Julie Chapon Tissus sanguin et système immunitaire-bases

TISSUS SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE
Différenciation et fonctions immunitaires des lymphocytes
29/09/14
Fouchère Elise L2
Relectrice : Julie Chapon
Tissus sanguin et système immunitaire-bases générales
Professeur OLIVE Daniel
18 Pages
Mise en place de la réponse immunitaire
Plan
A. Introduction
I. Maladies congénitales et virales
II. Les différentes réponses immunitaires et cinétiques
III. Rôle des cytokines et lymphocytes T
IV.Différentes réactions aux agents infectieux
B. Cytokines et Interleukines
I. Définitions
II. Mécanisme
C. Lymphocytes T
I. Récepteur T
II. Formation LT
III. Activation LT
IV.Rôle des LT
D. Anticorps
A. Introduction
Le système immunitaire joue un rôle important pour la vie humaine, celui-ci détient des fonctions majeures
pour notre survie. Il existe deux types d’immunité : l’immunité acquise et l’immunité adaptative. Ces deux
immunités donnent des visions différentes du système immunitaire.
L’immunité acquise se définit comme un phénomène qui n'existe pas et qui est créé, elle apparaît lors d’un
processus de différenciation et d’ontogénie
L’immunité adaptative se définit comme un phénomène pouvant s’adapter aux circonstances en particulier le
contexte d’infection.
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•
I.
Maladies congénitales et virales
Le déficit immunitaire combiné sévère
Il existe des maladies génétiques pouvant être
associées à un déficit immunitaire touchant
l’immunité acquise ou adaptative. Les
maladies du système immunitaire les plus
graves sont nommées « déficits immunitaires
combinés sévères » dans lequel tout le
système immunitaire va être altéré
(lymphocytes B, lymphocytes T…). Les
enfants naissant avec ce genre de déficit (et
s’ils réussissent à survivre aux premiers jours
de leur vie) vont se retrouver avec des
infections de tout type ; sans intervention
thérapeutique c’est le décès (la seule solution
étant la greffe de moelle ou les cellules
Ce tableau n'est pas à apprendre
souches pour recréer la fonction immunitaire et
les lymphocytes).
•
Le SIDA
Le VIH est une pathologie acquise sous l’influence d’un pathogène. Cette figure représente l’analyse dans le
sang d’un patient de l’évolution d’un type de lymphocyte T CD4. De gauche à droite on retrouve la quantité de
LyT CD4 dans le sang de sujets normaux et c’est progressivement que l’infection a lieu et que le virus se
développe : on observe une disparition par destruction de ces lymphocytes. Les LyT CD4 se retrouvant en
quantité très faibles, le patient va alors contracter de nombreuses infections (virales, parasitaires, fungiques…)
l’amenant jusqu’au décès.
Ces 2 exemples précédents nous montrent à quel point le rôle du système immunitaire est important et quel
impact engendre la présence de pathogènes. Dans les deux cas (pathologie acquise ou génétique) il y a une
absence de facteurs immuns et donc pas de possibilité de contrôle des pathogènes.
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II.
Les différentes réponses immunitaires et cinétiques
Il existe 2 types de réaction immunitaire, l'immunité innée et l’immunité adaptative :
- L’immunité innée est préexistante à l’interaction avec le pathogène, elle est donc présente
naturellement, n'a pas besoin d'éducation et peut fonctionner immédiatement. Il existe 2 niveaux de réponses :
rapide (0 à 4h après l'entrée du pathogène) et une plus lente (de 4 a 96h).
- L’immunité adaptative/acquise n'est pas présente au moment ou le pathogène est là. Il a besoin d'une phase
de mise en route et ne fonctionne pas immédiatement (>96h). C'est là que les LB et LT interviennent.
Cependant, les lymphocytes sont déjà présents dans les organes lymphoïdes mais ne sont pas actifs et
nécessitent une interaction avec les éléments de la réponse innée pour être efficace. La mise en route est plus
longue car les antigènes (ag) doivent être transférés vers les organes lymphoïdes et doivent entrer en contact
avec les LB et LT pour les activer.
