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Adhérence et circulation
des lymphocytes
1673 : Description des Globules sanguins par Leeuwenhoek
1964 : Gowans et Knight
1983 : Gallatin, Weissman et Butcher
Thymus
Bone marrow
Pre T
T cells
Secondary lymphoid
tissue (LN, spleen, PP)
Stem cells
naive
lymphocytes
Pre B
Pre T
Pre T
naive
lymphocytes
Ag
presentation
B cells
Memory
lymphocytes
Memory
lymphocytes
Blood
Memory
lymphocytes
Peripheral non
lymphoid tissue
afferent
lymphatics
Géneralités






Les cellules du systeme immunitaire ne fonctionnent pas de facon isolée : la maturation ou
l’activation necessite des interactions avec de nombreux types cellulaires directement ou par le
biais de molecules secretees : on parle de microenvironnement.
Les lymphocytes en particulier naissent, maturent et sont activés dans des lieux bien précis de
l’organisme - les organes lymphoides primaires et secondaires.
Ces sites sont differents selon que l’on a affaire a des cellules naives ou a des cellules
effectrices/memoire
Ils doivent ensuite aller a la rencontre de l’antigene qui peut etre situé n’importe ou dans
l’organisme (par exemple hépatocyte infecté par un virus) pour l’éliminer.
Les lymphocytes doivent donc etre capable de circuler entre ces différentes zones, le sang et la
lymphe servant de “moyen de transport”.
Les molecules et les mecanismes impliqués dans ces situations sensiblement les memes : on
prendra pour exemple l’interaction des lymphocytes avec les cellules endotheliales et la facon
dont ils quittent le lit vasculaire.
Fig.2 : les différentes étapes conduisant au passage
des lymphocytes du sang vers les tissus.
QuickTime™ et un
décompresseur Vidéo
sont requis pour visionner cette image.
Les molecules impliquees dans les etapes precoces
(interactions faibles et roulement) :
les selectines et les integrines a4
Les sélectines


La famille des sélectine est composée de 3 membres (P-, E-, Lsélectine) et sont impliquées dans les phénomènes de roulement
des leucocytes le long de l’endothélium.
Les P-sélectines





Les E-sélectines




Présentes sur les cellules endothéliales et les plaquettes.
Stockées dans des granules, elles transloquent rapidement à la
membrane sous l’influence de stimuli inflammatoires
Des cytokines inflammatoires (comme le TNF-a et l’IL-1) entraînent une
augmentation de la synthèse.
Impliquées dans la migration vers les sites inflammatoires (cellules
mémoires et effectrices)
présentes uniquement sur l’endothélium
Leur expression est régulée par les cytokines inflammatoires
Impliquées dans la migration vers les sites inflammatoires (cellules
mémoires et effectrices)
Les L-sélectines



Exprimées à la surface de sous-populations leucocytaires
Rapidement effeuillées après activation
Migration vers organes lymphoides secondaires (cellules naives et
sous populations mémoire)
Les sélectines

Leurs fonction adhésives passent par la reconnaissance de contrerécepteurs composés de molécules sucrées (principalement tétrasaccharides sialyl Lewisx, sLex) qui sont fixés sur des cores
protéiques.


Le principal ligand est la molécule PSGL-1 qui reconnaît les 3
selectines.
Les L-sélectines reconnaissent des ligands exprimés sur les
HEV des GG (PNAd, CD34) et des PP (MadCAM-1)
HEV Binding of Lymphocytes from Normal Mouse
and L-Selectin-Deficient Mouse
control mouse (+/+)
L-selectin-deficient mouse (-/-)
Arbones et al. Cell, 1994, 1, 247
Les molecules impliquees dans les etapes precoces
(interactions faibles et roulement) :
les selectines et les integrines a4
Les intégrines




Les intégrines sont des hétérodimères (ab) exprimées constitutivement à la surface
des leucocytes (et de presque toutes les cellules).
Elles sont impliquées dans les interactions cellules-cellules et cellules-matrice extra
cellulaire
Actuellement 19 chaînes a et 8 chaînes b ont été identifiées qui forment 25
hétérodimères (1 chaîne a peut se lier à plusieurs chaînes b).
Dans la circulation 4 intégrines sont importantes :


Famille b2 : LFA-1 (ou aLb2) et Mac-1 (aMb2),
Famille a4 : VLA-4 (ou a4b1), a4b7)
Les intégrines



Leur expression est extrêmement variable d’un type cellulaire à
l’autre.
Certaines sont restreintes à des types cellulaires ou des lignées (b2
intégrines et leucocytes, aEb7 et lymphocytes muqueux)
Leur importance a été mis en évidence dans des défauts
génétiques chez l’homme :




