UE : Immunopathologie et immunointervention – Physiologie/Module 2 Date : 05/10/2011 Promo : PCEM2 Ronéistes : De Clermont Pierre Keromnes Sandrine Plage horaire : 16h-17h Enseignant : Dr C. Contin - Bordes [email protected] [email protected] Le système du complément I. Introduction II. Les différentes voies d'activation du complément 1. La voie classique 2. La voie alterne du complément 3. La voie des lectines III.La voie terminale commune IV.Régulation de la voie du complément V. Rôles physiologiques du complément VI. – – – Complément en pathologie Chef chef, on a eu un vol au supermarché la nuit dernière ! Ils ont pris 2000 cartouches de cigarettes et 1500 carottes ! Eh bien ! Et vous avez un suspect ? On recherche activement une bande de lapins qui toussent.. www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 1/12 I. Introduction Le système du complément a été mis en évidence à la fin du 19è par Jules Bordet qui en a obtenu le prix nobel. Il a étudié le système immunitaire et comment il se défendait des agents infectieux : il a injecté à des lapins le vibrion cholérique et a récupéré leur sérum. Il remarqua que ces sérums avaient une capacité bactéricide (lyse) vis à vis du vibrion cholérique. Par contre si on chauffe le sérum à 56° on observe la perte de cette activité bactéricide du sérum des lapins immunisé. Conclusion : le sérum des lapins immunisés a produit des éléments solubles, les anticorps (Ac), qui peuvent tuer les bactéries . Toutefois, ça ne suffit pas, car lorsqu'on choque le sérum, il perd son activité bactéricide. On perd un élément thermolabile, qui est nécessaire pour détruire le vibrion cholérique. A contrario, avec un sérum de lapin non immunisé, il n'y a pas du tout d'effet : donc en plus de l'élément thermolabile les Ac sont indispensable. Bordet a aussi montré que lorsqu'on utilise du sérum immun chauffé avec du sérum non immun, on restaure le pouvoir bactéricide. Cela veut dire que dans le sérum normal il y a l'élément thermolabile nécessaire pour que les anticorps puisse détruire le vibrion cholérique. Le complément a été à l'époque considéré comme un élément thermolabile présent dans le sérum, non spécifique de l'antigène. Et cette activité est capable de complémenter l'activité des Ac pour éliminer la bactérie (d'où le nom de complément) Le complément fait partie de l'immunité innée. Il se met en jeu extrêmement rapidement lors d'une infection (question de minute par rapport à l'immunité adaptative qui est compté en jours, voire en semaines). Le complément fait donc partie de l'immunité très précoce au même titre que certaines www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 2/12 cytokines comme les interférons, ou certaines cellules qui composent l'immunité inné comme les macrophage ou les cellules natural killer (NK) par exemple. Le complément est une première ligne de défense vis à vis de l'infection. Les rôles majeurs du complément : • Un des rôles majeurs (démontré par Bordet) est la lyse des pathogènes (bactéries, virus, cellules infectées, tout un tas de cibles qui ne sont pas forcément des cibles pathogéniques infectieuses). • Un autre grand rôle est l'opsonisation. C'est le fait de recouvrir un antigène pathogène (comme une bactérie) avec des petits fragments du complément qui vont permettre la facilitation de la phagocytose. • Le complément est aussi très utilisé pour épurer les complexe immuns qui sont continuellement fabriqués par l'organisme. Il faut les éliminer car s'ils restent dans notre organisme, il y a risque qu'ils se déposent sur l' endothélium au niveau vasculaire et créent des lésions. • Le complément (immunité innée) va être capable d'alerter les autres cellules de l'immunité innée (Neutrophile, macrophage, cellule dendritique), c'est ce que l'on appelle l'inflammation. • Cela a été démontré plus récemment : le complément est très important aussi pour faire le lien entre l'immunité innée et l'immunité acquise, adaptative : il aide les LB a s'activer. L'activité thermolabile de départ, c'est plus de 30 