LE LYMPHOCYTE T I. Introduction A. Généralités Les lymphocytes T constituent 80 à 85% des lymphocytes circulants. Ils sont le support majeur de l'immunité adaptative qui se caractérise par la spécificité de la réponse à un antigène et une capacité de mémoire qui permet une réponse plus rapide lors d'une seconde infection Ils jouent un rôle dans l'immunité innée (pour une petite fraction d'entre eux). Ils sont un régulateur clef de la réponse immunitaire (production de chimiokines qui modulent la réponse immunitaire). B. Récepteur T ou TCR Le lymphocyte T exprime un récepteur spécifique de l'antigène à sa surface : le récepteur T ou TCR. Il est composé de deux chaines (αβ ou γδ), il n'y a que deux types de chaines possibles. Le dimère formé par ces chaines est incapable de s'exprimer seul, il doit être accompagné par le complexe CD3. Ce récepteur ne peut pas reconnaitre des antigènes solubles, ces derniers doivent être associés à des CMH (système HLA chez l'homme). Toute cellule qui exprime CD3 est un lymphocyte T et réciproquement, toute cellule qui n'exprime pas CD3 n'est pas un lymphocyte T. Les lymphocytes T CD4 reconnaissent un peptide associé au CMHII tandis que les lymphocytes T CD8 reconnaissent un peptide associé au CMHI. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 1 II. Lymphopoïèse T A. Les étapes 1. Généralités Le lymphocyte T se développe au sein du thymus, le développement extra thymique est très marginal chez l'homme. Il est surtout présent chez les sujets qui n'ont pas de thymus. On ne connait pas bien les mécanismes d'amplification de la production périphérique. Le lymphocyte T nait d'un précurseur hématopoïétique d'origine médullaire qui garde sa capacité pluripotente (lymphocyte B, lymphocyte T, NK...) avant d'arriver dans le thymus. Quand il arrive au thymus, le précurseur s'engage dans la voie de différentiation car il y trouve l'environnement nécessaire pour (support stromale, cellules nourricières...). Une fois que le précurseur s’engage dans la voie, il devient un thymocyte jusqu’à sa maturation complète en lymphocyte T. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 2 2. Des pro-T aux simples positifs a. DN1 La première cellule porte le nom de cellule pro-T qui n'a pas d'expression de CD8- et CD4-, on dit alors qu’elle est double négative (DN1). Ces cellules n’ont pas de CD25- (récepteur à l'IL-2 jouant un rôle majeur), mais elles expriment une molécule d'adhésion CD44+ et le récepteur CD117+ qu'on retrouve chez la plupart des précurseurs médullaires. b. DN2 Cette cellule DN1 se différentie en DN2, qui garde l'expression de CD44+ et de CD117+ mais il a acquis l'expression de CD25+. C'est à ce stade qu'apparait le complexe CD3+, qui est donc exprimé avant même la production de récepteur T. Ces cellules expriment dans leur noyau Rag1+ et Rag2+. Mais à ce stade, les gènes qui codent pour la chaine α, β... sont en configuration germinale (gènes non réarrangés). c. DN3 Le réarrangement du locus qui code pour la chaine β se fait au stade DN3 ou pré-T, toujours double négatif, il garde l'expression de CD25+ mais perd l'expression de CD117- et CD44-. Un complexe apparait à la surface qui fait penser au récepteur pré-BCR des lymphocytes B. Il est composé de la chaine β en association à l'équivalent de la pseudochaine légère (molécule Pré-T α). Le complexe TCR β et PréT α s'associe à CD3 pour lui permettre d'aller en surface et d'être fonctionnel. d. DN4 Il y a ensuite le réarrangement du gène TCR α, et l'expression du récepteur pré-T disparait, on a alors coexpression de la chaine β et α du récepteur qui va être exprimée. C'est le stade DN4. La cellule n'exprime toujours pas CD4- et CD8-. Elle a perdu l'expression de CD25- et continu à ne pas exprimer CD44-. e. Stade double positif (DP) Au stade suivant, la cellule acquiert simultanément CD4+ et CD8+, ce qui correspond aux thymocytes doubles positifs (DP). Ils expriment le TCR αβ. f. Stade simple positif (SP) A partir de là il y a deux voies différentes de lymphocytes T simple positif (SP): soit le lymphocyte exprime CD4+ soit il exprime CD8+. