La réponse Immunitaireet

sa régulation

Michel Abbal

DFGSM2 Rangueil 2011-12

Quelques rappels

Présentationde l’Ag

CD8 naïf

CD4 activé

ProliférationExpansion

(clonale)

CD4 naïf

CD8 activé

CD8Mémoire

Vie longue

CD4Mémoire

Vie longue

CD8effecteurVie courte

CD4effecteurVie courte

Activationdu lymphocyte

CPA

Les différentes interactions cellulaires

initiatrices d’une réponseCD4

B

CD8

CD4

CD8

Les molécules membranaires : HLA peptide TCR, BCR épitope, les cosignaux

Les molécules solubles : cytokines

Schématisation simplifiée de l’activation de la réponse humorale et cellulaire

CPA

CD8 CD4

B

Th

TcytotoxPlasmocyte

cytokines

cytokines

cyto

kine

s

cytokines

Ac

Phagocytose - Présentation

Sélection

Multiplication

Différenciation

Cytotoxicité - Neutralisation

Ag

La constitution des répertoires

Cellule souche

Le hasardPuis l’élimination des clones autoréactifs

la prolifération des clones spécifiques

L’Ag sélectionne et entraine

Une cellule Un lymphocyte

des récepteurs cytokines, lymphokines,interleukines,Ligands et leurs inhibiteurs

Comment les lymphocytes se "parlent"

ActivationouInhibition du lymphocyte

8

Des molécules à la membrane cytoplasmique des molécules solubles

Contactintercellulaire

Médiateurssolubles

Médicaments modernes

B

CPA

T cytotox

T h

Chaque cellule a son rôle dans la réponse immune

Treg

9

Le CD4

10

CD4 CD8 B

aide le CD8 aide le B

CD4

Le CD4 est dit h (helper) parce qu’il aide d’autres cellules à faire mais il peut aussi empêcher, il est alors dit régulateurs (on n’ose pas dire suppresseur)

Mais le CD4 peut inhiber la réponse immune des autres

lymphocytes(c'est un Trégulateur "Treg ")

11

CD4 CD8

Mais la réponse immune est beaucoup plus complexe

Il y a plusieurs modes de réponses :dues à des sous populations de CPA et de lymphocytes impliquées

Mais surtout il y a des non réponses :Par ignorance (non présentation, pas de cellules spécifiques..)Active (tolérance)

L’immunité humorale

Définition :

Humorale (les humeurs = liquides)sang (sérum, plasma), LCR, larmes, sécrétions(muqueuses, lait)tous les liquides extra-cellulaires

Sérique limitée en principe au sérum mais de portéebeaucoup plus large, en raison de son exploration facile et de sa connexion (équilibre ,) avec tous les compartiments extra cellulaires de l’organisme.

Répartition des Igdans les différents compartiments

sang Autres liquides

En principe en équilibre mais avec des coefficient de diffusion variables suivant les barrières (exemple sang/LCR)

Généralités sur la production des anticorps

Préexistence dans la moelle avant tout contact avec l’antigène (génération aléatoire du complexe VDJ donc de l’activité anticorps)

La production en quantité importante est déclenchée par les contacts antigéniques

Disponibilité grande (de par leur grande solubilité et donc diffusion dans

tous les espaces extracellulaires)meilleure diffusion des IgG / aux IgM

Affinité qui va augmentant avec :les stimulations antigéniquesles isotypes IgG > IgM

Les phases indépendantes et dépendantes de l’antigène

Indépendante : Dans la moelleGénération au hasard de la spécificité anticorps par réarrangement VDJ.

Elimination des auto-anticorps (voir Thymus pour les T)

Passage dans la circulation de lymphocytes B exprimant une IgM qui vont coloniser rate et ganglions

Dépendante de l’antigène :Contact épitope IgM de membrane (BCR) entraîne

L’activation de la cellule avec l’aide d’un CD4Th et de co-signaux CD40-CD40L & B7CD28 16

Signaux de vie ou d’activation

17

Au stade immature dans la moelle :seulement 10% des B survivrontsi l’antigène entre en contact avec l’IgM de membrane :

la cellule se met en apoptose.Or les seuls antigènes (en principe présents) dans la moelle sont des auto-antigènes. C’est donc un

moyen de faire "le ménage" => sélection négative des B

Au stade mature :Si Th et co-signaux => activation

Cellule mémoire Différenciation en plasmocyte

Chronologie des contacts avec l’Ag

18

Réponse primaire : la première

Réponse secondaire : la seconde

Réponse anamnestique : se souvient encore bien qu’apparemment il n’y ait plus d’anticorps !