protéines plasmatiques (ça correspond à plus de 5% des protéines plasmatique). La synthèse de ces éléments qui composent le complément, est assurée par les cellules hépatocytaires (foie) en majorité, mais il y a des cellules de l'immunité qui s'en chargent aussi comme les monocytes (qui produisent la protéine C1q), les macrophages et les cellules épithéliales (ces dernières qui ne sont pas des cellules de l'immunité !). Les différentes protéines du complément sont des enzymes qui vont s'activer les unes après les autres pour donner la cascade d'activation du complément. Enzymes qui sont inactives sous forme circulante. Elles vont nécessiter d'être protéolysées pour acquérir leurs fonctions effectrices. Comme c'est un système très efficace, il doit être très finement régulé pour éviter tout emballement du système, notamment du système inflammatoire. Pour cela il y a des protéines dont le rôle est d'inhiber l'action du complément. Ces protéines peuvent être solubles ou membranaires. Il existe 3 voies d'activation du complément : • La voie classique • La voie alterne • La voie des lectines Le complément est très ancien comme système de défense : la voie alterne était déjà présente chez les oursins. Cela a évolué, mais le fait qu'il ait perduré démontre son efficacité. La voie des lectines est aussi très ancienne, et la voie classique est apparue en même temps que le développement de l'immunité www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 3/12 adaptative (développement des Ac). Il est important de connaître les éléments du complément, les comprendre mais pas par cœur. Ce qu'il faut comprendre c'est comment ça s'active et à quoi ça sert. Comment ça s'active : • • • Quand on a regardé l'évolution,on comprend que la voie classique, qui est la plus récente, s'active par les complexes immuns. (il fallait des Ac, on comprend maintenant pourquoi elle est concomitante de l'immunité adaptative et de la fabrication des anticorps). La voie classique s'active contre les complexes immuns. Un complexe immun étant une IgG ou une IgM qui a reconnu à la surface d'une bactérie un Ag contre lequel il est dirigé. La voie des lectines reconnaît des sucres bactériens, pas besoin d'Ac. (on comprend donc pourquoi c'est si ancien..) La voie alterne reconnaît tout le reste : surface bactérienne, surface de virus, les parasites, les cellules infectées, les cellules tumorales, etc... Tout ce qui n'est pas du soi ou tout ce qui est du soi modifié. Très efficace contre agents infectieux. L'activation de ces trois voies permet de former des C3 convertases : enzyme fabriquée avec les protéines qui composent le complément (C3 convertase différente selon la voie utilisée) dont le but est de cliver la protéine C3. Ce clivage va permettre au C3 «coupé » (=C3b) de se fixer à la surface de la cible (bactérie ici). C'est un événement indispensable pour continuer la cascade du complément et pour arriver au but final qui est la lyse de la bactérie et l'activation de ce que l'on appelle le complexe d'attaque membranaire = CAM (formation d'un pore dans la membrane de la cellule qui a subit l'attaque du complément.) Si C3 n'est pas clivé, il ne se fixe pas la cascade s'arrête donc à cette étape et la bactérie n'est pas lysée. La formation de ce complexe d'attaque membranaire passe aussi par la génération d'une autre enzyme qu'on appelle la C5 convertase qui va activer une protéine du complément qui s'appelle le C5 et qui va initier la formation de ce complexe d'attaque membranaire. Les trois voies on le même rôle, le même but (lyser la cible) mais ne s'active pas de la même manière. La nomenclature n'est pas évidente : • • • • • Numérotation de facteurs de C1 à C9 (dans leur ordre de découverte). Il y a des lettres pour certains co-facteur (D, B, P,...) Voir des acronymes pour des protéines de régulation (DAF decay accelerating factor, CR1 complement factor1, MCP membran co-factor protein...) Après protéolyse les fragments générés sont suivis d'une lettre minuscule (C4 C4a + C4b) Les formes active des complexes