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Immunité adaptative. Programme 1a. Antigènes –Définition –Antigénicité et immunogénicité –Structure moléculaire des antigènes –Propriétés qui influencent.

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1 Immunité adaptative

2 Programme 1a. Antigènes –Définition –Antigénicité et immunogénicité –Structure moléculaire des antigènes –Propriétés qui influencent limmunogénicité des antigènes Liées à lantigène lui-même Liées à lhôte Liées aux « circonstances » de la rencontre –Les adjuvants

3 Programme 1b. Epitopes –Définition –Epitopes B et épitopes T –Epitopes séquentiels et non séquentiels –Interaction des épitopes et des CDR –Compétition des épitopes Épitopes dominants et épitopes cryptiques –Epitopes T et agrétopes 1c. Haptènes –Définition et exemples –Implications cliniques

4 Programme 2a. Organisation des gènes dimmunoglobulines –Introduction sur la structure des immunoglobulines Chaînes lourdes et chaînes légères Classes et sous-classes

5 Programme 2b. Génération de la diversité –Tonegawa et lillustration de variations somatiques du DNA des cellules de limmunité adaptative –Concept de familles multigéniques –Choix de segments géniques dans chaque famille : rôle des recombinases –Implication clinique : les scid –Encore plus de diversité : diversité jonctionnelle et TdT

6 Programme 2b. Génération de la diversité –Réarrangements productifs et non productifs –Exclusion allélique –Encore plus de diversité : lhypermutation somatique : rôle de lAID 2c. Commutation isotypique –Mécanismes de la commutation isotypique –Epissage alternatif et sécrétion des Ig

7 Programme Epitopes –Définition –Epitopes B et épitopes T –Epitopes séquentiels et non séquentiels –Compétition des épitopes Épitopes dominants et épitopes cryptiques Organisation des gènes dimmunoglobulines Génération de la diversité

8 Antigènes : molécules reconnues par des immunorécepteurs (BCR, immunoglobulines, TCR)

9 Antigène Concept minimaliste, qualitatif Une substance sera dite antigénique si au moins dans certaines conditions, et au moins chez certains sujets, elle est capable dinduire une réponse en se liant de façon spécifique aux immunorécepteurs (immunoglobulines ou TCR)

10 Antigène Donc on peut parler de linjection dun antigène qui pourtant ne provoquera dans les conditions et chez lindividu considérés aucune réponse immunitaire

11 Immunogénicité Définition plus quantitative, plus circonstancielle Pouvoir dun antigène à induire une réponse immunitaire chez un individu donné et dans des conditions données Certains antigènes sont très immunogènes, dautres le sont peu

12 Antigènes Protéines Polysaccharides Acides nucléiques Lipides et glycolipides

13 Propriétés des antigènes qui influencent leur immunogénicité

14 Le degré daltérité Plus un antigène provient dun organisme distant dans lévolution, plus il sera immunogène

15 Le poids moléculaire Poids moléculaire idéal : 100 kD Les protéines de poids moléculaire < 5 kD sont parfois antigéniques mais généralement peu immunogènes

16 Capacité à être apprêté et présenté par une molécule du CMH phagocytose par une cellule présentatrice dantigène –Grosses protéines insolubles, agrégats affinité pour une molécule du CMH –Les molécules CMH ne sont pas les mêmes chez tous les individus (chez toutes les espèces) –La nature des molécules CMH présentes détermine limmunogénicité de lantigène considéré

17 Facteurs génétiques Limmunogénicité dun antigène nest pas la même chez tous les individus dune même espèce –Molécules du CMH différentes chez tous les individus –Autres facteurs

18 Concentration de lantigène (dosage) Une concentration optimale est requise pour une bonne immunogénicité Si lantigène est trop ou trop peu concentré, limmunogénicité sera mauvaise. Une tolérance peut même sinstaller

19 Voie dentrée (ou dadministration) Selon la porte dentrée de lantigène, il interagira avec différentes cellules présentatrices dantigènes et induira des réponses immunitaires dintensité différentes La voie orale est généralement (mais pas toujours) peu immunogène voire génératrice de tolérance La voie la plus efficace : sous-cutanée ou intramusculaire

20 Adjuvants Substances utilisées dans les vaccins et qui permettent daugmenter limmunogénicité des antigènes utilisés

21 Les adjuvants Deux types dadjuvants avec des fonctions différentes –Favoriser et prolonger la durée de linteraction entre lantigène et le système immunitaire Ex. hydroxyde dalumine –Recruter et activer des cellules de limmunité n naturelle pour quelles induisent la réponse adaptative Les PAMP sont souvent de bons adjuvants Certains molécules sont à la fois des antigènes et des PAMP

