La Tolérance Immunitaire

La superposition de deux systèmes fonctionnellement très différents…

La superposition de deux systèmes fonctionnellement très différents… Immunité non adaptative (Innate Immunity) Cellules dendritiques Macrophages Polynucléaires

La superposition de deux systèmes fonctionnellement très différents… Immunité adaptative Lymphocytes T Lymphocytes B

Immunité non adaptative Un jeu fixe de récepteurs invariants à des molécules microbiennes DC MF PN Gram- Lipopolysaccharide (LPS) Gram+ Peptidoglycans Acide lipotéichoïque Champignons Mannans

Immunité non adaptative Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…

La tolérance intrinsèque au soi de l’immunité naturelle a été acquise après des centaines de millions d’années d’évolution qui ont sélectionné des récepteurs reconnaissant des produits microbiens et non des produits du soi …

Immunité non adaptative Limitations Répertoire antimicrobien limité Pas d’adaptation aux mutations microbiennes Pas de perception des microbes intracellulaires

La superposition de deux systèmes fonctionnellement très différents… Immunité adaptative Lymphocytes T Lymphocytes B

Immunité adaptative Un seul récepteur de structure donnée sur chaque cellule (et sur ses cellules-filles). Une multitude de récepteurs différents au niveau de la population

« Le » récepteur spécialisé des cellules de l’immunité adaptative TCR : T cell receptor BCR : B cell receptor

« Le » récepteur spécialisé des cellules de l’immunité adaptative Son ligand : l’antigène

Immunité adaptative Avantages Fait face à la diversité des microbes et à leurs mutations par la génération aléatoire et continue de nouveaux récepteurs

…par la génération aléatoire et continue de nouveaux récepteurs Perception analytique de séquences peptidiques mais pas de perception intrinsèque de ce qui est microbien ou pas, hostile ou non

Immunité adaptative Avantages Perçoit les microbes intracellulaires grâce au système d’échantillonnage et de présentation par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH)

Toute protéine présente dans la cellule est découpée en peptides dont certains sont « chargés » sur des molécules présentatrices et « présentés » au TCR des lymphocytes T TCR

Ce système d’échantillonnage ne discrimine pas les protéines selon leur contexte Accès égal au système d’échantillonnage pour les protéines du soi et les protéines étrangères

Ces deux avantages de l’immunité adaptative ont un prix… Génération aléatoire de récepteurs Système d’échantillonnage « universel » Ces deux avantages de l’immunité adaptative ont un prix…

…la perception permanente de multiples signaux dont certains sont inopportuns

Quels sont les signaux opportuns? (auxquels il faut répondre) Les signaux associés à des agents étrangers hostiles

Quels sont les signaux inopportuns? (auxquels il faut être tolérant) Les signaux associés à des agents étrangers non hostiles Fœtus Protéines alimentaires Particules inertes dans l’air inspiré Organe greffé, sain et fonctionnel

Quels sont les signaux inopportuns? (auxquels il faut être tolérant) La multitude de signaux « de l’intérieur »  les signaux du soi

…d’où la nécessité de mettre en place un système actif de filtrage des signaux

Un filtrage à deux niveaux Rate Ganglions MALT Thymus (T) Moelle osseuse (B) Réponses immunitaires Sites de production Organes lymphoïdes primaires Sites d’initiation des réponses Organes lymphoïdes secondaires

La Tolérance Immunitaire 1. La nature du problème 2. Tolérance centrale 3. Tolérance périphérique 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B 5. Résumé et conclusions

Tolérance centrale Rate Ganglions MALT Thymus (T) Moelle osseuse (B) Sites de production Organes lymphoïdes primaires Sites d’initiation des réponses Organes lymphoïdes secondaires

Thymus (T) Moelle osseuse (B) Tolérance centrale Rate Ganglions MALT Thymus (T) Moelle osseuse (B) Eliminer dès leur élaboration des lymphocytes dont le récepteur peut percevoir des signaux inopportuns

Tolérance centrale dans le thymus

Tolérance centrale dans le thymus Physiquement isolé des signaux extérieurs Espace de filtrage des signaux du soi

Capables de percevoir les signaux du soi Peut-on prouver l’élimination de lymphocytes T autoréactifs dans le thymus? Capables de percevoir les signaux du soi

