Les cours pour l'Immunologie 1ére année

Récepteurs et proteines du système immunitaire

I- Introduction

Le système immunitaire correspond au système physiologique de défense contre les agents infectieux (Virus et bactéries.).
Il existe une diversité des structures moléculaires de l’environnement.

• Une diversité des pathogènes.
• Une diversité des structures moléculaires portées par chaque pathogène.
• Une plasticité de ces structures qui mutent pour échapper au système immunitaire.

Comment répondre à l’arrivée d’un agent infectieux

Apparition du système immunitaire (SI) au cours de l’évolution

• Immunité naturelle (=innée) (IN): ensemble des mécanismes préexistant à l’infection. Opérationnel d’emblée. Récepteurs de l’immunité naturelle, en nb limité et reconnaissant quelques structures biochimiques caractéristiques des microorganismes. Très anciens dans l’évolution.
• Immunité adaptative (=acquise) (IA): ensemble des mécanismes mis en place en réponse à l’infection. Apparu chez les vertébrés. Environ 1 semaine pour se mettre en place.

Les vertébrés qui n’ont pas de mâchoire n’ont pas la même IA que ceux qui ont des mâchoires.

a) L’immunité adaptative (IA)

La mise en place est d’environ 1 semaine.
Elle possède une capacité de mémoire (cette capacité de mémoire compense la mise en place d’une semaine).
Les Lymphocytes sont l’unité de basse du SI: Ils sont capables de reconnaître les AG grâce à leur récepteur TCR ou BCR.

• Reconnaissance spécifique: la vaccination contre la polio ne permet pas d’être protégé contre la grippe. Les récepteurs des L reconnaissent de manière spécifique les AG portées par le poliovirus.
• Apprentissage: 3 injections répétées à 1 mois d’intervalle + 1 rappel à 1 an.
• Mémoire: le SI se souviendra de la rencontre avec les AG de ce virus. L’individu est protégé contre le virus pour plus de 10 ans.

Grâce à ces 3 principes fondamentaux qui sont liés et permettent, ensemble, un fonctionnement optimum du SI.

• Immunité humorale (IH): transmission de la protection par le sérum.
• Immunité cellulaire (IC): transmission de la protection par des cellules.

Exemple: le tétanos nécessite une IH.
Le SI est composé de 1 000 milliards de cellules.

b) Antigènes (AG)

C’est une structure reconnue par les agents effecteurs de l’IA.
Il existe une grande diversité des antigènes (toutes structures biochimiques peuvent être considérées comme des AG).
Les cellules de l’IA possèdent des récepteurs pour l’antigène.

c) Les cellules de l’IA

Ce sont les lymphocytes produit dans le thymus ou dans la moelle osseuse: 2 types de L.

• LB: IH. Le BCR est le récepteur du LB qui veut être libérer sous forme soluble, cette forme soluble du BCR est l’anticorps. Il peut reconnaitre directement l’antigène soluble.
• LT: IC. Le TCR est le récepteur du LT. Il reconnait les AG exprimés à la surface d’une cellule via un CMH (complexe majeur d'histocompatibilité).

d) La CPA (AN)

CPA: cellule présentatrice de l’AG (macrophages, cellules dendritiques, LB) via un CMH.

• Les molécules du CMH de classe 1 forment une poche avec un peptide qui provient du cytoplasme. Les molécules de classe 1 sont exprimées par toutes les cellules de l’organisme sauf les Globules rouges.
• Les molécules du CMH de classe 2 forment une poche avec un peptide qui provient des lysosomes. Les molécules de classe 2 sont exprimées seulement par les cellules qui appartiennent aux systèmes immunitaires. (Macrophages (MG)).

e) Les types d’organes centraux et périphériques

Lieux où se fait la différentiation des L de l’IA à partir du précurseur.

• Les LB sont produites dans la Moelle osseuse. Toute la vie.
• Les LT sont produits dans le Thymus. Arrêt à la puberté.

Lieux où à lieux la rencontre avec l’AG, activation des L, mise en palace de la réponse IA).

• La rate.
• Les ganglions Lymphatiques.
• Les muqueuses.