GT mutations GPIIb/IIIa
LAD I et LAD I variants (ou LAD III)
Épidermolyses bulleuses (a4b6)
Congénital myopathies (mutations de la chaîne a7)
Les intégrines


Elles se présentent à la surface des leucocytes dans un état de
basse affinité pour leurs ligands
Après activation elles deviennent capables de reconnaître leurs
ligands situés sur d’autres cellules (endothelium par exemple) ou
présents dans la matrice extra-cellulaire :




L’activation est déclenchés par différents stimuli : peptides
bactériens, chimiokines, TCR...
Ce mécanisme d’activation est induit 2 phénomènes :



Protéines de la matrice extra-cellulaire : FN, TSP, VN, collagène
Molécules de surface : ICAMs, VCAM, MadCAM...
L’augmentation affinité : changement conformationnel
L’augmentation d’avidité : diffusion latérale permettant la
formation de cluster d’intégrines
Elles sont impliquées dans les phénomène d’arrêt ferme et de
roulement des leucocytes le long de l’endothélium.
Les molecules impliquees dans l’arret ferme des lymphocytes
: les integrines de la famille a4 et b2
Les (nombreuses) autres fonctions des intégrines
Les molécules impliquées
•
Sélectines et leurs ligands
•
Intégrines (b2 and a4) et leurs ligands
•
Chimiokines et leurs récepteurs
Fig.2 : les différentes étapes conduisant au passage
des lymphocytes du sang vers les tissus.
Les Chimiokines (ou cytokines chimiotactiques)
•
Initialement identifiées comme une famille de petites molécules
induites par l'inflammation et capables d'attirer les leucocytes
au cours de l'inflammation.
•
•
•
Plus de 50 identifiées à ce jour
protéines de 8 à 10 kDa avec 20-70 % homologie
Toutes les chimiokines (sauf 2 qui sont fixées à la membrane
plasmique) sont sécrétées.
Les Chimiokines (ou cytokines chimiotactiques)
•
Elles permettent d’activer les intégrines et d’induire une
adhérence forte et d’attirer les leucocytes
•
Elles permettent de contrôler la circulation des leucocytes
dans les tissus et les organes lymphoïdes (par exemple si
on élimine CCR7 le récepteur de certaines chimiokines
homéostatiques la structure des OLS est très altérée…et la
réponse immune aussi)
•
Au cours de l’inflammation la sécrétion de chimiokines est
augmentée considérablement et permet l’afflux des
leucocytes dans les tissus inflammatoires.
Les Chimiokines (ou cytokines chimiotactiques)
•
Sont classifiées sur un plan structural en 2 grandes sous-familles
(comprenant plus de 50 chimiokines) avec 2 ponts disulfures et 4 cystéines
dont les 2 premières sont séparées par un acide aminé (a chemokines,
CXC) ou pas (b chemokines, CC).
•
Il existe 2 sous-familles mineures appelées C chimiokines (2 chimiokines
les lymphotactin a et b XCL1 et 2) et CX3C chimiokine (Fractalkine).
•
Classification physiologique :
- inflammatoires (ou inductibles)
- homéostatiques (ou constitutives, lymphoïdes)
- double fonctions : inflammatoire et homéostatiques
Les 4 familles de Chimiokines
CXC chimiokines
CC chimiokines
Les Chimiokines (ou cytokines chimiotactiques)
•
•
Chimiokines inflammatoires (ou inductibles)
–
Leur source majeure sont les cellules endothéliales activées, les cellules
épithéliales, les leucocytes (mais après activation - LPS - pratiquement
n’importe quelle cellule peut en produire)
–
Elles sont peu spécifiques agissant sur les cellules de l’immunité
naturelle et acquise.
–
Elles contrôlent le recrutement des cellules effectrices au cours de
l’inflammation, des infections, des tumeurs, des lésions tissulaires
Chimiokines homéostatiques (ou constitutives, lymphoïdes,
housekeeping)
–
–
produites principalement dans les tissus lymphoides.
elles contrôlent la circulation des leucocytes au cours de l’hématopoïèse
(MO, Thymus), de la surveillance des tissus, de l’initiation de la réponse
immune (circulation entre GG, rate, plaques de Peyer).
Les Chimiokines (ou cytokines chimiotactiques)
•
In vivo les chimiokines sont immobilisées sur la matrice extra-cellulaire ou à
la surface cellulaire liée à des glycosaminoglycans.
•
Permet de faire des gradiants (évite que les chimiokines soient emportées
dans le torrent circulatoire par exemple)
•
Il existe 2 régions dans la partie Nt permettant
–
–
La fixation à un récepteur spécifique
La fixation à la matrice ou à la surface cellulaire
Les récepteurs des chimiokines
•
Molécules heptaspanes.
•
Une vingtaine de récepteurs connus actuellement.
7 CXCR (récepteur des a chemokines) ;
11 CCR (récepteur des b chemokines) ;
1 CX3CR ;
1 XCR.
•
Sont également exprimés sur d’autres types cellulaires (neurones, cellules
épithéliales, endothéliales...) suggérant d’autres rôles que le chémotactisme
•
•
Les couples chimiokines-récepteurs ne sont en général pas spécifiques
Egalement récepteurs d’agents infectieux (HIV, paludisme)
Un exemple d’expression de chimiokines et de recepteurs de chimiokines en
dehors du systeme immunitaire : le cerveau de rat et CCL2/CCR2
Les récepteurs des chimiokines : leur régulation est complexe mais cela
permet de contrôler très finement la RI

