29/10/15 POUILLY Nakya L2 CR : Juliette Phélip TSSIB Pr F

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TISSU SANGUIN ET SYSTEME IMMUNITAIRE - Le Complexe Majeur d'Histocompatibilité
29/10/15
POUILLY Nakya L2
CR : Juliette Phélip
TSSIB
Pr F.VELY
12 pages
Le Complexe Majeur d'Histocompatibilité (CMH)
Plan :
A.Généralités
I. Définitions
II. Des ligands pour le TCR
III. Les molécules du CMH
B. Aspects génétiques
I. Quelques rappels de génétique
II. L'organisation génomique
III. Structure des CMH I et II
IV. Contrôle génétique et régulation de la réponse immunitaire
V. Expression des molécules du CMH
C. Mode d'action
I. Les cellules présentatrices de l'antigène (CPA)
II. La dynamique de la réponse immunitaire
III. La mise en place des ligands pour le TCR
D. La famille des molécules du CMH
E. Applications biomédicales
(ouvrage de référence en immunologie : immunobilogy Janeway & Travers)
A.Généralités
I.Définitions
Le système immunitaire est un système complexe qui se doit de différencier le soi du non soi (et notamment le
non-soi dangereux comme les éléments pathogènes du non-soi commensale comme les bactéries intestinales).
Le complexe majeur d'histocompatibilité CMH est une dénomination valable pour toutes les espèces, il est
nommé plus spécifiquement HLA (Human Leukocyte Antigen) pour l'homme.
Nous ne sommes pas égaux face à la maladie, chaque personne réagira différemment et cela est régulé en
grande partie par un set de gènes (HLA) dont on va hériter de nos parents.
Cette inégalité est due au fait que le CMH se définit comme un ensemble de gènes très polymorphes qui
codent pour des molécules qui sont des marqueurs du soi : glycoprotéines (superfamille des
Immunoglobulines Ig, c'est à dire une molécule ancrée dans la membrane et qui présente des domaines
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extracellulaires semblables à ceux des Ig) et alloantigènes.
Cette mosaïque antigénique constitue la carte d'identité de l'individu. La transmission est dite « mendélienne ».
Ce complexe a un rôle essentiel dans le rejet de greffe et les réponses immunitaires.
Attention : les glycoprotéines appartiennent à la superfamille des Ig mais ce ne sont pas des Ig !
Un des rôle principal de ces molécules d'histocompatibilité va être de présenter des peptides aux lymphocytes T
(Qui ont des fonctions soit cytotoxiques lorsqu'ils sont sous forme CD8 soit auxiliaire sous forme CD4 qui vont
participer à la réponse immunitaire par la sécrétion de cytokine) .
II. Des ligands pour le TCR
Les LT ne sont capables de reconnaître l’antigène (AG) qu'en association avec
les molécules du CMH , on parle de « restriction par le CMH ».
Il existe donc une co-reconnaissance « CMH + AG » par les LT. On aboutit
alors à un complexe tri-moléculaire « CMH-AG-Récepteur T ».
Sans la présence d'un CMH, la réponse immunitaire adaptative est inefficace.
III. Les molécules du CMH
Les molécules du CMH se divisent en 3 classes :
•
Les molécules du CMH de classe I sont exprimées sur toutes les cellules nucléées ce sont donc
des marqueurs du soi. Ces molécules vont êtres importantes pour contrôler le rejet de greffe
(dissociation entre informations du soi/non soi et danger/non danger). Les cellules de classe I
seront capables de présenter des peptides aux lymphocytes cytotoxiques (CD8) .
•
Les molécules du CMH de classe II sont restreintes aux cellules présentatrices d'antigènes
(cellules dendritiques, LT et macrophages ; ces cellules vont être capable de prendre en charge
un antigène, de le présenter sous dorme de peptides aux LT CD4 ) et elles participent aux
coopérations cellulaires.
•
Les molécules du CMH de classe III existent sous forme soluble dans le plasma, ce sont des
protéines du complément.
B.Aspects génétiques
I.Rappels de génétique
Le premier degré de diversité est un système multigénique. L'ensemble des gènes codant pour les CMH se
trouvent sur le bras court du chromosome 6. Chaque classe est codée par plusieurs gènes.
Ainsi on va s'intéresser à :
- 3 gènes HLA de classe I : HLA-A, HLA-B, HLA-C
- 3 gènes HLA de classe II : DP, DQ, DR
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HLA classe I au niveau du chromosome 6 ne possède qu'une chaine tandis que HLA classe II en possède deux,
une alpha et une bêta (c'est pourquoi on observe deux segments géniques).
