S***Q

La réponse Immunitaire
et
sa régulation
DFGSM2 Rangueil 2011-12
Michel Abbal
Quelques rappels
CPA
CD8 naïf
CD8 activé
Présentation
de l’Ag
CD4 naïf
Activation
du lymphocyte
CD4 activé
Prolifération
Expansion
(clonale)
CD8
CD8
CD4
CD4
Mémoire
Vie longue
effecteur
Vie courte
effecteur
Vie courte
Mémoire
Vie longue
Les différentes interactions cellulaires
initiatrices d’une réponse
CD4
B
CD4
CD8
CD8
Les molécules membranaires :
HLA peptide TCR, BCR épitope, les cosignaux
Les molécules solubles : cytokines
Schématisation simplifiée de l’activation de la
réponse humorale et cellulaire
CPA
Phagocytose - Présentation
Ag
B
Sélection
CD8
CD4
Multiplication
Différenciation
Th
Cytotoxicité Neutralisation
Tcytotox
Ac
Plasmocyte
La constitution des répertoires
Cellule souche
Le hasard
Puis l’élimination des clones autoréactifs
L’Ag sélectionne et entraine
la prolifération des clones spécifiques
Comment les lymphocytes se "parlent"
Des molécules à la membrane cytoplasmique
des récepteurs
Une cellule
Un lymphocyte
des molécules solubles
cytokines,
lymphokines,
interleukines,
Ligands et
leurs
inhibiteurs
Médicaments
modernes
Contact
intercellulaire
Activation
ou
Inhibition du
lymphocyte
Médiateurs
solubles
8
Chaque cellule a son rôle dans la réponse immune
Treg
Th
B
T cytotox
CPA
9
Le CD4
aide le CD8
CD4
CD8
aide le B
CD4
B
Le CD4 est dit h (helper) parce qu’il aide d’autres cellules à faire
mais il peut aussi empêcher, il est alors dit régulateurs (on n’ose
10
pas dire suppresseur)
Mais le CD4 peut inhiber la
réponse immune des autres
lymphocytes
(c'est un Trégulateur "Treg ")
CD4
CD8
11
Mais la réponse immune est
beaucoup plus complexe
Il y a plusieurs modes de réponses :
dues à des sous populations de CPA et de lymphocytes
impliquées
Mais surtout il y a des non réponses :
Par ignorance (non présentation, pas de cellules spécifiques..)
Active (tolérance)
L’immunité humorale
Définition :
Humorale (les humeurs = liquides)
sang (sérum, plasma),
LCR,
larmes, sécrétions(muqueuses, lait)
tous les liquides extra-cellulaires
Sérique limitée en principe au sérum mais de portée
beaucoup plus large, en raison de son exploration facile
et de sa connexion (équilibre ,) avec tous les
compartiments extra cellulaires de l’organisme.
Répartition des Ig
dans les différents compartiments
sang
Autres liquides
En principe en équilibre mais avec des coefficient de
diffusion variables suivant les barrières (exemple sang/LCR)
Généralités sur la production des anticorps
Préexistence dans la moelle avant tout contact avec l’antigène
(génération aléatoire du complexe VDJ donc de l’activité
anticorps)
La production en quantité importante est déclenchée par les
contacts antigéniques
Disponibilité grande
(de par leur grande solubilité et donc diffusion dans tous les
espaces extracellulaires)
meilleure diffusion des IgG / aux IgM
Affinité qui va augmentant avec :
les stimulations antigéniques
les isotypes IgG > IgM
Les phases indépendantes et
dépendantes de l’antigène
Indépendante : Dans la moelle
Génération au hasard de la spécificité anticorps
par réarrangement VDJ.
Elimination des auto-anticorps (voir Thymus pour les T)
Passage dans la circulation de lymphocytes B
exprimant une IgM qui vont coloniser rate et
ganglions
Dépendante de l’antigène :
Contact épitope IgM de membrane (BCR) entraîne
L’activation de la cellule avec l’aide d’un CD4Th et
16
de co-signaux CD40-CD40L & B7CD28
Signaux de vie ou d’activation
Au stade immature dans la moelle :
seulement 10% des B survivront
si l’antigène entre en contact avec l’IgM de membrane :
la cellule se met en apoptose.
