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Lymphocytes B
M. Alessandra Rosenthal-Allieri
Laboratoire Central d’Immunologie
Hôpital de l’Archet CHU-Nice
Plan
I. Lymphocytes B
1. Immunoglobulines : caractéristiques, génétique
2. BCR
3. Molécules de surface du lymphocyte B
II. Différenciation des lymphocytes B
1. Maturation Ag dépendante
2. Maturation Ag indépendant
3. Localisation anatomique
III. Lymphocytes B mémoire
IV. Sous-populations et pathologie
I. Lymphocytes B
- Les lymphocytes B sont le support de l’immunité adaptative
humorale par la production d’anticorps spécifiques.
- Cette immunité est transférable par le sérum.
- Chez l’homme, les lymphocytes B représentent 5 à 15% des
lymphocytes sanguins, soit 20 à 400/mm3.
Lymphocytes B
Origine : - Bourse de Fabricius (oiseaux)
- moelle osseuse (homme)
Fonctions :
a) l’activation par l’Ag induit leur transformation en plasmocytes (immunoglobulines
sécrétées)
b) capacité de se comporter en CPAg : peuvent fixer un Ag soluble :
-spécifiquement par BCR
-non spécifiquement par les récepteurs des complexes immunes pour les
parties constantes des IgG ou pour les fragments du C3
puis l’endocyter, le dégrader, le ré-exprimer à la surface, associé aux molécules HLA
classe II, et le présenter aux lymphocytes T CD4+
1. Immunoglobulines : caractéristiques
5 isotypes, définis par la nature de la chaîne lourde :
IgG (IgG1 à 4)
IgM
IgA (IgA1 et 2)
IgD
IgE
Bifonctionelles :
Extrémité N terminal :
• régions charpentes ( framework FR1 à 4)
• zones hyper-variables (complementary determining regions = CDR 1
à 3): spécificité
Extrémité C terminale :
• Fc (fonctions effectrices : capacité à activer le C’, à se lier aux FcR etc.)
Répartition :
IgM intra-vasculaires
IgG sérum et tissus
IgA surface muqueuse respiratoire et intestinale
IgE liées aux mastocytes et basophiles
1. Immunoglobulines : génétique - 1
Trois complexes génétiques :
IgH en 14q32
Igk en 2p12
Igl en 22q11
Chaque complexe se compose de 3 ou 4 régions :
V = variables
D = diversité
J = chaîne J
C = constant
Lorsque un précurseur lymphoïde s’oriente vers la lignée B, le génome codant pour
les chaînes des Ig va subir des réarrangements au hasard :
Chaînes lourdes : un gène D va se rapprocher au gène J (DJ), puis le gène VH se
rapproche (VDJ)
Chaînes légères : seul existe le rapprochement VJ
Chaque gène V contribue environ aux premiers 100 Aa du domaine variable, tandis
que les segments D et J codent pour les derniers Aa. L’ensemble VDJ constitue le
3ème CDR, composant essentielle de la spécificité Ab
1. Immunoglobulines : génétique - 2
Les réarrangements et l’expression des gènes d’Ig se déroulent selon une
cinétique ordonnée et sont contrôles à trois niveaux distincts :
lignée cellulaire: Les Ig ne sont exprimées que par les lymphocytes B.
stade de la différenciation cellulaire: Les recombinaisons et l'expression
des gènes d'Ig sont ordonnées selon le stade du développement de la
cellule. Ainsi, les réarrangements et l'expression des gènes du locus
IgH précèdent ceux des gènes des chaînes légères.
exclusion allélique: Le réarrangement complet sur un des allèles,
aboutissant à la formation d'un produit VHDJH ou VLJL codant,
entraîne l'inhibition du réarrangement sur l'autre allèle.
Réarrangements des gènes d'immunoglobulines
Les régions variables des anticorps sont codées par l'association d'un segment V, d'un segment D pour les
chaînes lourdes, et d'un segment J, par un mécanisme appelé “recombinaison V(D)J”. Le grand nombre de
segments V, D et J disponibles, les multiples combinaisons entre ces éléments (diversité combinatoire) ainsi
que l'imprécision de leurs jonctions (diversité jonctionnnelle) contribuent considérablement à la diversité des
anticorps.