Précédemment à leur activation, les lymphocytes sont dits « naïfs » car ils ne sont pas encore différenciés. Une
fois différenciés, ils doivent proliférer (l’expansion clonale) pour donner des cellules effectrices.
La seule exception à cette réponse immunitaire est la vaccination qui fonctionne grâce à une réponse dite
mémoire, les cellules sont fabriquées préalablement et sont prêtes à l’emploi (délai d’attente inexistant)
Il existe différentes phases lors de l’entrée d’un pathogène dans l’organisme. Par exemple, l’entrée du
pathogène va pouvoir se faire au niveau de l’épithélium pulmonaire ou de l’épithélium digestif.
1. La bactérie adhère à la surface et passe cette première ligne de défense. Dans la majorité des cas les
défenses naturelles de notre organisme évitent cette intrusion. La plupart des bactéries détiennent des
toxines et des systèmes enzymatiques leur permettant de détruire cet épithélium
2. Sous cet épithélium, la bactérie va rencontrer les effecteurs de l’immunité innée (cellules Natural Killer,
cellules présentatrices d’antigènes…)
3. Les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) quittent alors leur localisation et migrent vers l’organe
lymphoïde qui est le lieu d’éducation du LyT.
4. Après 4 jours, la réponse a eu lieu et l’immunité adaptative prend en charge et contrôle l'infection.
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La quantité du microorganisme est importante:
- lorsqu'il est en quantité faible : le micro organisme ne se développe pas, il est peu agressif : c’est
l’absence de réponse, l'infection est abortive. Il apparaît donc une notion de seuil (fond bleu clair). Le
système immunitaire ne se met en route qu'à partir d’un certain niveau d'alerte.
- Lorsqu'il est en quantité suffisante : l'immunité innée se met en route, puis l'immunité adaptative
(différenciation, prolifération...)
Le plus souvent l’infection augmente de façon exponentielle et c’est au moment du pic que l’infection va être
prise en charge par l’immunité adaptative afin d’éliminer progressivement le pathogène. Dans la dernière phase,
une fois le pathogène éliminé, la réponse immunitaire persiste quelque temps afin de donner naissance à des
cellules dotées de mémoire sur une très longue période (entre 10 et 100ans).
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III.
Rôle des cytokines et lymphocytes T
Les cytokines sont des facteurs solubles qui vont agirent sur le
système immunitaire et les tissus. Elles sont détectables très
tôt dans le sang lors de l’infection virale. C’est un bon témoin
du fonctionnement de l’immunité innée dans les 2 premiers
jours. Ces cytokines ont un rôle de messager, elles activeront
la réponse innée et participeront à la destruction de
l’infection. Dans les 48-72h post-infection vont apparaître les
cellules activées de l’immunité innée (exemple : NK).
L’immunité adaptative apparaît quant à elle vers le 4ème jour et
forme un plateau.
Dans les réponses immunitaires innées :
-
-
-
Lymphocytes B1 (sous groupe des LyB), cellules
produisant des anticorps qui vont être capables de
reconnaître les pathogènes. Cellule préexistante,
activée par des bactéries de manière peu spécifique et peu efficace. Le LyB1 produit des anticorps peu
efficace mais capable de contrôler en partie l’infection bactérienne. Cette réponse ne peut pas être
optimisée/éduquée.
Cellules épithéliales gamma-delta : ces cellules ressemblent aux LyT car l’un de leur récepteur est très
homologue à celui du LyT classique. Ces cellules répondent de manière rapide par production de
cytokines (facteurs solubles) à visée anti-pathogènes. Ces cellules, par l’intermédiaire de leur récepteurs
de surface vont pouvoir être activées très tôt par des ligands présents sur le pathogène
Cellules Natural Killer
Un antigène est un élément pouvant être reconnu par un LyT ou un LyB. Les antigènes n’ont pas la même
structure chimique et morphologique. Il existe différents types d’antigènes : un agent infectieux, les éléments de
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l’environnement non infectieux, un greffon, une tumeur ou encore le reste du soi. Tous les antigènes ne sont
donc pas forcément pathogènes : c'est au système immunitaire de le déterminer.