Quelques rappels de génétiques :
Locus : Position géographique sur un chromosome où se trouve un gène ou un groupe de gènes. Par exemple
ici le locus HLA classe I est localisé sur le bras court du chromosome 6
Allèle : Gène occupant un même locus avec une différence de quelques nucléotides et ayant des effets
différents sur un même caractère.
Haplotype : combinaison de gènes différents sur un même chromosome. On possède donc un haplotype
maternel et un haplotype paternel.
II.L'organisation génomique
Polymorphisme génétique multi-allélique
Pour chaque locus il existe de nombreux allèles (parfois plusieurs centaines) ayant des effets différents sur un
même caractère. Chaque individu est hétérozygote pour la plupart de ses gènes HLA de classe I et de classe II.
Cette caractéristique rend chaque individu quasiment unique.
Polymorphisme de la protéine correspondante (allotype HLA)
Chaque allèle code pour une protéine caractérisée par un ou plusieurs acides aminés variants comparée aux
protéines codées par d'autres allèles. Ces quelques acides aminés qui diffèrent vont conférer des propriétés
différentes à chaque personne en terme de défense immunitaire.
Codominance et transmission en bloc
-Codominance : phénotype = génotype (c'est à dire que si un individu possède un gène il possédera également
la protéine correspondante)
-Transmission en bloc : Comme les gènes sont localisés très près géographiquement, c'est tout le bloc qui est
transmis. Il y a donc très peu de crossing-over.
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Le nombre d'allèles décrit chez l'homme à ce jour pour chacun des locus HLA classe I (728 allèles décrites à ce
jour pour HLA-B, 210 allèles HLA-C et 414 allèles HLA-A) est extrêmement important.
Il y a deux segment géniques pour les molécules DP, DQ et DR, La diversité pour HLA II est essentiellement
portée par la chaine bêta qui a beaucoup plus de polymorphisme que la chaine alpha.
Le polymorphisme est beaucoup plus important pour les classes I que pour les classes II.
Nomenclature des molécules HLA (pas à savoir) : Il y a le nom du gène HLA-A, suivi des numéros de la
famille allélique 02 et de l'allèle dans cette famille.
Ainsi l'organisation génomique se base sur deux systèmes :
– système multigénique
– système multi-allélique lié au grand nombre d'haplotypes
Pour chaque locus il existe 10 à 100 gènes ayant des effets différents sur un même caractère. Pour chaque locus,
il existe entre 3 et 72 allèles différents. Et chaque allèle aura des propriétés différentes de celles de son voisin.
Chaque individu est hétérozygote sur chaque locus HLA, par exemple si je suis HLA-A2 sur mon chromosome
paternel j'ai peu de chance d'être HLA-A2 sur mon chromosome maternel.
Il va être excessivement difficile de retrouver dans la population une personne qui va présenter sur tous les loci
exactement les mêmes allèles HLA que soi. Un grand nombre d'individus sont hétérozygotes pour les HLA de
classe I et II ce qui enrichit la réponse immunitaire. Cette caractéristique rend donc chaque individu quasiment
unique car il est quasiment impossible de trouver les 6 mêmes allèles pour HLA chez 2 individus différents sauf
dans une même famille.
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Le polymorphisme HLA :
Un enfant est né d’un père dont les deux haplotypes HLA de classe I sont: A2/B27/Cw3 et A2/B54/Cw3 et
d’une mère dont les deux haplotypes HLA de classe I sont: A2/B13/Cw3 et A3/B27/Cw4.
1.Quel est le nombre maximal de molécules HLA classe I différentes que l’on peut trouver à la surface
de cellules nucléées d’un individu?
Quels sont les haplotypes possibles pour cet enfant ?
J'ai deux chromosomes et sur chaque chromosome j'ai 3 loci HLA classe I (A, B et C). Si tous les allèles sont
différents j'ai 6 molécules HLA classe I différentes à la surface des cellules nucléées. Il est possible d'en avoir
moins si le sujet est homozygote pour certains locus (c'est le cas ici pour le père qui a 2 A2 et 2 Cw3).
L'enfant peut avoir 4 haplotype différents.
2.Chez quel membre de la famille ai-je le plus de chance de trouver un donneur HLA identique pour cet
enfant?
