p2 ueimmuno systemeducomplement 20octobre

UE Immuno-pathologie, Immunointervention
Date : 20/10/2010
UE : Immuno
Plage horaire : 16h-17h
Enseignant : Dr C. Contin-Bordes
Ronéistes :
CORFIAS Marie
ESTEFFE Elsa
Le système du complément
I
Historique
1. Experience
2. Rôles majeurs du complément
II
Les 3 voies d'activation du complément
1.
2.
3.
4.
5.
Activation
Nomenclature des protéines activées
La voie classique
La voie alterne
La voie des lectines
III
La voie terminale commune
IV
Régulation des voies du complément
V
Rôles physiologiques
VI
Complément et pathologies, exploration
1. Déficits
2. Exploration
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I. Historique et présentation
Le système du complément a été découvert par Jules BORDET en 1919 (Prix Nobel)
1. Experience
•
Immunisation de lapins contre le vibrion cholérique avec une dose sub-létale, puis il
récupère leur sérum appelé sérum immun, ils sont immunisés contre. Il observe que
quand on met sur le vibrion cholérique en culture du sérum de lapins immunisés, on
observe une bactéricidie (le sérum de ces lapins peut tuer les bactéries)
•
S'il prend le même sérum chauffé à 56°, les bacteries survivent, donc les Ac anti-vibrion
cholérique seuls ne suffisent pas à induire la bactéricidie. Donc on a dans le sérum au
départ un élément thermolabile ( = sensible aux variation de température) permettant la
lyse des bactéries.
•
Si on utilise un contrôle négatif (sérum de lapin n'ayant jamais vu le vibrion cholérique) on
a une survie des bacteries. Donc l'Ac est indispensable mais ne suffit pas.
•
Si on mélange du sérum immun chauffé sans l'élément thermolabile et qu'on y rajoute du
sérum non immun, ça redevient bactéricide. Donc dans le sérum non immun on a quand
même l'élément thermolabile, quand on y rajoute les Ac présents dans le sérum immun on
restaure la bactericidie.
→ Il appelle ceci le complément, élément thermolabile du sérum toujours présent, non
spécifique de l'Ag, mais capable de complémenter l'action des Ac pour détruire la cible.
Le complément fait partie de la réponse immunitaire innée = qui se met en jeu très rapidement
lors d'une infection.
Dès les premières minutes le complément peut nous défendre contre les pathogènes. Comme tout
ce qui est de l'immunité innée, c'est très rapide, peu spécifique, et sans mémoire.
2. Rôles majeurs du complément
•
•
•
•
•
Permet la lyse des pathogènes (bactéries, virus, parasites, cellules infectées, modifiées,
tumorales..)
Permet l'opsonisation
A un rôle majeur dans l'épuration des complexes immuns fabriqués quotidiennement dans
tout organisme pour éviter leur dépôt dans les vaisseaux et organes, en particulier le rein
Rôle important dans l'inflammation (= mécanismes permettant l'activation de d'autres
partenaires de l'immunité acquise ou innée). Il permet de libérer des molécules attirant les
cellules dendritiques, les neutrophiles, macrophages.. sur le site de l'infection.
Rôle majeur dans l'activation de l'immunité adaptative (activation des LB)
Depuis sa découverte, on s'est rendu compte que c'est un ensemble de protéines
plasmatiques représentant 5% du total des proteines plasmatiques, constitué de plus de 30
protéines différentes. Leur synthèse est très majoritairement hépatique, mais elles peuvent être
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produites par les monocytes, macrophages, et certaines cellules non immunes comme les cellules
épitheliales.
→ toute insuffisance hépatique ou cellulaire conduira à une insuffisance du nombre de ces
proteines.
La majorité circule dans le sérum sous forme inactive, qu'on appelle pro-enzyme.
Elles doivent subir une proteolyse (clivage par d'autres proteines) pour devenir actives et cliver
d'autres proteines du complement, c'est la cascade de clivage proteolytique.
Ce système est très efficace, et peut être délétère si non contrôlé, il y a dpnc une régulation fine
par des protéines solubles ou membranaires. Cela permet d'éviter une inflammation trop
importante par exemple.
