytes présentant le même fragment peptidique étranger, les cytokines produites par le LT CD4 auxiliaire activeront le processus de phagocytose dans ces phagocytes. III. Les médicaments anti-inflammatoires Dans les mastocytes et macrophages, les prostaglandines sont synthétisées par la voie indiquée ci-contre. L'intervention successive de deux enzymes est nécessaire : phospholipides membranaires la phospholipase et la cyclo-oxygénase. corticoïdes - phospholipase (enzyme) Tous les médicaments anti-inflammatoires anti-inflammatoires inhibent l'une ou l'autre de ces enzymes : acide arachidonique – les corticoïdes anti-inflammatoires ("cortisone" dans le langage courant) anti-inflammatoires - cyclo-oxygénase (enzyme) inhibent la phospholipase : elles non stéroïdiens (AINS) diminuent considérablement son activité ; prostaglandines – les anti-inflammatoires non-stéroïdiens Voie de synthèse des prostaglandines et mode d'action (aspirine, ibuprofène) inhibent la cyclodes médicaments anti-inflammatoires oxygénase. Un signe - signifie que le médicament inhibe l'enzyme Les médicaments anti-inflammatoires diminuent donc la synthèse de prostaglandines, et ainsi limitent l'inflammation et diminuent la sensation de douleur. Conclusion du chapitre La réaction inflammatoire constitue une première ligne de défense contre l'infection, présente chez tous les animaux, et ce dès la naissance (innée). Elle implique des cellules phagocytaires reconnaissant des molécules présentes chez un grand nombre de micro-organismes et absentes des cellules eucaryotes, grâce à des récepteurs (TLR) très conservés chez les animaux. Les cellules dendritiques (et les macrophages) font ensuite la jonction avec l'immunité adaptative : grâce aux molécules du CMH, ils présentent des fragments peptidiques provenant du microorganisme qu'ils ont phagocyté. Cela aboutit à l'activation des lymphocytes T CD4 qui, en retour, activent le processus de phagocytose. L'inflammation est un processus utile : il ne faut pas prendre de corticoïdes en cas d'infection. Mais si elle devient excessive, l'inflammation peut être gênante voire dangereuse. Les médicaments anti-inflammatoires sont alors utiles. 4 Complément : principaux constituants du sang On centrifuge 10 mL de sang, rendu incoagulable, dans un tube gradué. La lecture du volume du culot globulaire (globules qui ont sédimenté au fond du tube) permet la détermination des volumes relatifs des cellules et du plasma : – les hématies (= globules rouges) occupent un peu moins de 50 % du volume total du sang ; ce taux, variable d'un individu à l'autre et selon les conditions de vie, est appelé hématocrite. – Le plasma occupe les 50 % restants. – Les leucocytes (= globules blancs) et les plaquettes (fragments de cellules participant à la coagulation du sang) occupent un très petit volume. Le plasma sanguin est constitué d'eau et de nombreuses substances dissoutes (ou transportées par des protéines) dont : – des ions minéraux (Na+, Cl-, mais aussi HCO3- provenant de la dissolution du dioxyde de carbone, etc); – des protéines (protéines de transport, anticorps, protéines permettant la coagulation du sang, etc); – du glucose, des lipides, des acides aminés; – de l'urée (un déchet du métabolisme azoté; les reins "filtrent" le sang et éliminent l'urée dans l'urine : urine = eau + urée dissoute) ; – des hormones; etc. N.B. Le sérum est le liquide qui surnage quand on a laissé coaguler du sang. Il a la même composition que le plasma sanguin, moins les protéines qui participent à la coagulation du sang. 5