Si je choisis le père ou la mère, ils ne pourront donner qu'un des deux haplotypes identiques puisque j’hérite
d'un chromosome paternel et d'un chromosome maternel.
Le plus compatible ne peut être qu'un frère ou une soeur si celui-ci a pris le même haplotype du père avec le
même haplotype de la mère. Plus il y a de frères et soeurs plus j'ai de chances de trouver un donneur.
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III.Structure des CMH de classe I et II
Ces molécules sont des glycoprotéines appartenant à la famille des Ig, glycosylées dans la partie extracellulaire.
Ces glycoprotéines présentent des homologies de structure.
1.CMH de Classe I
Elle se compose d'une chaîne lourde α ancrée à la membrane avec
3 domaines extracellulaires (α1, α2, α3).
Cette chaîne va s'associer à une petite protéine nommée β2
microglobuline (elle stabilise la molécule) qui est codée par un
gène localisé sur le chromosome 15 (et non pas le chromosome 6)
et qui a un rôle stabilisateur.
La zone fonctionnelle de cette molécule est une «poche à peptide»,
celle-ci est très polymorphe et se compose des domaines α1 et α2
(avec deux hélices alpha et un plancher de feuillet bêta).
Le TCR sera alors capable de reconnaître les acides aminés présents
sur le peptide et la poche à peptide.
2.CMH de classe II
La configuration 3D dans l'espace est similaire à celle des HLA de
classe I.
Ce sont des hétérodimères formés d'une chaîne α et d'une chaîne β à
2 domaines extracellulaires chacune :α1 et α2 d'une part et β1 et β2
d'autre part.
Ces deux chaînes sont ancrées à la membrane.
La poche à peptides est une cavité formée par les domaines α1 et β1
(on a donc une collaboration de deux chaines différentes).
C'est grâce à la structure primaire et secondaire que l'on peut voir
les différences avec la molécule du CMH de classe I.
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IV.Contrôle génétique et régulation de la réponse immunitaire
Commet expliquer ou se trouve cette variabilité allélique ?
On vient de voir que les molécules de classe I et II se ressemblent énormément alors qu'il peut y avoir jusqu'à
700 allèles différents. Des chercheurs ont donc séquencés des molécules HLA afin de déterminer la localisation
de la variabilité en terme de séquence. Sur le schéma si dessus, les pics plus foncés sont les zones où ils ont pu
observer le plus de variabilité au niveau des allèles. Si on regarde bien ou ces zones sont localisées, on observe
qu'elles se trouvent dans la zone de la poche à peptide.
Au niveau des HLA de classe II, la variabilité se trouve surtout au niveau de la chaine bêta et plus précisément
de domaine bêta 1 de cette chaine.
V.L'expression des molécules du CMH
Les molécules du CMH I sont exprimées par toutes les cellules nucléées. En revanche, celles du CMH II sont
principalement exprimées par les cellules présentatrices de l'antigène (CPA => LB, macrophages, cellules
dendritiques), les LT activés et les cellules épithéliales thymiques.
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C.Mode d'action des CMH
L'élément déclenchant de la réponse immunitaire est la capacité du TCR à reconnaître le bon complexe CMHpeptide. Ce mécanisme s'accompagne de nombreux signaux de co-stimulation. Sans molécule du CMH, la
réponse immunitaire adaptative n'est pas possible.
I. Les CPA
-Les cellules dendritiques sont spécialisées dans la présentation de peptides provenant
principalement de virus
-Les macrophages sont spécialisés dans la présentation des peptides provenant de microorganismes extracellulaires.
-Les cellules B sont spécialisés dans la présentation de peptides provenant d'antigènes
solubles.
II.La dynamique de la réponse immunitaire
En temps normal, la peau et les muqueuses (premières barrières cutané) protègent des agents pathogènes, mais
s'il y a des lésions cutanées, les bactéries peuvent entrer dans l'organisme où elles sont immédiatement
phagocytées par des macrophages ou des cellules dendritiques immatures (qui sont a l'interface entre innée et
adaptative) au niveau des tissus, c'est à dire qu'elles vont participer à la phagocytose mais elles ne sont pas
encore des CPA.
Ces dernières vont se rendre vers le ganglion par voie lymphatique en maturant : elles se mettent à exprimer
HLA classe I et II associés à des peptides phagocytés.
Elles rentrent dans le ganglion au niveau de la zone T-dépendante à la rencontre des LT naïfs possédant un seul
type de TCR en terme de spécificité. Leur objectif est donc de trouver le LT naïf ayant le bon TCR mais la
compatibilité est rare, ainsi les cellules dendritiques vont visiter plusieurs ganglions.