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 3 3. Les lymphocytes T γδ Il existe un autre stade, une bifurcation entre DN2 et DN3. Une fraction des cellules DN2 n'initie pas de programme de réarrangement, mais réarrangent le locus de γ /δ pour donner des lymphocytes T γδ. La différence entre les lymphocytes γδ et les lymphocytes αβ est que la moitié des lymphocytes T γδ n'expriment ni CD4- ni CD8-. Ils sont donc double négatifs (DN) et sont retrouvés en périphérie. L'autre moitié est constituée de simples positifs (CD4+ ou CD8+). Dans cette voie de différenciation, il n'y a pas besoin de réarranger de chaine α ou β et pas de stade pré-T α, les étapes intermédiaires sont donc différentes. 4. Réversibilité Les étapes allant du précurseur au DN2 sont réversibles, si la cellule ne reçoit plus de stimulus elle peut rebrousser chemin. A partir du stade DN3 ce sont des étapes irréversibles. 5. Circulation intra thymique La cellule DN1 se trouve dans la médullaire puis s'enfonce dans la corticale où elle passe au stade DN2, DN3... L'essentiel des étapes a lieu dans le cortex. Au stade simple positif la cellule revient dans la médullaire où elle trouve les vaisseaux nécessaires à son départ. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 4 C'est dans la corticale que se trouve les cellules qui éduquent les lymphocytes T à la reconnaissance des cellules du soi et du non-soi. Les interactions du thymocyte conditionnent son devenir au sein du thymus. Ainsi le précurseur interagit avec des cellules épithéliales (cylindriques ou étoilées). Le thymocyte rencontre également des macrophages et des cellules dendritiques venu de la périphérie, qui conditionntne son devenir. B. Interactions lymphocyte T et environnement 1. Interactions faisant intervenir Notch Les molécules Notch peuvent être de trois types (Notch 1, Notch 2 ou Notch 3). Ce sont des récepteurs exprimés à la surface de la cellule T et qui reconnaissent à la surface des cellules épithéliales deux ligands : jagged et δ-like. Dès qu'il y a une interaction entre les deux, il y a changement de la conformation de Notch qui devient dans sa portion proche de la membrane accessible à la γsécrétase. Cette dernière clive Notch en deux parties, dont une partie cytoplasmique qui entre dans le noyau et se comporte comme un facteur de transcription qui permet d'activer la différentiation de lymphocyte T. Si on retire du thymus ces molécules là, on obtiendra, non pas des lymphocytes T mais des lymphocytes B. A l'inverse lorsqu'ils sont exprimés dans la moelle osseuse, on obtiendra des lymphocytes T et non des lymphocytes B. Pour produire ex vivo des lymphocytes T, on met des cellules où on force l'expression de Notch et on les met en présence avec les précurseurs T. Dans les leucémies aigue lymphoblastique T ou lymphome, il y a une mutation de Notch. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 5 2. Interaction du récepteur T avec le complexe CMH a. Présentation Chez un individu sain, les tissus sont stériles, les récepteurs T n'ont pas de chance de rencontrer des antigènes de l'étranger mais plutôt des antigènes du soi. Les cellules épithéliales expriment le gène AIRE qui permet de produire de manière ectopiques des antigènes que l'on ne retrouve pas normalement dans le thymus (entre 300 et 400 antigènes de tissu périphérique comme l'insuline, la thyroglobuline, …) juste pour les présenter aux thymocytes et leur apprendre à respecter les antigènes du soi. b. Devenirs du lymphocyte Ils y a plusieurs devenirs pour le thymocyte en fonction de sa réaction à la présentation du l’antigène : Si le récepteur T est incapable de reconnaitre une molécule CMH associée à un peptide, il y a mort du thymocyte car il n'aura pas reçu le baiser de survie c'est-à-dire le signal qui lui permet de survivre. S'il est capable d'interagir avec un peptide associé CMH, il y a trois devenirs : S'il y a une forte avidité du récepteur T, il y a apoptose, car on ne veut pas sélectionner des lymphocytes T qui réagissent de manière forte, ils seront dangereux pouvant induire des maladies auto immunes. S'il s'agit d'une avidité modérée, le lymphocyte T devient anergique (état de silence), il ne réagira plus en présence de peptide associé CMH. Si l'avidité est faible, le thymocyte survit. 