certains sont d’expression restreinte (CXCR1 prédominant sur PN)

d’autres sont d’expression plus large (CCR2 ou CXCR4 monocytes, lymphocytes T,
NK, cellules dendritiques, basophiles)

certains sont constitutivement exprimés (CCR1 et CCR2 sur les monocytes)

d’autres n’apparaissent qu’après activation (CCR1 et CCR2 sur les lymphocytes T
activés par l’IL-2)

d’autres sont down-modulés (CCR2 par le LPS)

certains sont exprimés à un stade précis de l’activation :

Les lymphocytes T de type Th2 expriment CCR4, CCR8 (les basophiles, les
éosinophiles CCR3)

les Th1 activés expriment CXCR3, CCR5
Les chimiokines et leurs récepteurs sont des acteurs majeurs dans la
différenciation/maturation lymphocytaire



Le contrôle de la migration durant les différentes étapes de différenciation
et de maturation est dépendant :

de l’expression de récepteurs de chimiokines à la surface
cellulaire qui vont varier selon le stade de maturation

La présence de chimiokines particulières dans un
microenvironnement donné
Les chimiokines homéostatiques et ‘dual function’ sont exprimées
constitutivement dans les organes lymphoïdes primaires et leur récepteurs
sur les précurseurs.
Elles sont impliquées ensuite dans la circulation des cellules naïves,
mémoires effectrices et centrales.
La traversee de l’endothelium
La traversee de l’endothelium
Les molécules d’adhérence et leurs ligands, les chimiokines et leurs
récepteurs permettent (ou pas) l’entrée des leucocytes dans un tissu
L-selectin/PNAd
CCR7/SLC
LFA-1/ICAM-1
CCR7/ELC
Lymphocytes naïfs (T+B)
CCR7/ELC ou
CXCR5/BLC
a4b7/MAdCAM-1
CCR9/TECK
LFA-1/ICAM-1
a4b7/MAdCAM-1
Lymphocytes mémoire
à tropisme digestif
CCR9/TECK
CCR9/TECK
CLA/E-sélectine
a4b1/VCAM-1
CCR4/TARC
CCR10/CTACK
LFA-1/ICAM-1
a4b1/VCAM-1
Lymphocytes mémoire
à tropisme cutané
CCR10/CTACK
CCR10/CTACK
Chimiokines et immunité non spécifique
•
•
•
Les chimiokines jouent également un rôle important dans les liens
entre immunité innée et immunité acquise.
En particulier les cellules dendritiques activées par des dérivés
microbiens (peptidoglycans des BGP, lipoprotéines bactériennes,
DNA bactérien contenant des dinucléotides déméthylés CpG) et
chargées de l’antigène migrent vers les organes lymphoïdes
secondaires pour activer le système immun spécifique.
De plus les macrophages et les cellules dendritiques activés, en
périphérie sécrètent des chimiokines qui attirent différentes
classes de leucocytes.
2. L’activation des cellules dendritiques
via les TLR module l’expression de
certains récepteurs de chimiokines leur
permettant de quitter la périphérie pour
aller vers les lymphatiques, direction les
organes lymphoïdes secondaires.
2. Après activation et
phagocytose de l’antigène,
elles expriment du CCR7 et
entrent dans les lymphatiques,
direction organes lymphoïdes
secondaires.
1. Les cellules
dendritiques immatures
quittent le sang et entrent
dans les tissus grâce à
des récepteurs de
chimiokines (CCR1, 2, 5,
6, 9, CXCR4)
4. Au niveau du site
inflammatoire, la sécrétion de
chimiokines permet d’attirer et
de faire entrer les lymphocytes
effecteurs et mémoires.
3. Dans les organes
lymphoïdes secondaires,
présentation de l’antigène.
4. Au niveau du site
inflammatoire, la sécrétion de
chimiokines induite par les TLR
permet d’attirer et de faire
entrer les leucocytes.
4. Au niveau du site
inflammatoire, la sécrétion de
chimiokines par les CTLs
permet de recruter et
d’amplifier la réponse immune.
Les chimiokines et la migration des cellules effectrices
•
Après leur rencontre avec l’antigène dans les organes lymphoïdes, les
lymphocytes se différencient en cellules effectrices Th1 ou Th2 et migrent
vers les tissus périphériques où se trouvent les agents pathogènes.
•
Les Th1 expriment préférentiellement CCR5 et CXCR3 (récepteurs de
chimiokines inflammatoires) retrouvés aussi sur les macrophages activés.
–
Ils ont une importance considérable dans de nombreuses maladies (MS, RA,
diabète de type 1, Crohn, athérosclérose, psoriasis, rejet de greffe).
–
Les personnes CCR5 deficientes pourraient être moins sensibles aux maladies
inflammatoires.
•
Les Th2 responsables de la défense contre les parasites (et impliqués dans
les maladies allergiques type asthme, allergies alimentaires, dermatite
atopique) expriment plutôt CCR4 et CCR8. CCR3 est exprimé sur les
éosinophiles, basophiles, mastocytes.
2 exemples de maladies principalement Th1 ou Th2 : les mécanismes
impliqués dans la migration tissulaire sont identiques (même si les
molécules sont différentes).
Molécules d’adhérence et chimiokines
en pathologie - Quelques exemples
LAD (Leukocyte Adhesion Deficiency Disease)

