Immunité anti-infectieuse et mécanismes d’échappement Immunopathologie 2011 Professeur D. Wachsmann Laboratoire Physiopathologie des Arthrites

programmé pour répondre IMMUNITÉ INNÉE IMMUNITÉ ADAPTATIVE SPÉCIFIQUE TARDIVE IMMÉDIATE Présentation Antigène : CD un lymphocyte est programmé pour répondre à un antigène (LTCD4) Constitutive Induite Barrière cutanéomuqueuse Interactions PAMPs/PRRs Phagocytose, macrophages, CD Cellules NK Polynucléaires neutrophiles éosinophiles, basophiles Mastocytes LT effecteurs (CD4, CD8) Anticorps LT régulateurs Réponse inflammatoire NKT LT g/d Mémoire CD: cellules dendritiques

IMMUNITE INNEE : PHAGOCYTOSE (Cellules dendritiques, macrophages, neutrophiles, mastocytes..) Avec opsonisation Sans opsonisation CRP RFc IgG Scavengers : glycérides diacylés microbiens C3b CR1 Récepteurs (sucres) reconnus par des lectines bactériennes C3bi CR3 CR4 Macrophage C1qR Lectines: récepteurs du mannose Collectines: MBP C1q

Échapper à la phagocytose!

Echappement du phagosome Listeria monocytogenes Invasion macrophages (passif) et autres cellules : épithéliales, fibroblastes, endothéliales, entérocytes, hépatocytes (mécanisme actif : internalines) Cluster de 6 gènes : gène hly: listériolysine (LLO) gènes plcA et plcB : phospholipases de type C (PI-PLC, PC-PLC) Échappement de la vacuole initiale d’internalisation (phagosome) ainsi que des vacuoles secondaires (passage de cellule à cellule) : formation de pores et accés à la membrane des PLC. Passage dans le cytosol et multiplication Expression LLO dans Bacillus subtilis : passage dans le cytosol ! mais présentation par le CMH I

INHIBITION FUSION PHAGOSOME/LYSOSOME Capture de vésicules riches en sphingolipides issues du Golgi. Phagosome=vésicule issu d’un compartiment biosynthétique, pas de fusion avec les lysosomes 2003

Cellules cibles: macrophages alvéolaires (RFc, mannose, scavenger) INHIBITION FUSION PHAGOSOME/LYSOSOME Mycobacterium tuberculosis 2,5 106 /an Cellules cibles: macrophages alvéolaires (RFc, mannose, scavenger) Site de fixation (cholesterol) Macrophage Survie dans les phagosomes ? TACO:Tryptophan-aspartate containing coat protein L’interaction mycobactéries-macrophages nécessite la présence de cholestérol (rafts lipidiques). Pendant la phagocytose, Taco liée à la membrane par le cholestérol est recrutée autour du phagosome les mycobactéries par un mécanisme actif inhibent la libération de TACO Dissémination extra-pulmonaire (foie, rate) par HBHA

Inactiver le complément!! Virus Mécanisme Inactivation du C3 et de la C3 convertase (C4b2b) VV (virus de la vaccine) HIV Protéine VCP : (vaccinia complement control protein) : homologue viral de la C4bP Recrutement du facteur H Blocage de la formation du complexe d’attaque de la membrane HSV (Herpes simplex virus) HIV, HCMV (human cytomegalovirus) Synthèse d’un homologue du CD59 Protéine de l’hôte (CD59) incorporée dans l’enveloppe virale Récepteurs viraux du Fc HSV Fixation des IgG par le Fc Inhibition de l’immunité humorale : CD59 bloque le complexe d’attaque de la membrane C4bP fixe le C4b qui est lysé par le facteur I Facteur H fixe le C3b et déplace C2b ou Bb : lyse du C3b par I

Réponse inflammatoire! Inhiber la Réponse inflammatoire! Les PAMPs « pathogens associated molecular patterns » Présents sur les microorganismes pathogènes et non pathogènes Certains sont largement répandus (flagelline) d’autres plus rares: protéine F du RSV Invariants sur les microorganismes d’une certaine classe Produits par des voies propres aux microorganismes (non soi) Rôle essentiel dans la physiopathologie de ces microorganismes BACTERIES Composants de paroi: LPS, peptidoglycanne, acides lipotéichoïques, Lipoprotéines CHAMPIGNONS β-glucannes VIRUS Acides nucléiques Modifications propres aux virus Localisations particulières DETECTION : RÉPONSE IMMUNITAIRE INNÉE En réalité si la liste complète des PAMPs n’est pas connue, cette liste est probablement relativement courte