22 Epitope ou déterminant antigénique Le terme dantigène désigne généralement la molécule antigénique dans son ensemble même si seule une partie de celle-ci est reconnue par limmunorécepteur On réserve le terme dépitope (= déterminant antigénique) à la partie de lantigène qui interagit réellement avec limmunorécepteur Un même antigène peut avoir de multiples épitopes

23 Epitope Lépitope peut impliquer les quatre niveaux de structure dune protéine

24 Epitope T / épitope B Les épitopes reconnus par les lymphocytes T sont distincts de ceux reconnus par les lymphocytes B

25 Epitopes B Lanticorps se lie à lépitope par des interactions non covalentes, de faible affinité –Proximité directe des structures moléculaires qui interagissent –La taille de lépitope B ne peut être supérieure à celle du site de liaison sur lanticorps Notion de complémentarité : la structure du site de liaison de lanticorps est complémentaire de celle de lépitope considéré

26 Site de liaison à lantigène Chaîne légère Chaîne lourde

27 Partie constante Sites de liaison à lantigène : F ab (antigen binding) fraction cristallisable : Fc

28 Deux sites de liaison par immunoglobuline (Fab 2 )

29 Site de liaison à lantigène

30 Sites de liaison à lantigène

31 Sites de liaison sur lanticorps Deux types de site de liaison –« poche » dans le Fab petites molécules de structure compacte (peptides, oligonucléotides, sucres, autres agents chimiques : haptènes) –surface du Fab dans son ensemble grosses protéines

32 Les épitopes B doivent être directement accessibles à la surface de la protéine

33 La structure de lépitope B et du Fab correspondant sont complémentaires

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35 Les CDR (complementarity determining regions) Il existe dans la partie variable des chaînes légères et des chaînes lourdes des régions particulièrement impliquées dans la liaison à lantigène, dans la complémentarité à la structure de celui-ci : ce sont les régions déterminant la complémentarité ou CDR (CDR1, CDR2, CDR3)

36 Epitopes séquentiels et non séquentiels Epitopes séquentiels : reconnaissance dune séquence dacides aminés (qui se suivent sur la protéine), indépendemment de la structure tertiaire du segment considéré –les anticorps dirigés contre des épitopes séquentiels les reconnaîtront même si la protéine native est dénaturée

37 Epitopes séquentiels

38 Epitopes non séquentiels Reconnaissance dacides aminés non contigus dans la structure primaire mais que la structure tertiaire de la protéine fait entrer en interaction étroite avec le site Fab de lanticorps : on parle aussi dépitopes conformationnels –les anticorps dirigés contre des épitopes non séquentiels (conformationnels) ne reconnaissent plus ces derniers si la protéine est dénaturée

39 Epitopes non séquentiels

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41 Multiplicité des épitopes et immunodominance les protéines possèdent généralement de nombreux épitopes potentiels dont certains peuvent se chevaucher ou entrer en compétition lors dune réponse immunitaire un individu (ou un animal donné) ne développent cependant pas danticorps contre tous ces épitopes potentiels : il y a dominance de certains épitopes par rapport à dautres

42 Multiples mécanismes de limmunodominance Compétition entre différents épitopes lors des différentes étapes de linduction dune réponse immunitaire En vaccinologie, les épitopes les plus « intéressants » ne sont pas nécessairement immunodominants

43 Epitopes T

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45 Epitope et agrétope les antigènes reconnus par les lymphocytes doivent avoir un site de liaison pour le TCR (épitope) et un site de liaison pour la molécule CMH (agrétope)

46 Epitopes T Epitopes présentés par molécules CMH I : séquences de neuf acides aminés (nonamères) Epitopes présentés par molécules CMH II : séquences de 11 à 25 acides aminés

47 Les épitopes T sont souvent des parties « internes » ou cachées de la structure primaire

48 Pas dépitopes non séquentiels pour les épitopes T!

49 Agrétope

50 la liaison de lantigène à la molécule CMH (via lagrétope) est sélective mais na pas du tout la spécificité fine de la liaison de lépitope sur le TCR –une même molécule du CMH peut fixer un grand nombre de peptides différents

51 Epitope et agrétope Tous les acides aminés du peptide participent à la constitution de lépitope, par contre seuls une partie de ceux-ci contribuent à la liaison à la molécule CMH, à lagrétope

