Mémoire Immunitaire, Vaccins et Phénotypes - incertae

Dossier VIII
SVT
Leçon n° 16
Mémoire Immunitaire, Vaccins et
Phénotypes Immunitaires
Terminale
Scientifique
Enseignement
obligatoire
Introduction
Remarque préliminaire sur la conduite pédagogique : possibilité de ne pas présenter d’activité pour cette leçon, les documents seront alors présentés à l’élève en rétroprojection. Mais possibilité aussi de faire uen activité qui exploitent les documents du manuel (cf. activité VIII-4).
La mémoire immunitaire permet une application biotechnologique : les vaccins. Pourquoi alors la mise au point d’un vaccin anti-VIH est-il diificile alors que la vaccination virale est connue depuis longtemps ?
Par ailleurs on peut définir un phénotype immunitaire : il est à la rencontre de l’innée (par la présence de clones de lymphocytes qui participent à la
veille immunitaire) et à la rencontre de l’environnement par le hasard de la rencontre des divers antigènes .
Quelles sont les caractéristiques des réponses immunitaires primaires et secondaires suite à la rencontre de plusieurs infections par le même
antigène ?
Comment se font les vaccinations ? Quelles sont les difficultés de la mise au point d’une vaccination anti-VIH ?
Qu’est-ce que le phénotype immunitaire ?
.
I - Vaccins et mémoire immunitaire (==> activité VIII.4)
1) Réponses primaire et secondaire au cours de contacts avec un antigène
☯ Cette réponse peut être mesurée :
soit par la mesure quantitative des anticorps produits (importance
Réponses du système immunitaire lors de contacts répé-
tés avec un antigène (doc. 2a page 415 Bordas TS 2002)
des plages d’agglutination, in vitro) [immunité à médiation humorale]
Attention, il s’agit d’une courbe théorique, à comparer
soit par la mesure quantitative des lymphocytes B sécréteurs (= plasavec une courbe réelle obtenue (cf. page suivante).
mocytes) d’anticorps spécifiques [immunité à médiation humorale],
soit par la mesure quantitative des lymphocytes T cytotoxiques
[immunité cellulaire].
☯ Le 1er contact déclenche une réponse qualifiée de « réponse primaire » qui a les caractéristiques suivantes :
lente à se mettre en place (car mise en œuvre de la sélection clonale,
de la prolifération puis de la différenciation clonale),
faible d’un point de vue quantitatif (du fait de la faible quantité
d’anticorps produits),
éphémère (quelques semaines).
☯ Au contraire, le 2ème contact (avec le même antigène) déclenche une
réponse qualifiée de « réponse secondaire » dont les caractéristiques
diffèrent totalement de celles de la réponse primaire :
mise en place très rapide,
puissante par la quantité d’anticorps produits,
spécifique de l’antigène (l’injection d’un autre antigène ne déclenche pas une telle réaction),
durable (la production
Évaluation de la réponse immunitaire par le comptage du nombre de lymphocytes sécréteurs d’un antid’anticorps se fait durant corps spécifique d’un antigène donné chez la souris (doc. 1 page 414 Bordas TS 2002)
plusieurs mois).
☯ Interprétation : ce sont les
clones de lymphocytes B et
T4 mémoires spécifiques de
l’antigène qui sont réactivés : les caractéristiques de
la réponse secondaire sont
les conséquences de l’existence des clones mémoires
de lymphocytes B et lymphocytes T4 ; leur durée de
vie (plusieurs années -voire
plusieurs dizaines d’années),
leur quantité présente dans
l’organisme (beaucoup plus
nombreux que les lymphocytes B / lymphocytes T4
vierges) et leur propriété
biologique (activation très
rapide donc rapidement opérationnels) expliquent ces
caractéristiques de la réponse secondaire.
p. 1
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2) Application: la vaccination
a) Exemples de vaccinations : calendrier
des vaccinations
☯ Tuberculose, diphtérie, tétanos, coqueluche, poliomyélite, hépatite B, rougeole, oreillons, rubéole,
grippe sont des pathologies plus ou moins graves
pour lesquelles il existe des vaccins ;
☯ La nature du vaccin et le protocole de vaccination (période de vaccination, nombre d’injections
de rappel…) diffèrent selon les vaccinations;
b) La nature de l’agent vaccinant
Calendrier des vaccinations (doc. 1 page 412 Bordas TS 2002)
☯ Agents vaccinants : virus tué ou inactivés, protéi-
nes virales ou toxines microbiennes atténuées sont
injectés dans l’organisme.