AUTRES MODES DE RECONNAISSANCE -Modifications des protéines de l’hôte par des enzymes microbiennes: protéases fungiques qui induisent la production de ligands de TLRs -Production de signaux « danger »: acide urique, HSP70, HMGB1 (high mobility group box 1), tenascine -Diminution de l’expression des molécules du CMH (virus)

Les PRRs: TLRs

reconnaissance par les TLR! Inhiber la reconnaissance par les TLR! flagelline CpG DNA lipoprotéines lipide A TLR5 TLR9 TLR2 TLR4 Changements aa terminaux Inhibition interaction Modification chaînes acides gras Coxiella burnetii (LPS non stimulant, flagelline-) pas de stimulation de TLR2 et TLR4 -Ag O masque lipoprotéines (pas de stimulation de TLR2) -Survie dans les lysosomes : pas de libération d’ADN, pas d’activation d’autres TLRs : TLR9 TLR4 : Lipide A hexaacétylés avec chaînes d’acides gras de 12 à 16 carbones H. pylori (tétraacétylés) 16-18 C Porphyromonas gengivalis (pentaacétylés) >20 C E. Coli : 88-LQRIRELTVQASTG H.pylori : 88-LDTVKVKATQAAQD En rouge les aa impliqués dans l’interaction avec TLR5

YopJ : Yersinia Bloquer les voies de signalisation! Inhibition de la synthèse de cytokines YopJ : Yersinia Acétyl transférase : Acétylation sérine et thréonine -Bloque l’activation d’IKK et MKKs -Bloque l’ubiquitination de TRAF6

TLRs impliqués dans la reconnaissance de constituants viraux Bowie et al. Nature review immunology 2008

Bloquer les voies de signalisation! Inhibition de la synthèse d’interférons La protéine A46R du virus de la vaccine séquestre les protéines adaptatrices: MyD88, MAL, TRAM, TRIF La protéine NS5A du virus de l’hépatite C séquestre spécifiquement MyD88 La protéase NS3-4A du virus de l’hépatite C clive TRIF. La proteine p30 du virus HTLV1 réduit l’expression de TLR4 La protéine A52R du virus de la vaccine inhibe IRAK2 d’où le blocage de la voie NF-κB. HCV: virus de l’hépatite C VACV: virus de la vaccine Bowie et al. Nature review immunology 2008

Bloquer l’action des cytokines! Virus Mécanisme Inhibition de la production de cytokines Inhibition de l’activité des cytokines: Récepteur viral du TNF-α Récepteur viral de l’IL-1 Récepteur viral des IFNs Récepteur viral de l’IL-18 VV VV, VaV (variole) VV, VaV Inhibition de la maturation de l’IL-1 (blocage de l’enzyme de conversion) Ces récepteurs-like sécrétés inhibent la fixation des cytokines sur leurs propres récepteurs : inhibition de leur effet Protéines virales sécrétées fixant les chémokines CC, CXC, C, CXXXC Inhibition de leur effet Analogues viraux des cytokines EBV Activité équivalente à l’IL-10, bloque la réponse Th1 Inhibition de la signalisation via les cytokines Adénovirus Produisent des protéines qui bloquent la signalisation via le TNF-α : pas de cytolyse

Code pour des homologues du CMH I inhibe la lyse NK Cellule NK Cytomégalovirus Récepteur activateur Cellule cible Cellule NK + - _ Code pour des homologues du CMH I inhibe la lyse NK CMHI Récepteur inhibiteur Cellule cible infectée + Lyse IFN-a, b IL-15 - Apoptose cellules infectées Production d’IFN-g Missing self

L’apoptose d’une cellule inhibe la replication virale!!! Virus Mécanisme Inhibiteurs de l’apoptose: Bcl-2 Inhibiteurs de caspases Inactivation de p53 EBV Adénovirus HPV Synthèse d’homologues viraux (BHRF-1, BALF-1) de la protéine anti-apoptotique : Bcl-2 Synthèse d’une protéine 14.7K qui inhibe la caspase 8 Synthèse d’une protéine E6 qui fixe p53 et la cible vers le protéasome où elle est dégradée

LTH9, LTH22 antigène Cytokines + costimulation LTH mémoire LTH17 CpAg LT CD4 LTH2 LTH1 NK antigène LB LTH2 Pré-CTL macrophage Cytokines + costimulation (CD40-CD40l) Anticorps lyse LB mémoire plasmocyte CTL mémoire CTL