LAD type I :






LAD I variants (ou LAD type III)




Mutation dans le gène codant pour CD18
Pas d’expression en surface des intégrines de la famille b2 (En fait, différents niveaux
d’expression)
Le fonctionnement des neutrophiles est fortement altéré car ils utilisent les b2
intégrines pour adhérer à l’endothélium, migrer, ingérer des microorganismes
recouverts de C3bi : grande sensibilité aux infections bactériennes.
Pas d’infections virales majeures ni de trouble de HSR (compensation par d’autres
intégrines)
Les formes graves : greffe de moelle
Expression normale ou légèrement diminué des intégrines b1, b2 et b3
Fonction très altérée des intégrines (avec troubles hémorragiques comme dans GT)
Défaut d’activation commun « inside-out »
LAD type II :




Défaut congénital de fucosylation des ligands des sélectines (et d’autres
glycoprotéines)
Anomalies infectieuses proches des LAD-I (mais moins sévère en particulier car à
faible vitesse l’adhérence à l’endothélium reste possible)
Retard mental, troubles de croissance, groupe sanguin de type Bombay
Defaut de transport de ADP-fucose du cytoplasme vers le RE
HIV

Gp120/gp41 viral se fixe sur le CD4 (sous-population des cellules T et
macrophages)

Co-récepteurs : CXCR4 (entrée dans les cellules T) et CCR5 (entrée
dans les macrophages et T activés)
Les mecanismes d’entree du VIH dans les lymphocytes T
HIV
•
•
•
•
•
•
•
Les cellules effectrices CD4 Th1 sont CCR5/CXCR3 : elles migrent dans
les tissus périphériques en particulier au niveau des sites de transmission
virale comme la muqueuse génitale et digestive.
Elles sont infectées en premier (souches virales R5) et en retournant vers
le sang et les organes lymphoïdes favorisent la dissémination virale.
L’atteinte de ces cellules altère la réponse antivirale (Th1 effectrices).
Le virus est ensuite libre d’infecter les cellules CD4 CXCR4 (cellules
naïves qui recirculent entre les organes lymphoïdes).
L’apparition des virus X4 (coexistence de souches R5 et X4) est associée
à une accélération de la chute des CD4 et à une progression clinique de la
maladie
Il est probable que la pression du système immun entraîne une
diversification de gp120 et une altération de l’usage des co-récepteurs.
Application : développement de bloqueurs des co-récepteurs (petites
molécules, peptides, anticorps, chimiokines altérées…)
•
Les souches virales R5 (anciennement dites à tropisme
mono/macrophage) et X4 (anciennement dites à tropisme lymphocyte T)
HIV

Homozygotes CCR5 D32 et hétérozygotes

Associé également (dans certaines études) à un risque diminué (asthme), une évolution
moins sévère (polyarthrite rhumatoïde), un début retardé de la maladie (slérose en plaque).