II. Les 3 voies d'activation du complément
•
•
•
voie classique
voie alterne
voie des lectines
Dans l'évolution, le complément est un système de défense inné apparu très précocement
(les oursins possèdent l'équivalent de la voie alterne).
La voie classique (dépendant des Ac et découverte par Jules BORDET) apparaît plus tardivement au
niveau des requins, l'immunité adaptative apparaît au même moment.
1. Activation
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Le but du complément est la défense contre de multiples pathogènes.
Il faut donc qu'il reconnaisse quelque chose, qui dépend des différentes voies :
•
•
•
La voie classique s'active quand elle reconnaît les complexes immuns (Ac ayant reconnu un
Ag, sur une bactérie par exemple)
La voie des lectines s'active au contact des sucres exprimés par les bactéries, qui sont des
éléments de danger reconnus. Cette voie reconnaît globalement tout ce qui n'est pas du soi
: parasites, virus, cellules infectées, tumorales..
La voie alterne n'attend que de trouver une surface acceptrice = membrane qui n'est pas
une membrane de l'hôte.
Toutes ces activations vont conduire à la formation de C3-convertase, il y en a 3 différentes
spécifiques de chaque voie.
Ce clivage du composant C3, composant central de l'activation du complément, permet le dépôt
de C3B. C'est lui qui va s'associer de manière covalente à la membrane de la cellules ou bactérie
cible et qui va initier le reste de la voie du complément et la formation du complexe d'attaque
membranaire, c'est à dire la formation de pores dans la membrane de la cible de l'action lytique
du complément.
→ Donc ces 3 voies convergent vers la formation de C3 convertase qui clive le C3, qui lui libère le
C3B à la surface de la cible, puis il y a clivage du C5 et formation du complexe d'attaque
membranaire avec d'autres protéines du complément.
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2. Nomenclature des protéines activées
✔ Tous les composants sont notés C, de 1 à 9 mais le numéro correspond a l'ordre de
découverte et non l'ordre d'intervention dans la cascade.
✔ On a aussi des co-facteurs, notés D, B.. , et des acronymes comme DAF (Decay Accelerating
Factor).
Ce qu'il faut surtout retenir c'est que les fragments pro-enzymes qui circulent sous forme inactive
sont notés lettre + chiffre (ex C4) puis quand ils sont clivés ils libèrent 2 fragments (ici C4A et C4B =
fragments actifs)
On a aussi des enzymes capables de cliver les protéines (ex. C3 convertase)
(Ce qu'il faut retenir c'est le principe d'activation, et non de citer comment s'appelle telle ou telle
enzyme)
3. La voie classique
C'est la plus récente, elle dépend des Ac et de l'immunité adaptative pour fonctionner.
A la surface d'une bactérie, on a des Ag (LPS par ex) qui vont être reconnus par les Ac générés par
l'activation des lymphocytes spécifiques.
Cela conduit à la formation d'un complexe immun permettant d'activer la voie classique, qui
commence par l'activation de la C1 esterase = macrocomplexe moléculaire composé de plusieurs
protéines : le C1Q, C1R, et C1S.
Après reconnaissance des Ac, la 1ere chose qui se produit est le clivage du C4 et du C2 circulant
sous forme inactive. Leur clivage permet l'assemblage des 2 fragments de clivage C4B et C2A,
donnant la C3 convertase classique, enzyme permettant de cliver le C3 du sérum.
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Ce qui active la C1 esterase :
Les IGM surtout, et les IGG (surtout les 1 et 3, un peu les 2, et pas les 4)
On a donc une différenciation fonctionnelle des Ig en terme de capacité d'activation du
complément.
Il faut au moins 2 molécules d'IGG (monomeriques) pour que ça fonctionne, contrairement aux
IGM qui sont pentameriques.
La C1 esterase :
ME : On voit 6 monomères de C1Q qui sont accrochés les uns aux autres et au C1S et C1R.
C'est C1S qui est responsable du clivage de C4 et C2, ceci au sein du complexe macromoléculaire
appelé la C1 esterase.
On a vu que le C4B et le C2A forment la C3 convertase classique.
