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Chapitre 11 – L'immunité adaptative Les bactéries sont des cellules (procaryotes, sans noyau) qui se multiplient par des divisions cellulaires successives. La plupart des bactéries pathogènes se multiplient dans le milieu extracellulaire. (Exceptions : Listeria, et aussi le bacille de Koch, responsable de la tuberculose, qui se multiplie dans les cellules pulmonaires.) Les virus, en revanche, ne sont pas des cellules et ont obligatoirement besoin, pour se multiplier, de pénétrer à l'intérieur d'une cellule de notre organisme et de détourner son fonctionnement pour lui faire fabriquer de nouvelles particules virales. Comment l'immunité adaptative permet-elle d'éliminer efficacement les pathogènes présents dans le milieu extra-cellulaire ? Même question pour les cellules infectées par un pathogène (ou devenues anormales, ex. cancéreuses). I. L'immunité adaptative est spécifique Voir activité 24 et doc. 1 p. 310. Tétanos et diphtérie sont deux maladies différentes dues à des bacilles (=bactéries en forme de bâtonnets) : bacille tétanique et bacille diphtérique. Ces bacilles se multiplient dans le milieu extra-cellulaire de l'organisme ; chacun produit une toxine, petite protéine toxique pour l'organisme, qui est responsable des symptômes de la maladie. La toxine tétanique entraîne le blocage en position contractée (=tétanos) des muscles ; les symptômes commencent autour de l'endroit où les bacilles ont pénétré, puis se propagent à tout l'organisme ; la mort survient par blocage des muscles de la cage thoracique normalement responsables des mouvements respiratoires. La toxine diphtérique entraîne les symptômes d'une très grave angine et aboutit à la mort du patient. Le vaccin anti-tétanique consiste en l'injection de la toxine tétanique partiellement dénaturée par chauffage. D'après le doc. 1 p. 310, on constate que le vaccin contre un agent pathogène donné (ici le bacille tétanique) prépare le système immunitaire à neutraliser rapidement et efficacement ce pathogène (ce qui permet la survie des cobayes). Cette réponse, dite adaptative parce qu'élaborée suite à une première rencontre avec le pathogène, est spécifique : elle ne protège pas contre un autre agent pathogène (le bacille diphtérique ici). II. L'immunité adaptative implique différentes catégories de lymphocytes, qui coopèrent Doc. 3 p. 311. Les lymphocytes font partie des leucocytes (globules blancs) ; ce sont des cellules grossièrement sphériques, pourvues d'un gros noyau. Différentes catégories de lymphocytes se distinguent par les molécules qu'ils portent à leur surface : – lymphocytes B : présence de …………………… (= anticorps membranaires) à leur surface; – lymphocytes T : présence de ……………………… à leur surface, avec en plus : – la protéine …………… à la surface des lymphocytes T CD4 (ou "T4") ; – la protéine …………… à la surface des lymphocytes T CD8. Lire le document 2 p. 310. En déduire quel est le principal agent par lequel l'immunité adaptative aide à éliminer les antigènes extracellulaires (toxine diphtérique ici). Même question pour les antigènes intracellulaires (bacille de Koch ici). Justifier. …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… Doc. 4 p. 311. On prélève les lymphocytes de souris en draînant leur circulation lymphatique à l'aide d'un tuyau, et on place ces lymphocytes en culture. Ensuite, on arrête la production de cellules immunitaires chez ces souris par irradiation. On réinjecte alors à ces souris seulement certaines catégories de lymphocytes. Que peut-on déduire des résultats de cette expérience ? …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… Chapitre 11 – L'immunité adaptative 1/8 globules rouges de mouton (GRM) lymphocytes D'après cette expérience, quelles cellules sécrètent les anticorps ? Qu'est-ce qui permet de l'affirmer ? …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2 Tous les lymphocytes sont produits au départ dans la moelle osseuse rouge (doc. 3 p. 325). - Les lymphocytes B (B pour Bone marrow : moelle osseuse) subissent leur maturation directement dans la moelle osseuse ; - tandis que les lymphocytes T (T pour thymus), après avoir quitté la moelle osseuse, doivent aller dans le