Immunologie

CMH et présentation antigénique aux LT mercredi 10 septembre 2008 11:06

Le CMH est un segment d'ADN présent dans le génome de tous les vertébrés. Il est localisé sur le chromosome 6 humain. Chez l'homme, on appelle "HLA" ce segment génétique, tandis qu'il est appelé "H2" chez la souris. Le CMH est un locus comprenant de nombreux gènes qui codent pour les molécules du CMH classiques mais aussi les molécules du CMH non classiques ainsi que pour d'autres molécules impliquées dans l'immunité (Cytokines, compléments).

I) Structure des molécules du CMH

Les molécules du CMH-I sont constituées d'une chaîne lourde α (1, 2 et 3) ancrée dans la membrane plasmique d'une cellule. Cette chaîne est associée de façon non covalente à une molécule appelée β2 microglobuline. Les sous unités α2 et α1 sont organisées en hélice α et constituent le sillon peptidique (8 à 10aa). Le plancher du sillon est constitué par le feuillet β plissé de la sous unité β. Il existe 3 molécules du CMH classe I que l'on appelle des isotypes. • HLA-A • HLA-B • HLA-C Au sein de chacune de ces molécules il existe de nombreuses variations : plusieurs allèles différents. Les isotypes diffèrent les uns des autres surtout au niveau du domaine α3 alors que les allèles diffèrent surtout au niveau du sillon peptidique.

Pour les CMH de classe II, il y a deux chaînes : α1α2 et β1β2. Le sillon peptidique est formé par les deux chaînes. Le sillon du CMH-II est beaucoup plus ouvert aux extrémités. • Les molécules du CMH-II peuvent héberger des peptides plus longs (12-18 aa) dans leur sillon. Chez l'homme, il existe aussi 3 isotypes du CMH-II (seulement 2 chez la souris) : • HLA-DP • HLA-DQ • HLA-DR

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II) Gènes du CMH

Le locus HLA comporte 4Kb regroupés en 3 loci : • Classe II • Classe III (non représenté sur le schéma) : code pour certains compléments, ... • Classe I La β2 microglobuline est très conservée. Locus de classe I : • 3 gènes : A, B et C qui codent pour les isotypes. Locus de Classe II : • 3 sous locus (DP, DQ et DR). • DP et DQ comportent un gène A et B chacun, qui codent respectivement pour les SU α et β. • DR comporte un gène A mais un nombre variable de gènes B selon les individus (B1, B2, …). Le segment d'ADN représenté dans le schéma est un haplotype. Chaque individu hérite de deux haplotypes.

Les gènes du CMH ont un énorme polymorphisme allélique : • Beaucoup d'allèles de gènes codant pour l'isotype B du CMH-I par rapport aux autres. > Ce n'est pas au hasard puisque cette variabilité allélique dépend directement des capacités des CMH formés à reconnaître certains antigènes (sélection naturelle). Il y a une nomenclature pour définir les allèles de CMH : Exemple : HLA-A* 0101 > Les deux premiers chiffres témoignent de la parenté des allèles. > Les deux derniers sont spécifiques de l'allèle. Le génotype HLA est l'ensemble des allèles d'un individu et lui est propre. Si tous les allèles existants pouvaient se recombiner entre eux, le nombre de génotypes existants serait de 4*10^9. En réalité, la diversité est moindre puisque la présence de certains allèles est différente : c'est le déséquilibre de liaison. Le génotype HLA est transmis "en bloc" à la descendance. Il est donc possible de prévoir le génotype de l'enfant en fonction de celui des parents. Dans une fratrie, chaque individu a 50% de partager un haplotype avec un autre individu et 25% d'avoir le même génotype. Les gènes du CMH sont co-dominants : ils s'expriment tous. Chaque individu va fabriquer 6 molécules du CMH-I (2 A, 2 B et 2 C) mais il exprimera beaucoup plus de molécules de classe II. > DP Amat Bmat > DP Apat Bpat