Au cours des étapes de différenciation il y a des contrôles très précis, ce qui n’est pas bon meurent par apoptose et les autres passent en périphéries. Ce contrôle s’appelle le contrôle positif.
95% des LB meurent pendant cette différenciation.
Les L qui s’auto éliminent seront éliminés dans leur lieu respectif. Donc les LB auto réactif meurent dans la moelle osseuse et les LT auto réactif meurent dans le thymus. Contrôle négatif.
Les précurseurs communs à tous les L se trouvent dans la moelle osseuse.

II- Les LT et les LB

a) Différenciation et maturation des LT et LB

Les précurseurs communs à tous les lymphocytes se trouvent dans la moelle osseuse. La différenciation est le processus qui permet leur maturation en L.
Les LB se différencient entièrement dans la Moelle osseuse.
Les précurseurs des LT migrent dans le thymus avant de se différencier.
Les L ne deviennent immunocompétents qu’au stade ultime de leur différenciation.
Chaque L acquiert, durant sa différenciation, un récepteur unique, à l’AG dont il est spé.

b) Circulation des L matures

Les L sortent alors de la moelle osseuse ou du thymus pour aller se loger dans les organes lymphoïdes secondaires: L naïfs.
Recirculation permanent entre le sang et les organes LS (augmente la proba de rencontre avec l’AG).
Son destin sera alors de rencontrer possiblement l’AG qui lui correspond.
Dans le cas du LB son activation le conduira à se transformer en une véritable usine à produire des AC (3000/s) = plasmocyte.

c) Rencontre de L avec son antigène

Quand un AG X est introduit dans l’organisme il est susceptible de rencontre un L portant un récepteur anti-X capable de reconnaitre cet antigène. Grande diversité AG, grande diversité de récepteurs.

• Les L préexistent à l’AG et portent un récepteur unique: 10 milliards de LB tous uniques.
• L’AG sélectionne les L capables de le reconnaitre.
• Amplification clonale des lymphocytes activés puis sécrétion de leurs récepteurs.

Comment ça se passe

• Il y a un précurseur du LB.
• Il y a différents LB (Le B1, le B2, B3) non activés.
• L’antigène arrive.
• Activation du LB2 par l’AG X.
• LB activés produisant les mêmes anticorps (AC).
• La plupart des LB activées meurent et les autres deviennent des LB mémoires (LBM).

La réponse AC contre les bactéries ou les virus est poly clonale (plusieurs prot pour capter le plus ce qui permettra une activation plus rapides.
Ces types sont des épitopes = ou déterminant antigénique, correspond à la partie spécifique de l'antigène qui est reconnue par le parotope.
Le parotope désigne la zone particulière de l'anticorps dont la fonction est de reconnaître l'antigène).

Il y a plusieurs étapes

1. 1) Latence (temps de prolifération).
2. 2) Réponse.
3. 3) Plateau.
4. 4) Déclin.

Lors de la deuxième injection du AG la réponse est plus rapide, plus intense et de meilleures qualités. Ceci est dû à la mémoire.

d) Fonctions effectrices des AC produits

Les AC (immunoglobulines car LB) possèdent une dualité fonctionnelle.

• Reconnaissance de l’AG.
• Fonctions effectrices = élimination de l’AG.

A cette dualité fonctionnelle correspondra une dualité structurale.

• Reconnaissance.
• Elimination.
• Fixation spécifique.
• Déclenchement des fonctions effectrices.

Pour y résoudre les anticorps vont se fixer sur l’AG qu’ils reconnaissent spécifiquement et il y aura alors un déclenchement des fonctions effectrices.

• Neutralisation (empêche de se fixer sur les cellules).
• Opsonisation (une bactérie recouverte d’AC sera + facilement phagocytées par les macrophages).
• Activation du complément (ensemble de prot qui se trouve dans le sérum et on l’active avec le complexe immun (complexe AG/AC). Une fois que le complément est activé il va être capable de lysées la surface de la cellule sur laquelle il s’est fixé)

III- Les LB

Le récepteur des LB sont les BCR. La structure moléculaire du BCR est une immunoglobuline qui appartient à la superfamille des immunoglobulines.
La superfamille des immunoglobulines est une superfamille impliquée dans les phénomènes de reconnaissance, de liaison et d'adhésion des cellules.

