1 Le Complément Dr Alessandra Rosenthal-Allieri Laboratoire Central d’Immunologie CHU de Nice

2 Système Immunitaire Immunité naturelle Immunité acquise

3 Composants cellulaires : Cellules phagocytaires (neutro, mono, macrophages) Cellules relarguant des médiateurs (baso, eosino, mast-cells) Cellules NK Composants moléculaires : Complément Protéines de la phase aigue Cytokines (IFN etc.) Immunité Naturelle

4 - La découverte du complément est due au chercheur belge Jules Bordet ( ) alors qu’il menait des recherches sur le vibrion cholérique (Vibrio cholerae) à l'Institut Pasteur de Paris. En 1898, il découvrit que le sérum d’un lapin immunisé contre le vibrion cholérique (antisérum) produisait la lyse des bactéries mais que cette action ne se produisait plus si l’antisérum avait d’abord été placé pendant quelque temps à la température de 56°C, température des étuves utilisées à l'époque pour maintenir la paraffine fondue. - Le terme "complément" a été forgé ensuite par Paul Ehrlich à la même époque. Ce dernier obtint le prix Nobel de médecine en 1908 conjointement avec Élie Metchnikoff tandis que Jules Bordet le reçut en Bordet montra également que l'action hémolytique d'un immunsérum sur des globules rouges étrangers est similaire à celle qui se produit dans l'organisme contre des bactéries. Il mit au point un test simple utilisant l’hémolyse de globules rouges de mammifères pour montrer que l’activité lytique d’un sérum vis à vis de cellules cibles nécessite simultanément la présence d’anticorps spécifiques et du complément : tests hémolytiques utilisés en routine diagnostique. 56°C pendant 30’

5 Système du Complément : généralités I Identifié dans le sérum comme principe thermolabile qui complémentait l’action des anticorps pour la lyse des bactéries Au moins 30 protéines dans le plasma ou à la surface des cellules 3 g/l 15% de la fraction globulinique du plasma Nomenclature: voie classique de C1 à C9, dans l’ordre de la leur découverte voie alterne : facteurs fragments clivés : b le plus grand, a le plus petit (ex. C3a et C3b) Cascades enzymatiques (comme pour coagulation, fibrinolyse et voie des kinines). Activation très rapide, étroitement liée aux membranes cellulaires Trois voie d’activation : classique, alterne et voie des lectines Régulation/pathologie

6 Système du Complément : généralités II Synthèse : Hépatocytes, macrophages, certains épithéliums Génétique : Les gènes codants pour C2, C4 et B sont situés sur le chromosome 6, liés aux gènes du CMH (HLA classe III) Polymorphisme restreint Déficits génétiques décrits pour les composants de la voie classique et du CAM, exceptionnels pour les composants de la voie alterne.

7 Principales activités physiologiques du système complémentaire Défense contre les infections : Opsonisation Chimiotactisme et activation Lyse des bactéries et des cellules infectées Interface entre immunité naturelle et spécifique : Augmentation de la réponse Ab Potentialisation de la mémoire Imm. Élimination des cellules endommagées : Clearance des CI dans les tissus Clearance des cellules apoptotiques

8 VoieInitiateur ClassiqueImmuno-complexes (IgM, IgG 1, 2, 3) Cellules apoptotiques Certains virus et bactéries Gram- CRP liée au ligand composants matrice extracellulaire des lectinesMicroorganismes avec groupements mannoses terminaux et N-Acetyl D-Glucosamines AlterneBactéries, champignons, virus, cellules tumorales Les trois voies d’activation du complément

9 Walport NEJM 2001 Activation du Complément

10 Assembly of C1 during the Classical Complement Pathway The Fab of IgG or IgM bind to epitopes on an antigen. C1q, C1r, and C1s then assembles on the Fc portion of the antibodies to form C1, the first enzyme of the classical complement pathway. The enzyme C1 is able to cleave C4 into C4a and C4b, as well as C2 into C2a and C2b.

11 Formation of C3 Convertase during the Classical Complement Pathway The enzyme C1 is able to cleave C4 into C4a and C4b. The C4b binds to adjacent proteins and carbohydrates on the surface of the antigen. C2 then binds to the C4b and C1 cleaves C2 into C2a and C2b. The C4a2b functions as a C3 convertase that can subsequently cleave hundreds of molecules of C3 and C3b.

12 Formation of C5 Convertase during the Classical Complement Pathway The C4a2b functions as a C3 convertase that can subsequently cleave hundreds of molecules of C3 into C3a and C3b. Much of the C3b binds to adjacent proteins and carbohydrates on the antigen to participate in opsonization while C3a can stimulate inflammatory responses. Some of the C3b binds to C4b2a to form C4b2a3b, a C5 convertase that can cleave C5 into C5a and C5b.

