TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative 23/10/14 FOUCHERE Elise L2 CR : BRASSIER Julia TSSI Pr Pierre Bongrand 10 pages DYNAMIQUE DE LA REPONSE ADAPTATIVE Plan : A. Description générale des réponses immunitaires adaptatives I. Rappel de définitions essentielles II. Une réponse humorale typique III. Réponse primaire et secondaire: mémoire immunologique IV. Paramétrés susceptibles d'influencer la nature de la réponse V. Quelques phénomènes à connaître B. Les étapes de la réponse adaptative I. Étape 1 :Captation et traitement de l’antigène II. Étape 2 : Stimulation des lymphocytes T auxiliaires mécanismes III. Étape 3 :Stimulation des cellules effectrices C. Remarques et problèmes I. Remarque préliminaire: importance de l'existence de nombreux mécanismes effecteurs II. Problèmes: compatibilité avec la théorie clonale III. Intérêt du concept « Th1/Th2 » IV. Importance de la mémoire immunologique et efficacité des vaccinations. A. Description générale des réponses immunitaires adaptatives I. Rappel de définitions essentielles L'immunité c'est la protection contre les agents infectieux. Pour se défendre, l'organisme utilise deux classes de mécanismes qui sont intriqués, une même cellule peut participer à ces deux mécanismes : c'est l'immunité innée et l'immunité adaptative. Les acteurs de l’immunité innée sont codés génétiquement, alors que ceux de l’immunité adaptative dépendent de l’histoire de chaque individu. Au sein de l'immunité adaptative, on distingue: – L’immunité humorale dont la spécificité/reconnaissance est transmise par des molécules plasmatiques qui sont les anticorps. – L’immunité cellulaire, dont la spécificité/reconnaissance est transmise par des cellules. Exemple d'immunité cellulaire : Dans la tuberculose, il est inutile d'injecter des anticorps spécifique des mycobactéries, ceci n'induira pas de protection. Ce qui induit la protection ce sont les cellules spécifiques. Ce qui signifie que les mécanismes cellulaires sont nécessaires et suffisants pour se défendre contre la tuberculose. Les mécanismes effecteurs de l’immunité humorale et cellulaire se recouvrent largement. 1/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative II. Une réponse humorale typique On injecte un antigène à un animal par voie intraveineuse et on dose cet antigène : – Phase 1 : Il diffuse ou se « dilue » dans le sang et les compartiments en quelques minutes ou quelques heures, c'est la phase d'équilibration. La concentration en antigène dans le sérum va baisser car il est dilué dans tout les compartiments dont il a accès. En pharmacologie ce mécanisme est appelé « biodisponibilité ». – Phase 2 : La molécule circulante va être transformée et éliminée par des mécanismes de catabolisme en quelques jours. – Phase 3 : Au bout d'une semaine environ l’antigène va disparaître complètement car il va être recouvert d'anticorps qui vont le masquer et favoriser son élimination. La réponse par les anticorps dure de quelques jours à quelques semaines. III Réponses primaires et secondaires : mémoire immunologique La réponse primaire est la rencontre déclenchée par un antigène que l'on rencontre pour la première fois. La réponse secondaire est observée lorsque l’antigène est déjà connu, ce qui démontre qu'il existe une mémoire spécifique. La réponse immunitaire primaire est souvent un peu fragile, c'est la réponse secondaire qui est plus efficace et qui assure une meilleure protection contre l'agent pathogène. Propriétés d'une réponse secondaire : ➢ La réponse secondaire peut être déclenchée par des quantités moindres d’antigène que la réponse primaire . Exemple du Tétanos: l'agent pathogène pénètre dans l'organisme mais de manière inapparente (blessure minime au contact de la terre). L'agent (faible quantité) va se développer localement sans faire mal mais la toxine tétanique qu'il va produire va diffuser dans tout l'organisme et atteindre les jonctions neuromusculaires. Il apparaît alors des troubles importants de la contraction musculaire devenant mortel. Conclusion : Pour un individu n'ayant jamais rencontré la toxine, les quantités en agents pathogènes sont tellement faibles qu'il n'y aura pas de déclenchement du système immunitaire et développement de la maladie. En revanche chez les sujets vaccinés, grâce au mécanisme de mémoire mis en route lors de la vaccination, la réponse immunitaire va pouvoir se déclencher en présence de quantités faibles d'antigènes. ➢ La montée des anticorps est plus rapide dans la réponse secondaire : le délai peut être divisé par deux, les anticorps peuvent apparaître en 3,4 jours au lieu d'une semaine. 