Or les seuls antigènes (en principe présents) dans la
moelle sont des auto-antigènes. C’est donc un moyen
de faire "le ménage" => sélection négative des B
Au stade mature :
Si Th et co-signaux => activation
Cellule mémoire
Différenciation en plasmocyte
17
Lieu d’activation des lymphocytes B
Pour les antigènes circulants : majoritairement dans la rate
Pour les antigènes tissulaires :
dans le ganglion de drainage et in situ
Chronologie des contacts avec l’Ag
Réponse primaire :
la première
Réponse secondaire :
la seconde
Réponse anamnestique : se souvient encore bien
qu’apparemment il n’y ait plus d’anticorps !
18
Un dialogue à 3 ou à 2 pour
une réponse humorale
Ces cellules sont regroupées et en contact étroit par la
présence de l'antigène ou ses épitopes dans un ganglion
CD4
CD4
B
B
CD
Le lymphocyte B reconnait un Le lymphocyte B joue dans
un premier temps le rôle de
épitope à la surface de la
CPA
CPA
Le CD4 active le B
Dynamique de la réponse humorale
Titre
IgG ou IgA ou IgE
IgM
Temps
Réponse
primaire
Premier
contact
Deuxième contact
Réponse
secondaire
20
(semaines)
Dynamique de la réponse humorale
Temps de Isotype Titre
Ac
latence
Premier contact
avec l’antigène
Deuxième et
xième contact
avec l’antigène
Long
IgM
Faible
Durée Affinité
Ac
Courte Faible
(1 semaine)
Court
(qq jours
à qq
heures)
Autre que
Elevé Longue
IgM
21
Forte
Pourquoi cette différence de temps de
réponse en réponse primaire et secondaire ?
Muqueuse
Lymphatique
Ganglion
Lors de la première rencontre avec l’antigène :
Il y a peu de cellules avec le bob récepteur à l’antigène
Lors de la deuxième rencontre avec l’antigène :
il y a beaucoup plus de cellules répondeuses donc une
probabilité de rencontre entre les différents partenaires
plus grande, donc plus rapide.
Conséquences pratiques
Les rappels lors des vaccinations
La datation des contacts antigéniques à des
fins (grossesses à risque)
diagnostiques (rétrospectives)
décisionnelles thérapeutiques
Datation des évènements
Mise à profit des changements du profil anticorps
consécutifs aux contacts successifs avec l’Ag:
Changement d’isotype
IgM = primaire
Autre que IgM (le plus svt IgG) = secondaire,
mais "mélange possible d’isotypes"
Taux des anticorps (titre +- élevé)
mais dépendant du moment de l’exploration
D’ou grande prudence pour interpréter des résultats et
recours à un deuxième prélèvement dans un intervalle
de temps bien précis pour consolider l’interprétation
24
L’environnement de l'antigène conditionne
en partie l'isotype en réponse secondaire
Muqueux : IgA et IgG
Pb des vaccins oraux
Sous cutanée ou IM (vaccins) : IgG
Des doses faibles répétées : IgE ?
Mais surtout le type de coopération avec les T CD4 et les
cytokines en présence
25
CD28 B7
Th
B
CD40 CD40L
IFNg
IL-5
B7 CD28
IL-4
Th
IgG
IgA
IgE
26
L’orientation vers une réponse humorale
Antigène
CPA
(CD2>CD1)
Th
(Th2 > Th1)
Cytokines
Il-3,4,5,6
Antigène
CPA
(CD1>CD2)
Th
(Th1 > Th2)
Cytokines
IL-12,IFNg
L’orientation vers une réponse27cellulaire
Régulation de la réponse humorale
Par le taux circulant de l'isotype
un des effets des IvIg
(ex : peut être la désensibilisation en transplantation).
