Cours d’Immunologie LSV3 2009-2010

Un résumé des cours précédents Il existe deux catégories de lymphocytes: les lymphocytes T et les lymphocytes B; Les lymphocytes B reconnaissent des antigènes solubles par l’intermédiaire d’un récepteur appelé BCR; Il existe deux classes de lymphocytes T : les lymphocytes T CD4+ et lymphocytes T CD8+; Les lymphocytes CD4+ : Reconnaissent des peptides associés aux molécules du CHM de classe II Peuvent se différencier en lymphocytes Th1, Th2, Th17 ou Treg Les lymphocytes CD8+ : Reconnaissent des peptides associés aux molécules du CMH de classe I Peuvent se différencier en lymphocytes T cytolytiques qui ont la capacité de tuer des cellules cibles.

Le cours d’aujourd’hui Les récepteurs des lymphocytes B Les récepteurs des lymphocytes T Les réarrangements génétiques

L’anticorps, ou immunoglobuline, est la forme sécrétée du récepteur des lymphocytes B (BCR)

Structure d’un anticorps domains

Structure d’un anticorps

Une immunoglobuline est composée de 2 chaînes lourdes identiques et de 2 chaînes légères identiques; Chaque chaîne lourde et chaque chaîne légère est constituée d’une région variable et d’une région constante; Les régions variables de chaque chaîne présentent des régions hypervariables appelées CDR (Complementary Determining Regions); Il existe 5 classes d’immunoglobulines qui se caractérisent par des régions constantes différentes: IgM, IgD, IgG, IgA et IgE 

Hinge Fab CH3 CH2 CH1 VH1 VL CL Fc

Les régions variables Index de variabilité Amino acide CDR3 CDR2 CDR1 150 100 CDR2 CDR1 Index de variabilité 50 FR1 FR2 FR3 FR4 25 50 75 100 Amino acide

Les domaines Fab et Fc Fab Le domaine Fab contient les régions VH and VL qui déterminent la spécificité de l’immunoglobuline vis à vis de l’antigène Le domaine Fc est la région “effectrice” de l’immunoglobuline Papain Fc Fab

Les domaines Fab et Fc Fixation de l’antigène Fixation du complément Fixation aux récepteurs Fc Domaine nécessaire au passage transplacentaire

Les chaînes des immunoglobulines Chaînes lourdes: gamma : g mu : m alpha : a delta : d epsilon : e Chaînes légères : Kappa: k Lambda: l

Les 5 classes/isotypes d’immunoglobulines IgG : chaîne lourde g et chaîne légère k or l IgM : chaîne lourde  et chaîne légère k or l IgA : chaîne lourde  et chaîne légère k or l IgD : chaîne lourde  et chaîne légère k or l IgE : chaîne lourde  et chaîne légère k or l

IgG 4 sous-classes chez l’homme: IgG1, IgG2, IgG3 and IgG4 Monomérique Ig prépondérante dans le sérum et les espaces extravasculaires Se lie au complément Se lie au récepteur Fc (± IgG2, IgG4) IgG1, IgG2 et IgG4 IgG3

IgM J Chain pentamérique Se lie au complement

Le complement se lie aux IgG et aux IgM C1r C1s C1q No activation Activation

IgM Prépondérante dans le sérum Tail Piece Prépondérante dans le sérum Première classe d’immunoglobulines produite par les lymphocytes B et par le nouveau-né Se lie au complement Se lie aux récepteurs Fc Exprimé à la surface des lymphocytes B

Le récepteur des lymphocytes B (BCR) Ig-α Ig-β

IgA Prépondérante dans les sécrétions: larmes, salive, …; Constituée de deux immunoglobulines liées par une “chaîne J” et une “pièce sécrétoire”; Ne se lie pas au complément Se lie à un récepteur Fc mais seulement sur certaines cellules J Chain Secretory Piece

La sécrétion des IgA Y Y Y

IgD Monomerique Ne se lie pas au complément Tail Piece Monomerique Ne se lie pas au complément Exprimé à la surface des lymphocytes B