Les recombinaisons entre les différents segments V des gènes des chaînes lourdes et légères s'effectuent à
des sites spécifiques nommés RSS (séquence signal de recombinaison), disposées de façon à ce que les
recombinaisons ne puissent se faire qu'entre segments D et J puis V et D pour les chaînes lourdes, et
qu'entre V et J pour les chaînes légères.
Les recombinaisons V(D)J mettent en jeu une machinerie enzymatique composée des protéines RAG-1 et
RAG-2 (pour “Recombinaison Activating Gene”) exprimées exclusivement dans les lymphocytes B et T au
stade du développement où les gènes des récepteurs antigéniques sont réarrangés.
Recombinaison en deux phases:
1.
les protéines RAG-1 et RAG-2 reconnaissent et assemblent en un “complexe synaptique” les RSS
asymétriques de deux segments de gènes, puis induisent une cassure double brin de l'ADN. Chaque clivage
conduit à la production d'une extrémité franche au niveau des RSS et d'une structure intermédiaire en
“épingle à cheveu” au niveau de la séquence codante.
2.
les cassures sont identifiées, traitées et réarrangées par la machinerie ubiquitaire de réparation de
l'ADN. De manière générale, les extrémités codantes sont rapidement assemblées en jonctions codantes avec
ouverture de la structure en épingle et des modifications favorisant la diversité des récepteurs antigéniques
par l'addition et/ou la délétion de nucléotides par la déoxynucléotidyl terminale transférase (TdT). La TdT est
exprimée précocement dans la différenciation B, au stade pro-B, lors des réarrangements des gènes du locus
IgH.
Si un cadre de lecture ouvert est obtenu, l'exon variable V(D)J ainsi formé sera transcrit. L'ARN sera ensuite
épissé puis traduit pour permettre la synthèse d'une chaîne lourde ou légère.
La réaction de recombinaison V(D)J se produit en deux phases distinctes.
2. Le BCR
Lymphocytes B : les seules cellules à porter sur leur surface des IgS (environ
100 000/cellule)
IgS : récepteur spécifique pour l’Ag, synthétisé et exprimé avant toute
rencontre avec l’Ag
Chaque lymphocyte B n’est porteur que d’un seul isotype k ou l (2/3 k, 1/3 l)
et la forme dimérique de la chaîne µ, souvent associées aux chaînes d :
phénotype IgM+ IgD+ = cellule matures.
Isotypes g, a et e sont < 1% dans le sang, mais IgA surtout dans le tissu
lymphoïde associé aux muqueuses
IgS : même structure que l’Ig sécrétée avec modification de l’extrémité C’ des
chaînes lourdes pour leur encrage sur la membrane
Le BCR est étroitement associé à un complexe multi-moléculaire pour la
transduction du signal d’activation : dimères Iga (CD79a) Igb (CD79b),
analogues fonctionnels du CD3 dans le T
3. Molécules de surface du lymphocyte B
1) Marqueurs de la lignée B (panB)
CD19, CD20, CD22, CD24
CD19: phosphoprotéine, forme des complexes avec CD21 et CD81 (TAPA). Stabilise le
BCR à tous les stades (➨ plasmocytes)
CD20: molécule de canal calcique, apparaît sur les cellules matures
CD22: impliqué dans le signal de transduction du BCR
CD10: endopeptidase neutre (CALLA : common acute lymphoid leukemia antigen)
présent à la fois aux stades précoces de la lymphopoïèse B et sur les B matures activés
intra-folliculaires
2) Complexe CD19-CD21-CD81
CD21 récepteur pour C3d du complément : lorsque un Ag active le système
complémentaire avec production de C3d, il se produit un co-engagement des IgS et de
CD21, induisant leur rapprochement sur la membrane. CD21 est étroitement lié à CD19,
dont la queue intra-cytoplasmique liée à la tyrosine kinase lyn provoque des activation
moléculaires en cascade (signalling)
3) CD32 (RFcgIIB) :
Fonctions différentes du RFcgII A et B ( 2 gènes producteurs)
RFcgIIA sur phagocytes
-déclenche l’endocytose des particules revêtues d’Ag
-possède dans sa queue cytoplasmique une séquence ITAM-like
phosphorylable et capable d’initier une cascade activatrice Syk
dépendante, activant la phagocytose et la sécrétion de cytokines
inflammatoires
RFcgIIB sur phagocytes, mastocytes, lympho B
-pas de phagocytose, mais rétrocontrôle de la synthèse d’Ac.