Par le taux circulant de la spécificité anticorps
par blocage par les Ac circulants de l'accès des
épitopes au BCR
par inhibition de l’activation des lymphocytes B
par des Ig non membranaires fixées sur
l’antigène et liées par le FcgRII membranaire du
lymphocyte B
Par l'équilibre du réseau idiotype anti-idiotype
28
Le Complexe BCR
Ig de membrane
V
V
V
V
C
C
C
C
C
C
CD 79 a CD 79 b
S
S
S
S
Site anticorps = interaction
avec l’épitope de l’antigène
CD 79 a CD 79 b
C
C
S
S
S
S
Membrane cellulaire
I
T
A
M
I
T
A
M
Transduction du signal
29
Interactions membranaires
activatrices du lymphocyte B
antigène
C3d
CD21
CD19
S
S
S
S
I
T
A
M
Transduction du signal
30
antigène
Rôle d’anticorps préexistants dans l’inhibition
du lymphocyte B
antigène
C3d
Anticorps
préexistant
soluble
CD21
CD19
S
S
CD32 (FcgRIIb)
(récepteur pour le fragment
Fc des IgG)
Transduction du signal
31
Fonction des anticorps
Actifs sur les germes extra cellulaires
(mais aussi intracellulaires comme les virus en empêchant leur
diffusion de cellule à cellule (vaccins anti viraux très efficaces)
Neutralisation
toxines ex : botulinique
fonction :
agrégation, adhésion, mobilité des bactéries :
(ex : strepto & caries dentaires;
pili des gonocoques)
médicament : insuline et résistance chez le
diabétique traité
Agglutination (in situ)
Précipitation (in situ)
Hémolyse (complément dépendante)
Opsonisation (coopération avec les phagocytes)
ADCC
(coopération avec les cellules NK)
Exploration des Ig
Qualitative : électrophorèse & immunofixation
distribution :Polyclonale , oligoclonale, monoclonale
Quantitative ou dosage
Isotypes en routine : (dosage pondéral)
IgG IgA IgM (explo de l’immunité)
sous classes des IgG
IgE (explo de l’allergie)
Spécificité : c.à.d. mesure de l'activité anticorps
sérodiagnostic, titrage
In situ : (biopsies, frottis )
étude des cellules productrices d'Ig
ou dépôts d'Ig sur des cellules ou des organites
(membranes basales,..)
33
Electrophorèse des protéines
seriques
Test qualitatif et semi quantitatif pour les IgG
34
Dosage des Ig
Taux des isotypes
à interpréter en fonction de l'age.
en fonction de la pathologie
ex : cachexie, pertes urinaires, digestives
Taux des activités anticorps
à interpréter en fonction des normes spécifiques
expressions en Unités +ou- arbitraires
reproductibilité
précision
Coût d’un dosage des IgG IgA et IgM
remboursement secu B85 (85 x 0.27 = 23 €)
35
La réponse cellulaire
Pr Michel Abbal
Faculté de médecine Toulouse Rangueil
P2 année 2010-11
Etat fonctionnel des
lymphocytes T
1 Naïf
n'a pas encore rencontré l'antigène
2 rencontre l'antigène:
activation (priming)
3 A rencontré l'antigène ; s’est différencié soit en
effecteur
mémoire
anergique
Des marqueurs de membrane sont utilisés pour
caractériser les états fonctionnels des lymphocytes T
Ce ne sont pas de véritables marqueurs d’activation mais
un ensemble de marqueurs plus ou moins associés à un état.
Treg
T activé
T mémoire
T naif
CD4+, CD62L+, CD45Ro+Ra-, Foxp3+, CD25h
Gitrh
CD25+, CD38+, HLADR+
CDCD45Ro+, CD28+
CD4+, CD45Ra+, CD62L+
38
Un dialogue à 2 3 ou 4 pour initier une réponse
CD
TCD4
TCD8
B
Ces 3 cellules sont regroupées et en contact étroit par la
présence de l'antigène ou ses épitopes dans un ganglion
Le B reconnaissent un épitope sur la molécule native ou un
fragment exposé à la surface de la CD.
Le T reconnaissent un épitope dans une molécule HLA de la
CD ou du B qui joue dans un deuxième temps le rôle de CD.
Le CD peut activer à lui seul un CD8
Le CD4 active ou inhibe les TCD8 ou les B.
Le complexe TCR
des lymphocytes T
CD3g
S
S
S
S
v
C
v
V
V
V
C
C
C
C
CD79b CD79a
CD79a CD79b
C
S
S
S
CD3e
V
CD 3d
CD3e
S
S
S
S
C
C
C
I
T
A
M
C
I
T
T
A
A
M
M
S
S
I
T
A
M
Pour comparaison
BCR
I
S
S
Les différents lymphocytes T
1 TCD4 ou Th ou T4 (auxiliaire, amplificateur, régulateurs )
subdivisés en : Th1 Th2 Th17 et ….