95 à 97% des thymocytes meurent avant d'atteindre la maturité, soit par développement défectueux, soit pas sélection négative. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 6 C. Ontogénie du lymphocyte T La production de TCR α/β ou TCRγ/δ n'est pas la même chez le fœtus et après la naissance. Chez le fœtus, les premiers lymphocytes T à apparaitre sont des lymphocytes T γδ vers la 9ème semaine (J14,5/16 chez les souris) car les cellules épithéliales ne sont pas prêtes. Ce n'est qu'à la 10ème semaine qu'apparaissent les lymphocytes T αβ (j16,4=5 chez les souris). Au bout d'un certain temps ils dépassent le taux des lymphocytes Tγδ, et durant la vie les lymphocytes Tγδ ne représenteront qu'une petite fraction des lymphocytes circulants Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 7 III. Classification des lymphocytes T A. Classification selon leur morphologie Dans le sang périphérique, on trouve des petits lymphocytes matures arrondis avec une surface parcourue de villosités. On retrouve aussi des grands lymphocytes à grains (LGL) qui comportent un cytoplasme plus abondant et rempli de granules qui contiennent les enzymes (perforine et granzymes) nécessaire à la lyse des cellules cibles. Les LGL ne doivent pas dépasser 9% des lymphocytes circulants, au delà on parle d'une expansion des LGL. B. Classification selon l'expression des molécules CD4 et CD8 La majorité des lymphocytes T périphériques sont des simples positifs (95%). Dans le sang circulant on retrouve 2/3 de lymphocyte T CD4 et un 1/3 de lymphocyte CD8 en gros. On peut trouver des lymphocytes T double négatifs (DN) mais ils représentent moins de 5% des lymphocytes T circulants. On peut trouver un peu de lymphocyte T double positif (DP) mais ils sont extrêmement rares (moins de 1%). C. Classification selon l'expression du récepteur 1. Rapport Les lymphocytes T αβ sont majoritaires avec plus de 90% des lymphocytes circulants (entre 95 et 97%). Les lymphocytes Tγδ ne dépassent pas 10% des lymphocytes circulants (entre 3 et5%). Il s'agit deux lignées différentes dont le développement est indépendant. Si on bloque le développement d'une des deux lignées, on aura quand même le développement de la seconde. 2. Localisation Les lymphocytes T αβ sont présents partout dans l'organisme de façon majoritaire. Les lymphocytes T γδ en dehors de la rate sont présents à un taux de 1 à 4% un peu partout : Ils sont plus abondants dans les épithéliums se comportant de manière assez proche des lymphocytes de l'immunité innée. Ils représentent jusqu'à 15% des lymphocytes T présents dans la rate. Ils ne représentent que 1 à 5% des lymphocytes T dans le thymus et sont plus abondants dans la médullaire. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 8 Les lymphocytes T γδ peuvent avoir comme phénotype : Un phénotype simple positif CD4+ (CD3+ CD4+ CD8-) mais qui est très minoritaire Un phénotype simple positif CD8+ (CD3+ CD4- CD8+) qui représentent 30 à 50% des lymphocytes T γδ Un phénotype double négatif (CD3+ CD4- CD8-) qui représente plus de 50% de ces lymphocytes. Le nombre des lymphocytes T γδ augmente chez les malades atteints de différentes pathologies comme la lèpre, la tuberculose, la leishmaniose, la sarcoïdose, … D. Classification selon la fonction 1. Lymphocytes T conventionnels et non conventionnels Conventionnels qui sont majoritaires LYMPHOCYTES T Non conventionnels (immunité innée) dont le TCR est invariant Les T-NK qui reconnaissent un glycolipide associé à CD1 (CMH like). Ils sont présents surtout dans le foie Les MAIT qui reconnaissent des produits bactériens associés à une molécule MR1 proche du CMH. Ils se trouvent essentiellement dans l'intestin, la rate et le sang. 2. Les lymphocytes T auxiliaires Il en existe au moins 5 variétés qui se distinguent selon leur production de cytokine : TH1 qui exprime l'IL-2+ et INFγ+ (régulation de la fonction des cellules dendritique) TH2 qui exprime l'IL-4+ (qui permet la production des IgE) et IL-5+ (production de polynucléaires éosinophiles) TH17 qui exprime IL-17+ (interleukine pro inflammatoire) TH0 qui est un lymphocyte helper qui n'a pas encore reçu de signal d'orientation. Il exprime IL2+, IL-4+, IL5+, INFγ+. Ces 4 lymphocytes T auxiliaires sont exprimés partout dans l'organisme. Le lymphocyte TFH est, lui exprimé dans les follicules primaires et secondaires. Il exprime CD4+ et CXCR5+ qui est un récepteur des chimiokines (rôle dans la coopération et la maturation du lymphocyte B). Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 9 3. Lymphocytes T cytotoxiques (CTL) a. Définition Ils sont capables de détruire de manière spécifique une cellule cible (cellule infectée, tumorale, étrangère). Contrairement aux polynucléaires, aux macrophages et aux cellules NK, Les CTL sont spécifiques d'antigènes tout en étant restreints par le CMH. Ils peuvent développer une réponse mémoire. Ils expriment pour la majorité CD8 mais peuvent exprimer CD4. Les CTL dérivent d'un précurseur, appelé pré-CTL. Lorsqu’ils sont stimulés ils se remplissent de granules cytoplasmiques qui contiennent les perforines et les granzymes. Leur morphologie sera alors celles des lymphocytes à grains « Large Granular Lymphocyte» (LGL). Les CTL agissent grâce à deux mécanismes : Un mécanisme exocytose dépendant Un mécanisme exocytose indépendant b. Mécanisme exocytose dépendant Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 10 Ce lymphocyte exprime CD8 et fait face à une cellule cible infectée. On a tout d'abord une phase de reconnaissance par proximité du CTL de la cellule cible. Cette reconnaissance va permettre l'activation du lymphocyte T cytotoxique par les cellules cibles. Le lymphocyte T cytotoxique va donner un coup létal à la cellule cible, l'attaquant et induisant sa destruction. La cellule cible reste inchangée dans sa morphologie puis après quelques heures elle meure d'apoptose. En effet, après activation, le CTL libère la perforine qui fait des trous dans la cellule cible et des espèces de "canaux", permettant au granzyme qui est une estérase de pénétrer dans la cellule et de détruire des structures dans le noyau ce qui prendra quelques heures pour détruire la cellule. Les deux enzymes sont donc complémentaires dans leur action. c. Mécanisme exocytose indépendant Ce mécanisme fait intervenir une l’expression de molécules de surface et la sécrétion de substances. : Fas Ligand exprimé par le CTL. La stimulation du récepteur Fas par ce ligand dans la cellule cible induit sa mort. Le ligand Fas peut être sécrété et agir à distance. La molécule TRAIL agit sur le récepteur de TRAIL qui se trouve sur la cellule cible. TNF α peut être retrouvé à la surface cellulaire ou le plus souvent sécrété. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 11 4. Lymphocyte T régulateurs Les lymphocytes T régulateurs peuvent redevenir des lymphocytes actifs dans la protection immunitaire et inversement. On distingue : a. Les lymphocytes T régulateurs naturels (Treg) Les lymphocytes T régulateurs naturels (Treg) sont d'origine thymique. Ce sont les premiers identifiés. Ils expriment CD4+, Foxp3+ (facteur de transcription qui signe de l'identité de ces Treg), IL-10+ et TGF β+ qui sont deux cytokines qui inhibent les fonctions de plusieurs cellules immunitaires (macrophages, cellules dendritiques...). Ces lymphocytes régulateurs expliquent que lorsqu'on fait une thymectomie, on développe des maladies auto immunes car les T reg ne sont plus