2/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative ➢ Le maximum de concentration des anticorps est plus élevé pour la réponse secondaire. ➢ Le rapport IgG/IgM est plus élevé dans la réponse secondaire. Ce rapport va permettre le diagnostic d'une infection : – s'il y a beaucoup d' IgG c'est plutôt une réponse secondaire – s'il y a beaucoup d'IgM ce sera plutôt une affection primaire. Cette constatation est à rapprocher de la notion de "commutation isotypique" (switch) chez les lymphocytes B qui modifient l'isotype des anticorps qu'ils produisent, en particulier sous l'influence de certaines cytokines. Si des LB mémoires se révèlent il peut se produire une commutation. Autre moyen facile de diagnostiquer une infection par dosage des anticorps : – si l'infection est récente ou nouvelle, on va avoir une montée des AC au bout de 2 semaines. On fait 2 dosages d'AC à une semaine d'intervalle, si le taux augmente c'est qu'il est en train de se produire une réponse immunitaire. – si l'infection est ancienne, on va avoir un taux stable. ➢ Au cours du temps, on observe une maturation de la réponse avec une augmentation de l’affinité (hypermutations somatiques), de la diversité des épitopes reconnus, ce qui peut augmenter l’affinité, l’avidité des anticorps. ➢ Enfin, la concentration des anticorps reste élevée durant une période de temps plus longue. Les IgG ont une durée de vie plus longue que les IgM dans la circulation. La distinction entre les réponses primaires et secondaires révèle donc l'existence d'une mémoire immunologique. IV. Paramètres susceptible d'influencer la nature de la réponse Elles dépend de manière quantitative et qualitative d’un grand nombre de paramètres : ➢ La nature de l’antigène Tous les antigènes ne sont pas égaux, certains vont être efficaces, ils sont immunogènes alors que d'autres ne seront pas efficaces. La nature qualitative de l’antigène va nous permettre de distinguer : – Les antigènes thymodépendants, qui peuvent activer les LB par l’intermédiaire des LT – Les antigènes thymo-indépendants (c'est a dire indépendant des LT) qui peuvent activer directement des LB qui déclenchent des réponses essentiellement IgM avec une mémoire moins apparente. ➢ La dose d’antigène Il faut une quantité minimale d’antigène pour induire une réponse immunitaire : – Dans le cas de la toxine tétanique des quantités trop faibles ne sont pas vues par le système immunitaire → c'est la tolérance en basse dose – Une dose d’antigène trop élevée peut entraîner une paralysie du système immunitaire → c'est la tolérance en haute dose Dans un certain domaine la quantité d’anticorps croit avec la dose d’antigène. Cependant, l’affinité des anticorps peut être plus élevée si la dose d’antigène est faible. ➢ La voie d'introduction La voie sous-cutanée ou intraveineuse favorise les réponses humorales (production d'anticorps) alors que la voie intradermique favorisera une réponse cellulaire. 3/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative L'administration d’antigène par voie aérienne ou digestive ( muqueuses), favorisera une réponse locale riche en IgA. C’est la différence entre les vaccins anti-poliomyélitiques inactivés injectés en sous-cutanée (IgG) et les vaccins anti-poliomyélitiques atténués administrés par voie orale (IgA). Le polio-virus se développe dans le système digestif donc même si les deux vaccins protègent, la forme administrée par voie orale permet à la personne vaccinée de ne pas être porteuse du virus grâce aux IgA présentes au niveau du tube digestif. Sans les IgA, les IgG protègent mais n’empêchent pas d’être le réservoir du virus (cas des vaccins inactivés). La voie d'introduction de l’antigène détermine aussi en partie la localisation de la synthèse d'anticorps. Une immunisation par voie sous-cutanée entraînera une réponse au niveau des ganglions loco-régionaux, sauf si la quantité d’antigène est très importante : la réponse est alors généralisée. ➢ Les adjuvants Les adjuvants sont des signaux d'alertes aidant au fonctionnement de la réponse immunitaire et régulant la réponse adaptative. Il existe 2 types de signaux donné par ces adjuvants : la reconnaissance des agents infectieux comme étant étranger et la reconnaissance des signaux de dangers. Ces adjuvants sont des substances souvent d'origine bactériennes (peuvent être des sels minéraux comme dans le cas des vaccins) pouvant stimuler qualitativement ou quantitativement la réponse immunitaire. Remarque : Historiquement on utilisait