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III) Expression des molécules du CMH Elles sont exprimées sur la membrane plasmique de toutes les cellules (sauf érythrocytes). Chaque cellule porte entre 10^4 et 5*10^5 molécules de chaque allèle. L'expression des molécules du CMH-I est augmentée par les cytokines : • IFN γ • IFN α • IFN β • TNF α Les molécules du CMH-II sont exprimées par un nombre limité de cellules, les CPA : • Cellules dendritiques • Macrophages • Lymphocytes B activés L'expression des CMH-II est régulée par un système de trans-activation. L'expression des CMH-II est aussi augmentée par : • IFN γ • TNF α Et elle est diminuée par : • Prostaglandines PGE-2 • IL-10

IV) Présentation des peptides endogènes sur les CMH-I Les protéines du CMH-I sont synthétisées en permanence par toutes les cellules pour assurer un renouvellement. Les molécules du CMH-I, au cours de leur synthèse, passent directement dans la lumière du réticulum endoplasmique. La chaîne α reste ancrée dans la membrane du RE. Une molécule chaperonne (calnexine) permet de stabiliser la chaîne α ainsi que son association avec la β2 microglobuline au sein d'un complexe de chargement peptidique. Deux autres chaperonnes s'associent au complexe ainsi que le transporteur TAP. Dans toutes les cellules, une petite fraction de protéines passe dans le cytosol dans le cas d'anomalies où elles seront ubiquitinylées puis clivées dans le protéasome (clive en C-Term). Les fragments peptidiques (longueur variable) sont sélectionnés en fonction de leur longueur pour permettre le passage ou non à travers le transporteur TAP. Les peptides les plus longs sont recoupés dans le cytosol par des amino-peptidases. Les peptides de tailles adaptées passent par le TAP, rentrent dans le RE et peuvent se loger dans le sillon si il y a complémentarité. Puis le complexe CMH-I - peptide est exporté à la membrane plasmique via une vésicule. L'intermédiaire du transport est le Golgi pour que le CMH soit glycosylé. 85% des CMH arrivent à la surface avec le peptide associé, les 15% restant sont exposés à la surface avec leur sillon libre. Ces CMH-I sans peptide seront dégradés rapidement si ils ne captent pas un peptide.

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V) Présentation de peptides exogènes par les CPA

Les CPA ont la particularité d'exprimer les deux CMH, elles ont aussi la capacité d'internaliser les protéines exogènes. CMH-II Les molécules du CMH-II nouvellement synthétisées passent dans le RE et restent ancrées dans la membrane. La stabilisation se fait avec une association avec une "chaîne invariante". L'extrémité de cette chaîne occupe le sillon peptidique du CMH-II. Ces complexes sont conduits à travers le Golgi jusqu'à un compartiment endosomal acide. Parallèlement, les CPA internalisent des protéines exogènes et les adressent aussi dans le compartiment endosomal acide. L'activité protéasique dans ce compartiment endosomal provoque le découpage de la chaîne invariante. Le peptide-clip (extrémité de la chaîne dans le sillon) n'est pas tout de suis largué. Ce peptide-clip sera remplacé par le peptide d'une protéine exogène grâce à l'activité catalytique de la molécule HLA-DM (molécules codées dans locus CMH-II). CMH-I Apres endocytose, certaines protéines exogènes sortent des vésicules endosomales sans qu'on connaisse ce mécanisme. Ces protéines exogènes se retrouveront dans le cytosol et suivront une voie comparable à celle des protéines endogènes, en effet elles seront dégradées dans le protéasomes. Les fragments seront chargés dans le RE pour se fixer dans le sillon du CMH-I. Globalement, cette capacité de présenter des protéines exogène sur le CMH-I est réservé aux cellules dendritiques, ce phénomène est appelé "présentation croisée". C'est le seul moyen par lequel il peux y avoir stimulation d'une réponse cytotoxique.