• Solubles (= anticorps).
• Produit en grande quantité.
• Sa spécificité peut être définir aisément.

a) Traitement enzymatique: la pepsine

La fragment F(ab’)2 peut toujours former un complexe avec l’antigène.
F(ab’)2= fragment (antigen binding) X 2
La pepsine (une protéase) découpe la région Fc en petits fragments après la région charnière.
le fragment F(ab')2 est encore capable de se lier à l'antigène et de précipiter, la bivalence étant conservée.

b) Traitement enzymatique: la papaïne

Si on tente de purifier le fragment Fc, il cristallise.
Pas de fixation à l’AG mais il peut se fixer sur le récepteur des macrophages.
Le Fab peut fixer 1 AG mais pas de fonction effectrice.
Si on traite Fab par du DTT on a plus de reconnaissance de l’AG, le site de liaison est formé par le H+L.
La papaïne (une protéase) hydrolyse un site de la région charnière (région exposée puisque ne formant pas un domaine).

• 2 fragments Fab encore capables de se lier à l'antigène mais incapables de le précipiter étant univalents.
• 1 fragment Fc, constitué par les domaines CH2 et CH3. Ce fragment peut cristalliser à froid.

c) Structure des anticorps

Le Fragment Fab (partie N-terminale) est le lieu de fixation de l’AG.
Le fragment Fc (partie C-terminale) est le lieu de l’activité biologique.
Le fragment Fab est une variable et le fragment Fc est toujours constant. En effet le fragment Fc se liera au macrophage donc il doit être unique pour une reconnaissance optimale or le fragment Fab se lira aux AG et en effet il existe 10 milliards de Fab différents.

d) Séquençage protéique

• Les AC sont purifiées à partir de sérums d’animaux immunisés contre un AG.
• Le séquençage n’était pas possible donc les AC produits sont polyclonaux ce qui a pour conséquence un séquençage hétérogènes.
• Le séquençage se fait à partir de l’extrémité N-terminale.

Chaine Lourde (Hight): QUI COMPREND DONC UN FRAGMENT Fab ET UN FRAGMENT Fc

• Environ 440 AA.
• Le séquençage protéique se répète environ tous les 100 AA (1 domaine).
• Séquençage de différentes chaînes H montre que les domaines CH1,CH2,CH3 sont conservés donc constants.
• Le domaine Vh est peu conservé c’est en effet le domaine d’interaction avec l’AG.

Chaine Légère (Light): QUI COMPREND DONC UN FRAGMENT Fab ET UN FRAGMENT Fc

• Environ 220 AA.
• Le séquençage protéique se répète environ tous les 100 AA (1 domaine).
• Séquençage de différentes chaînes L montre que le domaine CL est constant.
• Le domaine VL est peu conservé en effet c’est le domaine d’interaction avec l’AG.

Les domaines Vh et VL forment le site de fixation à l’AG, la variabilité de leur séquence primaire reflète la variabilité de leur spécificité.

e) Le récepteur de l’AG = le BCR

La zone de contact avec l’AG devra adopter toutes les configurations tridimensionnelles possibles afin de s’adapter à la reconnaissance de n’importe quel AG possible.
La plasticité est donc quasi-infini du site de fixation à l’AG.

Recombination Activating Gene (RAG) protéines: RAG 1 et RAG 2

Les enzymes RAG sont des recombinasses, qui sont présentes dans les LT et les LB. Elles sont capables de catalyser des réarrangements de l’ADN en configuration germinale dans les loci codant pour les chaines lourdes et légères.
Ces enzymes sont exprimées seulement durant la phase de différenciation du L (dans la moelle osseuse pour les LB et dans le thymus pour les LT).
L’activité de ces enzymes conduit à former un ADN réarrangé qui devient un gène actif et qui pourra être exprimé.
Le réarrangement qui va être réalisé sera propre à chaque L.