là pour réguler le lymphocyte T et lymphocytes B auto réactifs. Les lymphocytes T régulateurs induits en périphérie. On a les Th3 qui expriment CD4+, CD25+ TGF β+, Foxp3+. Ils produisent beaucoup moins de d'IL-10 que les lymphocytes T régulateurs naturels. Tr1 qui expriment CD4+ et IL10+ mais pas CD25- ni de TGF β-. C'est l'une des rares populations qui n'expriment pas de Foxp3 Les lymphocytes T qui expriment CD8+ mais qui se caractérisent par l'absence de CD28(molécule clé de la coactivation des lymphocytes B) Dans certaines conditions le lymphocyte T serait capable de présenter des antigènes à d'autres lymphocytes T, de manière certes beaucoup moins efficace que les cellules dendritiques, et les macrophages. IV. Activation du TCR A. Récepteur T Son transport à la surface nécessite l'expression de CD3 qui permet aussi la transmission d'un signal à l'intérieur de la cellule. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 12 Le TCR comporte des analogies et des différences avec les BCR des lymphocytes B : Il est exprimé à la surface des cellules mais n'est jamais sécrété, il n’y a pas d'exception à cette règle Il ne reconnait pas d'Ag à l'état soluble mais toujours associé aux CMH ou MR1 ou CD1. Il n'y a que deux variétés de TCR, alors que les BCR sont d'au moins 5 classes (IgA, IgE…), 9 si on compte les sous classes. Il y a nécessité d'un réarrangement des gènes codants pour les chaines α β et γ δ, la différence subsiste dans l'absence de mutation acquise au sein des régions variables des TCR. Un lymphocyte T peut exprimer deux chaines α différentes ainsi plus de 30% des lymphocytes T périphériques ont échappé au processus d'exclusion allélique (les chaines β n'échappe pas à l'exclusion), alors que le lymphocyte B ne produit qu'une seule variété d'Ig par cellule. Il n'y a pas de commutation isotypique (pas de changement de variété de récepteur au sein d'une même cellule) contrairement au lymphocyte B. B. Le complexe CD3 Il est formé de manière constante par trois types de chaine : α, δ, avec quelque fois (zêta) ou (Êta). Il y a un seul domaine immunoglobulinique par chaine (sauf ζ) ainsi qu’un domaine cytoplasmique long qui comporte des séquences qui peuvent interagir avec des kinases pour transduire un signal (ITAM). η et ζ sont codés par le même gène mais dérivent d'un épissage alternatif. Le CD3 se lie au TCR β α de manière non covalente. Ce complexe est très important pour le transport et l'expression en surface du TCR mais aussi pour la transduction de signaux. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 13 C. Récepteurs impliqués dans le dialogue avec des CPA L'antigène pénètre par endocytose à l'intérieur de la cellule présentatrice d’antigène avec son immunoglobuline, puis est dégradé en petit morceaux qui se dirige à la surface de la cellule présentatrice d'antigène en association avec CMH I ou II. Le lymphocyte T reconnait ce complexe, mais cette interaction ne suffit pas à activer le lymphocyte T (on parle d'ignorance immune). Pour qu'il puisse être activé, il faut qu’il induise à sa surface l'expression du ligand de CD40 (CD40L) qui n'est pas présent à l'état de repos. L'interaction de ce CD40L avec CD40 dans la CPA entraine l'induction de signaux dans les deux sens. L'activation de la CPA s'accompagne de l'induction de CD80/CD86 qui viennent interagir avec la CD28 et donnent un signal positif à l'intérieur du lymphocyte T. CTLA4 est sécrétée et interagit avec CD80/86 et entre en compétition avec CD28 pour moduler le signal. D. Marqueurs Le lymphocyte T activé présente CD25+ (récepteur à l'IL2) normalement pas présent sur un lymphocyte T au repos. Il présente aussi le CMHII+ (HLA DR) et CD40L+. Un lymphocyte T cytotoxique au repos n'exprime que les CMHI+. Les lymphocytes T naïfs qui n'ont jamais rencontrés d'antigènes expriment CD45 RA+ (phosphatase) tandis que les lymphocytes T mémoires expriment l’autre isoforme qui est CD45 RO+. Maha LEBBAR Kevin CHEVALIER 14