LE SYSTÈME IMMUNITAIRE

INTRODUCTION Système de protection contre éléments vivants étrangers But: Assurer l’intégrité de l’organisme 2 tâches successives: Identifier l’agresseur => Nécessité de discriminer le soi et le non-soi => fonction de reconnaissance Eliminer l’agresseur = Réponse

La diversité du monde antigénique Virus Champignons Vers Bactéries

Les 4 problèmes à résoudre Comment se construit le S.I.? => Le développement du S.I. Comment remplit-il sa fonction ? => Le S.I. en action Entre les mailles du filet immunitaire => Les agresseurs qui échappent au S.I. Quand le système déraille => Les dysfonctionnements du S.I.

I- L’acquisition de l’immunocompétence 1- L’ « immunopoïèse », une branche de l’hématopoïèse D’après fédération leucemie espoir

Idées-clefs Cellule souche hématopoïétique: pluripotence + autorenouvellement Lignées de différenciation A chaque nœud de différenciation, le micro-environnement (matrice et facteurs solubles) détermine la décision. Le choix d’une voie correspond à l’expression d’un facteur de transcription spécifique (Ikaros pour la lignée lymphoïde). -> Expériences: Construire une souris knock-out pour le gène Ikaros et étudier son phénotype cellulaire par cytométrie de flux

I- L’acquisition de l’immunocompétence I- L’acquisition de l’immunocompétence 2- La lymphopoïèse: Diversifier puis sélectionner a- Production d’un répertoire diversifié de récepteurs à l’antigène Un paradoxe génétique: Comment générer une infinité de protéines à partir d’un nombre limité de gènes? Beadle et Tatum: Un gène une protéine 25 000 gènes dans le génome humain Or, capacité de production d’une diversité « infinie » de BCR et TCR =>Théorie des réarrangements somatiques

I-2-a Principe 2 ou 3 « urnes » (loci) contenant n segments géniques Couper-coller = Réarrangement génique aléatoire entre 2 (ou 3) segments géniques prélevés dans chacune des urnes. Lois des probabilités: Div = Nbre sg urne A x Nbre sg urne B x (Nbre sg urne C) -> Expériences: Tonegawa, 1976

I-2-a Mise en évidence des réarrangements géniques dans la lignée B (Tonegawa, 1976) Principe: Southern Blot à partir d’ADN de cellules embryonnaires ou de clones de LB Cellules embryonnaires ADN en configuration germinale Clone B n°1 ADN réarrangés Clone B n°2 Site de coupure par ER Sonde radioactive

Mécanismes moléculaires des réarrangements géniques I-2-a Mécanismes moléculaires des réarrangements géniques Les recombinases = RAG-1 et RAG-2 Les séquences signal de recombinaison: RSS palindromiques RSS RSS ADN en configuration germinale RSS RSS ADN réarrangé Expériences: Construire une souris RAG knock-out et étudier son phénotype cellulaire par cytométrie de flux

Construire une souris knock-out pour un gène Fiche-expérience Construire une souris knock-out pour un gène Etape 1: Obtenir des cellules souches embryonnaires dans lesquelles la version sauvage du gène ciblé (X) a été remplacée par une version inactive et sélectionnable grâce à une recombinaison homologue. D’après Kuby, Ed Freeman

Construire une souris knock-out pour un gène Fiche-expérience Construire une souris knock-out pour un gène Etape 2: Produire des souris KO à partir des cellules ES portant la version inactivée du gène D’après l’IPBS

Fiche-expérience Déterminer les phénotypes d’une population cellulaire par cytométrie de flux CD4- CD8+ 25 % CD4+ CD8+ 25 % CD4- CD8- 40 % CD4+ CD8- 10 %

Application à notre expérience CD8 CD8 CD4 CD4 Souris normale Souris RAG KO Ganglion lymphatique Conclusion?

I-2-a Exemple de la lignée B: Réarrangements du gène codant pour la chaine légère d’Ig et synthèse de cette chaîne légère fonctionnelle Précurseur B LB immature

I-2-a Exemple de la lignée T: Réarrangements des gènes a et b du TCR et production d’un récepteur à l’antigène fonctionnel Précurseur T CD4- / CD8- LT immature CD4+-CD8+ Précurseur T CD4- / CD8-

I-2-a Les mécanismes de diversification des récepteurs à l’antigène: Petit bilan quantitatif Diversité combinatoire: Nombre de segments géniques par locus-urne Caractère aléatoire du choix des segments à recombiner Les récepteurs à l’Ag sont hétéro-dimériques (H2-L2 ou a/b) Diversité jonctionnelle: La recombinaison est imprécise: Addition ou délétion de nucléotides au niveau de la jonction des segments Hypermutation somatique: Au cours de la réponse B secondaire Bilan: > 1011 récepteurs possibles !! : Prix à payer: Réarrangements improductifs (cf div jonc)

Un lymphocyte exprime un seul type de récepteur à l’antigène. I-2-a Réarrangements séquentiels et exclusion allélique Un lymphocyte exprime un seul type de récepteur à l’antigène.

I-2-b- Sélection des répertoires. i I-2-b- Sélection des répertoires i. Sélection positive des lymphocytes T et restriction au CMH du soi Petite piqûre de rappel: La restriction au CMH du soi Pbe: Quelle est la structure moléculaire reconnue par le TCR sur sa cellule cible?

