22/10/2015 FERRANDI Francesca L2 CR : NICOLAS Margot Tissu
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TSSI – Circulation leucocytaire 22/10/2015 FERRANDI Francesca L2 CR : NICOLAS Margot Tissu sanguin J. Boucraut : [email protected] 10 pages Circulation leucocytaire Plan A. Introduction B. Circuit de circulation des lymphocytes I. Introduction II. Historique des chimiokines III. Exemple de l'influence des chimiokines sur la circulation leucocytaire A. Introduction Dans l'organisme il y a plusieurs systèmes dont le système immunitaire, ce qui le caractérise c'est que ses cellules circulent, ce n'est pas le cas pour les autres systèmes. Que ce soit pour l'homéostasie endogène ou pour l'équilibre avec l'extérieur, ce système est en perpétuel mouvement. On étudiera dans ce cours le cas des lymphocytes. Les lymphocytes sont les cellules qui circulent le plus pour pouvoir reconnaître ce qui se passe dans tout l'organisme. Ils circulent depuis le lieu de leur production (organe lymphoïde primaire) vers le lieu de maturation, comme le thymus pour les LT. À la sortie du thymus on aura une induction de LT naïfs (qui n'a pas vu l'antigène). Il va falloir les éduquer et les informer sur leur environnement. Pour rencontrer l'antigène dans les organes lymphoïdes secondaires, il y a interaction des LT avec les cellules dendritiques, ce qui permet l'induction de lymphocytes effecteurs. Une fois qu'on a ces lymphocytes effecteurs, il faut qu'ils puissent agir. Ils vont alors subir les effets de l'environnement. Ces cellules vont devoir sortir des ganglions pour exercer leur surveillance, les lymphocytes vont ensuite re circuler vers les organes lymphoïdes primaires et secondaires pour constituer la mémoire immunitaire par les lymphocytes mémoires. Ces lymphocytes subissent les effets d’un environnement cellulaire et cytokinien, c’est la coopération cellulaire : – Interaction de lymphocytes T et B – Interaction avec des populations non conventionnelles. Le lymphocyte est ainsi programmé, et il va ensuite proliférer, être amplifié, puis migrer vers les organes cibles. Ils exercent alors leurs rôles dans les tissus périphériques : – Immuno-surveillance, – Fonctions anti-tumorales, – Fonctions anti-infectieuses, – Surtout des fonctions d’homéostasie, de protection et de réparation tissulaire (pour permettre la réparation, il va y avoir un apport de cellules : c'est l'inflammation). 1/10 TSSI – Circulation leucocytaire Les lymphocytes éduqués recirculent de façon dirigée et spécifique. Il y a une mémorisation des informations (Ag, environnement, lieu dans lequel ça s'est passe...) par les lymphocytes mémoires, cette mémorisation est basée sur les cellules qui recirculent. Les autres cellules sanguines circulent également. Les monocytes, qui se différencient en macrophages dans les tissus, et les cellules dendritiques « immatures ». Ces dernières captent l'Ag puis circulent, mais ne présentent pas l'Ag (alors que les cellules dendritiques « matures » ne circulent pas mais présentent l'Ag couplé au CMH). Les cellules dendritiques maturent au cours de l'inflammation, par exemple. Dans la moelle osseuse les cellules souches deviennent des progéniteurs lymphoïdes ou des progéniteurs myéloïdes. Les progéniteurs lymphoïdes se transforment en progéniteurs de LT et en LB naïfs. Il y a aussi des cellules dendritiques, plasmocytoïdes ou myéloïdes. Cette classification des cellules dendritiques est morphologique, car les 2 types peuvent provenir à la fois des progéniteurs lymphoïdes et myéloïdes, et ont les mêmes fonctions. 