Immunoglobulines:Structure et fonctions
Récepteur B (BCR)
B. ArnulfImmuno-hématologie,
Hôpital Saint Louis
Généralités sur les immunoglobulines
• Les immunoglobulines sont des glycoprotéines qui portent la fonction anticorps.
• Le terme Immunoglobuline = protéine• Le terme anticorps = fonction
• Une des propriétés essentielles des Immunoglobulines est l’hétérogénéité sur le plan biochimique et fonctionnelle nécessaire à la diversité de reconnaissance des multiples antigènes présents dans la nature.
Immunoglobuline ou anticorps
dans sérum, muqueuses, surface des lymphocytes Bprincipale Ig sérique: IgG
Sang : suspension de cellules dans le plasma
Plasma: Sels minéraux, glucides, lipides, acides aminés
Sérum: plasma dépourvu de fibrinogène après coagulationcontient des protéines dont les immunoglobulines et l’albumine
Adulte 70 Kg: production de 3g de gammaglobulines /j
2/3: IgA sécretées dans les muqueuses digestives et respiratoiressalive, larmes sécretion digestives, bronchiques et génitales, lait maternel
Alb
α1G
α2G
β1Gβ2GγG
Présence d’immunoglobulines
Distance de migration dans le champ électrique
Den
sité
optiq
ueProtides totaux = 75g/l
Alb = 50,8% (38,1 g/l)
αααα1G=3,1% (2,3 g/l)
αααα2G = 11,3% (8,6 g/l)
ββββ1G = 8,2% (6,1 g/l)
ββββ2G = 6,6% (4,9 g/)
γγγγG = 20% (15 g/l)
Electrophorèse normale des protéines du sérum
+-
Den
sité
optiq
ue Alb
αααα1Gαααα2G
Pic
ββββG
+-
Myélome multiple: Production Immunoglobuline monoclonale
Immunoglobuline monoclonale
1 2 3 4 5 6 n
3 3
3
3333
3333333
Ig3 Ig3Ig3 Ig3 Ig3Ig3Ig3Ig3
Ig monoclonales strictement identiques entre elles pui sque produites par des cellules ayant proliféré à partir d’un même clon e initial et donc génétiquement identiques entre elles
-Même charge électrique-Même migration électrophorétique-Mêmes déterminants antigéniques-Même fonction anticorps
s
ss
S S
SS
s s s s
s s s s
S
S
SS
sss
ss
ss
ss
s
ss
s
s s s s
Structure générale du monomère d’Ig
Structure générale du monomère d’Ig
- Réduction des ponts disulfures:
4 chaînes polypeptidiques identiques 2 à 2:2 Chaînes lourdes (40 à 70 kD selon la classe ou sous classe)2 chaînes légères (23 kD)
Les chaînes lourdes et légères sont liées par des ponts disulfuresdont le nombre et la position varient selon la classe et la sous classe
- Etude en microscopie électronique a montré une forme en Y avecflexibilité » variable au niveau de la charnière
Haptène divalent
Anticorps
Repliement de la chaîne d’aa aussi bien lourde que légère en domaine globulaire compacts formés de
- 110 aa- 2 couches de feuillets ββββ maintenus par un pont disulfure- portant une activité biologique particulière:
N Term = liaison Ag: domaine de reconnaissance
C Term: domaines activant les systèmes effecteursex: activation du complément,
des phagocytes….
