Microchimérisme foeto-maternel et auto-immunité Thierry Schaeverbeke CHU de Bordeaux, Université Victor Segalen Bordeaux 2

Qu’est-ce que le chimérisme ? présence chez un individu de cellules issues d’un autre individu source de microchimérisme : transfusion sanguine transplantation d’organe grossesse

Comment a-t-on mis en évidence le microchimérime foeto-maternel ? sclérodermie : sex ratio entre 3/1 et 15/1 pic de fréquence dans les années du post-partum (35 - 50) la sclérodermie ressemble à une réaction du greffon contre l’hôte hypothèse : des cellules souches de l’enfant pourraient avoir été transférées à la mère pendant la grossesse, donnant naissance à des cellules immunitaires qui reconnaissent la mère comme un corps étranger !

Recherche de cellules foetales circulantes chez des femmes sclérodermiques ayant accouché de garçon PCR qualitative du DNA Y positive chez : 32/69 femmes avec SSc (46%) 1/25 des témoins (p<0.001) PCR quantitative du DNA Y sur sang total : 11,1/16 ml cellules fetales chez les femmes avec SSc 0,38/16 ml chez les femmes témoins saines 1,3/16 ml chez les sœurs saines Artlett C, N Engl J Med, 1998 Nelson JL. Lancet 1998; 35: 559

Mais les choses ne sont pas si simples... PCR quantitative, présence de cellules mâles : chez 16% (0,07 - 0,29) des femmes avec SSc 21,7% (0,07 - 0,44) des femmes avec d’autres maladies auto- immunes 25% (0,14 - 0,40) des femmes saines Le taux de cellules est similaire dans les 3 groupes... Le microchimérisme existe également chez des femmes saines il ne paraît ni plus fréquent ni quantitativement plus important en cas de sclérodermie... Gannagé M, Eur J Immunol, 2002

Mauvaise analogie entre GvHD et sclérodermie présentation clinique cutanée différente fibrose papillaire dans la GvHD scléreuse, sans atteinte péricapillaire fibrose réticulaire engainant les vaisseaux dans la sclérodermie dépôt granuleux d’IgM dans 86% des GvHD scléreuses versus 10 à 42% des sclérodermies atteinte oesophagienne et rénale rare dans la GvHD peu ou pas d’anticorps anti-topoisomerase I dans la GvHD

Mais... il reste à expliquer la présence de ces cellules !

En fait... plusieurs microchimérismes microchimérisme foetal = transfert de cellules du foetus ou du placenta à la mère microchimérisme maternel = transfert de cellules maternelles au foetus microchimérisme gémellaire = transfert de cellules entre jumeaux transfusions transplantations d’organes

Microchimérisme fetal : pendant la gestation cellules foetales placenta foetus mâle Présence de cellules fœtales dans la circulation maternelle pendant la gestation : Dès la 6° semaine de gestation En nombre de plus en plus important jusqu’à l’accouchement Chez 100% des femmes enceintes testées En faible nombre : 1 à 6 cellules nucléées/ml Ariga et al, Transfusion 2001

Microchimérisme foetal : après la gestation cellules foetales détectable chez 30-50% des femmes en l’absence de toute pathologie persistance des cellules foetales dans le sang circulant jusqu’à 27 ans après l’accouchement persistance de cellules mésenchymateuses foetales dans la moelle osseuse jusqu’à 50 ans après la gestation Lambert et al, Blood, 2002 Bianchi et al, PNAS, 1996 O’Donoghue et al, Lancet, 2004

Microchimérisme maternel : Transfert de cellules de la mère à l’enfant PCR d’haplotypes HLA maternels non partagés : présence de cellules maternelles chez ≈ 50% d’adultes normaux S. Maloney, 1999

Échanges placentaires de cellules souches pendant la grossesse mais aussi au moment de l’accouchement ou de la délivrance : exemple de l’immunisation anti-rhésus

Quelle est la nature des cellules transférées ? caractérisation des cellules microchimériques dans le sang circulant : lymphocytes T, lymphocytes B, monocytes, cellules NK pas de différence entre malades sclérodermiques et témoins Suggère le transfert de cellules souches hématopoïétiques à longue durée de survie Certaines de ces cellules peuvent se différencier en cellules immunitaires Evans PC. Blood 1999; 93: 2033

Comment expliquer la persistance au long cours de cellules “étrangères” ? les cellules fœtales pourraient échapper au système immunitaire maternel du fait des homologies HLA ou via la diffusion (leakage) des antigènes paternels les cellules foetales pourraient interagir avec les cellules T-régulatrices et induire des phénomènes de tolérance les cellules maternelles présentent lors de la constitution du système immunitaire de l’enfant pourraient être intégrées dans le répertoire du soi