Lieu d’activation des lymphocytes BPour les antigènes circulants : majoritairement dans la rate

Pour les antigènes tissulaires : dans le ganglion de drainage et in situ

CD

Un dialogue à 3 ou à 2 pour une réponse

humoraleCes cellules sont regroupées et en contact étroit par la présence de l'antigène ou ses épitopes dans un ganglion

B

CD4

B

CD4

Le lymphocyte B joue dans un premier temps le rôle de CPA

Le lymphocyte B reconnait un épitope à la surface de la CPA

Le CD4 active le B

Dynamique de la réponse humorale

20

Temps(semaines)

Titre

Réponseprimaire

Réponsesecondaire

IgM

Premier contact Deuxième contact

IgG ou IgA ou IgE

Dynamique de la réponse humorale

21

Premier contactavec l’antigène

Temps delatence

Deuxième et xième contactavec l’antigène

Isotype TitreAc

Durée

Long(1 semaine)

Court(qq jours

à qq heures)

IgM

Autre queIgM

Faible

Elevé

Courte

Longue

AffinitéAc

Faible

Forte

Pourquoi cette différence de temps de réponse en réponse primaire et

secondaire ?

GanglionLymphatiqueMuqueuse

Lors de la première rencontre avec l’antigène :Il y a peu de cellules avec le bob récepteur à l’antigène

Lors de la deuxième rencontre avec l’antigène : il y a beaucoup plus de cellules répondeuses donc une probabilité de rencontre entre les différents partenaires plus grande, donc plus rapide.

Conséquences pratiques

Les rappels lors des vaccinations

La datation des contacts antigéniques à des fins (grossesses à risque)

diagnostiques (rétrospectives)décisionnelles thérapeutiques

Datation des évènements

24

Mise à profit des changements du profil anticorps consécutifs aux contacts successifs avec l’Ag:

Changement d’isotype IgM = primaireAutre que IgM (le plus svt IgG) = secondaire,

mais "mélange possible d’isotypes"Taux des anticorps (titre +- élevé)

mais dépendant du moment de l’exploration

D’ou grande prudence pour interpréter des résultats etrecours à un deuxième prélèvement dans un intervalle de temps bien précis pour consolider l’interprétation

L’environnement de l'antigène conditionne en partie l'isotype en

réponse secondaire

25

Muqueux : IgA et IgGPb des vaccins oraux

Sous cutanée ou IM (vaccins) : IgG

Des doses faibles répétées : IgE ?

Mais surtout le type de coopération avec les T CD4 et les cytokines en présence

IFN

IL-4

26

B7CD28

B7 CD28

CD40LCD40

IgG

IgA IgE

IL-5

Th B

Th

L’orientation vers une réponse humorale

27L’orientation vers une réponse cellulaire

Antigène CPA(CD1>CD2)

Th(Th1 > Th2)

CytokinesIL-12,IFN

Antigène CPA(CD2>CD1)

Th(Th2 > Th1)

CytokinesIl-3,4,5,6

Régulation de la réponse humorale

28

Par le taux circulant de l'isotypeun des effets des IvIg

(ex : peut être la désensibilisation en transplantation).