l'adjuvant de Freund sous forme complet ou incomplet. Celui-ci était très toxique, c'était un mélange d'huile minérale et de mycobactéries tuées. Les vaccins sont des extraits d'agents pathogènes pouvant faire office d'adjuvants. Ce qui explique l'effet potentialisateur si l'on combine certains vaccins ensembles. Remarque : l'effet inhibiteur des IgG rend illogique la sérovaccination, mais ça nécessité fait loi ! ➢ Le moment de la stimulation Effet de compétition antigénique entre deux sensibilisations effectuées avec un intervalle de quelques jours. En effet on aura une diminution de la réponse au second antigène du fait que les cellules qui étaient prêtes à répondre ont été consommés lors de le première stimulation. On ne peut donc pas vacciner quelqu'un s'il présente déjà une infection en cours due à ce phénomène de compétition antigénique. ➢ Les caractéristiques du sujet L'âge : la capacité de synthèse des IgM commence très tôt dès la naissance, puis viennent les IgG (d’où un minimum à quelques mois). S'il est retrouvé des IgG c'est que celles-ci proviennent de la mère car les IgG sont capable de passer la barrière placentaire (contrairement aux IgM qui ne la passe pas). Quelques mois plus tard, la concentration en IgG maternelles disparaît (enfant particulièrement sujet aux infections pendant cette période) et l'enfant finis par prendre le relais. Ensuite les IgA et les IgE arrivent (concentrations de l'adulte à une dizaine d’années seulement). Donc les manifestions allergiques seront différentes à 1 an et à 10 ans. Le capital génétique : il existe 2 différences génétiques : - Le premier type est dit polygénique : des sujets vont fabriquer plus facilement des anticorps et des réponses cellulaires que d'autres. Ici les gènes ne sont pas liés au complexe majeur histocompatibilité (Test de Biozzi sur des souris concernant une réponse non spécifique, non liée au CMH : Capacité différente de dégradation catabolique de l'Ag par les macrophages et de présentation de l'Ag.) - Le deuxième type est spécifique des réponses adaptatives : notre système immunitaire ne répond pas de manière identique à tous les antigènes. La réponse à un antigène donnée dépend beaucoup des gènes du CMH (Histoire du gène Ir « immunologic response », lié au répertoire) 4/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative Dans l'évolution, les virus s’adaptent aux molécules du CMH il est donc important et utile qu'il y ait une grande diversité antigène-HLA. V. Quelques phénomènes à connaître ➢ Le "péché originel antigénique" La re-stimulation d'un organisme par un antigène peut entraîner l'apparition d'anticorps dirigés contre un antigène voisin responsable d'une primo-sensibilisation. La stimulation par un antigène qui ressemble à un antigène rencontré dans le passé peut induire la synthèse d'anticorps reconnaissant les deux antigènes. Exemple de la grippe: un sujet vacciné ayant déjà contracté la grippe et qui rencontre une nouveau virus muté mais qui présente de forte similitudes, aura des anticorps contre le nouveau et l'ancien virus. ➢ Notion d'anticorps "hétéroclitiques" Anticorps ayant une affinité supérieure pour un antigène Y vis-à-vis d'un antigène X ayant été utilisé pour la sensibilisation. ➢ Notion de "déviation immune" Pour induire une réponse cellulaire, il faut des adjuvants complets (minéraux + mycobactéries) alors que pour une réponse humorale des adjuvants incomplets suffisent. Si l'on immunise un animal avec un adjuvant incomplet on aura une réponse humorale. Si on restimule ce même animal mais cette fois ci avec un adjuvant complet pour avoir une réponse cellulaire ça ne marche plus ! Autrement dit, l'animal qui a développé une réponse humorale en premier lieu sera beaucoup plus résistant à l'induction d'une réponse cellulaire. Ce qui signifie que le type de réponse que l'on va développer va dépendre du type de réponse que l'on a développé la première fois. Cette notion reflète bien le phénomène d'allergie dont l'incidence dépend de ce qui c'est passé dans la petite enfance. Si une première sensibilisation est réalisée dans des conditions n'induisant pas de réponse cellulaire (protéine et adjuvant minéral), la réponse cellulaire peut ne pas apparaître si une deuxième sensibilisation "complète" (en présence d'adjuvant de Freund complet par ex) est réalisée. Ce phénomène s'explique dans le cadre du concept d’équilibre TH1/TH2. B. Les étapes de la réponse adaptative I. Étape 1 : Captation et traitement de l’antigène Une partie de l’antigène est fixée par : – des cellules myéloïdes (phagocytes mononucléés, cellules dendritiques) si l'Ag n'a jamais été rencontré au préalable. – des lymphocytes B si l'Ag a déjà été présenté car ces LB détiennent des AC spécifiques avec lesquels ils vont pouvoir concentrer l'Ag et le présenter lors d'une réponse secondaire. Même si le LB concentre peu d'Ag il en aura beaucoup à sa surface ce qui explique qu'une dose moins importante d'Ag est nécessaire et suffisante pour entraîner une réponse secondaire L’antigène est découpé en oligopeptides dont une fraction (de l’ordre de 1%) est ré-exprimée à la surface en association avec les molécules d’histocompatibilité de classe II. La réponse et l’activation des cellules présentatrices dépendent de signaux résultant de l’activation de leurs récepteurs innés, en particulier les TLR. Les cellules dendritiques ayant capté l'Ag le conduisent vers les ganglions lymphoïdes, ce qui facilitera la rencontre avec les lymphocytes T. 5/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative II. Étape 2 : Stimulation des lymphocytes T auxiliaires et mécanismes Les LT qui reconnaissent l'Ag vont s'activer, se différencier et donner naissance à un certain nombre de souspopulations : – les lymphocytes Th1(effecteur de l'immunité adaptative cellulaire) – les lymphocytes Th2 (effecteur de l'immunité adaptative humorale) – les lymphocytes Th17 vont activer les granulocytes et les polynucléaires (réaction inflammatoire) – les lymphocytes T régulateurs, groupes hétérogènes qui vont abaisser la réponse immunitaire, qui empêchent donc le développement de réactions immunitaires excessives et de maladies auto immunes. – les lymphocytes T mémoires responsables de la mémoire lors des réponses secondaires et persistant durant pratiquement toute la vie de l'individu. La différenciation des LT dépend des différents types de signaux, 3 signaux peuvent influencer quantitativement et qualitativement la réponse obtenue : – Signal 1 : Stimulation du récepteur lymphocytaire, le TCR (classiquement, le signal 1 isolé entraîne une paralysie) – Signal 2 : Interaction des molécules de co-stimulation, ces molécules sont présentes sur la surface des cellules présentatrices d’antigènes. – Signal 3 : Mise en jeu de cytokines Le lymphocyte T est donc sensible à des signaux multiples : activation du TCR, interaction avec des molécules de co-stimulation et interaction avec des cytokines; et c'est les combinaisons différentes de ces trois signaux qui va entraîner les différents types de réponses (Th1, Th2...) : ➢ Signal 1 On ne connaît pas vraiment le mécanisme de génération du signal, mais l’importance des paramètres physicochimiques de l’interaction TCR/pCMH est connue depuis longtemps. Mécanisme de stimulation des LT au cours de la présentation d'un antigène exogène. ➢ Signal 2 On a identifié de nombreux couples ligand-récepteurs responsables de signaux de co-stimulation : 6/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative – – – – CD4 (T) et MHC classe II (CPA) LFA-1 (T) et ICAM1 (CPA) ( LFA-1 est une intégrine) CD28 (T) et CD80, CD86 (CPA) CD2 (T) et CD58 (CPA) ➢ Signal 3 Mise en jeu de molécules solubles, les cytokines. Rappel historique : lymphokines, monokines, interleukines, cytokines, chimiokines. III. Étape 3 :Stimulation des cellules effectrices Chacune des sous-populations de LT va aller activer des cibles différentes : – les Th17 activent les granulocytes – les Th1 favorisent la réponse cellulaire – les Th2 favorisent la réponse humorale Il existe une balance Th1/Th2, en effet Th1 et Th2 s'inhibent de façon réciproque, cela implique que la réponse primaire aura des retentissements sur les éventuelles réponses secondaires, ce qui explique les mécanismes de déviation immune. Si les Th1 et les Th2 étaient indépendants il n'y aurait pas de déviation immune (échec de certaines vaccinations!) NB : d'ici jusqu'au C les détails ne sont pas à retenir !! Les cellules phagocytaires sont stimulées assez efficacement par des facteurs solubles. Les lymphocytes B peuvent être stimulés par : 7/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative ➢ La perception de l’antigène par leurs immunoglobulines membranaires Cet antigène peut se trouver sous forme soluble ou adsorbé par une cellule. Il peut également être présenté sous forme de complexe immun ayant fixé des fragments du complément. La présence de C3d permettra de stimuler son récepteur CR2 (CD21) trouvé sur les lymphocytes B. ➢ Des signaux de co-stimulation Signaux fournis en particulier par les lymphocytes T. Par exemple, stimulation de CD40 par la molécule