Immunosia Immunité innée : AVICENNE GHU Nord AP-HP Immunosia Immunité innée : Illustration pratique, la physiopathologie de la SPA G. Falgarone INSERM ERI18, EA-4222 Service de Rhumatologie Hôpital Avicenne AP-HP, Université Paris 13 Bobigny

Définition Immunité innée Immunité adaptative Non spécifique Barrières physiques pré-existantes Indépendante de l’antigène Réponse maximale d’emblée Pas de mémoire Immunité adaptative Spécifique Réponse dépendante de l’antigène Temps de latence entre l’exposition et la réponse maximale Mémoire immunitaire

1ère étape : Les barrières physiques Fig DW 1

Mécanismes effecteurs de l’immunité innée (1) Site acteur fonction Peau Cellules Sueur Desquamation lavage, acides gras Tractus digestif Cellules épithéliales Péristaltisme, pH ac. biliaires, ac. gras Poumon Cils bronchiques Ascenseur mucus surfactants Nasopharynx Yeux Mucus, salive, larmes Lavage, lysozyme Phagocytose & lyse intra-cellulaire Cytolyse directe et dépendante des anticorps Sang Organes lymphoïdes Phagocytes, K, NK & LAK

Mécanismes effecteurs de l’immunité innée (2) Site acteur fonction Sérum et autres sécrétions lactoferrine transferrine chélation ion interferons, TNF- protéines antivirales activation phagocytose hydrolyse peptidoglycane lysozyme opsonisation, phagocytose augmentation, inflammation fibronectine complément

Action cellulaire : La phagocytose Fig DW 1

LB LTgd NKT LTab NK LT CD8 LT CD4 DC Mastocytes Macrof PN Baso Figure 1G PN Eosino LT CD4 PN Neutro

Phagocytose Lyse pathogène intracellulaire Inflammation et dégât tissulaire Noyau caractéristique, cytoplasme Granules, CD67 Phagocytose Lyse pathogène intra et extra-cellulaire Réparation tissulaire présentation antigénique Noyau caractéristique et CD14 Endocytose, micro-pinocytose Phagocytose Cellules présentatrice de l’antigène (APC) professionnelle Dendrites selon le stade de maturation CD80, CD86, CD11b/ouc, CD1a

La phagocytose : Les PRR PRR = pathogen recognition receptor Récepteurs : Éboueurs (polymères anioniques ou lipoprotéines acétylées de faible densité) IgG FcR Complément 3 types de PRR Internalisé : scavenger (éboueurs), R au mannose, FcR Sécrété : complément, mannose-binding lectin (MBL)

La phagocytose : AC-récepteur FC Bactérie extra-cellulaire Opsonisation Digestion ds Lysozyme

PRR, TLR et autres PAMPS… PRR = pathogen recognition receptor Sécrété : complément, mannose-binding lectin (MBL) Internalisé : scavenger, R au mannose Signal cellulaire : TLR TLR : Toll/like receptor PAMPS : pathogen associated molecular pattern, les ligands

Superfamille des IL-1 /Toll récepteurs Système de défense archaïque Commun avec la drosophile (toll) Défense anti-bactérienne et fungique Superfamille commune au récepteur à l’IL-1 Toll like receptor Récepteurs Toll-IL-1 Immunité innée (réponse « non spécifique » aux bactéries, virus) Récepteur au LPS Récepteur IL-1 Domaine extra-cellulaire = LRR Domaine intra-cellulaire = TIR

Super-famille des IL-1 /Toll récepteurs Bell, Trends Immunol, 2003 Super-famille des IL-1 /Toll récepteurs

Les TLR et leurs PAMPs PAMP: pathogen associated molecular pattern Type de macromolécules reconnues par les TLR Peptidoglycane (Gram positifs) Lipoprotéine Lipoarabinomannane (Mycobactérie) LPS (leptospires) GPI (trypanosome) Zymosan (levure) LPS (gram négatifs) Acide lipoteïchoique (gram positifs) Protéine RSV F CpG non méthylés ARN simple brin Flagelline ARN double brin

T naïf T naïf DC PAMPs Pathogène TLR PRR endocy-tosique TCRab TCRab CMH II PRR endocy-tosique B7 CD28 T naïf TCRab CD28 T naïf TCRab B7.1/2

DC : interface entre immunité innée et spécifique

Récepteurs de type Toll Expression différentielle Monocytes CD myéloïdes CD plasmacytoïdes CD CD8a+ CD CD11b+ TLR Bactéries Gram+ Bactéries Gram- Champignons Virus à ADN Virus à ARN sb Virus à ARN db 1 2 6 1 1 1 2 2 2 8 3 8 7 9 3 9 3 7 9 6 6 6 5 5 5 4 IL-12, TNF, IL-6 Interférons type I IL-12 IL-10 (Iwasaki & Medzhitov, Nat. Immunol., 2004) Monocytes: tous les TLRs Cellules dendritiques: plasmacytoïdes: TLR7 et 9 Myéloïdes: TLR1, 2, 3,4, 5, 6 et 8