Le Domaine « Immunoglobuline »
N-ter N-ter
C-ter
N-ter N-terN-ter N-ter
C-ter
Les domaines d’un monomère d’immunoglobuline
C-ter
N-ter N-ter
Domaine de reconnaissance spécifique de l’Ag
Domaines portantles propriétés effectricesde la classe d’Ig
Structure générale d’un monomère d’Ig
Site d’interaction avec les récepteurs
Fc
Sites de reconnaissance de l’antigène
Structure des IgG humaines normales
Fragments protéolytiques d’une Ig G
2 fragments identiques:∼½ Nterm de la chaîne lourde+ toute la chaîne légère
1 fragment: ∼ moitiés Ctermdes chaînes lourdes
Fragments
qui lient l’AG
(Fab)
Fragmentcristallisable Fc
FabFab
Fc
N term
C Term
Dualité fonctionnelle: Fonction de reconnaissance/fonctions effectrices
papaïne pepsineF(ab)’2
N term
C Term
1 seul fragmentBivalent liant l’AG
F(ab)’2
Fv
Les différentes classes d’Igs
IgG
IgA
IgD IgE
IgM
Molécule immunogéniqued’origine humaine (Ag)
AgLa souris produit des anticorpscontre les différents déterminants antigéniques: épitopes de la molécule
Diversité de reconnaissanceHétérogénéité sur le plan biochimique et fonctionnelle
Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)
Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)
• Les Isotypes définissent les classes et les sous-classes des Igs: elles correspondent aux parties constantes des chaines lourdes (γ, α, β, δ, εγ, α, β, δ, εγ, α, β, δ, εγ, α, β, δ, ε)
et des chaines légères (κ, λκ, λκ, λκ, λ)Les isotypes sont présents tous ensemble dans le sérum d’un individu normal. Ils sont identiques d’un individu à l’autre au sein d’une même espèce. Ils sont indépendants de la fonction anticorps
• Les allotypes : traduisent des différences dans la structure primaire des Igschez des individus de même espèce, pour une même classe et sous-classe
• Les idiotypes dépendent étroitement de la fonction anticorps de l’ Ig. Ils sont situés sur le domaine variable et les structures hypervariables des Igs (site anticorps)
IgAnticorps anti-Ig
Différence isotypique
Différence allotypique
Différence idiotypique
Epitopes linéaires (A) et conformationnels (B)
Réactivité croisée
Le même anticorps reconnaîtune séquence peptidique
partagée par deux protéinestrès différentes pour le reste
de leur structure
BA
•L’anticorps A reconnaît aussi bien la moléculesous forme linéaire que tridimensionnelle
•L’anticorps B ne reconnaît que la protéine en conformation tridimensionnelle
B
A
Variations de la structure des régions (domaines) variables= N-terminale
• Existence de 3 zones hypervariables(enchaînement des aa différent d’une Ig à une autre)= « régions déterminant la complémentarité avec l’Ag(CDR 1 à 3)»
Entre ces séquences, existe une charpenteimportante dans le maintien de la structure du domaine (FR1à 3)
Domaine variable de la chaîne lourde= VH
Domaine variable de la chaîne légère= VL
1
306090110
N-ter N-ter
C-ter
N-ter N-terN-ter N-ter
C-ter
L’étude cristallographique aux RX a montré un rapprochement dansl’espace des zones hypervariables des chaînes lourdes et légères.
• Relation structure/fonction:
VH VL
110Dom
aine
var
iabl
e de
la c
haîn
e lo
urde
= V
H
Dom
aine
var
iabl
e de
la c
haîn
e lé
gère
= V
L
1
30
60
90
- Délimitent un sillon où se fixe l’épitope= site Anticorps
- La variabilité de la structure primaire de ces zones détermine dans l’espaceune variabilité de forme et de surface de contact: complémentarité spécifiqued’un épitope.
- Chaîne lourde et légère nécessairesà l’activité anticorps
N term
CtermChaîne légère : - Domaine Cterm de 110 aa- 2 types de chaîne légère chez l’homme: kappa (k) et Lambda (l)- Une Ig portera toujours 2 κκκκ ou 2 λλλλ identiques- Dans le sérum 2/3 des Igs portent des κκκκ et 1/3 des λλλλ- Structure constante mais variations allotypiques (variation alléliqueau sein d’une même espèce)
Nterm Variations allotypiques KmCV
Kappa
Lambda
N-ter N-ter
C-ter
N-ter N-terN-ter N-ter
C-ter
Variations de la structure des régions constantes= C-terminale
Chaînes lourdes
- Selon les différences de séquence en aa entre les parties constantesdes chaînes lourdes on définit 5 classes d’Igs. Les Igs portent le nom de leur chaîne lourde.
γγγγ IgG avec 4 sous classes g1(IgG1), g2 (IgG2), g3 (IgG3), g4 (IgG4)
α α α α IgA avec 2 sous classes a1 (IgA1), a2 (IgA2)
µµµµ IgMδδδδ IgDεεεε IgE
- Les régions constantes sont formées de 3 ou 4 domaines selon la classe ou la sous classe.