Enfin quand le peptide est reconnu, le LT avec le bon TCR s'active et produit des clones très nombreux. Ils se
rendent sur le site de l’infection par chimiotactisme et coopèrent avec les LB pour déclencher la production
d'anticorps (les anticorps vont booster la phagocytose via leurs récepteurs). Si c'est un LT auxiliaire, il y aura
sécrétion de cytokines capables de booster les macrophages et les polynucléaires neutrophiles (PNN). Ce
mécanisme dure 5 à 7 jours. L'immunité non spécifique utilise ce délai pour faciliter l'accès futur de l'immunité
spécifique, en rendant par exemple l'endothélium beaucoup plus perméable ou en produisant des facteurs
chimiotactiques.
III.La mise en place des ligands pour le TCR
Très important : la reconnaissance dépend du type de LT . Ainsi , les CMH classe I sont reconnus par les LT
cytotoxiques (CD8) et les CMH classe II par les LT auxiliaires (CD4) !
Comment va se faire l’assemblage entre les molécules du CMH et les peptides ?
Tous les peptides dérivés de protéines endogènes synthétisées par les cellules : endoantigènes, sont présentés
par les molécules CMH I qui interagissent avec la molécule CD8 ( LT cytotoxiques).
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Tous les peptides dérivés de protéines exogènes : exoantigènes sont présentés par les molécules CMH II qui
interagissent avec la molécule CD4 (LT auxiliaires).
Il y a tout un système de sécrétion et d'expression des protéines qui part du réticulum endoplasmique, dans le
Golgi puis dans des vésicules et qui va permettre d'être soit sécrété soit exprimé à la surface.
A l'inverse, au cours d’événements de phagocytoses, des vésicules sont créées, des endosmoses se forment pour
aller fusionner avec des structures lysosomiales pour former des endolysosomes dont le pH et les molécules
enzymatiques vont permettre la dégradation des protéines présentes.
Ce système est majeur pour l’établissement des complexes d’histocompatibilité associés aux peptides.
1.Voie de la classe I
Les HLA de classe I doivent présenter des antigènes qui sont synthétisés à l’intérieur de la cellule (des peptides
endogènes (endoantigènes) , c'est d'ailleurs pour ça qu'elles sont reconnues par les LT cytotoxiques, qui ont
pour mode d'action principal la lyse de cellule principale), il se trouve que toute cellule est équipée d'une
machinerie enzymatique capable de dégrader les protéines (protéines mal folder, protéines vieillissantes...) et
cette machinerie s'appelle le protéasome. Et donc au cours de ce passage dans le protéasome des protéines
vont être dégradées en peptide or dans la voie du réticulum endoplasmique il y a la néo-synthèse de molécule
de HLA de classe I (CMH I). Ce réticulum endoplasmique est équipé de transporteurs nommés « TAP » (TAP
1 et TAP 2) qui permettent de faire passer ces peptides à l'interieur du réticulum endoplasmique, ils y seront
associés au CMH I. Le complexe formé est ensuite transporté à la membrane plasmique.
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En fonction des allèles HLA que vous avez (classe I ou classe II) vous ne pourrez fixer les mêmes peptides or
quand on doit réagir face au virus de la grippe, certains peptides se fixeront mieux sur le CMH de telle ou telle
personne.
On est pas tous égaux face aux pathogènes. L'intérêt de cette diversité est la survie de l'espèce, il y a peu de
risque qu'un même virus puisse éradiquer tous les individus.
2.Voie de la classe II
Les HLA de classe II sont spécialisés dans la présentation des antigènes qui sont capturés à l’extérieur. Le LB a
un BCR qui va capter l'antigène par une interaction antigène-anticorps et il va internaliser ce complexe
directement après. Les macrophages sont capables de faire de la phagocytose (facilitée ou simple) donc ils
englobent des particules (particules virales, complexes antigènes-anticorps..). Certaines cellules possèdent
également à leur surface le récepteur FC des Ig qui vont pouvoir fixer des complexes antigène-anticorps puis
ensuite les internaliser.
Donc lors de l'internalisation soit des particules virales soit des antigènes libres ou couplés à des anticorps, il y
a des voies lysosomales et endosomales qui vont dégrader les protéines a coup de pH, d'activités enzymatiques
et puis il y aura néo-synthèse de molécules HLA de classe II et au cours de la maturation il y aura fusion entre
les compartiments de dégradation de ce qui a été phagocyté et la voie de sécrétion des molécules
d'histocompatibilité.