Fig 2 DW

Spondylarthropathies Uvéites B27 Spondylarthrites ankylosante Rhumatisme psoriasique Rhumatismes articulaires des MICI Arthrites réactionnelles

Spondylarthropathies Maladies fréquentes 0,52% de la population (Saraux, J. Rhumatol 1999) 0,53 F / 0,41 H Sexe ratio  1 à 3 études familiales : autres gènes ? DR4 ! (Said-Nahal, Ann Rheum Dis, 2002) Association au HLA-B27 (%) Spondylarthrite ankylosante 95 SpA indifférenciée 80 Arthrites réactionnelles 50-80 Rhumatisme psoriasique 50 Rhumatismes infl. digestifs 50-75 SpA juvénile 80 Population générale 6-8 Maladie génétique mais B27 explique 50% maladie

HLA-B27 Gènes hors CMH

A Associé maladie de Crohn Pas SPA Figure GF2 Même titre, légende suivante : (Expression macrophagique : A ; grossissement sur le récepteur NOD : B); Les récepteurs de la famille NOD sont exprimés dans le cytoplasme des macrophages (A), et reconnaissent les PAMPs par leur domaine LRR (B); Le domaine de souplesse NOD permet alors le recrutement par le domaine CARD de kinases qui aboutiront à l’activation de NFkB avec les actions détallées sur le schéma. Associé maladie de Crohn Pas SPA

HLA-B27 :appartient au CMH Complexe Majeur d’Histocompatibilité Dénomination générique (toutes espèces) Human Leukocyte Antigen – (HLA) CMH humain (Jean Dausset, 1950) chromosome 6, (6p21.3) Complexe : > 200 gènes codant pour des produits très divers. Majeur : Les produits sont à l’origine de différences allogéniques importantes entre individus de la même espèce. Histocompatibilité : A l’origine de phénomènes de rejet de greffe entre sujets incompatibles.

Structures du CMH Classe I et Classe II Sillon peptidique Classe II a1 a2 a1 b1 HLA-A HLA-B HLA-C H2-K H2-D H2-L HLA-DR HLA-DQ HLA-DP H2-I-A H2-I-E b2-micro globuline a2 b2 a3 Domaines extra-cellulaires Membrane plasmique Cytosol Une chaîne TM: HLA-A, B et C associée à la b2-microglobuline Deux chaînes TM: HLA-DPA, DPB; DQA, DQB et DRA, DRB

HLA-B27 : Sous-types

Peptide arthritogénique B27 = molécule CMH de classe I Peptide présenté par B27 Parham, Immunol. Today, 1990 Lopes de Castro, Curr. Opin. immunol. 1998 LT CD8+ cytotoxiques dans l’articulation Hermann E., Lancet, 1993 Ugrinovic S., J. Immunol., 1997

Peptides liés par B27, réponse T et mimétisme moléculaire Séquences peptidiques bactériennes se liant à B27 PPLRRYLEARRDVI P. aeruginosa methyl transférase EWLRRCVEAFGLQP K. pneumonaie nitrogénase nifN ARVTARRYLEFLE B. megaterium Scofield R.H., Lancet1995 Séquence peptidique de classe I se liant à B27 EWLRRYLENGKETLQRVDP 169 179 région HV3 Scofield R.H., PNAS 1993 Boisgérault F., JCI 1996

Golgi Membrane cellulaire externe Réticulum endoplasmique ERp57 tpn cln b 2-m crt CL Peptides

« Misfolding » Homodimères Défaut de « repliement » Stabilisation du classe I par b2m Accumulation de chaînes lourdes libres Dépendant de la poche peptidique Colbert, PNAS, 1993 Homodimères à la surface Bowness, J. Immunol, 1999 Homodimères

Modèle du rat transgénique pour le HLA-B27 Plusieurs lignées de rats transgéniques pour HLA-B27/m (Hammer, Cell, 1990) Nombreuses copies (150) 33-3 (F344) 21-4H (Lew) « Spondylarthropathie » Quelques copies (6) 21-4L (Lew) développement normal

Modèle du rat transgénique pour le HLA-B27 «Spondylarthropathie» du rat : Inflammation digestive Arthrites Psoriasis conjonctivite Inflammation rachidienne Orchite