2 TCD8 ou T8 ou cytotoxiques (Tc ou CTL)
(les NK ne sont pas partie des lymphocytes T
entre autre, parce qu’ils n’ont pas de TCR)
(cas particulier des lymphocytes NKT et MAIT ….)
T naïves, activées et mémoires
Les T naïfs sont plus abondant chez le nourrisson, l'enfant et
l'adulte que chez le sujet âgé (on cite une barrière fatidique à
70 ans !)
Les T mémoires sont de plus en plus nombreux au fur et à
mesure que l'on accumule "des expériences" et donc avec
l'age. Chez le sujet très âgé il n'y a que des cellules
mémoires. Les stimulations (vaccinations ) sont alors plus ou
moins productrices suivant le « vécu historique » de cet
organisme.
Chez l'adulte il y a environ une cellule naïve (pour un
antigène particlier) pour 104 à 107 lymphocyte T !
L'activation des T naïfs
Cet événement a lieu en général dans un organe lymphoïde
périphérique le plus souvent un ganglion,
C'est la conséquence de l'interaction du TCR (généré par la
hasard et conservé après la sélection thymique) avec le peptide
antigénique logé dans la molécule HLA d'une cellule
présentatrice, c'est le premier signal ou signal antigénique
Mais cela ne suffit pas pour qu'il y ait activation,il faut d'autres
interactions appelées second signal ou cosignaux
Seules les cellules présentatrices apportent correctement ces
cosignaux
En absence de cosignal, il n'y a pas d'activation mais au
contraire une inactivation (inhibition du lymphocyte T), c'est
entre autre une garantie contre l'auto-immunité.
L’activation de la cellule
Résulte donc successivement :
d’un signal antigénique (premier signal)
de cosignaux (second signal)
de production de cytokines (troisième signal)
Ces signaux mettent en jeu
des interactions moléculaires
Autour de l'axe TCR peptide HLA
Une couronne d'interactions moléculaires de 2 types
mécanique
stabilisation de la liaison
activatrices
participant directement à la transduction
d’un signal
inhibitrices
La synapse immunologique
Premier signal
Second signal
Lymphocyte T
CD2
TCR
ICAM-I
HLA
CPA
Molécules
d’adhésion
CD2
LFA-1
Mise en exergue des
interactions membranaires
CD8 naïf
TCR
CD4 naïf
HLA
Classe I
HLA
Classe II
TCR
+LFA-1 ICAM-1
= adhésion
Stabilisation
de la liaison
+CD28 B7
CD40
CD40L
= co signaux
Activation
Transduction du signal via CD3
T activé
Les cosignaux
Très nombreux
certains semblent de purs stabilisateurs de la synapse
comme : LFA-1 ICAM-1
d'autres participent à l'activation
comme :
le Couple
B7-CD28
le couple
CD40-C40L
CTLA-4 désactive
L’IL2
Cytokine essentielle pour compléter l’activation du T
Son origine est essentiellement autocrine
T
h
B
TCR
HLA
Classe II
CD28
T
h
CD28
T
h
CD40
Deuxième
interaction:
CD28-B7
Activation
complète
B7
B
CD40L
Si seule, pas
d’activation
(anergie)
B7
B
C40L
Première
interaction :
MHC -peptide
-TCR
CD40
Cytokines
Troisième
interaction:
CD40L-CD40
Prolifération
La transduction du signal
La phase Initiale du signal antigénique entraîne :
La redistribution à la surface de la cellule (rapprochement
moléculaires) des parties intra cytoplasmiques du complexe
CD3-TCR
et de CD4 pour les Th
et de CD8 pour les Tc
Phosphorylation des ITAM
( grâce aux tyrosines kinases lck et fyn)
puis ZAP-70 se fixe et phosphoryle la phospholipase Cg
(PLCg)
Ensuite 3 voies possibles :
La transduction du signal
les 3 voies possibles
1
Diacyl Glycerol et du Ca++
2
Inositol Phosphate
Augmentation du Ca++
Proteine kinase C
3
Les GEF
Voie des MAP
Kinases