Rôle du C4A et le C2B restants :
•
•
Le C2B ne sert pas à grand chose
Le C4A va se diffuser, c'est une
anaphylatoxine à capacités
chémoattractantes : elle attire les
macrophages, monocytes et cellules
dendritiques sur le lieu de l'inflammation.
Schéma : On voit des IGG a la surface d'une bactérie
(ex vibrion cholerique) ayant reconnu un Ag, ceci
activant la C1 esterase, puis clivage du C4 et C2..
comme vu précédemment.
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4. La voie alterne
✔ Elle est extrêmement efficace, ses protéines n'attendent que de reconnaître une surface
acceptrice étrangère à notre organisme.
✔ Elle s'active de manière spontanée par hydrolyse du fragment C3, qui a une tendance
naturelle à s'hydrolyser et à libérer un résidu OH hydroxyle qui se fixe à la surface de cellules
qui ne sont pas celles de l'hôte.
Après l'hydrolyse, le C3B obtenu traverse la paroi de la cellule cible et les co-facteurs de la voie
alterne viennent s'y fixer.
Si l'hydrolyse spontanée se passe a proximité d'une cellule de l'hôte, le C3B ne va pas se fixer
car cette cellule va le refuser, notamment grâce à sa richesse en sucre et en acide sialique
repoussant le C3B.
Cependant ce n'est pas suffisant, il faut aussi des régulateurs de l'action du complément pour
empêcher sa destruction.
✔ Dans un contexte pathologique, après fixation du C3B, il s'associe avec une protéine
appelée facteur B qui va être clivé par le facteur D pour pouvoir se fixer sur le C3b et
s'associer au complexe P = Properdine. Sans elle, le complexe n'est pas stable et se dissocie
rapidement, ce qui empêche le fonctionnement de la voie alterne et la destruction de la
bactérie.
En pathologie, ce sont les garçons qui sont touchés car la properdine est codée par le
chromosome X. Ils peuvent développer des infections à purpura fulminants de l'infection à
neisseira meningitidis très souvent associées à ces anomalies de la properdine. Elle peut être
dosée pour mesurer ce facteur de susceptibilité aux infections graves.
✔ Une fois que la C3 convertase alterne est fabriquée, elle va cliver le C3, mais de manière
beaucoup plus efficace que la simple hydrolyse spontanée, on a ici une amplification du
phénomène . La C3 clivée se fixe a la surface bactérienne, ce qui induit une boucle
d'amplification très efficace : plusieurs millions de C3B sont produites en quelques minutes
a la surface de la bactérie qui va être détruite par formation du complexe d'attaque
membranaire induit par ces C3B.
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Cette efficacité implique une nécessité de régulation fine à la surface des cellules de l'hôte.
Si on a des anomalies de cette voie on s'expose aux infections récidivantes.
Initiateurs de la voie alterne :
5. La voie des lectines
Elle est apparue quasiment au même moment que la voie alterne.
Ressemblance avec la voie classique : le C1 esterase de la voie classique et la Mannose Binding
Lectin (avec ses protéines associées) de la voie des lectines sont extrêmement homologues, donc
on pense que la voie classique dérive de celle des lectines par dérivation génique.
Ce n'est pourtant pas la même voie d'activation, l'une marche grâce aux sucres (voie des lectines)
et l'autre grâce aux complexes immuns (voie classique), mais les 2 aboutissent à la formation
d'enzymes clivant le C4 et le C2 pour la formation de la C3 convertase.
Elle est activée par le mannose, le fructose, les sucres et carbohydrates bactériens et viraux.
III.La voie terminale commune
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✔ Dans la voie alterne, le C3 clivé se fixe sur la C3 convertase alterne → clivage de C3 de
nouveau, cette association protéique est la C5 convertase alterne (clivant le C5).
✔ Pour la voie classique et la voie des lectines, on prend aussi l'association C4B-C2A (=C3
convertase qui clive le C3), on y rajoute le C3B venant d'être clivé, on obtient une C5
convertase classique ou issue de la voie des lectines qui sont identiques.
➢ Ces enzymes vont cliver la protéine C5 soluble, ce qui libère le C5A qui va ensuite se fixer
sur tout ce qui est sur la membrane de la cellule attaquée. Le C5A est une anaphylatoxine
(comme C3A et C4A) à fort pouvoir chemoattractant pour les monocytes et macrophages,
il a aussi une activité procoagulante.