Souris TCR transgéniques Peut-on prouver l’élimination de lymphocytes T autoréactifs dans le thymus? Souris TCR transgéniques

Répertoire des lymphocytes T « Sauvage » « TCR transgénique » Répertoire des lymphocytes T

Souris transgéniques TCR anti-HY une protéine codée par un gène sur le chromosome Y et qui n’est exprimée que chez le sujet mâle TG TCRa

Souris transgéniques TCR anti-HY Thymus CD8 CD8 Strasser et al. 1994

Doubles transgéniques TCR/bcl-2 Antagonise l’apoptose, la mort cellulaire programmée CD8 CD8 Strasser et al. 1994

une élimination par apoptose des lymphocytes T potentiellement autoréactifs prend place dans le thymus... Des anomalies de l’apoptose peuvent entraîner une rupture de la tolérance au soi!

S’il y a filtrage, il doit y avoir des signaux du soi dans le thymus… Sospedra et al. 1998

Sospedra et al. 1998

des cellules du thymus expriment un large échantillon des protéines du soi et les présentent aux lymphocytes en cours de différenciation

Notion importante! Le thymus reste fonctionnel chez l’adulte même à un âge avancé Production continue de « nouveaux » lymphocytes T qui partent vers les organes lymphoïdes secondaires (5 x 107/jour!) Des anomalies fonctionnelles du thymus liées au vieillissement ou à des tumeurs peuvent entraîner une rupture de tolérance

Tous les lymphocytes T autoréactifs sont-ils éliminés dans le thymus?

Affinité et élimination intrathymique % d’élimination des thymocytes autoréactifs Affinité de la liaison à l’autoantigène Baldwin et al. 2000

Pourquoi laisser passer des lymphocytes T autoréactifs?

Si les lymphocytes T étaient monospécifiques... Mason et al. 1998

Réactivité croisée A Peptide microbien Peptide du soi B

Trop d’affinité pour le soi : à éliminer Réactivité croisée A Peptide microbien Trop d’affinité pour le soi : à éliminer Peptide du soi B

Réactivité croisée A B Peptide microbien Peptide du soi Affinité modérée pour le soi mais excellente affinité pour un peptide microbien : à conserver! Peptide du soi B

Théorie du mimétisme moléculaire Réactivité croisée A Peptide microbien En cas d’infection ultérieure par ce microbe, l’activation du clone A pourra révéler une certaine réactivité contre le soi. Théorie du mimétisme moléculaire Peptide du soi

Reconnaissance de la MBP chez des individus sains Lovett-Racke et al. 1998

Il existe donc dans le sang des sujets sains des lymphocytes T dont le TCR reconnaît des peptides d’une protéine de la myéline

De même, chez les sujets sains, existence de lymphocytes T dirigés contre de multiples déterminants du soi (la myélopéroxydase thyroïdienne, le collagène, les récepteurs de l’acétylcholine, etc.)

Comment un lymphocyte T potentiellement autoréactif peut-il ne pas déclencher de réponse? Tolérance périphérique

La Tolérance Immunitaire 1. La nature du problème 2. Tolérance centrale 3. Tolérance périphérique 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B 5. Conclusions

Tolérance périphérique Pour certains signaux du soi Pour tous les signaux étrangers non hostiles (qui n’ont pas été exprimés dans le thymus)

Tolérance périphérique Rate Ganglions MALT Réponses immunitaires Thymus (T) Moelle osseuse (B) Sites de production Organes lymphoïdes primaires Sites d’initiation des réponses Organes lymphoïdes secondaires

Tolérance périphérique Rate Ganglions MALT Réponses immunitaires Thymus (T) Moelle osseuse (B) Sites de production Organes lymphoïdes primaires Sites d’initiation des réponses Organes lymphoïdes secondaires

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier PRIMAIRES Atteindre le tissu cible Organes lymphoïdes SECONDAIRES REPONSE

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier PRIMAIRES Atteindre le tissu cible Organes lymphoïdes SECONDAIRES REPONSE

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Perception du signal par le lymphocyte T auxiliaire CD4+ Présentation par une molécule de classe II du CMH Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Perception des antigènes par les lymphocytes auxilaires CD4+ TCR CD4 CMH classe II CMH classe II Cellule dendritique Macrophage