Par le taux circulant de la spécificité anticorpspar blocage par les Ac circulants de l'accès des

épitopes au BCR par inhibition de l’activation des lymphocytes B par des Ig non membranaires fixées sur

l’antigène et liées par le FcgRII membranaire du lymphocyte B

Par l'équilibre du réseau idiotype anti-idiotype

29

Le Complexe BCR

Ig de membrane

CD 79 a

S S

S S

S SS S

CD 79 b CD 79 a CD 79 b

V

ITAM

ITAM

V V V

C C C C

C C

C C

Membrane cellulaireMembrane cellulaire

Transduction du signalTransduction du signal

Site anticorps = interactionSite anticorps = interactionavec l’épitope de l’antigèneavec l’épitope de l’antigène

Interactions membranaires activatrices du lymphocyte B

30

S S

antigène

S S

antigèneC3d

CD19

CD21

ITAM

Transduction du signal

Rôle d’anticorps préexistants dans l’inhibition du lymphocyte B

31

S S

antigèneC3d

CD19

CD21

Transduction du signal

CD32 (FcRIIb) (récepteur pour le fragment Fc des IgG)

Anticorpspréexistantsoluble

Fonction des anticorpsActifs sur les germes extra cellulaires

(mais aussi intracellulaires comme les virus en empêchant leur

diffusion de cellule à cellule (vaccins anti viraux très efficaces) Neutralisation

toxines ex : botuliniquefonction :

agrégation, adhésion, mobilité des bactéries :(ex : strepto & caries dentaires;

pili des gonocoques) médicament : insuline et résistance chez le

diabétique traitéAgglutination (in situ)Précipitation (in situ)Hémolyse (complément dépendante)Opsonisation (coopération avec les phagocytes)ADCC (coopération avec les cellules NK)

Exploration des Ig

33

Qualitative : électrophorèse & immunofixationdistribution :Polyclonale , oligoclonale, monoclonale

Quantitative ou dosage Isotypes en routine : (dosage pondéral)

IgG IgA IgM (explo de l’immunité)sous classes des IgG

IgE (explo de l’allergie)

Spécificité : c.à.d. mesure de l'activité anticorps sérodiagnostic, titrage

In situ : (biopsies, frottis )étude des cellules productrices d'Igou dépôts d'Ig sur des cellules ou des organites

(membranes basales,..)

Electrophorèse des protéines seriques

34

Test qualitatif et semi quantitatif pour les IgG

Dosage des Ig

35

Taux des isotypesà interpréter en fonction de l'age.en fonction de la pathologie

ex : cachexie, pertes urinaires, digestives

Taux des activités anticorpsà interpréter en fonction des normes spécifiques expressions en Unités +ou- arbitrairesreproductibilitéprécision

Coût d’un dosage des IgG IgA et IgMremboursement secu B85 (85 x 0.27 = 23 €)

La réponse cellulaire

Pr Michel AbbalFaculté de médecine Toulouse Rangueil

P2 année 2010-11

Etat fonctionnel des lymphocytes T

1 Naïf n'a pas encore rencontré l'antigène

2 rencontre l'antigène:activation (priming)

3 A rencontré l'antigène ; s’est différencié soit en

effecteurmémoireanergique

38

Des marqueurs de membrane sont utilisés pour caractériser les états fonctionnels des lymphocytes

T

Ce ne sont pas de véritables marqueurs d’activation maisun ensemble de marqueurs plus ou moins associés à un état.

Treg CD4+, CD62L+, CD45Ro+Ra-, Foxp3+, CD25h Gitrh

T activé CD25+, CD38+, HLADR+T mémoire CDCD45Ro+, CD28+T naif CD4+, CD45Ra+, CD62L+

Un dialogue à 2 3 ou 4 pour initier une réponse

Ces 3 cellules sont regroupées et en contact étroit par la présence de l'antigène ou ses épitopes dans un ganglionLe B reconnaissent un épitope sur la molécule native ou un fragment exposé à la surface de la CD.Le T reconnaissent un épitope dans une molécule HLA de la CD ou du B qui joue dans un deuxième temps le rôle de CD.Le CD peut activer à lui seul un CD8Le CD4 active ou inhibe les TCD8 ou les B.