Ces CMH vont ainsi se charger avec des peptides antigéniques.
Cependant dans le réticulum endoplasmique il y a une protéine qui va bloquer la poche à peptide, ainsi rien ne
peut se fixer tant que cette protéine (protéine CLIP) est présente, elle restera en place tant qu'il n'y a pas eu
fusion avec l'endolysosome. Pour désamorcer l'occupation, une autre molécule de classe II vient le retirer au
moment de la fusion avec les vésicules de dégradation. Le complexe formé est ensuite transporté à la membrane
plasmique.
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3.La restriction par les molécules du CMH
La reconnaissance de l'antigène par les LT est strictement restreinte par les molécules du CMH :
– si on a le même allèle de HLA I mais un peptide différent, il n'y a pas de reconnaissance.
– si le peptide est identique mais l'allèle de HLA I change, il n'y a pas de reconnaissance.
Un TCR reconnaît un complexe composé d'un CMH et d'un peptide et un même TCR ne pourra pas reconnaître
la même molécule d'histocompatibilité si elle à un peptide différent. De la même manière un peptide capable de
se fixer dans deux molécule d'histocompatibilité différentes de sera pas reconnu par le même TCR. Donc c'est
vraiment un couple molécule d'histocompatibilité-peptide qui est reconnu par un TCR.
D.La famille des molécules du CMH
Les HLA-A, HLA-B et HLA-C sont classiques, très polymorphiques. Mais il existe également des molécules
qu'on qualifie de non-classiques : Les HLA-E et HLA-G
Elles sont beaucoup moins polymorphiques.
Il y a également des molécules « HLA classe I like » comme MICA e t MICBA qui sont des molécules
induites par un stress. C'est à dire qu'elles sont exprimées naturellement mais à un taux très bas, et au cours d'un
phénomène de stress vous avez des molécules qui sont up-régulées et qui deviennent des ligands activateurs
pour les cellules NK ou pour des lymphocytes T cytotoxiques. Et à ce moment là les ligands vont activer la
réponse immunitaire cellulaire.
Ces molécules HLA classe I (A-B-C) sont en fait des ligands pour des récepteurs inhibiteurs des NK qui font
que lorsque le NK doit tuer ou ne pas tuer il va palper les cellules et s'il trouve du classe I sur la cellule qu'il
rencontre cela signifie que c'est une cellule en bonne santé ce qui freine son activité.
Par contre une cellule tumorale va activer NK.
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Donc une molécule HLA classe I sert à présenter des ligands activateurs pour le lymphocyte T et pour les NK.
Elle sert de marqueur du soi afin d'éviter d'être visée par ces dernières.
Puis il y a ces molécules HLA-E et HLA-G.
HLA-G est particulièrement impliquée dans la tolérance immunitaire notamment dans l’interface foetomaternelle puisque les seuls lymphocytes présent au niveau du trophoblaste sont les cellules NK et les seules
molécules HLA présentent sont souvent HLA-G.
Enfin, cette molécule CD1, il y a une proportion de lymphocytes T un peu particuliers qui utilisent toujours le
même TCR (V 2 4 et V 11 chez l'homme) et qui sont appelés iNKT, qui ont des propriétés d'immunité innée,
qui sont importants dans la réponse anti-tumorale qui secrètent des grosses quantité d'iNK très rapidement et
qui ont cette molécule CD1 qui reconnaît des glycolipides et donc qui joue aussi un rôle important dans
l'immunité infectieuse et anti-tumorale.
Les molécules HLA classe I et les molécules HLA classe I like vont vraiment réguler la réponse immunitaire.
Il y a deux mots importants à retenir :
La réponse des lymphocytes T est restreinte par les molécules d'histocompatibilité, restreinte signifie qu'elle
est liée à la reconnaissance d'un complexe CMH+ peptide.
La réponse des cellules NK est régulée par les molécules HLA classe I négative.
E. Les applications médicales
Les molécules HLA, de par leur très grand polymorphisme, vont être très utilisées :
– en génétique des populations : suivre en fonction des allèles des déplacements de population
– en médecine légale : c'est une carte d'identité donc recherche de paternité par exemple
– pour les greffes et transplantations d'organes : dans la recherche de donneurs compatibles
– pour les transfusions sanguines
– pour l'étude des relations entre HLA et les maladies : pathologies auto-immunes...
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