MOYENS DE DEFENSE DE L’ORGANISME Faculté de Pharmacie

Objectifs Niveau 1 : Niveau 2 : Défense = Barrière physique (peau, muqueuse), Immunité innée et réponse inflammatoire Phagocytose = attraction des PNN et Mφ, opsonisation (C3b, IgG, CRP), ingestion et lyse Immunité acquise Niveau 2 : Homme (1013 cellules) héberge 1014 bactéries (écosystèmes) Mécanismes d’activation des système de protéines sériques (complément, coagulation, kinines, fibrinolyse) pour le recrutement de phagocytes Mécanismes de l’immunité innée Mécanismes de l’immunité spécifique

Moyens de défense de l’organisme Moyens de défense externes : peau et muqueuses Immunité innée (ou naturelle) et réponse inflammatoire. Le concept d’immunité « non-spécifique » est abandonné Immunité acquise Le système immunitaire est destiné à reconnaître et à réagir aux signaux de danger (Distress, Damage, Destruction, Death) Et non plus à reconnaître le soi du non-soi

Moyens de défense externe Peau Epaisse, peu franchissable Glandes sébacées et sudoripares Flore (d’où action antibiotique, effet de barrière) Muqueuses Peu épaisses Glandes abondantes : sécrétions (flux, mucus empêchant l’adhésion), substances (lysozyme, IgA), cellules (macrophages, lymphocytes), pH (estomac, vagin) Flore abondante (d’où action antibiotique, effet de barrière)

Activation du Complément par des composés bactériens LPS, peptidoglycane (constituants osidiques de surface des bactéries) MBL VOIE DE LA MANNANE BINDING LECTIN Surfaces activatrices VOIE ALTERNE Mg2+ MASP Properdine (B) C4, C2 Ag-Ac C1 Ca2+ C3 C5 C567 C3a C5a V O I E C L A S S I Q U E Libération de médiateurs de l’inflammation Activation de processus de chimiotaxie (C3a, C5a) Formation de complexe d’attaque membranaire Opsonisation et apprêtement de l’antigène (C3b) BILAN :

Produits cellulaires (lyse, catabolisme) activent Des systèmes de protéines sériques (complément, fibrinolyse, kinines) leucotriènes B4 PNN PGE2, thromboxane A2 chémokines Chémokines, IL-1 Macrophages TNF Sérotonine, histamine Certains de ces produits sont chimiotactiques (chémokines surtout): Ils provoquent un afflux de phagocytes, de protéines plasmatiques (complément, anticorps, fibrinogène)

PNN : PRÉDATEUR MOBILE DE MICRO-ORGANISMES 1) Chimiotactisme Rôle de chémokines,C3a, C5a, C567, kinines, TNF, IL-1, PGE2, LB4,… 2) Protrusion de pseudopodes  Rôle des opsonines  (όψον : aliment, assaisonnement) Définition d'une opsonine : facteurs sériques se fixant sur les bactéries et favorisant leur phagocytose (récept spécif) IgG, C3b, CRP (C reactive protein) 3) Englobement de la bactérie Néovacuole : phagosome ; acidification 4) Digestion Fusion phagosome-lysosome Augmentation brutale de la consommation en oxygène (« burst oxydatif »)

MECANISMES DE LYSE BACTERIENNE (1) (PNN, Macrophages) MECANISMES DEPENDANT DE L’OXYGENE Production de NADPH par le shunt des hexoses monophosphates NADPH SOD O2 radical O2- H2O2 Céruléoplasmine Aldéhydation des protéines bactériennes (destruction bactérienne) H2O2 + halogène (Cl-, I-) + MYELOPEROXYDASE

MECANISMES DE LYSE BACTERIENNE (2) (PNN, Macrophages) MECANISMES DEPENDANT DE L’OXYDE D’AZOTE (NO) NO : radical libre issu de la transformation de L-Arg en citrulline (NO-synthétase) Dans les macrophages et les polynucléaires : NO synthétase inductible en environ 10 heures. Enzyme cytosolique Induction par : IL-1, IFN, LPS  l'oxygène moléculaire  le fer (hémoglobine, lipoxygénase, cyclo- oxygénase, cytochromes), d’où inactivation de la chaîne de transport des électrons NO : affinité pour

MECANISMES DE LYSE BACTERIENNE (3) (PNN, Macrophages) AUTRES MÉCANISMES NON DÉPENDANTS DE L'OXYGÈNE Peptides cationiques antimicrobiens Défensines (action sur le PG des Gram +) Acycloacyl hydrolase qui détoxifie l’endotoxine Bactericidal permeability increasing protein (BPI) qui neutralise l’endotoxine Lactoferrine (chélate le fer) Lysozyme Hydrolases acides