L’immunité spécifique LB apoptose cellule infectée Th1: IFN-g IgG2 Th2: IL-4 IgE (parasites) (IL-6, TGF-b, IL-23 ROR gt) (IL-12 T-bet) Th17 LT CD4 Th1 LT CD8 IL-17 IL-22 IFN-g neutrophiles IL-4 IL-5 IL-13 Macrophages Th2 (IL-4, TSLP GATA3) Chemokines, G et GM-CSF, défensines Cellules non hématopoiètiques: Fibroblastes, Cellules Épithéliales, Kératinocytes Bactéries intracellulaires Protozoaires, virus Mastocytes Basophiles Eosinophiles Helminthes

Inhiber la présentation de l’antigène! (Bactéries)antigène INHIBITION DE L’ENDOCYTOSE pyroptose INHIBITION DE LA PRÉSENTATION

Inhiber la présentation de l’antigène! (virus)ntigène virus mécanisme Interférences avec le CMHI Interférence avec le CMH II Adénovirus Virus herpètique HIV Codent pour une protéine (E319K) qui assure la rétention des molécules de classe I dans le RE Protéines K2 et K3 qui s’associent au CMHI à l’extérieur du réticulum endoplasmique (Golgi, membrane) et permettent le recrutement d’une enzyme qui permet l’ubiquitination des molécules du CMHI et leur dégradation La protéine Nef bloque l’acidification des vacuoles contenant les molécules de classe II: processing altéré

précédemment n’est plus protectrice Modifications mineures tous les 2 à 3ans (mutations): anticorps qui ne sont plus parfaitement protecteurs Antigenic drift Modifications majeures par recombinaison avec des gènes viraux issus d’un réservoir animal: immunité acquise précédemment n’est plus protectrice Virus humain Virus porcin Antigenic shift

Réarrangement programmée du DNA: présence de gènes variants Neisseria gonorrhoeae: piline Salmonella typhi murium: flagelline Y Y Y Y Ac anti-piline ou anti-flagelline produits au cours de la 1° infection Y 2° infection parS. typhi murium ou N. gonorrhoeae dont les gènes codant pour la flagelline ou la piline ont varié: ac préexistants inefficaces. piline flagelline

Exemples de polymorphismes dans les TLRs ARG753GLN : AUG. SUSCEPTIBILITÉ TUBERCULOSE DIMINUTION RÉPONSE GRAM + ARG677TRP: AUG. RISQUE LÈPRE LÈPROMATEUSE Infections tractus urinaire, asthme, RA Pandney et Agraval 2006 Mahotra et al. 2005 Arrbour et al. 2000 Mockenhaupt et al. 2006 ASP299GLY/ : DIMINUTION RÉPONSE AU LPS THR399IIE : PRÉDISPOSITION À LA MALARIA Asthme, atherosclérose, RA, inflammations digestives Arg39 3STOP: AUG. SUSCEPTIBILITÉ MALADIE DU LÉGIONNAIRE TLR2 Hawn et al. 2003 TLR5 ILE 602Ser Lèpre TLR4 MAL TLR1 S180L : EFFET PROTECTEUR CONTRE LA MALARIA, TUBERCULOSE, BACTÉRIÉMIES C558T : AUGMENTE LA SUSCEPTIBILITÉ À LA TUBERCULOSE IRAK4 DÉFICIENCE : -AUG. SUSCEPTIBILITÉ BACTÉRIES PYOGÈNES -RÉSISTANCE AUX INFECTIONS FUNGIQUES, VIRALES ET PARASITAIRES Hawn et al. 2003 Khor et al. 2007 NEMO DAY 2004 PICARD ET AL. 2003 C417R : AUG INFECTIONS PYOGÈNES TLR9 Ku et al. 2005 T-1486C Malaria

Lèpre tuberculoïde Lèpre lépromateuse Pas de mycobactéries vivantes Présence de granulomes Réponse Th1 normale Nbreuses mycobactéries vivantes Absence de réaction inflammatoire IL-2 INF-g TNF-b LT LL IL-4 IL-5 IL-10

Activation polyclonale des LT et des macrophages avec Superantigènes: molécules se liant à des molécules de classe II du CMH et à des séquences peptidiques de certaines familles Vβ de TCR (1 à 10% de LT expriment ces séquences) Activation polyclonale des LT et des macrophages avec production massive de cytokines: IL-2, TNF-α, IFN-γ: nausées, diarrhées, œdème cérébral, pulmonaire, insuffisance rénale…. Toxi-infections alimentaires: TSST-1 des staphylocoques

hypotension, coagulation intravasculaire disséminée... Lipide A - - Synthèse de cytokines pro-inflammatoires: TNF-a, IL-1, IL-6 IL-12, IL-18 par les cellules endothéliales, LT, monocytes, /macrophages, cellules dendritiques, cellules musculaires lisses…... CHOC SEPTIQUE hypotension, coagulation intravasculaire disséminée...