➢ Le C5 clivé permet l'initiation de la voie terminale commune, il y a attraction autour du C5B
du C6, C7, C8 et C9. A ce stade ces protéines ne sont plus clivées, elles s'agrègent pour
former le complexe d'attaque membranaire = association de protéines formant un pore
dans la paroi de la cible.
➔ L'intérieur de la cellule s'échappe, on
a une lyse osmotique et destruction
du pathogène.
schema :
Le C5A va diffuser, il y a association de C6,
C7, C8, C9, formation du pore, du complexe
d'attaque membranaire et destruction de la
bactérie. Il y a des milliards de pores, visibles
en ME, qui sont tous ronds et composés de
C9 agrégés.
IV. Régulation des voies du complément
Elle est indispensable pour les raisons suivantes :
•
•
•
Les composants isolés (C3 C4) ont une demie-vie courte, si on les assemble et qu'on ne leur
associe pas de protéines régulant leur activité (par ex la Properdine pour la voie alterne), ils
vont se dissocier et ne pas fonctionner correctement. Il faut donc stabiliser leur demie-vie
mais aussi stabiliser celle des enzymes convertases grâce à la Properdine et le facteur B.
Il faut éviter la lyse de nos propres cellules autour de l'agent pathogène lors d'une attaque
du complément.
Comme le complément est important pour la libération des anaphylatoxines, une action
incontrôlée du complément se traduirait par un état inflammatoire délétère pour les tissus.
Les systèmes de régulation sont multiples :
Rappel : le point central de l'action du complément est de fabriquer du C3B qui va se mettre sur la
paroi de la cellule cible. Parfois ça se passe sur nos cellules, il va donc falloir l'inactiver pour ne pas
qu'il recrute les autres facteurs du complément.
Pour le dégrader lorsqu'il est fixé, on a plusieurs types de protéines, solubles ou membranaires.
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• Dans la voie alterne, le C3b est inhibé par différentes protéines:
Certaines sont transmembranaires : MCP, CR1, DAF, CD59, HRF
et d'autres solubles : facteurs H et I, C1i, C4BP, Protéine S, properdine.
Elles sont des co-facteurs qui permettent de fixer le facteur I, qui est capable de dégrader le C3B en
fragments clivés une fois qu'il a reconnu le MCP, ou le CR1...
Ces fragments clivés ne sont plus actifs, ils n'ont pas d'action lytique vis à vis de la cellule hôte.
Pour la voie classique et la voie des lectines il existe aussi des enzymes dégradant le C4B
ou C3B .
On retrouve le facteur I qui dans ce contexte a comme co-facteurs le MCP, la C4 binding protein, et
CRA. Cela permet aussi de dégrader le C3B.
•
✔ Si ce système ne fonctionne pas, s'il est dépassé (par ex trop de C3B, car trop d'activation
du complément), certaines protéines C3B échappent a l'inactivation. On a des systèmes
pouvant dissocier les C3 convertases classiques ou alternes qui se seraient formées à la
surface des cellules.
Certains facteurs comme le DAF, le facteur H ou le CR1, sont capables de dissocier le complexe
C3bBb3b qui est le démarrage de la C3 convertase alterne.
Le facteur H : il va prendre la place du facteur B, il le dissocie du C3B, ce qui rend inactive la C3
convertase alterne. C'est ce qu'on appelle une activité de dissociation.
Le facteur H sert donc de co-facteur au facteur I pour dégrader le C3B ou C4B, mais il dissocie aussi
ce complexe s'il se forme quand même.
Le DAF (Decay Accelerating Factor) est aussi capable de faire ça, il prend la place du facteur B et le
C3B devient inutilisable pour la formation de la C3 convertase, ce qui protège la cellule.
Le facteur I :
De plus en plus de pathologies sont associées a des anomalies de régulation du complément,
notamment des facteurs régulant son activité sur nos propres cellules.
✔ On régule aussi l'état inflammatoire en détruisant les anaphylatoxines produites quand le
C3 et C4 sont clivés. Pour les dégrader, les carboxypeptidases (L, B ou R) associent des
résidus arginine sur ces anaphylatoxines, les rendant ainsi inactives.