Activation calcineurine
NFkB
NFAT
AP-1
CPA
Signal antigénique
Signal de
prolifération
Signal de
costimulation
(premier signal)
(troisième signal)
(deuxième signal)
CD45
CD4
HLA
B-7
CD3
CD28
IL2-R
TCR
Voie de la
calcineurine
Voie des
mTOR
MAP
Kinases
mammalian
Target Of
Rapamycin
IL2
Gènes des cytokines
noyau
LYMPHOCYTE T
Cycle
cellulaire
Synthèse des
purines
Rôle de l’IL-2
CD8 activé
CD4 activé
paracrine
Il-2
Il-2
(autocrine)
(autocrine)
Expansion
Expansion
(clonale)
(clonale)
Prolifération
CD8 naïf
CD4 naïf
IL-12
IL-4
CD4 activé
CD8 activé
CD4 Th1
IFN
IL-10
CD4 Th2
Mutuellement inhibitrices
(Similaire, mais plus complexe avec Th17 et Treg)
Th1
INFg
Aide
l’Immunité cellulaire
Th2
IL-4
Aide
l’Immunité humorale
Th17
IL-17
IL-22
Treg
TGFb
IL-10
IL-12
INFg
IL-4
CD
T CD4
naïf
TGFb
IL-6
TGFb
Il-2
Favorise et maintient
l’Inflammation
Tolérance
Objectif pédagogique : montrer l’importance de l’environnement cytokinique dans
la différenciation du CD4 naïf en cellules spécialisées.
Les cytokines proviennent de l’environnement très proche (cellules épithéliales,
NK, etc…) et change en fonction des antigènes, des moments, du patrimoine
génétique de l’individu.
Les cytokines produites
Dépendent du type de Th
Th1 : IL-2, IFN-g, TNFa, IL-3, IL-15
Th2 : IL-4, IL-5, IL-3, IL-10,TGFb,
Th17 : IL-17, IL-21, IL-22
La prolifération
Elle résulte de la transduction du signal qui permet entre autre
L’expression membranaire d’un récepteur fonctionnel à l’IL-2
c’est le CD25
La production autocrine d’IL-2 qui va se lier au récepteur
Ce qui entraîne une multiplication des cellules concernées
Les conséquences de l'activation
La prolifération
La sécrétion de cytokines
La génération de cellules mémoire
La désactivation
(l’expression de CTLA-4 qui se lie à B7 et inhibe l’activation
du lymphocyte T (terminaison de la phase
d’activation).
C’est le moyen physiologiquement de terminer une
réponse).
Le T CD8 activé tue
Le CTL (Cytotoxic T lymphocyte) CD8 activé ou effecteur
exprime des molécules particulières :
Des cytokines :
IL-2, IL-3, TNF, IFN
Des molécules intracytoplasmiques secrétés à la suite d’un
contact avec une cible :
Perforine (fait des trous dans la membrane de la cellule
cible)
Granzyme injectée à travers les trous dans la cellule
cible induit une mort par apoptose
Accessoirement Du FasL membranaire
Activateur de l’apoptose d’une cellule cible porteuse de
Fas
Les cibles potentielles des T CD8
Sont des cellules :
Parce qu’il faut un contact au minimum du TCR avec
un peptide dans une molécule HLA ce qui dans la
réalité correspond à une membrane cellulaire cible.
Des cellules "anormales" :
•Infectées (germes intra cellulaires)
•Par une bactérie ou un protozoaire (en général
"camouflée" dans des vacuoles cytosologiques)
•Ex : listeria, toxoplasme, mycobacteries,
leishmanies,
•Cancéreuses
•Exprimant des antigènes tumoraux (TAA)
Cytotoxicité T dépendante
peptide
HLA
classe I
TCR
T CD8
T CD8
Fas L
Fas
Adhésion
cosignaux
Cible
Apoptose
Perforine
Granzyme
Le lymphocyte T activé se
désactive au bout
de quelques heures
Après la phase initiale d’activation, le lymphocyte T exprime
entre autre à sa membrane du CTLA-4
CTLA-4 se lie à B7 avec une affinité bcp plus grande que CD28
Il bloque le second signal ce qui désactive la cellule T
La finalité : éviter que la réaction n’aille trop loin
L’opportunité en faire un médicament pour bloquer une réponse
immune (en d’autres termes un immunosuppresseur !)