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VI) Conditions de l'association CMH-peptide Les peptides qui peuvent se lier au CMH-I font entre 8 et 10 aa, ils se logent entièrement dans le sillon peptidique. Quand ils sont plus long, ils font saillie dans leur partie centrale. La capacité d'un peptide à se lier à un allèle du CMH-I dépend de la présence en deux ou trois positions d'aa d'ancrage. Ce sont des aa dont la chaîne latérale peut se mouler dans les anfractuosités (poches). Plusieurs milliers de peptides peuvent se lier à une molécule de CMH-I donné. La molécule HLA-A2 est l'allèle le plus fréquent chez les caucasiens. Les aa d'ancrages sont des aa qui ont des propriétés structurales ou chimiques communes. Toutes les cellules expriment en permanence de nombreuses molécules de CMH-I associées à des milliers de protéines du soi. Ces complexes ne génèrent pas de réponse, en partie du fait de l'absence de LT spécifiques de ces complexes, mais aussi parce que ces peptides ne sont pas représentés par les cellules dendritiques. En cas d'infection, des peptides étrangers ou anormaux vont être présentés et il y aura mise en place d'une réponse LT. Le polymorphisme des molécules HLA et leur spécificité de liaison des peptides fait que chaque individu présente un assortiment de peptides qui lui sera propre. Certains HLA de classe II favorisent la présentation de peptides capables de déclencher une réponse par réaction croisée, à des peptides du soit. Ces HLA prédisposent à une maladie auto immune.

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Activation et fonctions des lymphocytes T vendredi 12 septembre 2008 11:01

L'activation des LT naïfs et mémoires par les CPA est un événement majeur puisque nécessaire au développement des réponses immunitaires adaptatives (humorales et cellulaires). L'activation des LT est nécessaire à l'activation des LB et à lieu dans les organes lymphoïdes secondaires.

I) Structure du TCR Le TCR comporte deux chaînes : α et β Chaque chaîne est ancrée dans la membrane et comporte deux domaines extracellulaires. Ces domaines sont de type immunoglobuline : la chaîne protéique est repliée et reliée par un pont cystéine. Chacune de ces chaînes comporte aussi un domaine constant et un domaine variable. Les réarrangements somatiques des gènes des immunoglobulines sont responsables de cette variabilité.

Il y a dans les domaines variables, 3 régions hypervariables, impliquées dans la spécificité vis-à-vis d'un antigène : • CDR-1 • CDR-2 • CDR-3 Les chaînes variables interagissent conjointement avec le CMH et les peptides présentés. Les parties hypervariables CDR-1 et CDR-2 s'associent avec le CMH (bord du sillon) tandis que CDR-3 reconnait certains aa centraux du peptide. Le TCR est spécifique à un complexe CMH-Peptide antigénique et non seulement d'un peptide.

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Le TCR ne reconnait pas un autre complexe qui comporterais le même peptide mais avec une autre molécule du CMH. Il ne reconnait pas non plus l'inverse. Cependant, environ 10% des LT d'un individu reconnaissent via leur TCR des complexes CMH-Peptide allogéniques (retrouvé chez d'autres individus). En effet, ces TCR particuliers sont susceptibles de reconnaître deux complexes (CMH et peptide présenté différents). Ce phénomène est responsable du rejet de greffe entre individus non apparentés. Cette reconnaissance croisée est due à une similitude de structures, charges et interactions.

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Les TCR reconnaissent aussi des super antigènes : molécule soluble bactérienne ou virale ancrée dans la membrane des cellules infectées. Cette reconnaissance ce fait indépendamment de la spécificité d'un TCR vis-à-vis d'un antigène et implique particulièrement la chaîne β du TCR. La réaction immunitaire est très forte.

Le TCR est toujours associé dans la membrane du lymphocyte, à des chaînes de transduction qui sont au nombre de 6 et qui constituent le complexe CD3.

