Le système immunitaire 1

LE SYSTÈME IMMUNITAIRE
INTRODUCTION
• Système de protection contre éléments
vivants étrangers
• But: Assurer l’intégrité de l’organisme
• 2 tâches successives:
• Identifier l’agresseur => Nécessité de
discriminer le soi et le non-soi => fonction de
reconnaissance
• Eliminer l’agresseur = Réponse
La diversité du monde antigénique
Virus
Champignons
Vers
Bactéries
Les 4 problèmes à résoudre
• Comment se construit le S.I.?
=> Le développement du S.I.
• Comment remplit-il sa fonction ?
=> Le S.I. en action
• Entre les mailles du filet immunitaire
=> Les agresseurs qui échappent au S.I.
• Quand le système déraille
=> Les dysfonctionnements du S.I.
I- L’acquisition de l’immunocompétence
1- L’ « immunopoïèse », une branche de l’hématopoïèse
D’après fédération leucemie espoir
Idées-clefs
• Cellule souche hématopoïétique: pluripotence +
autorenouvellement
• Lignées de différenciation
• A chaque nœud de différenciation, le microenvironnement (matrice et facteurs solubles)
détermine la décision.
• Le choix d’une voie correspond à l’expression
d’un facteur de transcription spécifique (Ikaros
pour la lignée lymphoïde).
-> Expériences: Construire une souris knock-out pour le gène Ikaros et
étudier son phénotype cellulaire par cytométrie de flux
I- L’acquisition de l’immunocompétence
2- La lymphopoïèse: Diversifier puis sélectionner
a- Production d’un répertoire diversifié de récepteurs à
l’antigène
Un paradoxe génétique: Comment générer une
infinité de protéines à partir d’un nombre limité
de gènes?
• Beadle et Tatum: Un gène une protéine
• 25 000 gènes dans le génome humain
• Or, capacité de production d’une diversité
« infinie » de BCR et TCR
=>Théorie des réarrangements somatiques
I-2-a
Principe
• 2 ou 3 « urnes » (loci) contenant n segments
géniques
• Couper-coller = Réarrangement génique
aléatoire entre 2 (ou 3) segments géniques
prélevés dans chacune des urnes.
• Lois des probabilités: Div = Nbre sg urne A x
Nbre sg urne B x (Nbre sg urne C)
-> Expériences: Tonegawa, 1976
I-2-a
Mise en évidence des réarrangements géniques
dans la lignée B (Tonegawa, 1976)
Principe: Southern Blot à partir d’ADN de
cellules embryonnaires ou de clones de LB
ADN en
configuration
germinale
Cellules
embryonnaires
Clone B n°1
ADN réarrangés
Clone B n°2
Site de coupure par ER
Sonde radioactive
I-2-a
Mécanismes moléculaires des réarrangements
géniques
• Les recombinases
• Les séquences signal
de recombinaison:
= RAG-1 et RAG-2
RSS palindromiques
RSS
RSS
RSS
RSS
ADN en
configuration
germinale
ADN réarrangé
• Expériences: Construire une souris RAG knock-out et étudier son
phénotype cellulaire par cytométrie de flux
Fiche-expérience
Construire une souris knock-out pour un gène
Etape 1: Obtenir des cellules souches embryonnaires dans lesquelles
la version sauvage du gène ciblé (X) a été remplacée par une
version inactive et sélectionnable grâce à une recombinaison
homologue.
D’après Kuby, Ed Freeman
Fiche-expérience
Construire une souris knock-out pour un gène
Etape 2: Produire des souris KO à partir des cellules ES portant la
version inactivée du gène
D’après l’IPBS
Fiche-expérience
Déterminer les phénotypes d’une population cellulaire
par cytométrie de flux
CD4- CD8+
25 %
CD4- CD840 %
CD4+ CD8+
25 %
CD4+ CD810 %
CD8
CD8
Application à notre expérience
CD4
CD4
Souris normale
Souris RAG KO
Ganglion lymphatique
Conclusion?
I-2-a
Exemple de la lignée B: Réarrangements du gène codant pour
la chaine légère d’Ig et synthèse de cette chaîne légère
fonctionnelle
Précurseur B
LB
immature
I-2-a
Exemple de la lignée T: Réarrangements des gènes a et b du
TCR et production d’un récepteur à l’antigène fonctionnel
Précurseur T
CD4- / CD8LT immature
CD4+-CD8+
Précurseur T
CD4- / CD8-
I-2-a
Les mécanismes de diversification des récepteurs à l’antigène:
Petit bilan quantitatif
• Diversité combinatoire:
– Nombre de segments géniques par locus-urne
– Caractère aléatoire du choix des segments à recombiner
– Les récepteurs à l’Ag sont hétéro-dimériques (H2-L2 ou a/b)
• Diversité jonctionnelle:
La recombinaison est imprécise: Addition ou délétion de nucléotides au
niveau de la jonction des segments
• Hypermutation somatique: Au cours de la réponse B secondaire
Bilan: > 1011 récepteurs possibles !!
:
Prix à payer: Réarrangements improductifs (cf div jonc)
I-2-a
Réarrangements séquentiels et
exclusion allélique
Un lymphocyte exprime un seul
type de récepteur à l’antigène.
I-2-b- Sélection des répertoires
i. Sélection positive des lymphocytes T et restriction
au CMH du soi
Petite piqûre de rappel: La restriction au CMH du soi
Pbe: Quelle est la structure moléculaire reconnue
par le TCR sur sa cellule cible?