Synthèse le microchimérisme est un phénomène banal... physiologique ? aboutit au transfert de cellules souches hématopoïétiques de l’enfant à la mère et de la mère à l’enfant ces cellules souches persistent au long cours une femme : transfère des cellules souches à ses enfants véhicule des cellules souches : de chacun de ses enfants et de générations antérieures, transmises par sa mère

Phénomène physiologique ? le fait que le microchimérisme soit très fréquent n’exclue pas que ce transfert cellulaire puisse être parfois à l’origine de pathologies pourrait être une des explications au fait que les maladies auto-immunes soient plus fréquentes chez la femme pourrait également être impliqué dans d’autres maladies...

Rôle potentiel dans des pathologies dysimmunitaires liées à la grossesse

Dermatose polymorphique gravidique dermatose bénigne d'étiologie inconnue 0,5 à 2% des grossesses papules rosées disposées selon les vergetures abdominales respect relatif de la région péri- ombilicale présence de cellules Y dans l’épiderme de femmes enceintes d’un garçon : 5/10 femmes ayant une DPG et enceintes d’un garçon 0/13 femmes ayant une autre dermatose ou une peau normale (p<0.05) Aractingi S, Lancet, 1998

Dermatose polymorphique gravidique cellules intradermiques foetales chromosome Y en fluorescence verte

Atrésie biliaire néonatale biopsie hépatique d’un garçon / atrésie biliaire : chr Y en vert, chr X en rouge hybridation XY sur biopsies hépatiques de 8 garçons présentant une atrésie biliaire (AB) et 2 hépatites néonatales (HN) microchimérisme maternel chez 7/8 AB vs 0/2 HN PCR quantitative : 1-142 copies ADN maternel / 25.000 copies ADN patients Suskind DL. BMC Gastroenterology 2004, 4:14

Rôle potentiel dans des pathologies auto-immunes à distance de la grossesse

Kremer ICL. Ann Rheum Dis 2007; 66: 1568–1573 Lupus recherche post-mortem de cellules microchimériques dans 48 organes provenant de femmes LED vs 146 organes sains de témoins sans maladies auto-immunes appariés sur le sexe et l’âge organes : reins, foie, coeur, poumons, rate, ganglions Kremer ICL. Ann Rheum Dis 2007; 66: 1568–1573

Kuroki M. Ann Rheum Dis 2002; 61: 1041–1046 Gougerot Sjögren 56 femmes présentant un Sjögren 27 échantillons de PBMC, 42 biopsies glandes salivaires et 9 lavages broncho-alvéolaires identification du chromosome Y par PCR et fluorescence in situ Kuroki M. Ann Rheum Dis 2002; 61: 1041–1046

Kuroki M. Ann Rheum Dis 2002; 61: 1041–1046 Gougerot Sjögren identification de cellules Y + dans la BGS de 3 femmes Sjögren Kuroki M. Ann Rheum Dis 2002; 61: 1041–1046

Polyarthrite rhumatoïde 20% des femmes atteintes de polyarthrite rhumatoïde n’ont pas de groupe HLA de prédisposition (ni DR4, ni DR1) hypothèse : ce groupe pourrait-il être transféré par microchimérisme ? = hypothèse NIMA (non-inherited maternal HLA alleles)

Polyarthrite rhumatoïde Prélèvements de cellules mononucléées (PBMC) extraites à partir du sang de femmes atteintes de PR non porteuses des HLA-DRB1*04 (n = 43) ou de HLA-DRB1*01 (n = 33) et à partir du sang de sujets témoins sans PR (n = 64 pour HLA-DRB1*04 et n = 46 pour HLA-DRB1*01) Extraction de l’ADN Typage génétique de HLA par technique SSO (single sequence oligonucleotide)

Polyarthrite rhumatoïde Les cellules microchimériques (cM) HLA-DRB1*04 ou 01 sont plus souvent présentes chez les patientes atteintes de PR (sans épitope partagé) que chez les témoins Le microchimérisme permet de transmettre l’épitope partagé aux patientes atteintes de PR n’ayant pas de gènes HLA qui codent pour cet épitope Expression de cM HLA-DRB1*04 5 % 500 000 PR (n = 43) 300 000 1 % 10 000 Témoins (n = 64) 9 000 7 000 Nombre de cM/million de PBMC 5 000 3 000 p = 0,031 1 000 0,1 % 800 600 400 200 = 1 patient N. Lambert, 2008