2/10 TSSI – Circulation leucocytaire Les LB naïfs sortent de la moelle osseuse et vont dans les organes lymphoïdes secondaires. Pour les LT il faut une étape, une maturation supplémentaire. Dans le thymus, il va y avoir une différenciation de lymphocytes, double négatif (ni CD4 ni CD8), simple négatif ou double positif. De cette sélection sort les LT naïfs. L'objectif des LT naïfs est d'aller dans les ganglions rencontrer les cellules dendritiques matures qui vont avoir l'antigène à la surface. Ceci induit une différenciation et une prolifération cellulaire. Ça aboutit à des blastes, une partie des cellules blastiques devient des LT mémoire centrale ou des lymphocytes T effecteurs qui vont dans des tissus. Alors on aura par la suite l'induction de LT effecteur mémoire. Ces cellules vont recirculer, retourner vers la moelle osseuse pour pouvoir reproduire. Ces LT naïfs vont dans les organes lymphoïdes secondaires (ganglions), où les cellules dendritiques vont leur présenter l'Ag, pour donner des cellules blastiques qui vont proliférer. Une partie de ces blastes va donner des LT mémoires centraux qui ont une longue durée de vie, l'autre partie va dans les organes périphériques pour se transformer en LT effecteurs. De même que précédemment, une partie de ces LT effecteurs va devenir des LT effecteurs mémoires qui survivront longtemps. Le devenir majoritaire des LT effecteurs est de mourir (apoptose). Les LT mémoires, qui eux survivent, vont circuler et regagner les organes lymphoïdes secondaires et la moelle osseuse (primaire), ce qui permettra une réponse plus rapide lors d'une présentation ultérieure du même Ag. Le LB sort de la moelle osseuse à l'état de LB naïf. Leur devenir est le plasmocyte qui produira les anticorps. Les LB ont cependant des anticorps de surface qui leur permettent de reconnaître l'Ag directement (contrairement aux LT qui ont besoin d'un contact avec une autre cellule pour reconnaître l'Ag). Le LB « naïf » se rend dans les organes lymphoïdes secondaires où l'Ag lui est présent pour qu'il se transforme en blaste. Dans la plupart des cas, cette transformation nécessite un « help » des cellules T. Cette coopération cellulaire entre LB et LT nécessite la présence des cellules dendritiques. On a ensuite une réponse immunitaire, avec la production de plasmocytes (cellule effectrice qui produit les anticorps) qui vont circuler puis se retrouver dans les organes lymphoïdes secondaires ou dans les tissus périphériques. Les LB mémoires re-circulent et peuvent se retrouver par exemple dans la moelle osseuse. 3/10 TSSI – Circulation leucocytaire La rencontre de l'antigène se fait toujours dans un organe lymphoïde secondaire. Dans les conditions pathologiques, en cas d'inflammation dans un tissu donné, un environnement inflammatoire favorise la formation de follicule tertiaire. Il y en a dans le cerveau, structures que l'on ne trouve pas dans un organe lymphoïde mais qui participent à la maladie. Dans la sclérose en plaques, des anticorps restent dans le cerveau, ça forme des structures folliculaires qui ressemblent aux organes lymphoïdes. Circulation au sein des organes : La répartition des cellules est organisée dans les organes lymphoïdes, il y a une dynamique au sein des organes. Il y a des lymphocytes afférents et des lymphocytes efférents, c'est le réseau lymphatique. Il y a les zones T et les zones B avec les LT naïfs et LB naïfs. Il faut une rencontre avec les cellules dendritiques. La coopération entre les LT et les LB se fait dans une situation qui est liée à la circulation au sein des organes. L'inflammation modifie la composition et la répartition des différents types cellulaires. Si c'est organisé différemment, il y a une modification de la circulation, et donc pas de communication cellulaire. Les cellules circulent mais rien ne se passe si elles ne communiquent pas. Il y a donc formation de contacts étroits entre 2 types cellulaires : formation de synapses (structures fermée). C'est le fait que tous les échanges entre cellules se font par un contact plus ou moins prolongé, avec formation d'une