Effet de la réponse à l'antigène
Antigène
Réponse normale
Réponse déficiente
Agent infectieux
Immunité protectrice
Infection récurrente
Substance inoffensive
Allergie
Pas de réponse
Organe greffé
Rejet
Acceptation
Organe du soi
Auto-immunité
Tolérance du soi
Tumeur
Immunité tumorale
Cancer
NB : l'allergie est considérée comme un phénomène normal exacerbé, normalement la réponse immunitaire à
une substance inoffensive est faible (mais présente).
L’ontogénie correspond à la création du système immunitaire à partir de cellules souches (CS). En général les
CS viennent de la moelle osseuse et sont non différenciées, elles peuvent donner naissance à quasiment toutes
les cellules.
Dans le cas des LyT l’ontogénie s’effectue dans le thymus puis sa distribution se fera dans le sang et les
organes lymphoïdes secondaires. Le LyT est dit naïf c’est à dire qu’il est prêt à l’emploi mais n’a jamais
rencontré l’antigène avec lequel il est censé réagir.
Le LyT naïf passe ensuite dans le sang et pendant toute sa vie va aller du sang aux organes lymphoïdes
secondaires (OLS) et des OLS au sang : c’est le phénomène de recirculation. Ce circuit permanent va lui
permettre de « visiter » les différents organes où les antigènes pourraient se retrouver. En cas de reconnaissance
d'un Ag dans un organe lymphoïde et de costimulation, les LyT vont s'activer et se différencier pour devenir des
cellules effectrices. Beaucoup de LyT vont mourir par apoptose, et d'autres se transformeront en LyT mémoire.
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→ La cellule activée a deux devenirs positifs : elle devient une cellule effectrice capable d’éliminer l’antigène
et une cellule mémoire capable de persister pendant des années
→ La cellule activée a un devenir négatif : une fois qu’elle a fonctionné la majorité d’entre elles meure une fois
l’infection contrôlée.
B. Les Cytokines et interleukines
I. Définitions
Cytokine: acteur majeur qui permet aux cellules immunes de
fonctionner : c'est le carburant du système. Étymologiquement,
c’est un facteur soluble qui fait bouger les cellules. Il en existe
environ 40 d'importantes dans le système immunitaire.
Interleukine: étymologiquement, une interleukine permet aux
globules blancs de « parler entre elles ».
Pour le professeur, les termes cytokine et interleukine sont
équivalents.
II. Mécanisme
Une cytokine correspond à un gène qui n’est pas transcrit
immédiatement mais plus tard après un phénomène d’induction. Le stimulus inducteur déclenche ainsi la
production de cytokines solubles et leurs sécrétions. Ces facteurs solubles sont des médiateurs pouvant agir à
distance pour donner stimuler le reste de la réponse immune.
Les cellules cibles seront celles exprimant le récepteur pour la cytokine. Il existe 2 types de récepteurs :
- les récepteurs constitutifs présents à la surface
- les récepteurs inductibles : transcription génique et traduction de la protéine qui va coder pour ce récepteur
de surface
S’il y a bien interaction entre la cytokine et le récepteur, le message passe et la cellule va agir.
C. Lymphocytes T
I. Récepteur T ou TCR (T-Cell Receptor)
Un LyT est défini par son récepteur T (TCR), son rôle est donc très
important. Le TCR est une glycoprotéine trans-membranaire. Il est
composé par 2 chaînes, une alpha et une bêta, stabilisées par un pont
disulfure. Chaque chaîne comprend une partie haute et une partie
basse.
La partie distale ou région variable joue le rôle de reconnaissance de
l’antigène tandis que la région constante permet un positionnement
adéquat à la membrane et est commune à tous les LyT.