52 Dominance et CMH une même protéine comporte de multiples épitopes T potentiels seuls les peptides capables de se lier aux molécules CMH de lindividu ou de lanimal considéré pourront provoquer une réponse immunitaire T

53 Dominance et CMH

54 Haptènes et porteurs Certaines molécules de faible poids moléculaire peuvent être reconnues par des anticorps mais ne peuvent pourtant induire la synthèse danticorps spécifiques Ce sont des haptènes (haptein : nouer)

55 Haptènes et porteurs Pour quune réponse soit induite, il faut que lhaptène soit lié à une grosse protéine porteuse

56 Haptènes et porteurs

57 Exemples de haptènes Hormones stéroïdiennes –Dosages dhormones par anticorps Médicaments –Base des allergies médicamenteuses

58 Allergie à la pénicilline

59 Allergies médicamenteuses Les médicaments qui forment des conjugués covalents avec les protéines ont un risque important de générer des allergies Les médicaments qui ne forment pas de conjugués covalents avec les protéines ont un risque faible de générer des allergies

60 Organisation et expression des gènes dimmunoglobulines

61 Deux chaînes lourdes et deux chaînes légères Chaîne légère : deux types possibles (lun ou lautre) : ou

62 Au sein dune même immunoglobuline, les deux chaînes lourdes et les deux chaînes légères sont identiques

63 Deux types de chaînes légères : kappa ou lambda Une immunoglobuline donnée utilise lun ou lautre type de chaîne légère

64 Tant les chaînes légères (quelles soient ou ) que les chaînes lourdes ont une portion variable et une portion constante

65 La portion constante des chaînes lourdes est essentielle pour déterminer les propriétés fonctionnelles de limmunoglobuline

66 Cette portion constante des chaînes lourdes détermine lisotype de limmunoglobuline IgM, IgD, IgG, IgE, IgA Propriétés différentes de liaison aux récepteurs FcR, au C1q etc.

67 Organisation et expression des gènes dimmunoglobulines Le système immunitaire des mammifères génère des anticorps de plus de spécificités différentes Si chacun de ces anticorps était codé par un gène particulier, 15% du génome seraient consacrés à cette seule fin

68 Variations somatiques Pour les lymphocytes (et seulement pour eux) : –La séquence du DNA évolue et se diversifie considérablement au fil de la différenciation lymphocytaire –Ce sont des variations somatiques, par opposition à la séquence initiale présente sur les cellules souches, dite séquence germinale (la même que sur toutes les autres cellules de lorganisme)

69 Tonegawa : prix Nobel 1987 Les fractions constantes et variables dune même protéine (chaîne légère dune immunoglobuline) sont codées par des gènes qui sont initialement distincts

70 Tonegawa : prix Nobel 1987

71 Concepts de familles multigènes Existence de familles qui regroupent des « segments géniques » Au sein de chaque famille, un seul segment est aléatoirement choisi La juxtaposition de tous les segments choisis forme le gène à partir duquel le RNA de limmunoglobuline considérée sera transcrit

72 Concept de familles « multigènes » Pour les chaînes légères de type –Deux familles responsables de la portion variable Famille V (V 1, V 2, …, V 30) et famille J (J 1, J 2, J 3 et J 4) –Une famille responsable de la portion constante Famille C (C 1, C 2, C 3, et C 4) Seuls un segment V, un segment J et un segment C seront conservés dans la cellule mûre qui exprime une chaîne légère de type

73 Concept de familles « multigènes » Pour les chaînes légères de type –Deux familles responsables de la portion variable Famille V (V 1,V 2, …, V 40) et famille J (J 1, J 2, J 3, J 4 et J 5)) –Un gène responsable de la portion constante : C Seuls un segment V, un segment J et le segment C seront conservés dans la cellule mûre qui exprime la chaîne légère de type

74 Concept de familles « multigènes » Pour les chaînes lourdes –Trois familles responsables de la portion variable Famille V H (V H 1, V H 2,…,V H 51), famille D H (D H 1, D H 2, …, D H 27) et famille J H (J H 1, J H 2, …, J H 6) –Une famille responsable de la portion constante Famille C (C,C, C, C et C ) Seuls un segment V H, un segment D H, un segment J H et un segment C H seront conservés dans la cellule mûre

75 Réarrangement ou recombinaison du DNA pour aboutir au rapprochement de segments aléatoirement choisis au sein de chaque famille (avec excision du matériel superflu)