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Les cellules des parenchymes, les cellules endothéliales et épithéliales sont normalement dépourvues de molécules CMH II. Elles ne peuvent donc initier la réponse des CD4+ Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Elles peuvent toutefois acquérir des molécules CMH II après exposition à certains médiateurs inflammatoires (comme l’IFN-g) Organes lymphoïdes SECONDAIRES Interféron-g

Sain Infecté par HPV Delvenne et al. 1997

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier ? Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Cellules dendritiques DR4+ Lymphocytes T CD4+ Cellules dendritiques DR4+ « répondeuses » « stimulatrices » DR7 DR4

DR4 DR7 Lymphocytes T CD4+ Cellules dendritiques DR4+ Prolifération Nombre de cellules stimulatrices

Réponse allogénique DR7 anti DR4 Prolifération Nombre de cellules stimulatrices Frasca et al. 1998

Cellules épithéliales classe II induites (DR4+) CD4+ Cellules épithéliales classe II induites (DR4+) « répondeuses » « stimulatrices » DR7 DR4

DR4 DR7 CD4+ Cellules épithéliales classe II induites (DR4+) Nombre de cellules stimulatrices Prolifération Frasca et al. 1998 DR4 DR7

Les cellules épithéliales « forcées » à exprimer des molécules CMH de classe II sont de mauvaises stimulatrices de réponses immunitaires

Nombre de cellules stimulatrices Réponse secondaire Dendritiques DR4+ DR7 x DR4 Lymphocytes CD4+ (sujet DR7) Nombre de cellules stimulatrices

Les cellules « répondeuses » sont vivantes mais ne répondent plus : elles sont anergiques Une tolérance s’est installée

Nombre de cellules stimulatrices Réponse secondaire Dendritiques DR15+ DR7 x DR4 Lymphocytes CD4+ (sujet DR7) Nombre de cellules stimulatrices

Une tolérance s’est installée, elle est spécifique du signal qui l’a induite Ne pas confondre la tolérance : phénomène spécifique et l’immunosuppression : phénomène global

Outre le signal de l’antigène lui-même, les cellules dendritiques ont délivré aux lymphocytes T CD4+, un autre signal que les cellules épithéliales n’ont pu fournir…

Cellule présentatrice d’antigène Lymphocyte T CD4+ CD4 TCR CMH II CD80 ou CD86 + CD28 Seules les cellules présentatrices « professionnelles » peuvent exprimer CD80 et CD86

Cellule présentatrice CD80 ou CD86 CD28 Lymphocyte T CD4+ Cellule présentatrice

Activation (prolifération, différenciation) Pas d’activation Anergie CD4 TCR Activation (prolifération, différenciation) CD80 ou CD86 CD28 CD4 TCR Pas d’activation Anergie

Pas de perception du signal 1 Pas d’activation Pas d’anergie, CD4 Pas de perception du signal 1 Pas d’activation Pas d’anergie, Pas de tolérance TCR CD80 ou CD86 CD28 CD4 Perception du signal 1 Pas de perception du signal 2 Pas d’activation Anergie Tolérance TCR CD80 ou CD86 CD28 Plus logique de chercher à bloquer le signal 2 que le signal de l’antigène chez un greffé d’organe

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Les cellules présentatrices « professionnelles » (comme les cellules dendritiques) sont-elles toujours promotrices de l’activation, toujours « anti-tolérance »?

Un exemple : la « Tolérance Orale »

Souris transgéniques TCR-ova Prolifération in vitro en réponse à l’ovalbumine Chen et al. 1995

Ce phénomène est-il lié à une carence en cellules dendritiques dans la lamina propria?

Non! Expansion de la population de cellules dendritiques de la lamina propria Amplification marquée de la tolérance orale! Activation des cellules dendritiques de l’intestin (toxine du choléra ou IL-1) Abolition de la tolérance orale Viney et al. 1998 Williamson et al. 1999

Que fait l’activation des cellules dendritiques? Les ligands de CD28=les pourvoyeurs du 2ème signal Williamson et al. 1999

La cellule dendritique décide de la tolérance ou de la non tolérance Faible niveau d’expression de CD80/CD86 (comme dans la lamina propria normale) carence du second signal tolérance Haut niveau d’expression de CD80/CD86 second signal puissant pas de tolérance

La cellule dendritique décide de la tolérance ou de la non tolérance Eviter l’activation des cellules dendritiques d’un rein à transplanter pour qu’il soit toléré Activer les cellules dendritiques pour faire de bons vaccins (adjuvants)

Qu’est-ce qui active les cellules dendritiques et augmente leur expression de CD80 et CD86?