IgE Monomérique ; Peu abondante dans le sérum ; Cε4 IgE Monomérique ; Peu abondante dans le sérum ; Se lie aux basophiles, aux mastocytes et aux éosinophiles, même en absence d’antigène, par le biais du FcR ; Impliquée dans les réactions allergiques et dans les réponses contre les parasites multicellulaires ; Ne lie pas le complement

Le récepteur des lymphocytes T (TCR) Le TCR est constitué: D’une chaîne a et d’une chaîne bde longueurs comparables; D’une courte région cytoplasmique ; D’une région transmembranaire constituée d’acides aminés hydrophobes. 24

Les raisons de la diversité des récepteurs des lymphocytes T et des lymphocytes B Diversité combinatoire : Diversité des jonctions : Hypermutations somatiques (BCR uniquement) :

La diversité combinatoire pour le récepteur des lymphocytes B (1) Le récepteur des lymphocytes B est constitué d’une chaîne lourde (H) et d’une chaîne légère ( ou l); Chaque chaîne est codée par plusieurs segments génétiques qui se réarrangent au cours du développement des lymphocytes B ; Les chaînes lourdes H sont constituées de segments VH, DH et JH Les chaînes légères  sont constituées de segments Vet J Les chaînes légères  sont constituées de segments Vet J Chaque segment (VH, DH, JH, V, J Vet J) est présent dans le génome sous forme de plusieurs exemplaires qui représentent des formes alléliques différentes (il existe par exemple 1000 segments VH différents);

La diversité combinatoire pour le récepteur des lymphocytes B (2) Au cours du réarrangement du locus des chaînes lourdes, un segement JH peut se réarranger avec n’importe quel segment DH , et ces segments réarrangés peuvent ensuite se réarranger avec n’importe quel segment VH ; Au cours du réarrangement du locus des chaînes légères, un segement Jpeut se réarranger avec n’importe quel segment V. Alternativement, un segment Jpeut se réarranger avec n’importe quel segment V. Une chaîne lourde peut à priori s’associer à n’importe quelle chaîne légère; Lourde;

La diversité des immunoglobulines

Organisation des gènes des chaînes légères et  (configuration germinale) Jλ1 Cλ1 E Jλ2 Cλ2 Jλ3 Cλ3 Jλ4 Cλ4 P L Vλ1 Vλn Vλ2 Locus des chaînes légères  : n = 30 P L V κ 1 V κ n V κ 2 Jκ2 Jκ3 Jκ5 Cκ E Jκ1 Jκ4 Locus des chaînes légères  : n = 300

Réarrangement du locus des chaînes légères  Vκ 1 Vκ n Vκ 2 Jκ2 Jκ3 Jκ5 Cκ Jκ1 J4 DNA P E P E L Vκ 1 Jκ5 Cκ Vκ 2 Jκ4 DNA DNA Rearrangement E L V C J RNA Transcription Primary transcript C L V J RNA Processing RNA mRNA Protein Translation C L V J V C J Protein Transport to ER

Organisation des gènes des chaînes lourdes H (configuration germinale) Locus des chaînes lourdes : Vn = 1000, Dn = 15 P L V1 Vn V2 D2 D3 D1 Dn Cµ Cδ Cγ3 Cε C γ2 C γ1 C γ4 Cα1 Cα2 J2 J3 J5 J1 J4 E CH1 H CH2 CH3 CH4

Réarrangement du locus des chaînes lourdes (1) P L V1 Vn V2 D2 D3 D1 Dn Cµ Cδ J2 J3 J5 J1 J4 E DJ rearrangement P L Vn V1 V2 D2 D1 Cµ Cδ J5 J4 E DNA VDJ rearrangement D2 Cµ Cδ J5 J4 E P L V1 V2 DNA Transcription D2 Cµ Cδ J5 J4 E L V2 RNA Primary transcript