L’activation
Activation
La désactivation
Inhibition
Les NK
Ont le nom de lymphocyte mais sont des cellules de l’immunité
innée
N’ont pas de récepteur TCR (sauf rares sous populations)
En équilibre permanent entre signaux :
activateurs :
Cellules tumorales
Cellules infectées (virus)
Récepteur pour le Fc des Ig (ADCC)
inhibiteurs :
Molécules HLA
Bien d’autres
Le CD8 et le NK tuent
(avec les mêmes outils)
CD8
NK
Cible
Perforine & granzyme
Fas FsL
Cytotoxicité cellulaire NK (pas de TCR)
NK
NK
NK
Cellule cible
Infectée ?
stressée
Cellule cancéreuse
n’exprimant pas
HLA de classe I
(échappe aux T
CD8)
Cellule cible
revêtue d’anticorps
(ADCC)
Mort de
La cellule
Rôle du CMH de classe I dans l’éducation des NK
Molécule KIR d’un NK
Molécule HLA
(HLA et KIR sont codés par des gènes indépendants)
Nécessité d’une première interaction de ce type pour que la
cellule NK naïve devienne opérationnelle.
HLA (classique et MIC)
&
récepteurs des NK
HLA-BBw4
HLA-A3, A11
HLA-C (Asn77, Lys80)
HLA-C (Ser77, Asr80)
HLA-G
3DL1
3DL2
2DL1 / 2DS1
2DS2 / 2DL2/3
2DL4
HLA-A, B, C,E
LIR(ITL2)
HLA-E
NKG2A/B (CD94)
MICA & MICB
NKG2D
Les L sont inhibiteurs
et les S activateurs
Cas particulier de la réponse
d’hypersensibilité retardée
Ce n’est qu’une individualisation pour des raisons historiques
et cliniques d’une forme de réponse cellulaire T.
Elle sera vue en détail à propos des hypersensibilités
Le mécanisme des lésions est indirect par rapport aux
situations rapportées précédemment dans ce cours ou le
lymphocyte T ou NK agit directement sur sa cible.
Le lymphocyte TCD4 Th1 active un macrophage en
produisant du TNF et de l’IFN
En résumé
Cytotoxicité cellulaire T (nécessité du TCR)
Cellule cible
Macrophage
Infectée,
anormale infecté
CD8
activé
Signal antigène
Perforine
Granzyme
Mort de
la
cellule
Signal délivré par l’antigène
Co signaux
cytokines
Apoptose
Cytotoxicité NK (pas de nécessité du TCR)
NK
CD4
activé
Cellule cible infectée
ou anormale (cancer)
ou revêtue d’anticorps (ADCC)
Les effets de la réponse immune adaptative
sur les cibles
TCR
CD8
activé
HLA
Cellule Infectée
ou
anormale (cancer)
contenant
l’épitope dans sa
molécule HLA
Un lymphocyte T ne
peut "s’attaquer"
qu’à une cellule
qui porte l’épitope à
sa surface dans
une molécule HLA Mort de la
soi
cellule
Lymphocyte B
Plasmo
Ac
Cellule exprimant à
sa membrane un
antigène (épitope)
Antigène (épitope)
isolé
Neutralisation
PN
phagocytose
Mort par
phagocytose
Immunothérapie anti cancéreuse
Cellules dendritiques
antigènes
tumoraux
Cellules dendritiques
Chargées d’antigènes
Monocytes
+ GmCSF
+ cytokines
Cellules
tumorales
Biopsie
tumeur
Cibles thérapeutiques
Pour activer
apporter l’antigène pour qu’il soit apprêté et présenté cibler
les CPA et les lymphocytes effecteurs (?)
apporter des cytokines et autres facteurs de croissance
Pour inhiber
perturber les interactions moléculaires
à la surface cellulaire
action sur le peptide antigénique (?)
bloquer ou activer (?) les cosignaux avec
anticorps et molécules recombinantes
en intra cellulaire
bloquer ou activer (?) les voies de transductions
du signal.