Immunité non adaptative Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…

Majorité de cellules dendritiques tolérogènes Contrôle LPS CD80 CD86 CD11c (marqueur des cellules dendritiques) Galucci et al. 1999

Immunité non adaptative Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…

Majorité de cellules dendritiques activatrices (anti-tolérance) Contrôle LPS CD80 CD86 CD11c (marqueur des cellules dendritiques) Galucci et al. 1999

CD11c (marqueur des cellules dendritiques) Incubation avec des fibroblastes (soi ou non-soi) Contrôles Vivants Apoptotiques Nécrotiques CD86 CD11c (marqueur des cellules dendritiques) Mort cellulaire non naturelle, résultant d’une agression Galucci et al. 1999

Phagocytose de cellules nécrotiques Phagocytose de cellules apoptotiques (en l’absence d’autre signal de danger) Perte d’expression de CD80 et de CD86 Effet tolérogène Phagocytose de cellules nécrotiques Accroissement de l’expression de CD80 et de CD86 Rupture éventuelle de tolérance Eviter toute nécrose au sein d’un greffon améliorera la tolérance à ce dernier Toutes les situations d’agression du soi (infectieuses ou non) peuvent favoriser une rupture de tolérance

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier Tolérance orale Tolérance fœtale Tolérance au soi Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Coopération des systèmes non adaptatifs et adaptatifs : Replacer dans un contexte la puissance analytique du répertoire des lymphocytes T

Que deviennent les lymphocytes T CD4+ qui ont interagi avec des cellules présentatrices tolérogènes?

Pas compatible avec expériences de transfert! Anergie Cellule dendritique tolérogène Apoptose Lymphocyte T naïf Pas compatible avec expériences de transfert!

Induction d’une tolérance orale Prélèvement de lymphocytes T chez la souris « tolérisée » Transfert adoptif chez une souris non tolérisée

Anergie Cellule dendritique tolérogène Apoptose Lymphocyte T naïf TGF-b Lymphocyte T régulateur IL-4 IL-10

Lymphocytes T régulateurs Responsables du transfert expérimental de la tolérance et plus généralement de la mémoire de la tolérance Sécrétion de cytokines inhibitrices (TGF-b, IL-10,…) Transforming growth factor b

Lymphocytes T régulateurs Population de lymphocytes T qui inhibent l’activation d’autres lymphocytes T CD4+ soit par des facteurs solubles soit directement « activés » par une interaction tolérogène mais predestinés à cette fonction (population CD4 CD25 déjà présente dans le thymus)

Une autre sous-population de lymphocytes T régulateurs Cellules NKT Population de lymphocytes T qui possèdent tous le même TCR et qui reconnaissent des glycolipides présentés par le CD1 Ils sécrètent des cytokines de type Th2

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier PRIMAIRES Atteindre le tissu cible Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Interdire l’accès de certains tissus aux lymphocytes T activés et potentiellement autoréactifs Tissus « immunoprivilégiés »

Plusieurs barrières pour garder l’entrée du sanctuaire Plusieurs barrières pour garder l’entrée du sanctuaire. L’une des plus efficaces : FasL FasL Apoptose

Expression de FasL dans l’œil d’une souris normale Ferguson et al. 1997

Souris génétiquement déficiente en FasL Infiltration lymphocytaire en réponse à une inoculation virale dans la chambre antérieure Souris normale Souris génétiquement déficiente en FasL Ferguson et al. 1997

De même expression de FasL Dans le testicule Dans le cerveau (astrocytes) Dans l’utérus et le placenta Rôle dans la tolérance du fœtus Les anomalies de l’apoptose lymphocytaire induite par Fas peuvent favoriser l’irruption de cellules immunitaires dans des sanctuaires immunoprivilégiés

Tolérance périphérique Percevoir le signal Rate Ganglions MALT Proliférer et se différencier PRIMAIRES Atteindre le tissu cible Organes lymphoïdes SECONDAIRES REPONSE