13 The Membrane Attack Complex (MAC) Causing Cell Lysis This C5b6789 membrane attack complex (MAC), puts pores into lipid bilayer membranes of human cells to which antibodies have bound. This results in cell lysis. MAC can also damage the envelope of enveloped viruses and put pores in the outer membrane and cytoplasmic membrane of gram-negative bacteria causing their lysis

14 Activation of the alternative complement pathway and formation of C3 convertase Activation of the alternative complement pathway begins when C3b (or C3i) binds to the cell wall and other surface components of microbes. Alternative pathway protein Factor B then combines with the cell-bound C3b to form C3bB. Factor D then splits the bound Factor B into Bb and Ba, forming C3bBb. A serum protein called properdin then binds to the Bb to form C3bBbP that functions as a C3 convertase capable of enzymatically splitting hundreds of molecules of C3 into C3a and C3b.

15 Some of the C3b subsequently binds to some of the C3bBb to form C3bBb3b, a C5 convertase capable of enzymatically splitting hundreds of molecules of C5 into C5a and C5b Formation of C5 convertase during the alternative complement pathway

16 Chemotactict effect of C5a and C3b Most C3b binds to antigens on the microbial surface. Some C3b combines with C2a and C4b to form the third enzyme of the complement pathway that is able to split C5 into C5a and C5b. C5a stimulates mast cells to release histamine for inflammation and diapedesis. It also functions as a chemoattractant for phagocytes. The phagocytes are then able to bind to the C3b attached to the surface of the microorganism allowing for opsonization (enhanced attachement).

17 Régulation du clivage of C3 par le Factor H et Factor I Walport NEJM 2001

18 Facteurs de régulation membranaires -Ensemble de protéines membranaires qui inhibent l’activité du complément -Présents à la surface des cellules normales pour empêcher la lyse cellulaire : CD55, CD59, CD46 (comme le facteur H, inactive C3b déposé sur la membrane cell.)

19 Les trois principales activités physiologiques du système complémentaire ActivitéProtéines responsables Défense contre les infections : OpsonisationC3 et C4 Chimiotactisme et activationAnaphylotoxines (C5a, C3a et C4a) Lyse des bactéries et des cellulesMAC (C5b-C9) Interface entre immunité naturelles et spécifique : Augmentation de la réponse AbC3b et C4b liés aux CI; C3R sur B et APC Potentialisation de la mémoire Imm.C3b et C4b liés aux CI; C3R sur FDC Élimination des cellules endommagées : Clearance des CI dans les tissusC1q; fragments de C3 et C4 Clearance des cellules apoptotiquesC1q; fragments de C3 et C4

20 The Fab portion of IgG binds to epitopes of an antigen. The Fc portion can now attach the antigen to Fc receptors on phagocytes for enhanced attachment. This is especially important against encapsulated microbes. C3b and C4b from the complement pathways can also attach antigens to phagocytes. Once attached to the phagocyte by way of IgG, C3b, or C4b, the microbe can be engulfed more efficiently and placed in a phagosome. As lysosomes fuse with the phagosome the microbe is digested. Opsonization of a Bacterium

21. Extracellular Killing After Opsonization The Fab portions of IgG or C3b bind to epitopes on human cells recognized as foreign, such as virus-infected cells, tumor cells, or cells involved in autoimmune reactions. This enables phagocytes to attach to the cell by way of their Fc and C3b receptors. The phagocytes now destroy the cell by discharging their lysosomal contents

22 Récepteurs du complément NomLigandsDistributionFonction CR1 (CD35) iC3b, C4b phagocytes, B, GR, CFD élimination des CI liés aux GR opsonisation activation B CR2 (CD21)iC3b, C3dg B, cellules epitheliales activation B réc. EBV CR3 (CD11b/CD18)iC3b, ICAM-1 Phagocytes, NK CFD opsonisation molecule d’adhesion CR4 (CD11c/CD18)iC3b Phagocytes molécule d’adhésion opsonisation

23 Effets cliniques des principaux déficits héréditaires du Complément DéficitConséquences sur l’act. du C’Associations cliniques C3incapacité d’opsonisationInfections à pyogènes incapacité à activer le MACGN membrano-proliférative C3 Properdineincapacité à former le MACInfections à Neisseria MAC C1q, C1r,incapacité à activer la voieInfections, LES C4, C2 classique, ↘ clearance CI et cell. Apoptotiques, liberations auto-Ag