enzymatiques sont surmontées d'une barre (ex : C4b2a = C3 convertase classique) www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 4/12 II. Les différentes voies d'activation du complément 1. La voie classique Imaginons une infection bactérienne, on développe des Ac contre la bactérie. On va devoir la lyser. Et le complément va donc s'activer. On a la membrane de la bactérie et l'Ac spécifiquement dirigé contre un Ag de surface. Le complément présent dans tout l'organisme, dans le sang circulant, au niveau des tissus, va reconnaître ces Ac qui sont fixés sur les Ag cibles. Cela nécessite au moins 2 IgG, proche l'une de l'autre, pour permettre l'activation de la C1Q (l'ensemble « C1r/C1s + C1q » sur le schéma) aussi appelé C1 estérase qui est le premier élément du complément de la voie classique qui va s'activer au contact des Ig spécifiques à l'Ag. Si l'Ig est sous forme soluble sans l'Ag en face, ça ne marche pas. Quand la C1Q s'active : c'est une protéase, elle va donc cliver la protéine C4 et C2 (inactive car sous forme entière). Cela permet de générer le C4b et le C2a (les deux autres fragment, C2B et C4a, partent dans la circulation). On a alors fabriqué la C3convertase de la voie classique (= C4b2a ). Enzyme permettant de cliver le C3 pour qu 'il se fixe à la surface de la cible pour continuer l'activation de la voie classique. Tous les Ac n'active pas la voie classique, ce sont les IgG (pas les IgG4, ++IgG3 et 1) et IgM. ➔ La C1 estérase est composée de 6 molécules de C1Q et 2 C2R et 2 C2S. Ce sont ces protéines qui portent l'activité protéolytique. C'est le C1S qui clive le C4 et C2. Cette représentation schématique est représentative de la vision en microscopie : en forme de bouquet de tulipe. Pour le clivage, elle a besoin de calcium, c'est très important. ➔ Le C4 clivé libère le C4a (anaphylatoxine) et C4b qui se fixe dans la cellule cible. Ce dernier s'associe au C2a (diffusion passive) clivé pour former la C3 convertase classique. Autre représentation : 2. La voie alterne du complément La voie alterne du complément : reconnaît a peu près tout ce qui n'est pas du soi : les bactérie, les virus, les helminthes, les parasites, les cellules infectés, tumorales... C'est une voie extrêmement efficace notamment contre les agents infectieux. www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 5/12 Fonctionnement : ➔ Le C3 circulant (sous forme inactive) (Pas tout a fait vrai car dans le sang le C3b a une proportion à subir une hydrolyse spontanée, cela va lui permettre d'être clivé dans la circulation et alors C3b va pouvoir s'activer et se fixer au niveau de la surface bactérienne). ➔ Surface bactérienne et pas celle de nos cellules car elles sont protégées de cette fixation puisqu'elles sont très riches en sucre notamment en acide sialique qui va repousser la fixation de C3b : protection par la seule nature de notre membrane cellulaire. Ce n'est pas le cas des membrane des pathogènes (pauvres en Acide sialique). ➔ Nos cellules contrairement au pathogène comportent des régulateurs de l'activation de la voie alterne du complément à leur surface : inhibition de la fixation et de l'activation de la voie alterne. ➔ Le C3 est clivé et se va se fixer sur la surface acceptrice bactérienne : boucle d'amplification très rapide et très efficace avec formation de la C3 convertase alterne. Le C3b s'est fixé sur la bactérie, et immédiatement les autres protéines se sont associée : le facteur B clivé par facteur D forme le facteur Bb (« grand B petit b »). Si on l'ajoute à la protéine stabilisatrice (properdine) et au C3b, on va fabriquer la C3 convertase alterne qui va aller cliver le C3 restant. En quelques minutes des millions de protéines C3b sont fixées sur la bactérie cible : boucle d'amplification très rapide. C'est très efficace car cela fonctionne à chaque fois. Pour éviter les effets collatéraux sur nos cellules, il faut des régulateurs sur nos cellules, membranaires ou solubles. Initiateurs de la voie alterne : (pas développé) ➔ pathogènes et particules d'origine