thymus, organe situé en arrière du sternum, pour subir une maturation. Voir paragraphe VII. Moelle osseuse et thymus sont les organes lymphoïdes primaires. Ces organes libèrent des lymphocytes B et T naïfs (=n'ayant pas encore rencontré l'antigène contre lequel ils sont spécifiquement dirigés). Ces lymphocytes naïfs circulent ensuite régulièrement d'un organe lymphoïde secondaire (ganglions lymphatiques...) à un autre en empruntant la circulation lymphatique et la circulation sanguine. S'ils rencontrent l'antigène qu'ils sont capables de reconnaître spécifiquement, ils se multiplient alors et se différencient (voir III, IV, V). III. Les lymphocytes T auxiliaires, pivots des réactions immunitaires adaptatives 1. Activation des lymphocytes T CD4 en LT auxiliaires On s'intéresse ici aux lymphocytes T CD4. (Le mécanisme d'activation des LT CD8 est semblable, mais le résultat est différent, voir paragraphe V.) Doc. 3 p. 313. Les lymphocytes T portent des récepteurs T qui reconnaissent spécifiquement l'antigène (sous la forme d'un fragment peptidique issu de la digestion du pathogène lors de la phagocytose) associé à une molécule du CMH, le tout porté à sa surface par une cellule présentatrice de l'antigène (voir chapitre 10 – II. 1). Seuls les lymphocytes portant à leur surface un récepteur T de forme complémentaire de celle de l'antigène vont alors réagir : on parle de sélection clonale. Ces lymphocytes spécifiques de l'antigène vont alors se multiplier, formant en quelques jours un clone de milliers de cellules ( prolifération). La plupart des cellules du clone vont alors se différencier en lymphocytes T auxiliaires (ou LTH, H=helper). Cependant, certaines cellules du clone resteront provisoirement inactives et ne s'activeront que lors de la prochaine rencontre avec le même antigène : ce sont des cellules mémoire. 2. Rôle des LT auxiliaires Les lymphocytes T auxiliaires sécrètent des cytokines (dont l'interleukine 2 ou IL2 qui stimule la prolifération des LT CD4 et CD8 activés). Certaines cytokines stimulent les cellules phagocytaires sur le lieu de l'infection (voir chapitre 10-II.2). Elles stimulent également l'activation des lymphocytes B spécifiques du même antigène (voir IV.4). IV. Les anticorps, agents du maintien de l’intégrité du milieu extracellulaire 1. Reconnaissance de l'antigène par les immunoglobulines Doc. 1 et 2 p. 312 + activité 25. Toutes les immunoglobulines (=anticorps) sont constituées de quatre chaînes, deux chaînes lourdes et deux chaînes légères. Chaque chaîne comporte une partie constante et une partie variable. La partie variable des chaînes lourdes et légères est responsable de la reconnaissance spécifique de l'antigène. Les deux sites de reconnaissance d'une immunoglobuline sont identiques dans leurs parties variables et reconnaissent donc le même antigène. 2. Rôle des anticorps : la formation des complexes immuns Voir activité 24 et doc. 1 p. 316. Les molécules diffusent de façon radiale dans Chapitre 11 – L'immunité adaptative 3/8 la gélose à partir de chacun des puits. La vitesse de diffusion dépend de la taille des molécules. L’apparition d’un précipité blanchâtre marque l’agglutination des protéines antigéniques. Si on avait fait la manipulation avec, dans le puits 1, du sérum provenant d'un lapin non immunisé, on n'aurait eu aucun arc de précipitation : les anticorps sont produits seulement après un premier contact avec un antigène (l'albumine de bœuf ici). De plus, ces anticorps sont spécifiques de l'antigène en question : ils ne forment de complexe immun qu'avec cet antigène. Les immunoglobulines (anticorps) circulent dans le milieu extracellulaire (milieu intérieur de l'organisme : plasma sanguin, lymphe), et agissent en se liant spécifiquement aux antigènes qui ont déclenché leur formation. Antigènes et anticorps fixés dessus constituent le complexe immun. (Voir aussi doc. 2 p. 317) 3. Elimination des complexes immuns Les cellules phagocytaires (macrophages, granulocytes...), expriment des récepteurs de la partie constante des anticorps, qui leur permettent de fixer les complexes immuns. Ils les éliminent alors par phagocytose (voir doc. 3 p. 317 et ci-contre). 