Diabète de type 1 Cellules microchimériques maternelles recherche d’ADN maternel chez : 94 enfants et adultes diabétiques : 51 % + 54 de leurs frères et soeurs non diabétiques : 33 % + 17 témoins sains : 17 % + Nelson, J. Lee et al. P. N. A. S. 2007; 104, 1637-1642

Diabète de type 1 autopsie de 4 pancréas : 3 sujets sains et un diabétique cellules productrices d’insuline porteuses d’ADN maternel dans les 4 cas 2 fois plus de cellules ß maternelles dans le cas de diabète... suggère que les cellules maternelles soient venues à la rescousse du pancréas défaillant microchimérisme = acteur ou gardien de l’auto-immunité ? Nelson, J. Lee et al. P. N. A. S. 2007; 104, 1637-1642

Rôle potentiel dans la réparation tissulaire ?

Les cellules foetales sont pluripotentes Hybridation in situ + immunomarquage pour étudier le phénotype cellulaire Thyroïde chromosome X : rouge chromosome Y : vert marquage en immunofluorescence rouge par un anticorps anti-cytokératine 14 à 60% des cellules chimériques identifiées dans des tissus épithéliaux sont cytokératine positifs (marqueur épithélial) Khosrotehrani, JAMA 2004

Les cellules foetales sont pluripotentes Organes hématopoïétiques (rate, ganglions) 90% des cellules chimériques expriment CD45 (marqueur leucocytaire) marquage en immunofluorescence rouge par un anticorps anti-CD 45 Khosrotehrani, JAMA 2004

Les cellules foetales sont pluripotentes Foie 4% des cellules chimériques expriment heppar-1 (marqueur des hépatocytes) marquage en immunoperoxydase par un anticorps anti-heppar-1 Khosrotehrani, JAMA 2004

Différenciation des cellules chimériques selon l’organe où elles gîtent Chez des femmes ayant eu des grossesses antérieures, 4 à 60% des cellules fœtales microchimériques identifiées expriment des marqueurs de différenciation hépatique ou épithéliale dans des tissus comme la thyroïde, l’intestin, le col utérin ou le foie. A l’inverse, dans les organes hématopoïétiques (rate, ganglions), les cellules expriment des marqueurs leucocytaires dans 90% des cas Khosrotehrani, JAMA 2004

Différenciation des cellules chimériques selon l’organe où elles gîtent des cellules fœtales multipotentes sont capables d’adopter divers phénotypes tissulaires maternels : Pregnancy Associated Progenitor Cells (PAPCs) ces cellules fœtales pourraient participer à la réparation tissulaire maternelle en cas de lésion tissulaire

Hypothèse 2 Hypothèse 1 lésion tissulaire Réaction de rejet garçon hébergeant des cellules souches provenant de sa mère Hypothèse 1 femme hébergeant des cellules souches provenant de son fils lésion tissulaire XX XY XY XX XX recrutement de cellules souches pour réparer le tissu lésé XY Réaction de rejet

Synthèse de nombreuses études ont mis en évidence la présence de cellules chimériques dans des tissus maternels (ou infantiles) atteints d’une pathologie dysimmunitaire ces cellules sont-elles pathogènes ? ces cellules participent-elles à la réparation tissulaire ? sont-elles de simples reliquats de la grossesse (bystanders... “badauds”) ? la signification de leur présence est-elle univoque ou peut-elle varier d’une pathologie à l’autre - d’un patient à l’autre ?

Rôle potentiel dans des pathologies tumorales

Cancers chez les transplantés cancers et lymphomes sont des complications fréquentes chez les transplantés, et surviennent volontiers sur les transplants étude d’une série de tumeurs cutanées de femmes greffées par des reins de sexe masculin trafic de cellules chimériques tant au sein des tumeurs malignes et bénignes mise en évidence chez une femme d’un carcinome dont la totalité de la tumeur était composée de kératinocytes masculins cette receveuse avait également à un autre site une lésion de dysplasie précancéreuse qui comprenait certains kératinocytes masculins les cellules chimériques qui dégénèrent échappent-elles plus souvent au contrôle immunitaire ? Aractingi et al, Cancer Res, 2005

Conclusion la sagesse populaire prétend qu’un peu de nous persiste au travers de nos enfants la science vient confirmer ce concept, au moins pour les femmes, grâce aux transferts cellulaires foeto-maternels ces échanges cellulaires foeto-maternels sont très fréquents les cellules souches échangées pourraient être impliquées : dans les pathologies auto-immunes dans la réparation tissulaires dans le développement de cancers