Déplétion des lymphocytes CD4+ du tractus digestif (CCR5+).
Rejets au cours des transplantation

Au cours de la reperfusion (après la phase d’ischiémie) il y a sécrétion
de nombreuses chimiokines qui attirent les lymphocytes, monocytes,
cellules présentatrices.

Au cours du rejet aigu on trouve dans les biopsies rénales des
chimiokines et leurs récepteurs associées aux Th1 (comme CCR5 et
CXCR3) : les rejets d’organes dans ces modèles de souris KO sont
très retardés.
Chimiokines et cancer



De nombreux cancers humains produisent des chimiokines et
expriment des récepteurs de chimiokines.
La production de chimiokines, l’expression des récepteurs des
chimiokines et leur signalisation sont modifiés
Les conséquences :





Contrôler l’importance et la composition de l’infiltrat
leucocytaire
Permet de modifier la réponse immune
Favorise l’angiogénèse
Favorise la croissance de la tumeur (croissance et apoptose)
Migration et métastases
Cancer

Les récepteurs des chimiokines peuvent être exprimés sur des cellules
cancéreuses et contribuer à l’apparition de métastases dans des lieux précis
(cancer du sein et mélanomes malins)

Cancer du sein : expriment CXCR4 et CCR7 dont les ligands se trouvent dans
les ganglions, le foie, les poumons, la moelle osseuse

Mélanomes malins expriment en plus CCR10 (dont le ligand CTACK est exprimé
au niveau de la peau)
Les CAMs leucocytaires et endothéliaux cibles de
l’immunothérapie dans les maladies inflammatoires ?





L’inflammation est une réponse physiologique majeure (et
bénéfique) de l’organisme à l’invasion d’agents infectieux et à
l’agression tissulaire
Inappropriée, non ou mal contrôlée, persistante, elle devient
néfaste et conduit à, contribue à ou aggrave de nombreuses
pathologies (ischiémie-reperfusion, maladies inflammatoires, autoimmunes…)
Le recrutement des leucocytes sanguins vers les tissus est
essentiel à la réaction inflammatoire.
Survient au cours d’un processus comprenant plusieurs étapes
séquentielles (et plus ou moins superposées)
Le blocage d’une de ces étapes (par interférence avec une
molécule clef) devrait permettre de bloquer le processus dans son
ensemble
Les CAMs leucocytaires et endothéliaux cibles de
l’immunothérapie dans les maladies inflammatoires ?



Suppression des CAMs à la surface des cellules endothéliales en
inhibant le TNF-a ou l’IL-1 (AcM, récepteurs solubles).
Les corticostéroïdes, les AINS inhibent l’expression des CAMs
inflammatoires et des chimiokines (en particulier en interférant
avec la voie NF-kB).
Les statins bloquent l’activation des intégrines (bloquent
l’activation de Rap1 - « inside-out »).
Les intégrines cibles de l’immunothérapie dans les maladies inflammatoires : beaucoup d’études
mais des résultats décevants ?
Les CAMs leucocytaires et endothéliaux cibles de
l’immunothérapie dans les maladies inflammatoires ?


Des modèles précliniques très prometteurs
Des résultats cliniques décevants pour les sélectines et l’intégrine
b2 (avec des exceptions comme le psoriasis, asthme) en particulier
dans les syndromes d’ischiémie-reperfusion.




Surestimation de l’importance réelle de ces voies ?
Voies redondantes ?
L’effet des anti-aL pourrait être secondaire à d’autres effets que
le blocage de LFA-1 (en particulier intervient dans la
présentation de l’antigène)
A l’opposé cibler les a4 intégrines est efficace dans plusieurs
maladies (comme la sclérose en plaque)




Maladies pour lesquelles les lymphocytes jouent un rôle
prépondérant
Autres modes d’action (exocytose, production de cytokine,
motilité..)
Moins immunosuppresseur que les anti-b2 (qui miment LAD-I &
II)
Efficacité et effets secondaires à long terme ?
L’exemple de la sclérose en plaque
L’exemple du psoriasis
Le rapport benefice/risque ?
NEJM 2005, July
Brief Report: Progressive Multifocal
Leukoencephalopathy after Natalizumab Therapy for
Crohn's Disease
G. Van Assche and Others
Summary | Full Text | PDF
Brief Report: Progressive Multifocal
Leukoencephalopathy Complicating Treatment with
Natalizumab and Interferon Beta-1a for Multiple Sclerosis
B.K. Kleinschmidt-DeMasters and K. L. Tyler
Summary | Full Text | PDF
Brief Report: Progressive Multifocal
Leukoencephalopathy in a Patient Treated with
Natalizumab
A. Langer-Gould and Others
Summary | Full Text | PDF