II) Présentation des antigènes aux LT dans les organes lymphoïdes secondaires Cette présentation est possible grâce à la recirculation permanente des lymphocytes T et B à la recherche de leur antigène. Concernant les LT, à la sortie du Thymus où ils sont formés, ils passent dans le sang et la lymphe et commencent à chercher leur antigène en traversant les OLS.

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Les lymphocytes pénètrent dans les OLS en traversant la paroi de vaisseaux spécialisés présents dans le cortex profond des ganglions lymphatiques. Il y a 3 types de CPA, celles qui présentent les antigènes aux LT dans les OLS sont les cellules dendritiques. Pour cela, les cellules dendritiques capturent les protéines exogènes qu'elles découpent en peptides et les associent aux CMH-I et CMH-II. Puis elles présentent ces complexes à leur surface. Si les antigènes sont capturés en périphérie (peau par exemple) et qu'elles reçoivent en même temps des signaux de dangers (2 grands types : PAMP et signaux de stress), elles sont activées et deviennent matures puis migrent dans l'OLS le plus proche. Les cellules dendritiques matures ont 3 caractéristiques essentielles pour activer les LT : • Elles ont de très nombreuses dendrites acquises pendant la maturation (augmentation de la surface de présentation de CMH-Peptide et molécules d'adhérence ICAM et LFA) • Elles expriment de nouvelles molécules qui sont les molécules de co-stimulation de la famille B7. • Elles se mettent à sécréter des chimiokines qui attirent à leur contact des lymphocytes qui traversent l'OLS où elles se trouvent.

Ces caractéristiques permettent de présenter efficacement l'antigène aux rares LT spécifiques circulants. Lors de la rencontre, les membranes des LT et de la cellule dendritique font contact au niveau d'une zone appelée synapse immunologique. Ce contact peut durer plusieurs heures pour que l'activation soit efficace.

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Les LT non spécifiques continuent à circuler.

III) Conditions de l'activation des LT

Pour que l'activation d'un LT par l'antigène soit efficace, la cellule dendritique doit fournir 2 signaux au lymphocyte : Premier signal : • Fournit par l'interaction du TCR avec le complexe CMH-Peptide et est transduit par les chaînes de signalisation associées au TCR. • L'interaction est renforcée par les co-récepteurs CD4 ou CD8. • Les co-récepteurs CD4 et CD8 interagissent avec les régions invariantes du CMH. Second signal : co-stimulation • Résulte de l'interaction entre les molécules B7 et le récepteur CD28 porté par les LT.

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Il y a d'autres interactions cellulaires au niveau de la synapse, ces interactions renforcent aussi l'activation du LT. • Interactions entre CD2 et LFA-3. • Interaction entre molécules d'adhérence ICAM avec LFA. Les interactions LFA-ICAM se font avec différentes affinités, la somme des interactions détermine l'avidité (affinité totale). Cette avidité dépendra du nombre d'interactions mais aussi de l'affinité de ces interactions. L'avidité détermine l'intensité du premier signal et ainsi l'intensité de l'activation du lymphocyte. L'activation des LT et LB est modulable et non du type "tout ou rien".

IV) Anergie et tolérances

Si la cellule dendritique présente l'antigène mais n'exprime pas de molécule B7, alors elle ne fournit pas le second signal au lymphocyte. Dans ce cas, le lymphocyte devient anergique. L'anergie est un état réfractaire à l'activation par les deux signaux. Cet état est plus ou moins durable et contribue au maintient de la tolérance vis-à-vis des éléments du soi. Il y a des cellules dendritiques présentes en permanence dans les OLS, elles capturent des antigènes du soi en phagocytant des cellules qui meurent ou en internalisant des protéines du soi solubles. Elles découpent ces protéines en peptides, mais comme elles ne reçoivent pas de signaux de dangers, elles ne maturent pas réellement. Lorsqu'elles rencontreront des LT spécifique du soi, les cellules dendritiques fournissent le signal 1 en présentant l'antigène mais sans générer le signal 2. > Le LT devient anergique > Diminue le risque de réaction auto-immune. C'est un des deux mécanismes de prévention de l'auto-immunité, avec celui des LT régulateurs. L'activation des LT doit être stoppée après quelques heures, en effet si elle dure trop longtemps, elle induit une cross-réactivité vis-à-vis des antigènes du soi et donc une auto-immunité. Il existe donc des mécanismes de rétrocontrôle des LT.