Restriction au CMH du soi Strain A immunized strain A non infected - Strain A immunized LCMV - No fibroblast Restriction au CMH du soi Le TCR reconnaît un complexe (CMH du soi – peptide dérivé du non soi)

Seconde piqûre de rappel: Le CMH en deux mots Les molécules du CMH sont responsables du rejet de greffe Les molécules du CMH sont des présentoirs à peptide 2 classes: Classe I : expression ubiquitaire Classe II: exprimées uniquement sur les CPA (cellules dendritiques, macrophages, LB,…)

Seconde piqûre de rappel: Le CMH en deux mots Tous les gènes codant pour les protéines du CMH sont regroupées sur un locus, le locus HLA Les gènes du CMH sont hautement polymorphes Une CPA exprime 6 molécules différentes du CMH à sa surface (Am, Ap, Bm, Bp, Cm, Cp, DPm, DPp, DQm, DQp, DRm, DRm)

I-2-b- Sélection des répertoires. i I-2-b- Sélection des répertoires i. Sélection positive des lymphocytes T et restriction au CMH du soi Pbe: Comment expliquer que les TCR soient restreints au seul CMH du soi alors qu’ils sont générés de manière aléatoire ? Hyp: Il existe une sélection thymique positive des LT porteurs d’une telle spécificité. Tous les autres meurent. -> Démonstration expérimentale

Problème méthodologique: Comment suivre le devenir d’UN lymphocyte avec un TCR donné ? Construire une souris transgénique pour un gène déjà réarrangé du TCR. Par exclusion allélique, l’allèle transgénique empêchera tout réarrangement dans les précurseurs T. Tous les lymphocytes T porteront donc le même TCR transgénique => Souris monoclonale !

LT CD8 reconnaissant un complexe (CMH Classe I allèle k – peptide dérivé du virus de la grippe) 2- La sélection s’effectue lors de la maturation des LT du stade immature DP au stade mature SP 1- Les LT sont tous restreints au CMH de type k. Ils n’arrivent à maturité (stade SP) que lorsque les cellules épithéliales du thymus expriment ce CMH. => Il existe une sélection positive des seuls LT restreints au CMH du soi. Les autres meurent.

Bilan de la sélection positive Les LT CD4 reconnaîtront un complexe (CMH du soi classe II – peptide) Les LT CD8 reconnaîtront un complexe (CMH du soi classe I – peptide)

ii. Sélection négative des lymphocytes autoréactifs I-2-b- La sélection des répertoires ii. Sélection négative des lymphocytes autoréactifs Pbe: Etant donné l’infinie diversité de BCR et TCR, certains seront dirigés contre le soi => Risque de réaction auto-immune. Hypothèse : Les lymphocytes autoréactifs sont éliminés -> Démonstration expérimentale

Les LT autoréactifs sont délétés dans le thymus au stade DP LT CD8 reconnaissant un complexe (CMH Classe I allèle b – peptide HY) LT immatures LT matures Précurseurs T Les LT autoréactifs sont délétés dans le thymus au stade DP

Bilan : La sélection des lymphocytes T dans le thymus au cours de leur différenciation

Conclusion sur les sélections >90% des LT immatures ne passent pas la barrière sélective Tout échec à une sélection (>0 ou <0) induit une apoptose du lymphocyte rejeté 2 conséquences des sélections: Restriction au CMH du soi pour les LT Tolérance au soi

I-2-c- Bilan sur la lymphopoïèse Moelle osseuse CSH Précurseur lymphoïde Thymus Précurseur T DN Précurseur B Réarrangements LB immature Ig+ LT immature DP TCR+ Sélections LB mature Ig+ LT mature SP TCR+ Migration Organes lymphoïdes secondaires

ITAM: Immunorecepteur Tyrosine-based activation motif I-2-c- Bilan sur la lymphopoïèse (suite) Les immunorécepteurs à l’antigène sont composés de l’association de: - Une molécule de reconnaissance - Une molécule de transduction du signal de reconnaissance contenant des motifs ITAM BCR = Complexe IgM – Iga / Igb Complexe TCR – CD3 Motif ITAM* avec Tyr ITAM: Immunorecepteur Tyrosine-based activation motif

La molécule anticorps I-2-c- CL VL Tétramère transmembranaire H2 – L2 Chaque chaîne = 1 région variable + 1 région constante Dualité fonctionnelle V /C Chaque chaîne est organisée en domaines de type Ig => Superfamille des Ig. Domaines V: 3 boucles hypervariables (CDR): zones de contact avec l’Ag Lien avec les réarrangements: CDR3 est codée par la zone de jonction entre les segments V (D) et J. CL VL CDR3 CDR1 CDR2

Le TCR (T cell receptor) I-2-c- Le TCR (T cell receptor) Dimère transmembranaire a / b Chaque chaîne = 1 domaine C + 1 domaine V (tous deux de type Ig) Va et Vb contiennent 3 CDR: zones de contact avec le complexe CMH-peptide Différences fondamentales avec les Ig: Type de structure reconnue Mono/divalence Corécepteur CD4 ou CD8 qui augmente l’affinité pour le CMH et interviendra dans la transduction CD3