microbienne • bactéries gram- (LPS...) et gram+ (acide teïchoïque) • Parois cellulaires des champignons et levures • certains virus ou cellules infectées • certaines cellules tumorales • parasites (trypanosome) ➔ Agents non pathogènes (utilisés pour l'étude in vitro de la voie alterne) • carbohydrates • érythrocytes hétérologues • facteurs du venin de cobra 3. La voie des lectines La voie classique en dérive : c'est son ancêtre Protéines MBL(mannose binding lectin) homologue de la protéine C1Q de la voie classique. Masp1 et masp2 ressemble à C1r et C1sde la voie classique de manière extrêmement fidèle. Elle ne s'active pas par des Ac (car présente bien avant l'immunité adaptative) mais par des sucres présents à la surface des pathogènes. ➢ Les enzymes clivent C4 et C2, puis cela se termine comme la voie classique en formant la C3 convertase de la voie classique ou de la voie des lectines. ➢ ➢ ➢ ➢ www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 6/12 La seule différence entre la voie des lectines et la voie classique est le mode d'activation. Avec l'apparition de la voie classique, on se demande a quoi sert encore la voie des lectines. Mais pour le nouveau né elle est utile : quand il perd les Ig maternelles, il est immunosupprimé, alors cette voie est importante (entre 4mois et 2 ans) avec un rôle important de défense vis à vis des pathogènes. III.La voie terminale commune La C3 convertase alterne ou classique permettent de fabriquer la C5 convertase qui viendra cliver le C5. → La C3 convertase + C3B = C5 convertase Alors on peut fabriquer la voie terminale commune dont le travail est d'associer les protéines de C5 à C9 pour fabriquer le trou dans la membrane de la cible bactérienne (fabrication du complexe d'attaque membranaire = CAM). Même chose vu différemment : En amont on a activé nos voies, on a fabriqué la C5 convertase, cela clive du C5 et libère du C5a pendant que le C5b initie l'assemblage des autres composants de la voie terminale commune : fabrication du pore (vu en MO – 70 a 100 A). Ceci permet la lyse osmotique de la cellule cible : destruction. GR détruits par l'action lytique du complément. On peut le voir chez les malades : hémoglobinurie paroxystique nocturne. www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 7/12 IV.Régulation de la voie du complément Il y a des régulateurs membranaires et solubles pour qu'à chaque étape on évite l'attaque de nos propres cellules (inhibition de l'action du complément). Certains régulateurs sont aussi la pour favoriser l'action du complément. • Par exemple : la properdine stabilise la C3 convertase alterne, c'est donc un régulateur postitif. • Inhibiteurs : inhibe l'action lytique du complément pour éviter la lyse de nos propre cellule et réguler l'état inflammatoire (qui peut être délétère) ➔ Les régulateurs inhibiteurs du compléments sont nombreux. Leur rôle est de détruire le C3b. Certains facteurs du complément en sont capable : protéine transmembranaire (MCP), facteur soluble (facteur H), facteurs i (capable de couper en petits morceaux le C3b => inactif). Les autres facteurs favorisent le rapprochement du facteur I sur le C3B : co-facteurs. ➔ Pour le C4B : détruis par le facteur i aussi, mais avec des co-facteurs différents. C'est ce qu'on fait au début, si le système est dépassé on en arrive au stade suivant de la C3 convertase. ➔ Régulateurs : facteur H permet de dissocier le complexe Bb au moment ou il est censé se former. C'est une activité de dissociation des convertases. Le DAF aussi peut aussi le faire (convertase de la voie alterne et classique). D'autres protéases sont impliquées dans la dégradation des anaphylatoxines (=bout de clivage) : ➔ C5a et C3a sont très inflammatoires, si elles persistent de manière trop importante il y a un risque inflammatoire chronique majeur. Alors on les clive en petits morceaux www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 8/12 Si tous les mécanismes de régulation on été dépassé on peut inhiber la formation du CAM par des protéines solubles ou