CD

TCD8B

TCD4

Le complexe TCR des lymphocytes T

CD3

S S

S S

S S

S S

CD3 CD 3 CD3

I

T

A

M

I

T

A

M

v v

C C

S SS S

S SS S

CD79CD79

ITAM

ITAM

V V V V

C C C C

C C

C C

CD79 CD79

Pour comparaisonBCR

Les différents lymphocytes T

1 TCD4 ou Th ou T4 (auxiliaire, amplificateur, régulateurs )subdivisés en : Th1 Th2 Th17 et ….

2 TCD8 ou T8 ou cytotoxiques (Tc ou CTL)

(les NK ne sont pas partie des lymphocytes T entre autre, parce qu’ils n’ont pas de TCR)(cas particulier des lymphocytes NKT et MAIT ….)

T naïves, activées et mémoires

Les T naïfs sont plus abondant chez le nourrisson, l'enfant et l'adulte que chez le sujet âgé (on cite une barrière fatidique à 70 ans !)

Les T mémoires sont de plus en plus nombreux au fur et à mesure que l'on accumule "des expériences" et donc avec l'age. Chez le sujet très âgé il n'y a que des cellules mémoires. Les stimulations (vaccinations ) sont alors plus ou moins productrices suivant le « vécu historique » de cet organisme.

Chez l'adulte il y a environ une cellule naïve (pour un antigène particlier) pour 104 à 107 lymphocyte T !

L'activation des T naïfsCet événement a lieu en général dans un organe lymphoïde périphérique le plus souvent un ganglion,

C'est la conséquence de l'interaction du TCR (généré par la hasard et conservé après la sélection thymique) avec le peptide antigénique logé dans la molécule HLA d'une cellule présentatrice, c'est le premier signal ou signal antigénique

Mais cela ne suffit pas pour qu'il y ait activation,il faut d'autres interactions appelées second signal ou cosignaux

Seules les cellules présentatrices apportent correctement ces cosignaux

En absence de cosignal, il n'y a pas d'activation mais au contraire une inactivation (inhibition du lymphocyte T), c'est entre autre une garantie contre l'auto-immunité.

L’activation de la cellule

Résulte donc successivement :d’un signal antigénique (premier signal)

de cosignaux (second signal)

de production de cytokines (troisième signal)

Ces signaux mettent en jeu des interactions

moléculairesAutour de l'axe TCR peptide HLAUne couronne d'interactions moléculaires de 2 types

mécaniquestabilisation de la liaison

activatricesparticipant directement à la transduction

d’un signalinhibitrices

La synapse immunologique

ICAM-I

LFA-1

TC

R

Moléculesd’adhésion

TCR

HLA

TC

R

TC

R

CPA

Premier signal Second signal

CD

2C

D58

CD

28B

7C

D28 C

D2

CD

58

CD

28B

7C

D28

Lymphocyte T

CD8 naïf CD4 naïf

Mise en exergue des interactions membranaires

TCR HLAClasse I

TCRHLAClasse II

+LFA-1 ICAM-1= adhésion

+CD28 B7CD40 CD40L= co signaux

Transduction du signal via CD3

Stabilisation de la liaison

Activation

T activé

Les cosignauxTrès nombreux

certains semblent de purs stabilisateurs de la synapsecomme : LFA-1 ICAM-1

d'autres participent à l'activation comme : le Couple B7-CD28

le couple CD40-C40LCTLA-4 désactive

L’IL2

Cytokine essentielle pour compléter l’activation du TSon origine est essentiellement autocrine

CD40

Première interaction : MHC -peptide -TCR

TCR HLAClasse II

BTh

B7CD28

C40L

CD40

B7CD28

CD40L

Deuxième interaction: CD28-B7

Troisième interaction: CD40L-CD40

BTh

BTh

Cytokines

Prolifération

Activationcomplète

Si seule, pas d’activation(anergie)

La transduction du signal

La phase Initiale du signal antigénique entraîne : La redistribution à la surface de la cellule (rapprochement moléculaires) des parties intra cytoplasmiques du complexeCD3-TCR

et de CD4 pour les Thet de CD8 pour les Tc Phosphorylation des ITAM

( grâce aux tyrosines kinases lck et fyn)puis ZAP-70 se fixe et phosphoryle la phospholipase C

(PLC)

Ensuite 3 voies possibles :