24 AnomalieClinique Ethiopathogénèse C3 nef- Glomérulonéphrite Auto-Ab qui stabilise le C3bBb membrano-proliférative Déficit en facteur H, I- GlomérulonéphriteDéfaut de régulation de l’activation membrano-proliférativede C3, avec inflammation chronique - Syndr. Hémolyt. Urém.dans le glomérule et déficit atypiquesecondaire en C Déficit en C1 inhibiteur- Oedème angioneurotiqueDéfaut de la sérine-protéase qui inactive le C1 et le système de kinines-bradikinines Hémoglobinurie paroxystique- Hémolyse intravasculaireDéficit de régulation du MAC par nocturne défaut d ’expression des molécules GPI (CD55 et CD59) sur les GR Pathologie du complément - anomalies de régulation

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Angio-oedème L’angio-œdème se caractérise par un gonflement soudain et temporaire des muqueuses et sous-muqueuses affectant le plus souvent le visage, les mains, le tractus gastro-intestinal et le périnée. L’AO est mou, blanc, circonscrit, non prurigineux et régresse en h. L’AO représente un danger vital en cas de localisation impliquant les voies aériennes. La fuite capillaire associée à l’AO est liée à la production pathologique de kinines, bradikinines en particulier, par coupure d’un kininogène. Heinrich Quincke 1882œdème de la glotte William Osler1888notion d’AO Donaldson et Evans1963C1inh

Angio-oedème

29 Angioedèmes ● AOH Type Idéficit quantitatif C1inh85% Type IIdéficit fonctionnel C1inh15% Type IIIsans anomalies du C1inh, gain de fonction des kininogenases (anomalies gène Fact. XII et des kininases), prise d’oestrogénes ● AOAType Iassociés aux Syndromes Lymphoprolifératifs Type IIautoAC anti C1inh, dysglobulinemie monoclonale associée ● AOA médic.inhibiteurs de l’ACE, antagonistes de l’AT1 ● AO du syndrome de Gleich : fièvre, ↗ poids, éosinophilie, ↗ IgM, lié aux cytokines GM-CSF, IL-3, IL-5 et impliquant les CD4+ ● AO idiopathiques

Davis AE 3 rd Adv Exp Med Mol. 425: C1Inh α2AP α2M KK70-90% % C1 (C1r, C1s), MASP-2 100% - - Facteur XIIa92% 3% 5% Facteur XI 75% 26% - Plasmine5-10% 64-89% 7-23% tPA1-5% - - Contrôle des protéases du système des kinines

Dérégulation des cascades du complément, de la coagulation et de la phase contact dans l’AO héréditaire Morgan BP. NEJM 2010: 363;6

Cicardi Inter Emerg Med (2010) 5:481 Physiopathologie de l’AO par déficit en C1inhibiteur

Mécanismes d’activation du système kinines au niveau de la surface endothéliale dipeptidase IV, endopeptidase neutre, aminopeptidase, ACE ➨ formation peptides inactifs

34 Angioedème héréditaire par anomalie du C1 inhibiteur: diagnostic 1 critère clinique majeur et 1 critère biologique majeur Critères cliniques Critères majeurs: ● œdème récurrent sous-cutané, localisé, non inflammatoire, sans urticaire, durant au moins 12h et cédant spontanément ● douleur abdominale récurrente sans cause organique, durant au moins 6 h et cédant spontanément ● œdème laryngé récurrent Critères mineures: ● contexte familial d’AO, et/ou douleur abdominale et/ou d’AO laryngé récurrent Critères biologiques ● antigénémie C1inh <50% de la valeur cible (contrôlée deux fois, en dehors d’un SI) ● fonction C1inh <50% de la valeur cible (contrôlée deux fois, en dehors d’un SI) ● mutation du gène SERPING1, altérant sa synthèse et/ou sa fonction

35 AOH par anomalie du C1 inhibiteur: diagnostic ● Prélèvement 1 tube sec 1 tube plasma citraté ● Diagnostic d’orientation ● Diagnostic de certitude ● Diagnostic génétique 2 tubes EDTA + consentement En crise En dehors des crises CH50 ↘ N C4 ↘ ↘ ↘↘ C3 N ou ↘ N AO héréditaireAO acquis Type IType IIType IType II C1 Inh Ag ↘ ↘ ↘N ou ↗↘↘ C1 Inh fonct. ↘ ↘ ↘ ↘↘ AutoAc anti-C1 Inhnég pos

Dérégulation des cascades du complément, de la coagulation et de la phase contact dans l’AO héréditaire Morgan BP. NEJM 2010: 363;6

37 Zuraw BL, NEJM 2008 Voies inhibées par le C1 Inhibiteur et nouveaux médicaments