La Tolérance Immunitaire 1. La nature du problème 2. Tolérance centrale 3. Tolérance périphérique 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B 5. Résumé et conclusions

Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B

Trois compartiments bien distincts

3 1 2 Moelle osseuse Follicules lymphoïdes Organes lymphoïdes secondaires (Rate et ganglions lymphatiques) Moelle osseuse

3 2 Follicules lymphoïdes Essentiel pour la maturation de la réponse humorale Anticorps de forte affinité Passage des IgM aux IgG 3 2 Organes lymphoïdes secondaires (Rate et ganglions lymphatiques)

3 1 2 Follicules lymphoïdes Strictement dépendant des lymphocytes T CD4+

Deux différences toutefois : Comme dans le thymus, élimination centrale de lymphocytes B autoréactifs. Deux différences toutefois : 1. Transfert d’antigènes périphériques vers le compartiment central Certains facteurs du complément sont essentiels à ce transfert : les déficits du complément peuvent donc provoquer des anomalies de la tolérance des lymphocytes B.

Deux différences toutefois : Comme dans le thymus, élimination centrale de lymphocytes B autoréactifs. Deux différences toutefois : 1. Le filtrage doit être beaucoup moins rigoureux : plus grand rôle de la réactivité croisée

Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs ? 3 2 Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs

Injections répétées de lysozyme chez une souris normale Lymphocytes B anti-lysozyme Follicules lymphoïdes RATE Townsend et al. 1999

Le lysozyme est, pour elle, un signal du soi Prélèvement de lymphocytes B chez une souris injectée itérativement avec le lysozyme Transfert de ces lymphocytes B chez une souris transgénique pour le lysozyme Le lysozyme est, pour elle, un signal du soi RATE Townsend et al. 1999

Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs 3 2 Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs

Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs Faute de l’aide adéquate des T, interdiction d’entrer dans le follicule 3 2 Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs

3 2 IgM autoréactives Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs Activité antimicrobienne de première ligne 3 2 Beaucoup de lymphocytes B autoréactifs

Faible affinité, pas de lésions tissulaires… IgM autoréactives Faible affinité, pas de lésions tissulaires… 3 2 Une rupture de tolérance des lymphocytes T permet à des lymphocytes B autoréactifs d’entrer dans le follicule et de sécréter des IgG de haute affinité, générateurs de lésions tissulaires.

La Tolérance Immunitaire 1. La nature du problème 2. Tolérance centrale 3. Tolérance périphérique 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B 5. Résumé et conclusions

La tolérance immunitaire La nature du problème Les lymphocytes T et les lymphocytes B perçoivent constamment des signaux antigéniques auxquels il serait inopportun de répondre Un système de filtrage actif des signaux doit donc être mis en place. L’effet de ce filtrage, c’est la tolérance immunitaire

La tolérance immunitaire La tolérance centrale C’est dans les organes lymphoïdes primaires que la plus grande partie des lymphocytes capables de percevoir le soi (autoréactifs) sont éliminés par apoptose Ces organes doivent donc posséder un échantillon des signaux du soi Générés localement (thymus) Importés de la périphérie (moelle osseuse)

La tolérance immunitaire La tolérance périphérique Une fraction de lymphocytes autoréactifs échappe au filtrage des organes lymphoïdes primaires et contribue à la compétence du répertoire Le filtrage périphérique des signaux prévient leur réponse inopportune contre le soi : c’est la tolérance périphérique Elle est aussi essentielle pour le filtrage des signaux exogènes non hostiles (qui ne sont pas présents dans le thymus)

La tolérance immunitaire Les cellules présentatrices d’antigène (et en particulier les cellules dendritiques) jouent un rôle fondamental dans le maintien ou la rupture de la tolérance périphérique L’état d’activation de ces dernières et en particulier leur niveau d’expression des molécules CD80 et CD86 (pourvoyeuses du signal 2) en est le facteur déterminant.

La tolérance immunitaire Une meilleure compréhension des interactions cellulaires et moléculaires entre les « deux » systèmes immunitaires sera la base de nouveaux traitements induisant sélectivement la tolérance ou la non tolérance à un antigène donné http://www.ulg.ac.be/medint/accueil.html