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✔ Si on n'arrive pas a détruire les C3B ou C4B fixés, ni à dissocier les convertases a la surface
des cellules, on est quand même capable de réguler la formation du complexe d'attaque
membranaire, pour protéger de l'action lytique du complément (mais on ne pourra plus
protéger de l'état inflammatoire une fois que les anaphylatoxines ont été libérées) Cette
action se produit entre le C5 et le C9, des protéines solubles sont capables d'inhiber la
formation du complexe d'attaque membranaire.
V.
Rôles physiologiques
•
Lyse du pathogène : c'est le 1er rôle, celui de défense contre les infections. La voie alterne
est très active et efficace pour s'activer et induire la formation du complexe d'attaque
membranaire.
•
Libération des anaphylatoxines : C3A C5A sont les plus efficaces pour recruter les
lymphocytes (plus que le C4A), ils vont se fixer sur des récepteurs à 7 domaines
transmembranaires présents sur la plupart des leucocytes, ce qui permet de les attirer sur
la site inflammatoire, lieu de destruction du pathogène. Cela permet aux macrophages et
PN de prendre en charge les débris issus de la destruction du pathogène.
Les macrophages recrutés produisent des cytokines qui activent les neutrophiles (et leur
burst oxydatif permettant de détruire les bactéries).
Opsonisation pour faciliter la phagocytose. Ex : le vibrion cholérique reconnu a à sa surface
le C3B et des fragments clivés par le facteur I, qui peuvent être reconnus par différents
récepteurs à la surface des cellules phagocytaires, ce qui facilite la phagocytose du microbe
afin de « nettoyer » le site inflammatoire.
➔
On a donc une élimination lytique par l'action du complexe membranaire, puis élimination
des débris qui en résultent par les macrophages et polynucléaires neutrophiles.
(NB: il y a différents récepteurs qui reconnaissent chacun certains éléments du
complément, certains reconnaissent le C3B, d'autre le iC3B = C3B inactivé...)
•
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•
Solubilisation et épuration des complexes immuns produits en permanence, pour ne pas
qu'ils se déposent sur les vaisseaux/organes (le rein surtout, très sensible) et y créent des
lésions inflammatoires.
C'est le C3B qui est impliqué ici, il y a activation de la voie classique avec dépôt de C3B
reconnu par un récepteur spécifique CR1 très exprimé à la surface des globules rouges
(mais pas uniquement sur eux) qui reconnaît la fixation du complexe immun. Il va être
drainé jusqu'au foie (surtout) mais aussi vers la rate, puis le complexe immun est transmis
aux phagocytes qui endocytosent et dégradent le complexe immun transporté par les GR.
Toute anomalie d'action de la voie classique entraine un dépôt anormal de complexes immuns
dans les vaisseaux, ex le lupus erythemateux systémique est souvent associé à cette anomalie, cela
créé des lésions sur l'endothelium, le rein, voire le cerveau.
•
Rôle majeur dans l'activation de l'immunité adaptative, démontré beaucoup plus
récemment.
Si on invalide les gènes de C3 chez la souris ( = impossibilité d'activation du complément),
ou le CD21 (récepteur pour le complément) on a des anomalies de la production des
immunoglobulines et de l'activation des LB.
On a ainsi démontré que le complément avait un lien (dont le mécanisme restait inconnu)
dans l'activation des LB et la production d'Ac spécifiques de plusieurs isotypes = immunité
adaptative.
le CD21 est aussi appelé CR2, il est capable de reconnaître les morceaux du complément fixés qui
opsonisent les bacteries. Il permet de rapprocher l'Ag du récepteur BCR, cela facilite la
reconnaissance de l'Ag et diminue le seuil d'activation du BCR qui donne un signal plus fort au LB
qui s'active également. Ce CR2 est indispensable a l'activation correcte du LB et donc à la
production d'immunoglobulines.
Schéma :
Ici on a un organe lymphoïde
secondaire, au niveau du centre
germinatif, les cellules dendritiques
folliculaires se servent de leurs
récepteurs du complément pour
exposer l'Ag sous sa forme native pour
que les LB les reconnaissent via leur
BCR
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VI.