-séquence ITIM intra-cytoplasmique activant une tyrosine-phosphatase (SHIP)
dont l’activation va inhiber diverses fonctions cellulaires
➨ Lorsque un complexe Ag/Ac provoque un co-engagement des IgS et des RFcgIIB il y
a potentialisation de l’activation lymphocytarie mais aussi retro-contrôle de la
synthèse d’Ac par des Ac de même spécificité, pour éviter des recrutements cellulaires
inutiles.
De même, lorsque des complexes immuns à IgG sollicitent simultanément le RFcgIIA et
le RFcgIIB sur les macrophages, le résultat net est l’inhibition de la phagocytose (PTI et
IgG IV)
4) CD40
BCR
Reconnaissance de l’Ag
Internalisation Ag
Ré-expression des peptides Ag à la surface en
association à HLA classe II
Présentation aux lymphocyte T : dialogue T-B
L’oligomérisation du TCR induit l’expression du CD40 ligand (CD40L ou CD154) sur le T qui en
s’associant à son contre récepteur CD40, constitutivement exprimé sur les B, représente un
puissant signal de :
- prolifération et de prévention d’apoptose
- de commutation isotypique
L’activation de CD40 provoque l’apparition de CD86 et ensuite de CD80 sur le B, récepteurs de
CD28 sur le lymphocyte T : amplification de la réponse cytokinique du T, production de cytokines
favorisant la différentiation des B et la production d’Ac.
II. La différentiation des lymphocytes B
2 grandes phases dans l’ontogénie B :
1) antigène indépendante
-a lieu dans l’organe lymphoïde primaire
-conduit à la formation de ly B matures naïfs
-élimine les ly B autoréactifs: établissement de la tolérance
Différenciation
Maturation
2) antigène dépendante
Production d’Ac
Lympho B mémoire
-Formation des cellules effectrices
1. Maturation antigène indépendante
Foie foetal
Moelle osseuse
À partir des cellules CD34+
IL7
Stem cell factor
CD19+
CD24+
CD10+
CD20+
CD22+
Cellules matures exprimant le BCR
Quittent la moelle pour aller dans les organes lymphoïdes périphériques
1. Maturation antigène indépendante
Etape indépendent de l’Ag : 4 stades de différentiation
correlés avec le réarragenements des gènes des Ig et
l’expression d’autres molecules de surface:
1.
Cellules pro-B (progéniteurs B)
2.
Cellules pré-B (précurseurs B)
3.
Cellules B immatures
4.
Cellules B matures
µ
1. Maturation antigène indépendante en fonction de
l’expression des molécules de surface
Les molécules qui caractérisent la lignée B apparaissent progressivement et permettent de
définir chaque étape de maturation:
Molécules de surface exprimées
B1 pro-B
CD19, CD22,
CD79b
B2 pré-B
CD19, CD22,
CD79b
CD10
B3 immature
CD19, CD22,
CD79b
CD10
B4 mature
CD19, CD22,
CD79b
+/-CD10
C µ cytopl.