☯ On injecte donc dans le système immunitaire des
agents ayant conservé leur pouvoir immunogène
(antigènes susceptibles de provoquer une réponse
du système immunitaire (plasmocytes, lymphocytes
T cytotoxique et clones mémoires) mais ayant perdu leur pouvoir pathogène (ne peuvent plus se
multiplier ou produire une toxicité pour l’organisme).
Remarque : En pratique, une seule injection de l’agent
vaccinant ne suffit pas : nécessité de rappels
(exemple : vaccination contre l’hépatite virale B).
Réponses du système immunitaire lors de contacts répétés avec un antigène : cas concret du taux d’anticorps
anti-HBS lors d’une vaccination contre l’hépatite virale
B (doc. 2b page 415 Bordas TS 2002)
Propriétés particulières du VIH : capacités offensives et défensives (doc. 1 page 416 Bordas TS 2002)
p. 2
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b) Les préparations vaccinales
☯ Injectées, elles visent à augmenter les anticorps anti-VIH et augmenter le
nombre de lymphocytes T cytotoxiques, cellules tueuses :
Les préparations vaccinales (doc. 5 page 417
Bordas TS 2002)
Les protéines d’enveloppes gp120 obtenues par génie génétique
(bactéries génétiques modifiées -OGM- avec insertion gène codant pour la
gp120 puis sécrétion par les bactéries de la gp120 qu’il reste à purifier, suite
à l’expression chez ces organismes du gène).
Les virus recombinant : il s’agit du canarypox (virus des oiseaux inoffensif pour l’Homme) dans lequel on a incorporé dans son génome viral des
gènes codant pour des protéines de l’enveloppe virale.
☯ La stratégie vaccinale utilise souvent les 2 types de préparations : les virus
recombinants pour déclencher la primo réaction puis injections de protéines d’enveloppe pour les injections de rappel.
Remarques :
+ce type de vaccination est en phase III (les essais thérapeutiques qui précèdent la mise
sur le marché d’un vaccin ou d’un médicament comportent 4 phases, la phase I teste la sécurité
(recherche d’effets indésirables éventuels chez un nombre limité de volontaires sains), la phase
II teste l’immunogénicité (vérification de l’effet thérapeutique chez des volontaires sains et
recherche du mode d’administration le plus efficace), la phase III teste l’efficacité (comparaison
des effets entre un échantillon de volontaires malades ou de population à risque et un échantillon témoin ayant reçu un placebo) et la phase IV teste, à grande échelle l’efficacité (se fait après
la mise sur le marché du produit et recherche des contre-indications éventuelles).
+ ce type de vaccination est destiné aux séropositifs : chez ce sujets, cette vaccination
pourrait à moyen terme remplacer les polythérapies (dont les effets secondaires sont très lourds
à supporter et surtout inconnus à long terme).
Origine des cellules sanguines
Toutes les cellules sanguines se forment dans la moelle
osseuse (moelle rouge des os). Elles se forment à partir de
cellules-souches. Ces cellules-souches, totipotentes ou
pluripotentes se renouvellent toute la vie.
Les cellules-souches pluripotentes donnent 2 lignées
de cellules :
1) Origine des clones de lymphocytes T4, lymphocytes
• les cellules souches myéloïdes ou lignée myéloïde à
l'origine des cellules phagocytaires.
T8 et lymphocytes B
• les cellules souches lymphoïdes ou lignée lymphoïde
☯ Quelques rappels (leçon n°15) :
à l'origine des lymphocytes B et T.
Les lymphocytes B, lymphocytes T4 et lymphocytes T8 sont pro Le renouvellement de toutes les cellules sanguines
est constant (= existe pour toute) mais est variable, dans sa
duits dans la moelle osseuse ; ils subissent leur maturation dans les
durée, d'une catégorie à une autre (un milliard de lymphoorganes lymphoïdes centraux : moelle osseuse (lymphocytes B) ou
cytes produits par jour).
thymus (lymphocytes T4 et lymphocytes T8).
Organes lymphoïdes
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Un lymphocyte possède 10 anticorps membranaires (pour les
Les cellules immunitaires (et en particulier les lymphocytes) ont pour origine la moelle osseuse. Cette moelle
lymphocytes B) ou récepteurs T (pour les lymphocytes T4 et lymosseuse est un organe lymphoïde central. Les lymphocyphocytes T8) reconnaissant le même antigène.
tes d'abord circulants peuvent être temporairement tissu On nomme clone tous les lymphocytes B ou lymphocytes T poslaires notamment dans les ganglions lymphatiques (qui
sédant le même anticorps ou le même récepteur T) ; on évalue à plusont nommés organes lymphoïdes secondaires) avant de
recirculer.
sieurs milliers de cellules(millions ?) le nombre de cellules d’un clo Les organes lymphoïdes : Chez l'adulte, toutes les cellune avant le contact antigénique (après activation clonale, les populales du système immunitaire naissent dans la moelle osseutions passent à 210 voire 220 cellules !).
se alors que chez le foetus elles apparaissent dans le foie.