Strain A immunized
strain A non infected
Strain A immunized
LCMV
No fibroblast
-
Restriction au CMH du soi
Le TCR reconnaît un complexe (CMH du soi – peptide dérivé du non soi)
Seconde piqûre de rappel: Le CMH en deux mots
•
•
•
Les molécules du CMH sont responsables du rejet de greffe
Les molécules du CMH sont des présentoirs à peptide
2 classes:
– Classe I : expression ubiquitaire
– Classe II: exprimées uniquement sur les CPA (cellules dendritiques,
macrophages, LB,…)
Seconde piqûre de rappel: Le CMH en deux mots
Tous les gènes codant
pour les protéines du CMH
sont regroupées sur un
locus, le locus HLA
Les gènes du CMH sont
hautement polymorphes
Une CPA exprime 6 molécules différentes du CMH à sa surface
(Am, Ap, Bm, Bp, Cm, Cp, DPm, DPp, DQm, DQp, DRm, DRm)
I-2-b- Sélection des répertoires
i. Sélection positive des lymphocytes T et restriction
au CMH du soi
• Pbe: Comment expliquer que les TCR
soient restreints au seul CMH du soi alors
qu’ils sont générés de manière aléatoire ?
• Hyp: Il existe une sélection thymique
positive des LT porteurs d’une telle
spécificité. Tous les autres meurent.
-> Démonstration expérimentale
Problème méthodologique: Comment suivre le
devenir d’UN lymphocyte avec un TCR donné ?
Construire une souris transgénique pour un
gène déjà réarrangé du TCR.
Par exclusion allélique, l’allèle transgénique
empêchera tout réarrangement dans les
précurseurs T. Tous les lymphocytes T porteront
donc le même TCR transgénique => Souris
monoclonale !
LT CD8 reconnaissant un complexe
(CMH Classe I allèle k –
peptide dérivé du virus de la grippe)
2- La sélection s’effectue lors de
la maturation des LT du stade
immature DP au stade mature SP
1- Les LT sont tous restreints au CMH de type k. Ils
n’arrivent à maturité (stade SP) que lorsque les cellules
épithéliales du thymus expriment ce CMH.
=> Il existe une sélection positive des seuls LT
restreints au CMH du soi. Les autres meurent.
Bilan de la sélection positive
• Les LT CD4 reconnaîtront un complexe
(CMH du soi classe II – peptide)
• Les LT CD8 reconnaîtront un complexe
(CMH du soi classe I – peptide)
I-2-b- La sélection des répertoires
ii. Sélection négative des lymphocytes autoréactifs
Pbe: Etant donné l’infinie diversité de BCR et
TCR, certains seront dirigés contre le soi =>
Risque de réaction auto-immune.
Hypothèse : Les lymphocytes autoréactifs sont
éliminés
-> Démonstration expérimentale
LT CD8 reconnaissant un complexe
(CMH Classe I allèle b – peptide HY)
Précurseurs T
LT immatures
LT matures
Les LT autoréactifs sont délétés
dans le thymus au stade DP
Bilan : La sélection des lymphocytes T
dans le thymus au cours de leur différenciation
Conclusion sur les sélections
• >90% des LT immatures ne passent pas la
barrière sélective
• Tout échec à une sélection (>0 ou <0)
induit une apoptose du lymphocyte rejeté
• 2 conséquences des sélections:
– Restriction au CMH du soi pour les LT
– Tolérance au soi
I-2-c- Bilan sur la lymphopoïèse
CSH
Moelle osseuse
Précurseur lymphoïde
Thymus
Précurseur B
Précurseur T DN
Réarrangements
LB immature Ig+
LT immature DP TCR+
Sélections
LB mature Ig+
LT mature SP TCR+
Migration
Organes lymphoïdes secondaires
I-2-c- Bilan sur la lymphopoïèse (suite)
Les immunorécepteurs à l’antigène sont composés de l’association de:
- Une molécule de reconnaissance
- Une molécule de transduction du signal de reconnaissance
contenant des motifs ITAM
BCR =
Complexe IgM – Iga / Igb
Complexe TCR – CD3
Motif ITAM*
avec Tyr
ITAM: Immunorecepteur Tyrosine-based activation motif
I-2-c-
La molécule anticorps
• Tétramère
transmembranaire H2 – L2
• Chaque chaîne = 1 région
variable + 1 région
constante
• Dualité fonctionnelle V /C
• Chaque chaîne est
organisée en domaines
de type Ig =>
Superfamille des Ig.
• Domaines V: 3 boucles
hypervariables (CDR):
zones de contact avec
l’Ag
• Lien avec les
réarrangements: CDR3
est codée par la zone de
jonction entre les
segments V (D) et J.
CL
VL
CDR3
CDR1
CDR2
I-2-c-
Le TCR (T cell receptor)
• Dimère transmembranaire a / b
• Chaque chaîne = 1 domaine C
+ 1 domaine V (tous deux de
type Ig)
• Va et Vb contiennent 3 CDR:
zones de contact avec le
complexe CMH-peptide
• Différences fondamentales avec
les Ig:
– Type de structure reconnue
– Mono/divalence
– Corécepteur CD4 ou CD8 qui
augmente l’affinité pour le CMH
et interviendra dans la
transduction
CD3