lymphocytaire T CD40 L (CD154). L'absence de CD40 conduit à un déficit immunitaire important (avec hyperimmunoglobulinemie M). On a décrit d'autres couples ligand/récepteur intervenant dans le costimulation (BlyS et récepteur lymphocytaire B TACI, CD30/CD30L). ➢ Des facteurs solubles Essentiellement des cytokines telles que l'IL4 ou BSF-1, l'IL-5 ou TRF-1, l'IL6. La réponse des lymphocytes B (prolifération, différenciation, anergie) dépend de la combinaison des signaux reçus : on pense que la seule activation des immunoglobulines de membrane entraîne préférentiellement une anergie, alors que des signaux de co-stimulation permettront le développement d'une réponse efficace Un cas particulier, les antigènes thymo-indépendants: Il existe deux types d'antigènes thymo-indépendants (TI type 1 et TI type 2) : – Les antigènes TI1 qui sont capables de stimuler les lymphocytes B de manière polyclonale. L'exemple type est celui des lipopolysaccharides bactériens (LPS) capables de stimuler le TLR4 après que le complexe LPS-LBP (LPS binding protein) a stimulé le CD14. – Les antigènes TI2 sont souvent des polysaccharides répétitifs, interagissant avec les récepteurs lectiniques des macrophages. Ils activent en principe seulement les LB matures. On peut concevoir deux explications à leurs propriétés : -Pontage particulièrement efficace des immunoglobulines membranaires des lymphocytes B. -Activation du complément qui stimulerait des récepteurs membranaires des lymphocytes B. Les lymphocytes T cytotoxiques se développent avec l’aide de lymphocytes auxiliaires. En général, ils possèdent le marqueur CD8 qui réagit avec les molécules d’histocompatibilité de classe I, et reconnaissent les peptides endogènes associés à ces molécules d’histocompatibilité. C. Remarques et problèmes I. Remarque préliminaire L’efficacité d’un mécanisme effecteur dépend de la stratégie de l’agent infectieux qu’il combat. – Inactivation d'une toxine ou neutralisation d'un virus par masquage de sites actifs. – Élimination d'un antigène soluble à la suite de la formation de complexes immuns. – Phagocytose de particules opsonisées par des anticorps et/ou des fragments du complément. – Cytotoxicité dépendante des anticorps (ADCC) impliquant des cellules phagocytaires ou des NK. – Déclenchement d'une réaction inflammatoire favorisant l'afflux d'effecteurs (ex : IgE). 8/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative II. Problèmes: compatibilité avec la théorie clonale Remarques données à titre d’illustration, les détails ne doivent pas être retenus !! Comment le lymphocyte B peut-il interagir avec "le bon" lymphocyte T ? La présentation de l’antigène par le lymphocyte B constitue un bon moyen d'assurer la proximité de ces deux cellules : les lymphocyte B reconnaissant un antigène par leur "BCR" expriment de manière 10 000 fois plus efficace des complexes peptide/molécule d’histocompatibilité qui seront reconnus par les lymphocytes T. L'existence d'un lien physique entre les déterminants "haptène" et "carrier" est évidemment nécessaire à ce mécanisme. Il est à noter que certains auteurs ont constaté que la coopération cellulaire pouvait fonctionner alors que les structures "haptène" et "carrier" étaient portées par des molécules différentes (dans un modelé de réponse IgE). De maniéré similaire, la production d'anticorps anti-hématie de mouton par un mélange de lymphocytes T et B immunisés contre les hématies de mouton a été augmentée si l'on ajoutait des hématies de cheval, et si le récipient de culture comportait également des lymphocytes T stimulés contre les hématies de cheval (Vann et Kettmann). En conséquence, il semble qu'un lymphocyte B puisse être activé par l'action concomitante de "son" antigène et d'un lymphocyte T stimulé contre un antigène quelconque. Ce mécanisme est cependant moins efficace lorsque les lymphocytes T et B ne se rencontrent pas physiquement. III. Remarque : intérêt du concept « Th1/Th2 L'’histoire du sujet est important du fait de l’auto-renforcement de chaque type de réponse. L’exemple des leishmanioses illustre l’importance potentielle en médecine. Applications au diagnostic et au traitement. Limite du concept Th1/Th2 chez l’homme. IV. Remarque : importance de la mémoire immunologique et efficacité des vaccinations. La mémoire immunologique peut persister pendant de nombreuses décennies. La vaccination est le seul procédé thérapeutique ayant permis d’éradiquer une maladie infectieuse 9/10 TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE Dynamique de la Réponse Adaptative 10/10