membranaires qui sont capable d'inhiber l'action lytique du complément à la surface de nos cellules. C'est la même chose avec les différents régulateurs. V. Rôles physiologiques du complément Lyse du pathogène : Activation initiale soit par des complexes immuns, soit parce que la C3 convertase alterne s'est activée, soit les sucres on été reconnus. Ces éléments vont concourir à la fabrication membranaire du CAM (pore membranaire) qui induira une lyse osmotique du pathogène. En même temps, le complément envoi une alerte aux cellules de l'immunité innée pour éliminer les débris des cellules détruites. Le complément émet des signaux moléculaire : C3a et C5a anaphylatoxines qui se fixent sur des récepteurs spécifiques présents à la surface des cellules de l'immunité innée, ce qui les attire sur le site inflammatoire et active leur fonction effectrice. EXEMPLE : la fixation des anaphylatoxines sur les macrophages induit leur chimiotaxisme vers le site www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 9/12 inflammatoire. Ceci permet la production de cytokines et la phagocytose des débris issus de la lyse de la bactérie (CAM). Une fois que le complément a détruit le microbe il alerte les phagocytes pour qu'ils ingèrent les particules microbiennes. Le microbe qui a subit l'action lytique du complément est recouvert de C3b et de facteurs du complément (opsonisation) ce qui permet au phagocyte de les reconnaître car il possède des récepteurs pour les petits bouts du complément. Le complément qui a recouvert le microbe va permettre le rapprochement des phagocytes et faciliter l'ingestion : facilite la phagocytose. Solubilisation et épuration des complexes immuns : lorsqu'on fait une réponse immunitaire, on développe des Ac qui vont rencontrer les Ag. Cet ensemble Ac /Ag est appelé « complexe immun. Ces complexes sont généralement phagocytés. Mais il peut rester des complexes immuns dans le sang circulant (pas de phagocytes dans le sang). Il faut trouver un système pour ramener les complexes immuns au niveau des phagocytes pour qu'ils soient détruits (au niveau des vaisseaux les dépôt des complexes immuns créés des vascularites). Les complexes immuns ont activé la voie classique. Le C3b généré sera reconnu par des récepteurs à la surface des érythrocytes : il se forme un complexe entre le GR, le CR1 et le complexe immun, il www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 10/12 sera drainé jusque dans le foie ou dans la rate où il seront déchargé au niveau des phagocytes qui vont ingérer les complexes immuns et les détruire. TABLEAU : type de récepteur au complément et ce qu'ils sont capable de reconnaître. Pas évoqué en cours Facilitation de la reconnaisance de l'Ag par le LB : rôle dans immunité adaptative et dans la fonction efficace de la réponse immunitaire humorale (Ac) Ceci est lié à l'opsonisation de l'Ag par les fragment du complément, ce qui permet la reconnaissance par certains récepteurs présents à la surface des lymphocytes B (comme CR2 qui capte le C3d sur lequel est attaché l'antigène). Cela favorise l'activation du LB. VI. Complément en pathologie Rôle fondamental du complément dans la défense anti-infectieuse : tout déficit peut rendre plus susceptible l'individu aux infection bactériennes. ● Déficit en protéines du complément • Infections bactériennes • maladies auto-immunes ● Déficit en protéines régulatrices • angioedème héréditaire et acquis • hémoglobinurie paroxystique nocturne • syndrome hémolytique et urémique atypique Exemple : Déficit en certaine protéines régulatrice du complément : www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 11/12 ➢ Hémoglobinurie paroxystique nocturne : absence à la surface des Globules rouges des protéines de régulation du complément (CD55 et CD59) qui inhibe l'action lytique du complément. Les GR seront très sensible à l'action lytique de la voie alterne des complément. Thérapeutique : Ac qui bloque le C5 du complément. Les diapos 35 à 43 n'ont pas été vues en cours. www.cdbx.org/site/spip.php?page=roneop2 12/12