petite poche fermée par les molécules d'adhésion. En son sein il y a échange, communication. Il existe 2 types de synapses : les synapses nerveuses et les synapses immunitaires (très similaires). La différence la plus importante entre les 2 systèmes est la circulation. On peut caractériser la synapse immune de différentes façons. Par sa qualité, par exemple (temps de contact, force de contact, adhésion), qui va faire qu'on aura ou non une réponse immunitaire. Ex : Au sein du ganglion, il est possible avec un microscope puissant de suivre le mouvement de certaines cellules au sein des organes. Sur le schéma on a en rouge les LT et en vert les cellules dendritiques, cellules marquées préalablement. On les regarde évoluer, seuls les lymphocytes sont en mouvement, en blanc on a la représentation du mouvement du lymphocyte pendant un certain temps. 4/10 TSSI – Circulation leucocytaire Dans la première expérience, les cellules dendritiques sont ICAM négative (ICAM est une molécule d'adhésion) et la seconde expérience, elles sont ICAM positives. Les synapses sont établies et permanentes dans le cas de la présence de ICAM alors qu'elles sont faibles et non stables dans le cas de ICAM négatif. On aura donc un contact prolongé ou rapide. Dans les deux cas, on aura des LT cytotoxiques, la différence porte sur la présence de LT mémoire ! Si le contact est rapide (cellules dendritiques I-CAM négatives), il n'y aura pas de LT mémoires, alors que si le contact est prolonge (cellules dendritiques I-CAM positives) on aura des LT mémoires. Donc, l'étreinte prolongée est nécessaire pour installer une mémoire efficace de la réponse immunitaire. B. Circuit de circulation des lymphocytes I. Introduction La circulation lymphocytaire est un événement majeur de la réponse immunitaire pour leur maturation, pour le développement de la réponse immunitaire et pour qu'un lymphocyte, induit par une « information » tissulaire, soit dirigé préférentiellement vers le tissu concerné. C'est un processus programmé et lié a l'expression constitutive ou induite : • De panels de molécules d’adhérence exprimées par les lymphocytes et les cellules qu'ils contactent Ex : I-CAM1, cellule dendritique, LB, LT... • De panels de récepteurs à 7 domaines trans-membranaires liés à des protéines G ◦ Récepteur aux chimiokines indiqués dans la chémo-attraction ◦ Autres récepteurs : récepteurs au C3a, C5a, récepteur de la sphingosine-1-phosphate • De protéases matricielles qui favorisent leur migration (les protéases lysent l'environnement pour permettre la migration des cellules). 5/10 TSSI – Circulation leucocytaire II. Historique des chimiokines Au préalable : • Cytokine : molécule qui permet le dialogue entre deux cellules. • Interleukine : molécule qui permet le dialogue entre deux leucocytes. • Chimiokine : molécule qui permet d'attirer une cellule vers une autre cellule ou un tissu. La première chimiokine découverte était une interleukine. Le lipopolysaccharide (LPS) est déposé sur des monocytes et induit la libération par les monocytes de l'interleukine-8 qui attire les neutrophiles. Depuis, la famille comprend plus de 50 ligands qui interagissent avec au moins 18 récepteurs. Ce sont tous des récepteurs à 7 domaines trans-membranaires associés aux petites protéines G. Les chimiokines sont des petites molécules, très basiques (ce qui leur permet d'interagir avec les protéines très acides de la matrice extracellulaire, et on a donc un gradient de chimiokines dans la MEC), de 8 a 10 kD. Leur interaction avec des protéines comprenant des groupements sulfates et les protéoglycanes entraîne la formation d'un gradient. Tout cela est à prendre en compte avec la polarisation cellulaire. Toutes les cellules vont être polarisées, on aura des récepteurs aux chimiokines à l'avant de la cellule. Au contraire, on aura