76 Réarrangement du DNA Etapes distinctes dans le réarrangement et bien coordonnées au fil de la différenciation du lymphocyte B –dabord réarrangement gènes de chaîne lourde –puis réarrangement gènes de chaîne légère

77 Réarrangement du DNA Les enzymes en cause : les V(D)J recombinases –RAG-1 (recombination activating gene-1) –RAG-2 (recombination activating gene-2) –TdT : terminal deoxynucléotide transférase Reconnaissance de séquences signal à proximité des segments géniques à réarranger (recombination signal sequences)

78 Réarrangement du DNA Les déficits génétiques qui touchent les enzymes impliquées dans la recombinaison provoquent une absence de lymphocytes B et de lymphocytes B fonctionnels : ce sont les SCID (severe combined immunodeficiencies)

79 Réarrangement du DNA et diversité jonctionnelle La diversité intrinsèquement liée à la recombinaison est fortement accrue par le mode de jonction des segments sélectionnés

80 Les régions hypervariables (codant pour les CDR) sont aux jonctions V-J (chaînes légères) et V-D (chaînes lourdes)

81 Diversité jonctionnelle Imprécision de jonction des séquences codantes Flexibilité jonctionnelle

82 Diversité jonctionnelle Addition de nucléotides palindromiques (P nucléotides) et de nucléotides non palindromiques (N nucléotides)

83 Diversité jonctionnelle Laddition des N-nucléotides (jusquà 15) est totalement aléatoire, et constitue une source importante de diversité Elle est catalysée par la TdT (terminal déoxynucléotide transférase)

84 Réarrangements productifs et non productifs

85 Exclusion allélique Les lymphocytes B sont des cellules diploïdes mais nexpriment que les gènes réarrangés dun seul chromosome quil sagisse des gènes de chaîne légère ou de ceux de la chaîne lourde : cest lexclusion allélique. Un clone de lymphocytes B donné ne possède quune seule spécificité (pas deux)

86 Exclusion allélique Dès quun réarrangement productif de chaîne lourde est obtenu, il bloque les réarrangements de chaîne lourde et enclenche les réarrangements de la chaîne légère Dès quun réarrangement productif de la chaîne est obtenu, il bloque les réarrangements de chaîne légère et les chaînes ainsi obtenues sassemblent Dans le cas contraire, on passe au réarrangement de la chaîne légère

87 Hypermutation somatique Processus qui touche le produit fini du réarrangement génique 1mutation/1000 bases par division cellulaire soit 10 5 fois plus que dans les autres gènes Généralement substitutions (plutôt que délétions)

88 Hypermutation somatique

89 Processus qui touche les lymphocytes B différenciés (plasmocytes) et qui intervient après la phase de réarrangement du DNA Processus influencé par la présence de lantigène Concept de maturation daffinité et de sélection par lantigène

90 AID Le processus dhypermutation somatique dépend strictement de lactivité de lenzyme AID : activation induced cytidine deaminase Cette enzyme transforme les dC en dU sur le DNA Le mismach G-U qui en résulte est le signal nécessaire au processus dhypermutation et à la commutation isotypique

91 Dernier niveau de la génération de diversité Association aléatoire dune chaîne lourde et dune chaîne légère

92 Diversité et CDR

93 Commutation isotypique La dernière phase de réarrangement naccroît pas la diversité et juxtapose un multisegment VDJ déjà réarrangé à un segment C H particulier

94 Les lymphocytes B matures qui nont jamais rencontré leur antigène expriment des IgM et des IgD

95 La rencontre avec lantigène déclenche la commutation isotypique

96 Commutation isotypique

97 Réarrangements non aléatoires selon une séquence donnée Influencés par la présence de lantigène et certaines cytokines et laide des lymphocytes T Responsables de la sécrétion séquentielle danticorps disotypes différents mais de même spécificité Dépendance de lAID (activation induced cytidine deaminase)

98 Epissage alternatif Epissage (splicing) : excision des introns du transcrit primaire avant polyadénylation et synthèse du mRNA Lépissage alternatif détermine si limmunoglobuline sera sécrétée ou membranaire

99 Ig membranaire et Ig sécrétée

100

101 Epissage alternatif Intervient dans la synthèse dIgM et dIgD par les mêmes cellules (en même temps) Intervient dans la synthèse dimmunoglobulines membranaires et dimmunoglobulines solubles (mais généralement pas par les mêmes cellules : lépissage est influencé par la différenciation cellulaire)


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