Les tiges traversant la membrane arrivent dans le cytoplasme mais ne
transmettent pas d’informations : le TCR n’a pas d’activité
enzymatique ni d’activité pharmacologique, il joue uniquement le
rôle de récepteur antigénique. Le partenaire véhiculant les
informations à qui le TCR est associé physiquement se nomme CD3.
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Pour les LyT, un antigène est une combinaison 3D qui correspond à un fragment HLA associé à un peptide
antigénique (fragment de protéine entre 8 et 10 acides aminés pour le LyTCD4 et environ 15 acides aminés
pour le LyTCD4). Il reconnaît un antigène porté par une cellule présentatrice d'un Ag.
II. Formation des lymphocytes T
Les précurseurs des LyT sont issus de la moelle osseuse et se dirigent vers le thymus. Dans le
thymus, plusieurs phénomènes vont se suivre pour en arriver a un LyT fonctionnel :
- La maturation: les TCR vont être synthétisés par un processus de réarrangement des gènes
responsables.
- La sélection positive, puis négative : si le TCR reconnaît l'Ag dans son environnement, la prolifération
va s'enclencher c’est la sélection positive. Puis si le TCR n'est pas fonctionnel ou reconnaît trop
efficacement un Ag dans le thymus, le LT sera détruit pour ne pas prendre le risque qu'il reconnaisse les
molécules du soi présentes également dans le thymus, et ainsi provoquer une attaque auto-immune, c’est
la sélection négative.
Réarrangement génétique :
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Les gènes du TCR dont on souhaite séquencer la protéine sont le fruit d’une
recombinaison entre plusieurs gènes. C’est au sein du thymus que se feront
tout ces processus de recombinaison (en sélection positive). En observant le
schéma on constate que les couleurs finales représentant les domaines
constants et variables des chaînes alpha et bêta du TCR sont séparées au sein
des chromosomes d’origines (schéma du haut) et ne se retrouverons côte à
côte qu’après réarrangement.
La finalité de se réarrangement c’est que pour un TCR ou un anticorps il sera
possible d'obtenir des millions de possibilités différentes dans le but de
reconnaître des millions d’antigènes différents.
Les possibilités maximales de réarrangement sont de 106 à 107 réellement identifiées chez l'homme (les
résultats précédent ayant été obtenus par des programmes mathématiques).
Pour la chaîne alpha du récepteur :
– Variables segments (V) : 70 gènes différents
– Joining segments (J) : 61 gènes différents
Pendant la recombinaison, on peut associer tous les Valpha aux Jalpha. De plus, dans les zones de jonction,
l'enzyme ajoute 1 ou 2 nucléotides : il y a création d'un niveau supplémentaire de diversité.
Pour la chaîne bêta, plus de gènes sont impliqués.
Le récepteur s'exprimera en surface après recombinaison.
Le thymus se trouve dans la partie antéro-supérieure du médiastin, en contact avec le péricarde. C’est un
organe qui est au maximum de sa taille entre la naissance et la puberté puis il se met à décroître (en théorie on
est censé après la puberté avoir rencontré la plupart des pathogènes de notre environnement).
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On trouve dans le cortex (zone
foncée) beaucoup de thymocytes :
c'est le lieu de prolifération
(sélection positive) et de
recombinaison.
Le nombre de cellules diminue en
périphérie. On passe dans la partie
cortico-médullaire (zone inférieure
sur le schéma), lieu de la sélection
négative. A ce stade les thymocytes
ont leur récepteur en surface et
vont être en contact avec des
antigènes du soi apporté par des
macrophages et des CPA.
Si la reconnaissance des antigènes
du soi est forte le thymocyte meurt
par apoptose or si la
reconnaissance est faible le thymocyte peut continuer sa maturation en lymphocyte et sortir du thymis.
Le LyT naïf va dans le sang puis dans les organes lymphoïdes secondaires (ganglions) qui sont les zones de
contact avec l’antigène.