Le segment C code pour l’ensemble des domaines constants CH1,CH2,CH3. Les segments V-D-J réarrangés, codent pour le domaine Vh. Les segments V-J réarrangés codent pour le domaine VL.
Plus précisément la partie 5’ du segment V code pour les régions FR1,2,3,4 et les régions HVR1 et HVR2.
La partie à l’extrémité 3’ de V et la transition V-D-J (tout comme la transition code pour la région HVR3. (qui est la zone la plus variable donc qui joue un rôle majeur dans la fixation de l’AG. HVR3 = CDR3.

La combinaison V-D-J se fait se façon aléatoire

Il existe une certaines imprécisions durant le réarrangement. Cette imprécision est elle-même source de diversité.
Une enzyme (terminale désoxynucleotide Transferase) TdT vient rajouter une enzyme: diversité n.
On appelle répertoire l’ensemble des spécificités L différentes présentes chez un individu.

Comment est assuré la clonalité du SI

Chaque L doit exprimer un seul et unique type de récepteur.
Le réarrangement des loci codent pour les L ne se fait que durant la phase de différenciation. Les enzymes RAG ne sont exprimées que durant cette phase.
Le L mature qui sera activé par un AG donnera naissance à un clone cellulaire qui gardera la spécificité originelle du récepteur.
Autre mécanisme important: l’exclusion allélique qui conduit à la génération d’un LB qui n’exprime qu’une chaine lourde et qu’une seule chaîne légère on a donc un seule AC, un seule spécificité par L la théorie clonale est respectée.

Signalisation au travers du BCR

Les BCR ne possède pas de partie cytoplasmique suffisamment longue pour transduire le signal.
Association aux molécules lg-aplha/lg-Beta qui jouent le rôle des modules de transduction des signaux.
L’AG provoque une agrégation de plusieurs BCR = initiation de la signalisation.

IV- LES LT

Le récepteur de l’Antigène des cellules T est le TCR. Sa spécificité a été découverte en 1970. Le TCR est incapable de reconnaître l’AG de manière directe = besoin d’une CPA via le CMH.

a) Nature de l’AG reconnu par les LT

Les AG viral digéré + macro = activation des LT cytotoxiques.
Le TCR est donc capable de reconnaître l’AG sous forme dégradée et « présenté » par les macrophages via leur CMH.
Les molécules du CMH sont polymorphes (=identique de cellules en cellules mais différente d’individu en individu).

b) La structure du TCR

Le TCR ressemble un peu au Fab.
Il a une chaîne alpha et une chaîne beta. Ces chaînes sont reliées par un pont disulfure.
Le TCR fait partie de la super famille des immunoglobulines mais n’est PAS une immunoglobuline.

• La chaîne alpha: uniquement segment V et J.
• La chaîne beta: segment V, D et J.

Génération stochastique du répertoire LT

Il y a la possibilité de produire jusqu’a 10E10 TCR diff.
La différenciation cellulaire se fait dans le thymus et acquisition du TCR suite au réarrangement des loci TCR alpha et TCR beta.
98% des thymocytes vont mourir durant la phase thymique (Contrôle de la qualité des L produits).

• 2/3 de LT CD4.
• 1/3 de LT CD8.

c) Le complexe TCR-CD3 constitue le récepteur complet de reconnaissance de l’AG

Les motifs ITAM initient une cascade de traduction du signal .
Les chaînes du CD3 appartiennent à la superfamille des immunoglobulines mais elle n’a pas de diversité.
L’affinité du TCR pour le complexe CMH/peptide est faible: des corécepteurs sont nécessaires pour stabiliser l’interaction.
Le TCR reconnait les AG à la surface d’une cellule mais il n’a pas une force assez lourde pour maintenir les cellules pour rester en contact. Des récepteurs doivent donc intervenir.

d) Les différentes populations de LT et leur fonctions

Les LTCD4X interagissent avec les CMH II qui sont exprimé seulement sur les CPA (cellules dentritique, monocytes, macro). Ils ont un rôle de chef d’orchestre de la RI. Ils engendrent la production de cytokines activatrices/ inhibitrices.
Les LTCD8 interagissent avec les CMH I qui sont exprimé par toutes les cellules. Ils ont un rôle cytotoxique et ils engendrent la libération de molécules toxiques et de cytokines à activité anti-virale.

Enseignement d'Immunologie pour la faculté de médecine