Complément et pathologies, exploration
1. Déficits
✔ Les déficits en protéines du complément sensibilisent aux infections, surtout bactériennes
(pyogeniques, bacteries gram + / gram -), et rendent plus susceptible au développement de
maladies auto-immunes surtout celles qui aboutissent a la formation de complexe immuns
(ex: lupus)
✔ Beaucoup de déficits en protéines régulatrices sont associés à des pathologies comme des
angioedeme hereditaires, hemogllobinurie paroxytstique nocture (= lyse des GR), syndrome
hemolytique et urémique atypique ( = déficit en facteur H, CD46 et facteur I) et beaucoup
d'autres.
✔ Les déficits en facteurs de la voie classique (C4, C2, C1 esterase et notamment C1Q, 1ere
protéine qui s'active) rendent plus susceptible aux infections systémiques récurrentes, , aux
maladies auto-immunes...
✔ Déficits en facteurs du complexe d'attaque membranaire : selon le type de facteur absent
on a un complexe membranaire plus ou moins déficient (voire absence totale du complexe
si déficit en C9 car c'est la protéine qui permet de former le pore). Ils rendent extrêmement
susceptible
- aux infections à germes encapsulés (pneumocoque, heamophilius)
- aux infections gravissime a Neisseria (gonocoque, meningocoque) donnant des
méningites à répétition (avec purpura fulminans, très grave, souvent les enfants
présentant un déficit de la voie terminale commune ou de la properdine ont seulement
50% de chance de s'en sortir) et qui nécessitent une vaccination contre les types de
méningites impliquées. La détection précoce est donc très importante afin de pouvoir
avoir une action préventive de vaccination.
Angioedème héreditaire : oedème de la face et du cou, souvent dissymétrique, lié à un déficit en
protéine C1 inhib = inhibiteur de la C1 esterase pour empêcher l'action de la voie classique, si il n'y
a pas d'inhibiteur elle s'active de façon non contrôlée.
Hemoglobinurie paroxystique nocturne
= destruction des GR, associée a un déficit en protéines de régulation du complément, surtout du
complexe d'attaque membranaire (CD59 et DAF), ces protéines sont pas exprimés a la surface des
cellule ce qui n'empêche pas l'action lytique du complément.
Sur les GR il n'y a que ces 2 protéines différentes pour réguler l'action lytique (pas de CD46 par ex)
donc si elles ne s'expriment pas ils vont être lysés de manière très importante.
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2. Exploration
On fait une exploration :
•
Si il y a un déficit héréditaire rendant susceptible a l'infection : si cas d'infections graves
(méningites, infections ORL à répétition) on recherche des anomalies de fonction d'une
voie du complément et de ses facteurs de régulation.
•
Pour le suivi des MAI, surtout celles qui fabriquent des complexes immuns, le fait de voir
s'activer le complément permet d'avoir une idée de l'état d'activité d'une maladie à
complexe immun (ex: lupus)
Exploration de l'activité des voies
On appelle CH50 l'exploration de l'activité fonctionnelle de la voie classique,
et P50 l'exploration de la voie alterne.
✔ On peut activer les 3 voies in vitro, pour voir s'il n'y a pas d'anomalie.
✔ On peut aussi doser dans sérum les facteurs du complément, surtout C4-C3.
Un taux faible peut être dû à un défaut de fabrication mais aussi à une consommation
excessive par production de beaucoup de complexes immuns.
schéma : synthèse des types de profils du complément
1ere colonne : on a ici un CH50 bas avec une activité de la voie alterne normale et C4-C3 qui
diminuent car sont ils sont clivés et consommés.
Ceci est la signature de l'activité de la voie classique.
2eme colonne : activation de la voie alterne, C4 ne diminue pas car il ne fait pas partie des
protéines qui s'activent par cette voie, par contre C3 diminue et la P50 est basse. Il faut ensuite
explorer les autres facteurs de cette voie, le facteur B et la properdine, surtout chez les garçons,
car on a ici un contexte clinique d'infections récidivantes (par ex: streptocoque) et les anomalies de
cette voie sont souvent associées à des méningites.
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