Ce phénomène de recirculation est permanent temps que le LyT naïf n’a pas trouvé son antigène. S’il y a
infection, les CPA amènent le pathogène dans le ganglion est c’est ici que s’effectuera la rencontre avec le LyT.
Si la reconnaissance antigénique est spécifique le LyT s’active.
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Un ganglion (organe lymphoïde secondaire)
L'entrée dans un organe lymphoïde se fait au niveau de
l'endothélium haut dans les veinules par une molécule d’adhésion appelée HEV (hight endothelial venule).
C’est une zone de convergence entre les cellules dendritiques présentatrices d’antigènes et les LyT naïfs. Les
LT sont stockés dans la région para-corticale et les LB dans la région corticale vers les follicules.
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Des molécules d'adhésion : les adressines (adressins en anglais)
Les adressins sont des molécules de liaison en charge de faire la « poste ». Elles sont responsables de la
localisation spécifique des cellules immunes dans les tissus.
A la surface des HEV, on retrouve des molécules d’adhésions (en particulier CD24 qui grâce à des
modifications post traductionnelles permet d'interagir avec la L-selectine). Cependant, seule la cellule naïve
porte cette L-selectine. Cette L-selectine permet également au LyT naïf de réagir avec la muqueuse
endothéliale : elle lui permet de s'arrêter et de traverser l'épithélium.
III. Activation des LT
Les CD (Cluster Differenciation) sont des molécules de surface
hématopoiétiques. Elles réagissent avec une fzible affinité avec des
molécules HLA.
Les cellules présentatrices d’antigène (CPA) amènent une
molécule HLA (ici MHC de classe II) qui présente elle-même un Ag.
Les CPA sont spécialisées dans l'activation des LT naïfs.
La molécule CD4 peut s'associer de façon non covalente avec le
TCR. Ces molécules peuvent interagir très faiblement avec la
molécule HLA de classe II. Le LyT est alors actif (TCR rencontre
l'Ag porté par HLA).
C'est le signal 1 (signal princeps) qui met en route l'activation. Ce
signal est transmis par le complexe moléculaire CD3 associé au TCR
(TCR est incapable de donner une information pharmacologique
intracellulaire).
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Il donne les informations aux tyrosines kinases qui induisent la réponse T.
HLA (Human Leukocyte Antigène) = CMH (Complexe Majeur
d'Histocompatibilité) ou CHM
Remarque : On peut intervertir CD4 avec CD8, mais CD8
interagirait elle avec une molécule HLA de classe I. Le type de
CD donne une information sur le type d’antigène.
Cependant, à lui seul, le signal princeps ne peut pas
fonctionner. En effet, on observe la présence d'un second signal
de costimulation, le signal 2 induit par l'interaction entre la
molécule d’adhésion CD28 qui est présente sur le LyT et avec
les molécules B7.1 ou B7.2 qui ne sont exprimées que si la
CPA reconnaît un Ag.
CD28 va jouer un rôle d’amplification du signal. Si B7.1 (ou
B7.2) n’est pas là, même si la réaction est initiée elle n’ira pas
plus loin, celle-ci est stoppée.
Il y a donc plusieurs niveaux de contrôles pour que la réaction
immunitaire se déclenche.
Cosignalisation positive CD28 / cosignalisation
négative CTLA-4 :
Dans l’activation d’un LyT naïf pour éviter que
le système ne s’emballe, il va être mis en place
un système de cosignalisation négatif
permettant de restreindre l’activation quelques
heures après le début du signal. Pour bloquer
cette co-stimulation, CD28 a des homologies
très fortes avec le gène CTLA-4. Cette autre
molécule d’adhésion étant très similaire à
CD28 va pouvoir interagir avec B7.1 et B7.2
dès que le LyT est activé. CTLA-4 apparaît à la
surface de la membrane, interagit avec B7.1 et
B7.2 de manière forte (affinité très importante).
En conséquence, CTLA-4 se lie préférentiellement à B7.1 et B7.2 et va participer à l’interruption du signal
puisque que CD28 n’a plus accès à ses ligands.