MACROPHAGES  Dérivés des monocytes  Durée de vie longue (semaines)    Durée de vie longue (semaines)  Non détruits après la lyse bactérienne  Pouvoir phagocytaire et bactéricide élevé  Mobiles ou fixés (rate, foie, ganglions)  Excrètent de nombreux produits

MASTOCYTES Servent au recrutement des PNN Phagocytent et tuent les bactéries (burst oxydatif) Source de TNF préformé dans des granules : orchestre la réponse innée

Immunité innée (1) Chez la Drosophile, une infection conduit à l’activation de voies de signalisation intra-cellulaire, du fait de l’activation de récepteurs transmembranaires (6 gènes) : -récepteurs Toll pour la réponse aux infections fongiques -récepteur 18-Wheeler pour la réponse aux infections bactériennes Chez l’Homme, il existe 10 types de récepteurs Toll-like (TLR) spécialisés dans la reconnaissance de composés bactériens. Ces récepteurs sont situés sur les macrophages, les cellules dendritiques et les cellules endothéliales. Composés bactériens reconnus par ces récepteurs TLR : - par TLR-2 : lipoprotéines (B. burgdorferi), lipopeptides des parois de bactéries à Gram positif - par TLR-4 (+ adaptateur MD2) : le LPS des bactéries à Gram négatif - par TLR-9 intracellulaire : séquence CpG de l’ADN bactérien - par d’autres TLR : ADN bactérien, flagelles, etc Ces récepteurs peuvent fonctionner de façon coopérative (hétérodimères) pour accroître la spécificité de la réponse vis-à-vis d’une bactérie

Immunité innée (2) Détection immédiate de composés bactériens, avant tout contact antérieur Déclenchement d’une réponse proinflammatoire dont les caractéristiques dépendent des voies de signalisation activées (Nombreuses cytokines, MIF, TNF-α, MIP-1-α ) Pour chaque gène des récepteurs TLR, il existe un polymorphisme qui porte : - sur la qualité des récepteurs - sur la capacité quantitative des cellules à produire des cytokines - sur la qualité de réactivité des cellules-cibles Il existe donc une hétérogénéité individuelle de sensibilité aux infections

Immunité innée (3) IL-1 et TNF-α accroissent sur les cellules endothéliales les molécules favorisant l’adhésion aux cellules circulantes IL-8, chémokines (MCP-1) mobilisent les lymphocytes, monocytes et polynucléaires et leur activation in situ G-, M-, GM-CSF et IL-3 permettent la multiplication, maturation, différenciation des cellules-souches hématopoïétiques IL-1, TNF, IL-6, IL-8, MIP-1 ont un pouvoir pyrogène. Réduction de la multiplication des microorganismes à plus de 37°C A des concentrations raisonnables, dès les prémices de l’agression microbienne, les cytokines sont indispensables à la mise en place d’une immunité anti-infectieuse efficace.

Rôle des cellules dendritiques dans l’orientation de l’immunité adaptative Cellules très sensibles aux produits microbiens Rôle capital de ces cellules pour la génération de la réponse immunitaire adaptative Stimulation par des produits microbiens induit: Cellules immatures deviennent matures D’où expression de molécules de co-stimulation D’où expression de molécules du CMH II D’où expression de cytokines

Rôle des cellules dendritiques dans l’orientation de l’immunité adaptative Ces sécrétions orientent la réponse lymphocytaire T (Th1 ou Th2) Par exemple, l’endotoxine induit, par le biais des cellules dendritiques, une orientation de la réponse immunitaire vers le type Th1 Puis migration des cellules dendritiques vers les organes lymphoïdes, puis maturation et différenciation en cellule présentatrice d’antigène efficace

Autres molécules attirant les polynucléaires (Chémokines) 8 à 17 kDa. Quarante connues chez l’Homme. Structures très diverses Autres rôles Développement des organes Angiogenèse Angiostase Recirculation homéostatique des leucocytes Régulation immunitaire Tout type cellulaire peut, après induction, produire des chémokines. Certaines chémokines sont spécifiques de tissu

Récepteurs des chémokines Récepteurs couplés à des G-protéines 320 à 380 AA et présentant des homologies Dix-neuf sont connus Les chémokines forment avec les Cytokines un réseau complexe Les cytokines contribuent à la régulation des chémokines et vice-versa De nombreux produits microbiens peuvent provoquer la production de chémokines par des cellules diverses. La nature et la quantité de chémokines est aussi modifiée en partie par les cytokines produites lors de la réponse immunitaire innée et par la réponse immunitaire acquise