Rats transgéniques B27 Dépendant du niveau d’expression de B27 à la surface cellules hématopoïétiques LT CD4+ pathogènes Liaison peptidique influencent maladie Arthrites et inflammation digestive dépendant de flore digestive Lignées germfree 33-3 an 21-4H Disparition des arthrites et inflammation digestive Peau, ongles, orchites inchangés Recolonisation des rats B27 Inflammation digestive en qq jours Arthrites Bacteroides Expériences de décontamination Metronidazole

Yersinia-Are-B27 Infections à Yersinia pseudotuberculosis (Ypst) et Yersinia enterocolitica (Yent) compliquées d’arthrites réactionnelles (Are) Association au HLA-B27 Dans l’articulation : Pas de Yersinia vivante Antigènes yersiniens présents Clones anti-Yersinia dans le liquide articulaire et la synoviale Hermann E., Lancet, 1993 Ugrinovic S., J. Immunol., 1997 Première mise en évidence in vivo de cellules cytotoxiques anti-Yersinia Spécificité anti-Yersinia Restriction par le CMH de classe I Cellules T CD8 + Cibles infectées par la bactérie vivante Falgarone G., J. Immunol., 1999

d'après Cornelis & Wolf-Watz (Mol. Microbiol d'après Cornelis & Wolf-Watz (Mol. Microbiol., 1997) adapté par Silhavy (Science 1997)

Cytotoxicité anti-Yersinia et B27 Réponse CTL spécifique de Yersinia chez le rat B27 : Pas de restriction B27 : > Hypothèse du peptide arthritogénique infirmée Mais rôle de B27 : Réponse CTL plus faible chez les rats B27 Lyse des cibles B27+ diminuée Diminution des défenses anti-bactériennes ? > Persistance de la bactérie ? Mécanismes indépendant de l’antigène fonction CMH B27

Interaction beta2microglobuline-chaperonne (persistance bactérienne) Macrophages (U937) B27 infectés par Salmonelle Persistance de la bactérie prolongée Production NO diminuée (- IL-10, +TNFa) Transduction NFkB altérée Granfors, A&R, 2000

Spondylarthrite, immunité innée Et stress cellulaire

Spondylarthrite, immunité innée Cellules dendritiques Macrophages

Défaut de stimulation des T allogéniques et syngéniques DC Ntg 10 5 DC B27 10 4 Syngénique DC Ntg Cpm 10 3 DC B27 . 10 2 10 1 3 10 30 DC per well 10-3 (x ) .

Stress intracellulaire : Misfolding Accumulation de HLA-B27 non replié Production de chaperonne Modification métabolisme cellulaire réponse stress modifié production interferon augmentée après stimulation TLR Turner, Colbert et al, A&R, 2007

Expression membranaire Dimères ou B27 anormaux Reconnus KIR : Killer Inhibitory Receptor

Cellules NK Cytotoxicité NK naturelle : cellules Natural Killer, killers et IFNgamma Lyse cellules tumorales, cellules infectées par les virus, cellules en vieillissement. Cytotoxicité repose expression des antigènes CMH class I 10-20% lymphocytes circulants LGL : large granular lymphocytes CD16+, CD56+ , CD57+, CD69+, CD94+, CD122+, CD158+, CD161+, CD8+ Lyse des cellules n’exprimant pas le classe I Apoptose, après contact cellulaire en 30 à 90 mn

Cellules NK KIR et KAR Killer Inhibitory/Activating Receptor CD158 Sous-famille KIR2DL KIR2DL1 KIR2DL2 KIR2DL3 KIR2DL4 Sous-famille KIR3DL KIR3DL1 KIR3DL2 Sous-famille KIR2DS KIR2DS1 KIR2DS2 KIR2DS3 KIR2DS4 KIR2DS5 Sous-famille KIR3DS KIR3DS1

KIR2D KIR3D

Regulation des fonctions NK MHC I KIR KAR KAL Pas de lyse Lyse

KIR et SPA KIR3DL1 KIR3DS1 Chan, A&R, 2005

Récepteurs éboueurs et SPA CD63 macrophagique augmenté dans les sites inflammatoires Action anti-inflammatoire Inhibition fonction T Baeten, A&R, 2004 Observés dans intestin Synthèse amines vasoctives? TLR2 et TLR4 augmentés Cytokines-monokines (TNFalpha)

T naïf T naïf DC PAMPs Pathogène TLR PRR endocy-tosique TCRab TCRab Interaction dépendant ag : rôle lymphocytes T Pathogène TLR DC CMH II PRR endocy-tosique B7 CD28 T naïf TCRab CD28 T naïf TCRab B7.1/2 Stress cellulaire: Défaut repliement hétérodimère Défaut régulation défense contre pathogène : diminution? -Entretien inflammation)