4. Production des anticorps Voir docs p. 2 de ce polycopié. Les anticorps sont produits par des lymphocytes B sécréteurs = plasmocytes. De très nombreux clones de lymphocytes B préexistent avant tout contact avec l'antigène. Chacun porte à sa surface des immunoglobulines membranaires (ou anticorps membranaires) capables de reconnaître un antigène et un seul : chaque clone de lymphocytes B est spécifique d'un antigène. Chapitre 11 – L'immunité adaptative 4/8 La reconnaissance d’un antigène donné par un lymphocyte B porteur d’une immunoglobuline spécifique de cet antigène (« sélection clonale ») entraîne la multiplication de ce lymphocyte (prolifération) et la formation d’un clone de lymphocytes B ayant la même spécificité. Les lymphocytes B obtenus se différencient pour certains en plasmocytes sécréteurs d'anticorps et pour d'autres en lymphocytes B mémoire. Schéma à connaître : schéma-bilan de la production d'immunoglobulines Les immunoglobulines sont centrales dans la lutte contre les pathogènes extra-cellulaires. En ce qui concerne une infection par un virus (ex. virus de la grippe), les immunoglobulines dirigées contre les protéines virales peuvent bloquer la pénétration des virus dans les cellules, mais ne peuvent pas agir sur les cellules déjà infectées. Comment celles-ci sont-elles éliminées ? (voir V) V. Les lymphocytes T cytotoxiques, agents du maintien de l’intégrité des populations cellulaires Les cellules infectées par un virus ou un autre agent pathogène intracellulaire exposent à leur surface des fragments peptidiques issus des protéines du pathogène ; ces fragments sont associés à des molécules du CMH. Les lymphocytes T cytotoxiques LTc, par leurs récepteurs T spécifiques, reconnaissent ainsi les cellules infectées. Cette reconnaissance déclenche un mécanisme d’élimination de la cellule infectée (« baiser de la mort », voir doc. 1 p. 318) : le LTc libère notamment une protéine appelée perforine, qui s'insère dans la membrane de la cellule à éliminer et forme des canaux permettant l'entrée et sortie libre d'ions ; cela entraîne la mort de la cellule ; les débris cellulaires sont ensuite éliminés par les cellules phagocytaires). Les lymphocytes T cytotoxiques (LTc) portent à leur surface la molécule membranaire CD8. La production de lymphocytes T cytotoxiques à partir de lymphocytes T CD8 naïfs repose sur des étapes (sélection, prolifération, différenciation) voisines de celles conduisant à la production de plasmocytes ou de lymphocytes T auxiliaires (voir doc. 2 p. 319). Comme pour les autres types de lymphocytes, certaines cellules du clone se différencient immédiatement en LTc, mais d'autres deviennent des cellules mémoires. VI. Le S.I.D.A., un effondrement des défenses immunitaires causé par un virus S.I.D.A. : Syndrome d'ImmunoDéficience Acquise (=A.I.D.S. en anglais) V.I.H. : Virus de l'Immunodéficience Humaine (=H.I.V.) Le VIH est un virus fragile qui ne survit pas en dehors de l'organisme. La contamination par le VIH se fait donc par l'intermédiaire de liquides organiques provenant d'une personne infectée : le sang, le sperme, les sécrétions vaginales, le lait. Plus de 33 millions de personnes vivent actuellement dans le monde avec une infection à VIH. Le VIH est transmis par voie sexuelle, par voie sanguine, ou de la mère à l'enfant (au cours des derniers jours de la grossesse, au cours de l'accouchement, ou au début de l'allaitement). Les cellules cibles du VIH sont essentiellement les lymphocytes T CD4. Une fois que le virus a pénétré dans un de ces lymphocytes, son ARN est rétrotranscrit en ADN grâce à une enzyme du virus (transcriptase inverse ou rétrotranscriptase). Cet ADN viral s'intègre alors dans l'ADN de la cellulehôte. Immédiatement ou après un délai qui peut aller jusqu'à plusieurs années, le génome du V.I.H. va alors s'exprimer, par transcription et traduction de ses gènes, et provoquer la production de nombreuses particules virales par la cellule infectée. Ces nouveaux virus bourgeonnent à la surface de la cellule (qui finit par mourir) et vont infecter de nouvelles cellules cibles. (doc. 1 p. 322) Ainsi, le V.I.H. entraîne la disparition progressive des lymphocytes T CD4, ce qui empêche la production d’anticorps contre des agents microbiens variés et