2) Répertoire immunologique
Elles migrent ensuite, par le sang et la lymphe vers différents organes.
☯ Lors de la maturation des lymphocytes B et des lymphocytes T dans
• les organes lymphoïdes primaires ou lymphoïdes
les organes lymphoïdes centraux, les lymphocytes se dotent par leurs
centraux sont le siège de la différenciation et de la matuanticorps membranaires ou par leurs récepteurs T, d’un système de
ration des cellules du système immunitaire. C'est essenreconnaissance de tous les antigènes possibles : tous les antigènes
tiellement pendant la vie foetale que les lymphocytes y
"apprennent" à reconnaître les antigènes du soi qui, par la
d'organismes vivants existants (toxines bactériennes, protéines
suite, seront tolérés. Certains effectuent leur maturation
virales ...), des composés chimiques de synthèse non représentés
dans le thymus et sont appelés lymphocytes T (T pour
dans la nature mais aussi toutes les molécules du soi.
thymus), d'autres dans la moelle osseuse et sont dits lym☯ On nomme répertoire immunitaire ou répertoire immunologique
phocytes B ( B pour bone marrow).
• les organes lymphoïdes secondaires ou lymphoïdes
d’un individu l’ensemble de tous les récepteurs pouvant reconnaître
périphériques sont des lieux de passage et d'accumulation
ces plusieurs millions / milliards (?) d’antigènes différents (108 à 109
des cellules immunitaires. Ce sont aussi des lieux de rentypes d’antigènes différents - certains ouvrages récents avancent le
contre avec les antigènes entraînés par la lymphe vers les
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nombre 10 - ce nombre est à vérifier !).
… / ...
ganglions ou par le sang vers la rate ; c'est pourquoi ces
organes secondaires sont souvent le point de départ des
réactions immunitaires spécifiques.
II - Le phénotype immunitaire : interaction entre
génotype et environnement
p. 3
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b) Le répertoire immunologique (suite)
☯ Un petit nombre de gènes interviennent durant
cette synthèse des anticorps membranaires ou des
récepteurs ; ces gènes ne sont fonctionnels qu'au
cours de la maturation (ils ne le sont pas dans la
cellule-oeuf ni dans les cellules souches). Ces gènes sont constitués d'un assemblage de fragments
géniques. A partir de ce "pool" de fragments géniques, un de ces fragments est sélectionné au
hasard parmi tous les possibles et participe avec
un autre fragment génique d'un autre gène pour
constituer le gène final responsable de la synthèse
d'une protéine spécifique du récepteur.
==> il y a donc réarrangement au hasard
des fragments de gène (donc réarrangements
aléatoires) à partir d'un petit nombre de gènes
constitués de quelques fragments / segment géniques pour synthétiser la grande variété des récepteurs. Ce réarrangement de fragments géniques est
la conséquence de réarrangements chromosomiques (par exemple par délétion de fragments de
chromosomes). Ces réarrangements chromosomiques diffèrent donc d'un lymphocyte à l'autre.
☯ Dans les organes lymphoïdes centraux sont détruits tous les lymphocytes B et lymphocytesT4 /
T8 qui reconnaîtraient les molécules du soi. Après
cette élimination (les mécanismes sont hors programme), les lymphocytes B et lymphocytes T
sont aptes à reconnaître, à distinguer le soi du nonsoi : on dit qu’ils ont acquis une immunocompétence ; ces lymphocytes B, T4 et T8 immunocompétents migrent alors vers les organes lymphoïdes
périphériques (ganglions lymphatiques, rate,
amygdales…) et participent à la grande « veille
immunologique ».
3) Le phénotype immunitaire
☯ Le phénotype immunitaire représente toutes les
potentialités du système immunitaire à un moment
donné. C’est donc le reflet du répertoire immunitaire.
☯ Il dépend du génotype (du pool de fragments géniques des gènes intervenant dans la synthèse des
anticorps membranaires ou des récepteurs T des
lymphocytes, mais aussi des réarrangement chromosomiques qui interviennent dans cette genèse).
☯ Il dépend de l’environnement :
+ la rencontre accidentelle d’antigènes a
pour conséquences de sélectionner certaines clones, d’augmenter les populations de ces clones et
de faire apparaître des clones mémoire de longue
durée.