-Les domaines constants portent les propriétés effectrices (autres que la liaison à l ’Ag) de la molécule d’Ig
Propriétés effectrices des parties constantes des chaînes lourdes
- Traversée du placenta : IgG- Activation du complément : IgG1-2-3 et IgM- Liaison aux différents récepteurs pour le Fcsur différentes cellules: IgG, IgA, IgE
- Contrôle du catabolisme
V C
N term C termLiaison Ag propriétés
effectrices1 γγγγ2 αααα3 µµµµ… δδδδ
εεεεn
Même reconnaissance antigénique par des classes différentes (aux propriétés effectrices différentes):Commutation de classe cf cours suivantIntérêt dans la diversité des propriétés des anticorps
Fonctions des IgA
Transcytose des IgA:
Nécessite la formation d’IgA sécretoires
Transcytose
Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires
Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires
Pièce secrétoireChaine J
Spécificité tissulaire des Immunoglobulines
Fonctions des immunoglobulines
-Fonctions du domaine variable: liaison à l’Ag• Neutralise les toxines bactériennes• Inhibe l’adhérence des bactéries aux surfaces cellulaires (ex : épithélium des muqueuses)• Bloque la fixation des virus sur leur récepteur• Reconnaissance Ag � réponse immunitaire adaptative
-Fonctions des domaines constants• Catabolisme (1/2 vie)• Traversée du placenta : Fc des IgG• Trancytose des IgA• Opsonisation � phagocytose par Macrophage et Granulocyte• ADCC (cellules NK)• Activation complément (voies classique)• Dégranulation des mastocytes et basophiles
Fonctions « effectrices »: partie constante
• Opsonisation: favorise la phagocytose (IgG)
• Activation de la voie classique du complément (IgG1-2-3 et IgM)
BFc
FcγRIFcγRII, FcγRIII
BFc
FcγRIFcγRII, FcγRIII
Fc
AgPar ex à la surface d’une mb cellulaire
C1q
Fab
C1r C1s
Fc
AgPar ex à la surface d’une mb cellulaire
C1q
Fab
C1r C1s
• Cytotoxicité dépendante des Anticorps (ADCC)
Fc
Fab
Fab
Fc Récepteurs
Cytotoxicité
Fc Récepteurs
Cellules NKMonocytes/MacrophagesPolynucléaires
Récepteurs au fragment Fc des immunoglobulines
R FCγγγγRI FCγγγγRII A FCγγγγRII B FCγγγγRII C FCγγγγRIIIA FCγγγγRIIIB FcεεεεRI FCααααR
IsotypeIg
IgG1 et 3> 2,4
IgG1 et 3> 2,4
IgG IgG1 et 3> 2,4
IgG1 et 3> 2,4
IgG IgE IgA
Affinité +++ +/++ +/++ +/++ +/++ +/++ +++ +++
Fonction Activation Inhibition Activation Activation
cellules MonocytesMacrophagesNeutrophilesEosinophiles
plaquettes
Lympho. B
MacroNeutroEosino
PlaquettesCelldendrit.
Lympho. NK
MacroNeutroEosino
Celldendrit.
Neutrophiles
Baso.Masto .
MonoMacroNeutroEosino
7 à 15 1,5 à 4,5 0,5 à 2,5
3 2,5½ vie (j) 21 6 5
½ vie longue des IgG (sauf IgG3)=intérêt dans la substitution chez les patients déficitaires en IgG
caractéristiques des Immunoglobulines
Immunité muqueuses
(IgG 1, 2, 3, 4)
(IgA 1, 2)
[g/L] ½ vie (j)
1,5
traces
12
0,05
3,5
5
23
3
2
6
caractéristiques des Immunoglobulines
plasmocyteprécurseur B lymphocyte B «naïf»
follicule lymphoïde
moelle osseuse
mutations somatiquescommutation isotypique
(antigène, lymphocytes T)
B mémoire
réarrangementdes gènes des Ig
plasmoblaste
Plasmocyte à IgM
Différenciation des lymphocytes B
Lymphopo ïèse B
PlasmocyteCellule
souche
Pro-B Pré-B B immature B mature
IgM IgM IgD
Moelle osseuse Périphérie
Maturation initiale des lymphocytes B
Acquisition de la diversité de reconnaissance pour l ’antigène
Gènes pour les Igs: Chaîne lourde: chr. 14Chaîne Kappa: chr. 2Chaîne Lambda: chr. 22
• Sur chaque chromosome:Gène pour partie VGène pour partie C
Information génétique:
• Nombre important de gènes
• Insuffisant pour expliquer la diversité du répertoire ≈ 108 Ags