IgM de
surface
NB. Sur la base de l’expression des molécules de surface lors du développement de la
lignée B, il est possible de classer les lymphoproliférations aigues de type B (LAL-B)
Cellule B mature naïve
BCR : IgM+ et IgD+
Circule en permanence entre les différents organes lymphoïdes
secondaires à la rencontre de l’Ag spécifique
Demi-vie courte en absence de rencontre de l’Ag spécifique : 3 jours
Si la rencontre avec l’Ag spécifique a lieu, on passe à la 2ème étape
de développement dépendante de l’Ag
2. Maturation antigène dépendante
A lieu au niveau des organes lymphoïdes secondaires périphérique
(ganglions, rate, MALT)
Les organes lymphoïdes secondaires ont une architecture hautement
organisée avec des zones B, les follicules, et des zones T
- lieu de rencontre entre le Ly B et l’Ag spécifique
- lieu de la commutation isotypique
- lieu d’hypermutation somatique avec sélection positive des ly B
dont le BCR présente une maturation d’affinité pour l’Ag
2. Maturation antigène dépendante
Reconnaissance spécifique de l’Ag par le BCR : événement central
nécessaire mais non suffisant à l’activation : 1er signal
La coopération du ly B avec le ly T CD4+TH2 spécifique du même Ag
est nécessaire à la différenciation en LyB effecteur : 2è signal
Cette collaboration B-TCD4+TH2 fait intervenir des
- protéines de surface : CD40 du ly B avec CD40L du ly T
- cytokines secrétées: IL4, IL5, IL6, IL10
…suite
La collaboration B/T va d’abord déclencher la division de la cellule B
Une petite partie va se transformer rapidement en plasmocytes sécréteurs
d’Ac de faible affinité
Une grande partie de ces cellules B vont constituer le centre germinatif
des follicules lymphoïdes avec :
commutation isotypique (switch) de la chaîne lourde de l’Ig: mécanisme
changeant la classe de l’Ig et ainsi permettant d’associer à une même
fonction Ac des fonctions effectrices différentes
hypermutation somatique : processus qui introduit des mutations
ponctuelles dans les régions V réarrangées de l’Ig et par conséquent
peuvent modifier l’affinité de liaison à l’Ag. Les ly B dont le BCR présente
une maturation d’affinité pour l’Ag seront sélectionnées positivement et
poursuivent leurs différenciation en:
Plasmocytes sécréteurs d’Ac
Cellules mémoire qui permettent une réponse secondaire plus rapide,
plus intense et plus efficace (intérêt des rappels au cours des
vaccinations).
Ganglion
3.
Prolifération
différenciation B
et
2. Activation B
1. Activation
initial T et B
4. Sécrétion d’Ac
par plasmocytes
2. Maturation antigène dépendante : sélection
Dans les follicules lymphoïdes les B deviennent des cellules matures
primaires capables de répondre à l’Ag. En l’absence d’Ag : mort par
apoptose après quelques semaines.
Contrairement au répertoire du T mature à la sortie du thymus, celui des
lymphocytes B primaires est poly-réactif et auto-réactif : la sélection se fait
au sein des centres germinatifs des follicules lymphoïdes avec mise en
place d’un répertoire spécifique et sans auto-réactivité.
Les follicules lymphoïdes primaires sont constitué d’un dense réseau de
cellules dendritiques folliculaires qui présentent les Ag aux B.
Les lymphocytes B activés par le BCR et aidés par les lymphocytes T via le
couple CD40/CD40L, après une phase d’expansion clonale, deviendront des
plasmocytes secrétant des IgM.
Organes lymphoïdes secondaires
Follicules lymphoïdes primaires
L’accès à cette « niche de survie » est soumis à compétition et les
lymphocytes B immatures auto-réactifs ayant rencontré l’Ag ne peuvent y
pénétrer et meurent par apoptose en 72h (phénomène lié à la perte de
récepteurs des chimiokines impliqués dans cette migration)
Mécanisme de contrôle qui « purge »
le système immunitaire des
lymphocytes B possédant une forte affinité pour les autoAg : clones
potentiellement dangereux
2) Maturation antigène dépendante - suite
Après initiation de la réponse dans la zone T, quelques rares cellules B
gagnent les follicules primaires pour donner naissance aux centres
germinatifs où ont lieu :
- Expansion clonale d’un nombre initial très limités de B
- Hypermutations somatiques ponctuelles des régions variables des
chaînes H et L
- Sélection positive des B spécifiques de l’Ag
- Différenciation en plasmocytes ou lymphocytes B mémoire
2) Maturation antigène dépendante : follicules
Les lymphocytes B activés entrent dans le follicule lymphoïde et se
multiplient, puis se regroupent dans la zone sombre du centre germinatif: ils
sont appelés centroblastes (IgM-, CD5-, CD38+).