+ la vaccination modifie artificiellement le
phénotype immunitaire en faisant également apparaître des clones lymphocytaires mémoires.
Répertoire immunologique
« ... Chaque lymphocyte n'exprime qu'un seul type de récepteur, une seule
spécificité. Il y a donc, dès la naissance, avant toute stimulation antigénique,
préexistence des récepteurs membranaires spécifiques, préexistence d'un répertoire de récepteurs des spécificités ; le système immunitaire est inné. C'est la
mémoire du contact avec des antigènes qui est acquise au cours de la vie. Dès
lors, on comprend que le non-soi ait aussi sa préexistence virtuelle, son répertoire des possibles. N'est antigène qu'une structure chimique, un détail déterminant, un épitope susceptible d'être reconnu par un probable récepteur de spécificité innée, ancré sur quelques cellules immunocompétentes. La réaction immunitaire devient un exercice de probabilité de rencontre entre les termes complémentaires puisés dans deux répertoires...»
Jeanne Hatem-Fredric, in "réflexion pédagogique pour l'enseignement de l'immunologie dans les
classes de second cycle" Cndp
Réarrangement génique au cours de la maturation lymphocytaire
« ... . Un véritable ballet s'effectue au niveau de ces gènes au cours de la
différenciation des cellules spécialisées. Il y a des pertes, des remaniements, des
aboutages ... et cet agencement qui semble le fruit du hasard, entièrement
aléatoire, est finalement différent selon les lignées cellulaires ... Ce phénomène
extraordinaire a lieu avant même que n'intervienne un quelconque antigène.
Autrement dit, tout le répertoire est prêt avant même que quelque gène ait été
"vu"...» J. Tavlitzki, in "Douze clés pour la Biologie" aux Editions Belin
Exemple : la synthèse des anticorps membranaires des Lymphocytes B : les
gènes sont portés par des chromosomes différents : chromosomes 14 pour les
chaînes lourdes (partie constante + partie variable) ; chromosomes 2 et 22 pour
les chaînes légères. 3 sortes de gènes "V", "D" et "J" du chromosome 14 codent
pour la partie variable de la chaîne lourde. "V", "D" et "J" sont respectivement
constitués environ de 150, 30 et 6 fragments géniques (on dit que le gène existe
sous forme de pièces détachées).
Acquisition de l’immunocompétence (aptitude à distinguer le soi du non-soi) :
Le mécanismes de sélection des lymphocytes B et T présente un point commun : les pré-lymphocytes B et T qui reconnaissent le soi sont éliminés
dans les organes de la maturation (respectivement moelle osseuse et thymus);
En effet, des cellules de la moelle osseuse (= cellules non immunitaires de la
moelle osseuse) et des cellules du thymus exposent à leur surface membranaire
toutes les molécules possibles, tous les antigènes possibles du soi. Les prélymphocytes qui ont une forte affinité pour ces antigènes du soi (= liaisons
fortes entre les récepteurs lymphocytaires et les antigènes du soi) sont détruits).
De tous les lymphocytes initiaux ne restent que ceux qui possèdent les antigènes
du non-soi : ces lymphocytes sont dits immunocompétents ; ne deviennent immunocompétents que les lymphocytes portant des récepteurs (immunoglobulines
ou récepteurs T) qui ne se lient pas fortement aux auto-antigènes.
cas particuliers des lymphocytes T : ces lymphocytes T sont doués d'une
double reconnaissance (marqueur HLA / antigène porté par le HLA) ; la sélection des lymphocytes T se ferait en deux temps :
• dans la périphérie du thymus (= zone corticale) seuls les lymphocytes T qui
ont une affinité pour les marqueurs HLA seraient conservés (les cellules chargées de la sélection présentent les marqueurs des 2 classes de HLA sans présenter les épitopes du soi) : c'est la sélection positive des lymphocytes T.
• dans la partie centrale du thymus (= zone médullaire) une 2ème sélection
des lymphocytes T se fait parmi des candidats qui ne possèdent tous que des
récepteurs capables de reconnaître les HLA de classe I ou II ; cette sélection se
fait grâce à des cellules thymiques dont les HLA présentent des épitopes du soi
et cette fois-ci sont éliminés, détruits ceux qui reconnaissent les antigènes du
soi : c'est la sélection négative des lymphocytes T.
5 % seulement des pré-lymphocytes T à l'issue des 2 opérations de sélection
deviennent immunocompétents.
==> La variabilité du système immunitaire est une caractéristique qui permet d’assurer
la stabilité de l’organisme.
p. 4
… / ...
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