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Signal 3 : interleukines 2 (IL2)
Les récepteurs IL2 sont des trimères αβγ de haute affinité exprimée par un
LT activé. La chaîne α n’est pas dotée d’activité pharmacologique, elle ne
donne pas de signaux à l’intérieur de la cellule, en revanche se sont les
chaînes βγ qui détiennent les activités enzymatiques.
Chez les LT naïfs, les récepteurs IL2 sont des dimères βγ donc l'affinité est
faible à modérée : ils ne fonctionneront donc que si les IL2 sont présentes en
quantité très importante.
Si la cellule est activée par les 2 signaux, la transcription des gènes IL2 et
IL2R α est déclenchée. Conséquence, il y a sécrétion d’IL2 solubles et
traduction de la chaîne α : le récepteur devient un trimère et donc acquiert
grande affinité pour l'IL2.
la
Ces cytokines vont alors induire une prolifération extensive de LyT. Le LyT est devenue une cellule effectrice.
L'IL2 est considéré comme le « carburant du système ».
Remarque : C'est une action autocrine (la cellule produit les récepteurs et les cytokines), contrairement aux
CD8 qui,elles, ont une action paracrine.
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Après la différentiation, la L-selectine va disparaître et la cellule va se déplacer dans les tissus périphériques et
va retrouver l'Ag sur les lieux de l'infection. Sur place, le seul signal 1 sera nécessaire pour que les LT agissent
et produisent leurs cytokines. Si le LyT voit l’Ag il est prêt, TCR fonctionne seul et n’a pas besoin de
costimulation.
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IV. Rôle des lymphocytes T
Les LTCD8 tuent les cellules infectées par un pathogène en produisant des cytokines, en particulier les
interférons γ (elles n'ont pas besoin d'être co-stimulées ni de cytokines pour être activées : le signal 1 suffit)
Les LTCD4 sont de 2 types :
- Th1: produisent cytokine et leukines. Ils activent la fonction bactéricide des macrophages, avec les
IFNγ entre autres, et luttent contre les pathogènes intracellulaires et ont une fonction anti-tumorale.
- Th2: aident les LB, avec des cytokines (différentes de Th1). Avec IL4, elles activent les LB pour qu’ils
acquièrent leurs fonctions effectrices grâce au CD40
Il existe plusieurs types de Lymphocytes T Helper en fonction de leur fonction finale. Ces différents Helper
vont réagir contre différents pathogènes. Exemple de LyTh :
- Treg qui inhibe la réponse immunitaire (rétrocontrôle négatif)
- Th17 qui agit dans la réponse immunitaire et contre les infections fongiques
- Tfh qui sont présents dans les organes lymphoïdes au niveau des follicules B, aide à la différentiation
pour créer les LB
D. L
e
s
anticorps
Le Ly B a un travail essentiel, celui de produire des anticorps. En fonction du type d’anticorps produit et de la
façon dont l’antigène va être perçu par l’anticorps, 3 scénarios vont être possibles :
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-
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-
Si les AC perçoivent des toxines ou des neurotoxines, l’AC va être capable de bloquer ces toxines et de
les empêcher d’interagir avec la cellule qu’elles souhaitaient tuer : c’est la neutralisation. Une fois la
toxine neutralisée, l’AC va pouvoir l’amener au macrophage qui va la détruire. La partie constante de
l’AC va permettre la fixation aux récepteurs du macrophage et par conséquent l’internalisation.
Si les AC perçoivent des bactéries entières. Les AC vont recouvrir la bactérie et c’est ce complexe qui
va être récupéré par le macrophage pour être détruit (les macrophages reconnaissent la partie constante
de l'anticorps. On parlera d’opsonisation.
Si les AC perçoivent des bactéries dans le sang ou la lymphe. Les AC vont se fixer à la bactérie et un
deuxième acteur nommé « complément » va venir aider à sa destruction. C’est le fragment constant de
l’anticorps qui va interagir avec le complément. Le complément est le système le plus important de la
lyse cellulaire.
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