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Ce mécanisme dépend de l'expression, par les LT activés quelques heures après l'activation d'une molécule CTLA-4. Cette molécule ressemble au récepteur CD28 et est aussi un récepteur pour les molécules B7. CTLA-4 a une plus forte affinité que le récepteur CD28 pour les molécules B7. > Création d'une compétition entre CD28 et CTLA-4 De plus, le récepteur CTLA-4 transduit des signaux qui stoppent l'activation.

V) Conséquences de l'activation des LT L'activation des LT déclenche leur prolifération et leur différentiation en LTeffecteurs et Ltmemoires.

1. Prolifération : expansion clonale Les signaux 1 + 2 déclenchent : • L'entrée du LT dans la phase G1 du cycle cellulaire • La sécrétion d'une cytokine à activité de facteur de croissance : Interleukine 2 (IL-2) • L'expression d'un récepteur à haute affinité pour cette cytokine : IL-2R IL-2 interagit avec le récepteur de haute affinité, ce récepteur envoie au LT des signaux qui déclenchent la mitose. Cette stimulation peut être auto ou paracrine. Les LT font en moyenne une quinzaine de mitose qui donne naissance à environ 30 000 LT clones.

Les LT au repos expriment toujours un récepteur à l'IL-2 à faible affinité. Ce récepteur est constitué de 2 chaînes (β et γ). L'activation du LT déclenche la transcription d'un gène codant pour une 3ème chaîne (chaîne α) pour le récepteur à l'IL-2.

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2. Différentiation en LT effecteurs LT CD8 : Les LT CD8 se différentient en LTc, celle-ci est marquée par l'acquisition : • D'un nouveau phénotype : • Le lymphocyte perd certaines molécules de surface qu'il exprimait, et il en exprime de nouvelles. > Il acquiert des molécules qui permettront au LTc de migrer vers le foyer infectieux inflammatoire. D'une machinerie lytique constituée de granules cytoplasmiques contenant : • Perforine : molécule qui a une capacité à s'ancrer dans la membrane, créer des polymères et réaliser un pore. • Granzyme : molécule qui déclenche l'apoptose en activant les procaspases. • De la capacité d'être réactivé par le seul signal antigénique. • De la capacité d'exprimer lors d'une réactivation par l'antigène, une molécule membranaire FasL (Fas Ligand) • De la capacité de sécréter des cytokines : TNF-α et IFN-γ

LT CD4 : Suite à leur activation par des antigènes, les CD4 se différentient en LT-H1 ou LT-H2. La différentiation en LT-H1 est marquée par l'acquisition : • D'un nouveau phénotype qui permettra de rejoindre le foyer infectieux inflammatoire. • De la capacité à répondre à une nouvelle activation par la sécrétion de cytokines effectrices : TNF-α, IFNγ, IL-3, GM-CSF (Granulocyte/Monocyte Colony Stimulating Factor). • De la capacité à exprimer des molécules membranaires : CD40L et FasL. A la différence des LTc, les LT-H1 nécessitent les 2 signaux pour être réactivés. La différentiation en LT-H2 est marquée par l'acquisition : • D'être réactivé par les LB dans l'OLS et à répondre par cette activation • avec la sécrétion de cytokines différentes de celles de LT-H1 : IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 et TGF-β. • L'expression sur leur membrane de CD40L (ligand) Les cellules T effectrices ont une durée de vie courte (jours, semaine) puis meurent par apoptose induite par FasL et récepteur Fas. Cette destruction est nécessaire au maintient de l'homéostasie.

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