des molécules impliquées dans la migration, de dé-adhérence, qui vont expliquer pourquoi une cellule va migrer dans un sens. Pour qu'elle puisse migrer il faut un gradient de de chimiokine, et une activation de protéine G, ça déclenche des voies de transmission qui vont modifier le cytosquelette, il faut ensuite qu'elle se dé-adhère pour qu'elle migre au niveau des tissus. Il n'y aura pas de questions là dessus. Classification des chimiokines en fonction d'analogies moléculaires : Les chimiokines ont comme point commun d'avoir des ponts disulfures intra-caténaires, entre deux cystéines : – CXC chimiokines : deux cystéines séparées par un acide aminé – CC chimiokines : deux cystéines séparées par aucun acide aminé – C chimiokines : pas de pont disulfure, très rare – CX3C chimiokines : très spécifique du cerveau, la seule à être à la fois sous forme membranaire et clivée, les autres sont sous forme clivée. Il y a 3 acides aminés entre les deux cystéines 6/10 TSSI – Circulation leucocytaire À chaque classe correspond un type de récepteur. À quelques exceptions près, un récepteur peut reconnaître plusieurs chimiokines et une chimiokine peut être reconnue par plusieurs récepteurs. CX3CL1 et CXCL16 sont les seules chimiokines qui sont membranaires, exprimées à la membrane des cellules. CX3CL1 est une des rares où il y a un récepteur et un ligand. Pour la plus part des chimiokines, on aura un récepteur pour plusieurs ligands, et plusieurs récepteurs pour un ligand. On a tout un panel de molécules impliquées dans la migration des cellules immunitaires. Ce qui va faire qu'une cellule migre ou pas, c'est qu'il y a une signature en fonction du type cellulaire, et en fonction de l'état naïf, mature, mémoire, effecteur, des LT, des monocytes... En fonction de leur nature, de leur statut. On a donc tout un panel de molécules et récepteurs qui ont été exprimés de façon différentielle selon le type cellulaire. C'est ça qui impacte la migration ! C'est un système non spécifique du système immunitaire, par exemple la migration des cellules souches dans le cerveau se fait par le même mécanisme. III. Exemples de l'influence des chimiokines sur la circulation leucocytaire Étape du passage des LT à travers l'endothélium des ganglions lymphatiques périphériques : rôles des CCR7 1ère étape : Le lymphocyte naïf arrive au niveau veineux et lymphatique. Il va falloir qu'il s'arrête via des systèmes de sélectines qui vont interagir avec des systèmes de glycoprotéines et adressines au niveau des capillaires. Le LT naïf va être ralenti, un autre signal : LFA1, alphaLbéta2, L-sélectine. 2ème étape : Cette première étape d'adhésion va être renforcée par des phénomènes de de chémo-attraction et d'adhésion mettant en jeu des récepteurs de chimiokines. Au niveau du ganglion, et plus précisément des zones T, il y a des chimiokines : CCL19 et CCL21. L'expression spécifique de ces chimiokines dans les zones T vont faire qu'à ce niveau, les chimiokines sont transportées à la surface de la lumière, et il y a interaction avec CCR7. 7/10 TSSI – Circulation leucocytaire 3ème étape :A ce moment on a activation du lymphocyte T, induction de LFA1 et interaction avec des intégrines (ICAM). 4ème étape : migration à travers la cellule endothéliale activée par ICAM1, et donc diapédèse. Il y a donc un rôle central des chimiokines, dans la spécificité (adressage dans les zones T), dans le processus en lui même qui aboutit au passage dans le tissu. Étape du passage des LT naïfs à travers l'endothélium veineux des ganglions des plaques de Peyer : rôles de CCR7 et de l'intégrine α4 β7 Les systèmes sont strictement identiques, avec le rôle de CCR7. Ce qui change sera la mise en jeu d'intégrines différentes, notamment α4 β7 qui va interagir avec MAdCAM sLex (mucosal adressin cell adhesion molecule) exprimée spécifiquement au niveau des plaques de Peyer. Le système chimiokine est le même. Ici la spécificité est due aux intégrines. 