Chémokines et infection (1) Cytokines produites en présence de tout type d’infection Suivant l’agent pathogène, l’organisme produit des chémokines diverses pour atteindre la réponse la plus efficace (mobilisation des sous-populations de leucocytes appropriées Les chémokines peuvent être manipulées par les micro-organismes (neutralisation, mimétisme, arrêt de leur activité)

Chémokines et infection (3) Action positive des chémokines Les cellules épithéliales confrontées aux bactéries ont la capacité à sécréter des chémokines, en particulier IL-8 b (cellules intestinales). Modèle murin d’infection : si IL-8 est neutralisée, diminution de l’afflux de polynucléaires dans la lamina propria et lésions épithéliales moins sévères. MAIS augmentation du passage bactérien trans- épithélial et passage bactérien dans la circulation sanguine. Action négative des chémokines B. burgdorferi stimule l’expression de nombreuses chémokines à partir des monocytes. Ces chémokines créent des lésions chez l’hôte (arthrite chronique)

Chémokines et infection à bactéries intracellulaires Ces bactéries intracellulaires stimulent aussi la production de chémokines - Infection à Mycobactéries : La quantité de chémokines produite varie selon les souches et n’est pas corrélée à une résistance à l’infection - Infection à Listeria : Les chémokines produites (surtout MIP-1α, MCP-1) contribuent à l’élimination bactérienne La contribution des chémokines peut varier de façon importante selon les facteurs de virulence d’une bactérie et avec ses contre-mesures adaptatives

Immunité spécifique Antigène Cellule présentatrice d’antigène CHM II + Molécules de co-stimulation Cytokines Lymphocyte T ou B Expansion clonale Sécrétion de médiateurs solubles

Immunité humorale Lymphocytes B stimulés (+λ T CD4) Expansion clonale Sécrétion d’anticorps Plasmocytes Rôle de défense : - neutralisation de toxines et d’enzymes - opsonisation - activation du complément - agglutination bactérienne - inhibition de l’adhésion cellulaire par IgA sécrétoires Autres rôles : - effet délétère (complexes Ag-Ac circulants - témoins de l’infection - transférables - inductibles - effet mémoire

Immunité cellulaire Lymphocytes T stimulés Expansion clonale Sécrétion de cytokines Action sur les macrophages : stimule leur capacité destructrice (IFN-γ) Action sur les polynucléaires Action sur les lymphocytes Coopération entre l’immunité innée et l’immunité spécifique

Classification des chémokines Selon l’arrangement des résidus cystéines de la partie N-terminale 1) Sous-famille C ou groupe γ : 5 molécules connues (homme) (Exemple : SCM-1, lymphotactine,…) 2) Sous-famille CC ou groupe β : 23 molécules connues (homme) (Exemples : MCP, MIP-1, RANTES, Eotaxin, PARC..) 3) Sous-famille CXC ou groupe α : 14 molécules connues (homme) Type ELR (motif précédant la première cystéine) : propriétés angiogéniques Type non-ELR : propriétés angiostatiques (Exemples : MIP-2, PF-4, MIG, SDF-1, BCA-1, BRAK,…) 4) Sous-famille CXXXC ou groupe δ : 1 molécule connue (homme) (Fractalkine)

Chémokines et infection (2) Les chémokines jouent un rôle important dans l’immunité innée car elles recrutent les polynucléaires et les macrophages. Elles réduisent la mortalité dans des modèles murins d’infection (Matsukawa et al.) Des protéines de granules alpha de plaquettes sont des chémokines tronquées qui ont une activité bactéricide sur de nombreuses bactéries et champignons (Krijgsveld et al.) Les peptides formylés produits par les bactéries activent directement les récepteurs de chémokines et attirent les polynucléaires Les gènes les plus stimulés en réponse à une infection sont ceux des chémokines IL-8, MIP-2α, MIP-1α et MIP1-β (Wang et al.)

Etat quiescent α γ β Etat activé γ α γ β β + + ACTIVATION CK PIP2 PLC GDP β PTK GTP CK Etat activé PI 3 kinase PLC γ α γ PTK β β GTP IP3 + DAG MAPK Ca++ + PKC ACTIVATION Chémotaxie, dégranulation, adhésion, explosion oxydative, désensibilisation des récepteurs (internalisation, liaison de protéines de régulation [arrestines], GTPases)