Les petits lymphocytes recirculants sont refoulés en périphérie et forment la
zone du manteau (IgM+, IgD+, CD5+).
En se divisant, les centroblastes:
-accumulent de nombreuses mutations somatiques qui modifient l’affinité
de l’Ig
-modifient la spécificité isotypique (commutations de classe) des Ig
synthetisées.
Les lymphocytes se transforment en centrocytes, migrant dans le zone
claire du centre germinatif : re-expression de IgS. Les CDF présentent des
antigènes natifs à leur surface. La reconnaissance de l’Ag induit pour le
centrocyte un signal de survie, tandis que les cellules B ayant une affinité
insuffisante pour l’Ag subissent l’apoptose (coopération T-B via
CD40/CD40L).
Rôle des cytokines dans ces phénomènes (ex. IL-4 = IgE, TGFb = IgA)
III. Lymphocytes B mémoire
Lymphocytes impliqués dans la réponse immunitaire secondaire, par
opposition aux lymphocytes vierges de la réponse primaire
Les cellules mémoire sont quiescents, en phase G0 et présentent des
caractéristiques différentes des cellules naïves :
- durée de vie plus longue
- nombre d’IgS plus faible, mais de meilleure affinité pour l’Ag
L’Ag ne se fixera que sur les cellules possédant un récepteur de haute
affinité
Ceci sélectionne les clones capables de produire des IgS de haute
affinité pour l’Ag
Ces cellules présentent les Ag CMH classe II fortement exprimés et la
molécule de surface CD27
IV. Sous-populations
4 sous-populations de cellules B:
Cytometrie en flux
Sang, Amygdale
IgD+ CD38IgD+ CD38+
IgD- CD38+
IgD- CD38-
B naïves
B pré-CG
B CG
mémoire
Sous-populations B
Si on rajoute d’autres marqueurs (IgM et CD27):
IgM+ IgD+ CD38- CD27IgM+ IgD- CD38- CD27+
IgM+ IgD+ CD38+ CD27IgM+ IgD- CD38++ CD27+
B naïves
B mémoire
pré-CG
plasmablastes
Destin des cellules B médullaires
Cellules B médullaires : quittent la moelle, circulent et se différencient
dans les organes lymphoïdes secondaires en cellules folliculaires et
cellules de la zone marginale
Cellules folliculaires : réponse T-dépendantes aux Ag protéiques, mais
aussi re-circulent dans la moelle osseuse (autour des sinusoïdes) où
peuvent répondre de façon T-indépendante
Cellules folliculaires de type I
IgDhi IgMlow CD21mid
Cellules folliculaires de type II
IgDhi IgMhi CD21mid
Cellules de la zone marginale: cellules B naïves qui ont un phénotype
de cellules pré-activées, une capacité d’auto-renouvellement et une
longue durée de vie. Le CD21 est exprimé sur les cellules da la zone
marginale >> que sur les cellules folliculaires.
Dans la moelle osseuse sont produites les cellules B immatures. Une grande partie
de ces cellules est auto-réactive et est éliminée par «receptor editing» ou anergie
clonale.
Les cellules qui ont complété le réarrangement des gènes des Ig et qui ne sont pas
ou peu auto-réactives peuvent maturer vers les stades de cellules B transitionnelles
T1 et T2 et vers le versant folliculaire ou marginal
B-T1dans la moelle et la rate, doivent acquérir le capacité di re-circulation
B-T2: ont encore des marqueurs d’immaturité, mais sont rentrées dans le follicule,
ont acquis l’expression de IgD et CD23 et la capacité de re-circuler
L’orientation folliculaire/marginale dépend du signaling du BCR, Notch2, NF-kB et
des molécules d’adhésion/chimiokines présentes
BCR:
Fort signaling
Faible signaling
➨ cellules folliculaires
➨ cellules de la zone marginale
Ex. maladie de Bruton, déficit en BTK en aval de BCR et défaut en cellules
folliculaires de type I
Signaux nécessaires pour déterminer l’engagement des cellules B vers le follicule
ou la zone marginale
Cellules folliculaire
Cellules de la zone marginale