Réarrangement du locus des chaînes lourdes (2) Primary transcript J4 D2 V2 Cµ Cδ J5 L RNA Processing An mRNA for Cµ Cµ L D J V Cδ Translation Cµ heavy chain Cµ L D J V Cδ Transport to ER Cµ heavy chain V C Cµ D J Cδ Cδ heavy chain

Mécanisme des réarrangements de l’ADN V 2 J C 1 Lambda light chains Kappa light chains Heavy chains D Heptamer CACAGTG GTGTCAC Nonamer ACAAAAACC TGTTTTTGG 23 bp Two turn RSS GGTTTTTGT CCAAAAACA CACTGTG GTGACAC 12 bp One turn RSS Recombination signal sequences (RSS) Nonmer Heptamer 1 or 2 turn signals Rag-1 and Rag-2

L’ordre des réarrangements dans le lymphocyte B (1) Progenitor B cell 1st Heavy chain gene + - VDJ recombination 2nd No Productive rearrangement ? Apoptosis Yes Transcribe and translate µ heavy chain Maternal µ or µ Paternal Pre B cell

L’ordre des réarrangements dans le lymphocyte B (2) µ or µ Pre B cell Light chain gene + - VJ recombination µ No Productive rearrangement ? Apoptosis Yes Transcribe and ttranslate Light chain BCR+ Mature B cell

Conséquence de l’ordre des réarrangements au cours du développement des lymphocytes B Exclusion allélique Un lymphocyte B mature exprime une seule chaîne lourde et une seule chaîne légère Un lymphocyte B mature sécrète une seule immunoglobuline

Un exemple de diversité au niveau des jonctions G C Pro Trp V gene D region C V gene T G D region Pro Pro D region C V gene T G Pro Arg

Generation of N region insertions D J D J Break DNA - OH TdT adds nucleotides -GTCAATG J D -GTCAATG- + Ligate N region insertion Intron J D

La commutation isotypique (switch) d g3 g1 g2 b g2 a e a VDJ 55 kb T cell help (IL-4) IgG1+ antigen memory cell IgM/D+ naive B cell IgG1 secreting plasma cell

Le développement et la survie des lymphocytes sont conditionnés par des signaux transmis par leurs récepteurs

Le phénomène d’hypermutation

Les lymphocytes prolifèrent en réponse à l’antigène dans les organes lymphoïdes périphériques (ganglions lymphatiques, rate), se différencient en lymphocytes effecteurs, puis en lymphocytes « mémoire »

Le récepteur des lymphocytes T (TCR) Le TCR est constitué: D’une chaîne a et d’une chaîne bde longueur comparables; D’une courte région cytoplasmique capable de transmettre un signal de la membrane jusqu’au noyau; D’une région transmembranaire constituée d’acides aminés hydrophobes. 44

La diversité des TCR Les chaînes b du TCR sont constituées: D’une région variable codée par des segments Vb, Db et Jb D’une région constante codée par un segment Cb Les chaînes b du TCR sont constituées: Un même segment Jb peut se réarranger avec n’importe quel segment Db, puis ces segments DbJb peuvent se réarranger avec n’importe quel segment Vb Les chaînes  du TCR sont constituées: D’une région variable codée par des segments V et J  D’une région constante codée par un segment C Un même segment V peut se réarranger avec n’importe quel segment J Une chaîne  peut s’associer avec de nombreuses chaînes  45

Organisation et réarrangement des gènes du TCR V-D rearrangement D-J rearrangement Transcription Germline ß-Chain Gene Vß1 L P Vßn Vß2 Dß1 Jß11--------Jß16 Dß2 Cß1 Jß11---------------Jß17 Cß2 E DNA Dß1Jß15 Vß2 Dß1Jß15 RNA 46

Comparaison du BCR et du TCR Property BCR TCR Genes Many VDJs, Few Cs Yes VDJ rearrangement V regions generate Ag-binding site Allelic exclusion Somatic mutation No Proteins Transmembrane form Secreted form Isotypes with different functions Valence 2 1 47