La transduction du signal

1Diacyl Glycerol et du Ca++

Proteine kinase C

NFkB

les 3 voies possibles

2Inositol Phosphate

Augmentation du Ca++

Activation calcineurine

NFAT

3Les GEF

Voie des MAP Kinases

AP-1

CPA

Signal antigénique

(premier signal)

CD45CD4

TCR

CD3

LYMPHOCYTE T

noyau

Gènes des cytokines

Voie de la calcineurine

Synthèse des purines

Signal de prolifération

(troisième signal)

IL2

IL2-R

Voie des mTOR mammalian Target Of Rapamycin

Cycle cellulaire

Signal de costimulation

(deuxième signal)

CD28

B-7

MAP Kinases

HLA

CD8 activé CD4 activé

Expansion(clonale)

Expansion(clonale)

Prolifération

Il-2 Il-2(autocrine) (autocrine)

Rôle de l’IL-2

paracrine

CD8 naïf

CD4 activé

CD4 naïf

CD8 activé

IL-12

CD4 Th1 CD4 Th2

IL-4

IL-10IFN

Mutuellement inhibitrices(Similaire, mais plus complexe avec Th17 et Treg)

Treg

T CD4naïf

Th1

Th2

Th17

CD

IL-12INF

IL-4

TGFbIL-6

TGFIl-2

Objectif pédagogique : montrer l’importance de l’environnement cytokinique dans la différenciation du CD4 naïf en cellules spécialisées.Les cytokines proviennent de l’environnement très proche (cellules épithéliales, NK, etc…) et change en fonction des antigènes, des moments, du patrimoine génétique de l’individu.

INF

IL-4

IL-17IL-22

TGFIL-10

Aidel’Immunité cellulaire

Aidel’Immunité humorale

Favorise et maintientl’Inflammation

Tolérance

Les cytokines produitesDépendent du type de Th

Th1 : IL-2, IFN-g, TNFa, IL-3, IL-15

Th2 : IL-4, IL-5, IL-3, IL-10,TGFb,

Th17 : IL-17, IL-21, IL-22

La proliférationElle résulte de la transduction du signal qui permet entre autre L’expression membranaire d’un récepteur fonctionnel à l’IL-2

c’est le CD25La production autocrine d’IL-2 qui va se lier au récepteurCe qui entraîne une multiplication des cellules concernées

Les conséquences de l'activation

La prolifération

La sécrétion de cytokines La génération de cellules mémoire

La désactivation (l’expression de CTLA-4 qui se lie à B7 et inhibe l’activation

du lymphocyte T (terminaison de la phase d’activation).

C’est le moyen physiologiquement de terminer une

réponse).

Le T CD8 activé tue

Le CTL (Cytotoxic T lymphocyte) CD8 activé ou effecteur exprime des molécules particulières :

Des cytokines :IL-2, IL-3, TNF, IFN

Des molécules intracytoplasmiques secrétés à la suite d’un contact avec une cible :

Perforine (fait des trous dans la membrane de la cellule cible)

Granzyme injectée à travers les trous dans la cellule cible induit une mort par apoptose

Accessoirement Du FasL membranaireActivateur de l’apoptose d’une cellule cible porteuse de

Fas

Les cibles potentielles des T CD8

Sont des cellules :Parce qu’il faut un contact au minimum du TCR avec un peptide dans une molécule HLA ce qui dans la réalité correspond à une membrane cellulaire cible.

Des cellules "anormales" :•Infectées (germes intra cellulaires)

•Par une bactérie ou un protozoaire (en général "camouflée" dans des vacuoles cytosologiques)

•Ex : listeria, toxoplasme, mycobacteries, leishmanies,

•Cancéreuses•Exprimant des antigènes tumoraux (TAA)

HLA

classe I TCR

peptide

Perforine

Adhésion cosignaux

Fas L Fas

Cytotoxicité T dépendante

T CD8T CD8

Cible

Granzyme

Apoptose

Le lymphocyte T activé se désactive au bout

de quelques heures

Après la phase initiale d’activation, le lymphocyte T exprime entre autre à sa membrane du CTLA-4

CTLA-4 se lie à B7 avec une affinité bcp plus grande que CD28

Il bloque le second signal ce qui désactive la cellule T

La finalité : éviter que la réaction n’aille trop loin

L’opportunité en faire un médicament pour bloquer une réponse immune (en d’autres termes un immunosuppresseur !)