8/10 TSSI – Circulation leucocytaire Étape du passage des LB naïfs à travers l'endothélium veineux des ganglions lymphatiques périphériques : rôle de CXCR4 Cette fois, ce qui va commander, ce n'est plus le système L-selectine. Les cellules du ganglion lymphatique vont exprimer une chimiokine appelée CXCL12 et qui est un ligand spécifique de CXCR4, récepteur exprimé par le LB naïf. Dynamique de l'expression de CCR7 et circulation des LT vers les tissus pathologiques CCR7 est exprimée par le LT naïf, cette chimiokine est absolument indispensable au passage du LT en dehors du ganglion. Quand le LT rentre dans les ganglions (devient effecteur), il perd CCR7 (plus d'attraction) et se dirige ensuite vers le site d'inflammation pour acquérir d'autres récepteurs, car il ne peut plus retourner dans le ganglion lymphatique sans CCR7. Les lymphocytes effecteurs mémoires, issus de la réponse dans les tissus, vont revenir des tissus périphériques et re-exprimer CCR7 pour pouvoir retourner dans les organes lymphoïdes secondaires, voire dans la moelle osseuse. 9/10 TSSI – Circulation leucocytaire Implication des récepteurs aux chimiokines dans le homing spécifique tissulaire CCR7 permet le recrutement. Le LT effecteur le perd ensuite et acquière le récepteur lui permettant d'aller dans le tissu cible. Les LT avec CCR9 vont vers le tissu digestif car il y a expression de CCL28 spécifique du tissu digestif, par contre les LT effecteurs qui vont vers la peau expriment un récepteur qui est CCR10 parce que dans la peau, il y a l'expression de chimiokines CCL27. L'influence des chimiokines est très importante !! On peut se demander pourquoi certains Ly auront tel ou tel récepteur de chimiokines sur leur membrane, mais on ne sait pas, on pense qu'il y a un genre de mémorisation par secteurs. Si on prend des LT et qu'on les met en contact de la vitamine D on constate qu'ils expriment principalement CCR10. Les vitamines et plus généralement l'environnement ont donc un rôle dans cette expression de récepteurs. Autres paramètres à considérer et quelques illustration de l'intérêt du sujet (pas de questions à ce sujet) La circulation est par ailleurs dépendante : – Des capacités migratoires des cellules : la chémotaxie (capacité d'une cellule à migrer, « souplesse » de la cellule) est différente de la chémo-attraction. Par exemple une cellule âgée est beaucoup moins mobile qu'une jeune. – De l'organisation des barrières endothéliales et épithéliales (certaines « barrières » sont plus ou moins sélectives. Exemple des jonctions serrées, au niveau du SNC où il n'y a pas de diapédèse à cause des jonctions serrées). – Des caractéristiques et de l'environnement du tissu, de sa nature (normale ou pathologique) : par exemple, expression physiologique de chimiokines par certains tissus ou l'induction de chimiokines en cas d'inflammation. Comprendre ces processus permet la mise au point de stratégies thérapeutiques : – le TYSABRI (Natalizumab), anticorps humanisé bloquant dirigé contre l'α4β1 intégrine bloquant (IgG4) l'adhésion et l'entrée des LT effecteurs à travers la barrière hémato-méningée (qui exprime apha4, béta 7 comme les vaisseaux des ganglions mésentériques), risque d'infections. – le Fingolimod : agoniste du sphingosine-1-phosphate : inhibe la sortie des lymphocytes des organes lymphoïdes secondaires (concentration dans le sang > concentration dans les ganglions). Les diapos du cours sont disponibles sur l'ENT. Pour l'examen les questions porteront sur ce qui est en gras ET souligné dans ce cours (en rouge sur les diapos de l'ENT), ainsi que sur la dernière partie du cours (exemples de l'influence des chimiokines) sur laquelle le prof a insisté. Bon courage =) 10/10