l'activation des cellules phagocytaires. Cela permet l’apparition de maladies opportunistes (infections et cancers). Les conséquences de l’effondrement des défenses immunitaires prouvent qu’en permanence les mécanismes immunitaires sont à l’œuvre et montrent le rôle essentiel des lymphocytes T CD4 dans la majorité de ces réactions. Chapitre 11 – L'immunité adaptative 5/8 VII. La maturation du système immunitaire, un processus permanent Tout au long de la vie, des cellules souches de la moelle osseuse se multiplient pour former de nouveaux lymphocytes B et T. Grâce à des mécanismes génétiques originaux, l'organisme produit des lymphocytes T et B capables collectivement de reconnaître une diversité quasi-infinie d'antigènes (pour les cellules B, voir document joint en couleurs ou doc. 1 p. 324). Rappel : chacun de ces lymphocytes ne reconnaît qu'un seul antigène, il lui est spécifique. Parmi ces lymphocytes, certains sont capables de reconnaître des molécules appartenant à notre propre organisme, on dit qu'ils sont “autoréactifs”. D'autres sont capables de reconnaître des molécules appartenant à des micro-organismes symbiotiques (présents dans notre gros intestin notamment). Ces lymphocytes sont potentiellement dangereux pour notre organisme ; ils sont donc éliminés (doc. 2 p. 324 et 4 p. 325). Ce processus de maturation a lieu dans la moelle rouge des os pour les lymphocytes B (Bone marrow=moelle osseuse), dans le thymus pour les lymphocytes T. Seuls des lymphocytes non dangereux pour notre organisme sont libérés dans le sang et vont coloniser les organes lymphoïdes secondaires (sinon, cela entraîne une maladie auto-immune). Conclusion du chapitre La réponse immunitaire adaptative, qui n'existe que chez les Vertébrés, est due à une catégorie de leucocytes : les lymphocytes. Elle est spécifique d'un antigène donné (micro-organisme ou molécule étrangère à l'organisme) ; cette spécificité est due à une complémentarité de forme entre une portion de molécule de l'antigène et : – le récepteur T situé sur la membrane de chaque lymphocyte T réagissant contre cet antigène ; – les immunoglobulines, membranaires puis libres, produites par les lymphocytes B qui réagissent contre cet antigène. La réponse immunitaire adaptative implique plusieurs catégories de lymphocytes, qui coopèrent entre elles. Elle aboutit : – à la production, par les plasmocytes, d'immunoglobulines capables de se fixer spécifiquement sur l'antigène lorsque celui-ci circule à l'état libre dans l'organisme, formant ainsi des complexes immuns; – à la production de lymphocytes cytotoxiques capables de reconnaître spécifiquement et de provoquer la mort des cellules infectées par un agent pathogène (ou des cellules cancéreuses). Les complexes immuns et les débris cellulaires sont alors éliminés par les cellules phagocytaires (qui font partie de l'immunité innée) : la réponse immunitaire adaptative et la réponse immunitaire innée se complètent et permettent en général, ensemble, d'éliminer l'agent pathogène. Les lymphocytes auxiliaires, par leur production de cytokines, sont indispensables à l'activation des lymphocytes B et des lymphocytes T CD8 naïfs. Ils stimulent aussi l'action des cellules phagocytaires. Les lymphocytes auxiliaires jouent ainsi un rôle pivot dans les réactions immunitaires. Le V.I.H., en s'attaquant aux lymphocytes auxiliaires, provoque un affaiblissement progressif puis un effondrement des défenses immunitaires. La maturation des lymphocytes est un processus permanent qui permet normalement d'éviter que des lymphocytes s'attaquent à des molécules appartenant à notre propre organisme ou à nos symbiotes. Mots et expressions-clés : - cellule présentatrice de l'antigène - lymphocytes B, plasmocytes - immunoglobulines (=anticorps) - séropositivité - lymphocytes T CD4, lymphocytes T auxiliaires - interleukine 2 (IL2) - lymphocytes T CD8, lymphocytes T cytotoxiques - sélection, amplification, différenciation clonales. Chapitre 11 – L'immunité adaptative 6/8 A insérer dans le chapitre 11 - VII A insérer dans le chapitre 11 - VII A insérer dans le chapitre 11 - VII Activation Activation Schéma-bilan des réactions immunitaires adaptatives Chapitre 11 – L'immunité adaptative 8/8