CD28B7

CTLA4B7

Activation

Inhibition

La désactivation

L’activation

Les NK

Ont le nom de lymphocyte mais sont des cellules de l’immunité innée

N’ont pas de récepteur TCR (sauf rares sous populations)

En équilibre permanent entre signaux :activateurs :

Cellules tumoralesCellules infectées (virus)Récepteur pour le Fc des Ig (ADCC)

inhibiteurs :Molécules HLABien d’autres

Le CD8 et le NK tuent(avec les mêmes outils)

CD8

Cible

NK

Perforine & granzymeFas FsL

Cytotoxicité cellulaire NK (pas de TCR)

Cellule cibleInfectée ?stressée

NK

Cellule cancéreuse n’exprimant pasHLA de classe I (échappe aux T

CD8)

NK

Cellule cible revêtue d’anticorps

(ADCC)

Mort deLa cellule

NK

Rôle du CMH de classe I dans l’éducation des NK

(HLA et KIR sont codés par des gènes indépendants)Nécessité d’une première interaction de ce type pour que la

cellule NK naïve devienne opérationnelle.

Molécule HLAMolécule KIR d’un NK

HLA (classique et MIC)&

récepteurs des NKHLA-BBw4

HLA-A3, A11HLA-C (Asn77, Lys80)

HLA-C (Ser77, Asr80)

HLA-G

HLA-A, B, C,E

HLA-E

MICA & MICB

3DL13DL22DL1 / 2DS12DS2 / 2DL2/32DL4

LIR(ITL2)

NKG2A/B (CD94)

NKG2D

Les L sont inhibiteurset les S activateurs

Cas particulier de la réponsed’hypersensibilité retardée

Ce n’est qu’une individualisation pour des raisons historiques et cliniques d’une forme de réponse cellulaire T.

Elle sera vue en détail à propos des hypersensibilités

Le mécanisme des lésions est indirect par rapport aux situations rapportées précédemment dans ce cours ou le lymphocyte T ou NK agit directement sur sa cible.Le lymphocyte TCD4 Th1 active un macrophage en produisant du TNF et de l’IFN

Macrophageinfecté

Cytotoxicité cellulaire T (nécessité du TCR)

Cellule cibleInfectée,anormale

CD8activé

Signal antigène

PerforineGranzyme

Mort de la

cellule

CD4activé

Signal délivré par l’antigèneCo signauxcytokines

NK

Cytotoxicité NK (pas de nécessité du TCR)

Cellule cible infectéeou anormale (cancer)ou revêtue d’anticorps (ADCC)

Apoptose

En résumé

Les effets de la réponse immune adaptativesur les cibles

Cellule Infectée

ouanormale (cancer)

contenant l’épitope dans sa

molécule HLA

CD8activé

Mort de la cellule

TCR HLA

Lymphocyte B Plasmo

Ac

Cellule exprimant à sa membrane un antigène (épitope)

Antigène (épitope) isolé

Neutralisationphagocytose

Mort parphagocytose

PN

Un lymphocyte T ne peut "s’attaquer" qu’à une cellule qui porte l’épitope à sa surface dans une molécule HLA soi

Immunothérapie anti cancéreuse

Monocytes+ GmCSF+ cytokines

Cellules dendritiques

Cellules dendritiquesChargées d’antigènes

Biopsietumeur

Cellulestumorales

antigènestumoraux

Pour activerapporter l’antigène pour qu’il soit apprêté et présenté ciblerles CPA et les lymphocytes effecteurs (?)apporter des cytokines et autres facteurs de croissance

Pour inhiberperturber les interactions moléculaires

à la surface cellulaireaction sur le peptide antigénique (?)bloquer ou activer (?) les cosignaux avec anticorps et molécules recombinantes

en intra cellulairebloquer ou activer (?) les voies de transductions du signal.

Cibles thérapeutiques