Réarrangement des gènes de la chaîne lourde µ
plasmocyteprécurseur B lymphocyte B «naïf»
follicule lymphoïde
moelle osseuse
mutations somatiquescommutation isotypique
(antigène, lymphocytes T)
B mémoire
réarrangementdes gènes des Ig
plasmoblaste
Plasmocyte à IgM
Ag Rappel Ag
Nom
bre
de ly
mph
ocyt
es s
péci
fique
s de
l’an
tigèn
e
Expansionclonale
Contractionclonale
Réponses anamnestiques :plus rapidesplus intensesplus durablesplus diversifiéesplus affines (lymphocytes B) P
roduction d’IgMP
roduction d’IgG
Réponse primaire
Réponse secondaire
mutations somatiques
Antigéne, lymphocytes T
plasmocyteprécurseur B lymphocyte B «naïf»
follicule lymphoïde
moelle osseuse
B mémoire plasmoblaste
commutation isotypique
Réarrangement gènes Ig
précurseur B lymphocyte Pro B
moelle osseuse
Réarrangement des gènes des Ig
µ CIg
lymphocyte Pré B lymphocyte B immature
Pré BCR
lymphocyte B mature
périphérie
IgM
IgM IgD
CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20
E2A PAX5
précurseur B lymphocyte Pro B
moelle osseuse
Réarrangement des gènes des Ig
µ CIg
lymphocyte Pré B lymphocyte B immature
Pré BCR
lymphocyte B mature
périphérie
IgM
IgM IgD
CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20
E2A PAX5
lymphocyte B naïf
IgM IgD
IgM
IgG
IgA
lymphocyte B mémoire
Le récepteur B pour l’antigène (BCR)
Igαααα (CD79a)
Igββββ (CD79b)
ITAMITAM
Le récepteur B pour l’antigène (BCR)
Lyn
Fyn
PLC-γγγγ
Ras, Raf, MEKK1
Ca++Calmoduline Calcineurine
NFAT
JNK
AP-1 NFκκκκB Activation B
Blk
Transduction du signal par le BCR
SykBTK
BLNK
Igαααα (CD79a)
Igββββ (CD79b)
ITAMITAM
Aggregats
Lyn
FynPLC-γγγγ
Ras, Raf, MEKK1
CD21
Activation B
Blk
Transduction du signal par le BCR
Syk
CD19CD81
C3d
PI3K/AKT
Complément
Fyn
Blk Lyn
ITIM
SHIP
Inhibition B
PI3K/AKT
FcRγγγγIIB
Transduction du signal par le BCR
Igαααα (CD79a)
Igββββ (CD79b)
ITAM
Différenciation
Fyn
Blk Lyn
CD40/CD40LBAFF/BLYSCytokines
Chimiokines
Cooperation B/TCommutation isotypiqueProliférationMigration
précurseur B lymphocyte Pro B
moelle osseuse
Réarrangement des gènes des Ig
µ CIg
lymphocyte Pré B lymphocyte B immature
Pré BCR
lymphocyte B mature
périphérie
IgM
IgM IgD
CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20
Agammaglobulinémie liée à l ’X (Bruton=Btk)BLNK
Déficit combinésévère
Rag -/-…..
Mutation de Cµ
Déficit commun variable (DICV)
Tissus
MicrobesBactéries, virusparasites, champignons
AgressionPlaie, effractionInflammation
Macrophage
Polynucléaire N
Lymphocytes T
NK
Immunité Innée Immunité adaptative
Périphérie Organes lymphoï desGanglion
Monocyte
Lymphocyte B
Plasmocyte
CD4 CD8
Réponse immunitaire
Cellulaire
HumoraleCellule Dendritique
Phagocytose Migration
Complément
thymusLymphocyte T
Ganglion lymphatique
Tissu ou organeinfecté
Lymphocyte Bnaïf
plasmocyte
T, B mémoire
Cellule Dendritique
Antigène B
T
B
T
Anticorps
T
T effecteurcytotoxique
sang
T
T
ActivationDifférenciation
Recirculation
Réponse immunitaire
Fonctions des immunoglobulines
Fonctions du domaine variable: liaison à l’AgNeutralise les toxines bactériennesInhibe l’adhérence des bactéries aux surfaces cellulaires (ex : épithélium des muqueuses)Bloque la fixation des virus sur leur récepteurReconnaissance Ag � réponse immunitaire adaptative(diversité)
-Fonctions des domaines constantsCatabolisme (1/2 vie)Traversée du placenta : Fc des IgGTrancytose des IgAOpsonisation � phagocytose par Macrophage et GranulocyteADCC (cellules NK)Activation complément( voies classique et alterne)Dégranulation des mastocytes et basophiles
s ss
SSS
S
ss
ss
ss
ss
SS SS
ss
ss
ss
ss
ss
ss
s
Hybridome