Tolérance immunitaire Modèles animaux de maladies autoimmunes AS.Korganow, CNRS 9021,Tolérance B lymphocytaire et autoimmunité Korganow@unistra.fr

Les partenaires de la réponse immunitaire spécifique Modèles animaux de MAI 2011 Les partenaires de la réponse immunitaire spécifique 1. Les cellules présentatrices d’Ag macrophages Cellules dendritiques Lymphocytes B

2. La réponse immunitaire cellulaire Modèles animaux de MAI 2011 2. La réponse immunitaire cellulaire CD4+ Reconnaissance de l’Ag dans les molécules de classe II Profil de cytokines Th1 3. La réponse immunitaire cytotoxique Reconnaissance de l’Ag dans les molécules de classe I Lyse de la cible CD8+ La réponse immunitaire humorale CD4+ primé Reconnaissance de l’Ag dans les molécules de classe II Profil de cytokines Th2 Lymphocyte B

2. Les “nouveaux” lymphocytes effecteurs Modèles animaux de MAI 2011 2. Les “nouveaux” lymphocytes effecteurs CD4+ Les lymphocytes régulateurs Lc T Th17, Th23 ... Lymphocytes B régulateurs

Les partenaires de la réponse immunitaire innée Modèles animaux de MAI 2011 Les partenaires de la réponse immunitaire innée Le système phagocytaire macrophages PNN Le système du complément Les Toll récepteurs TLR1 à TLRn Molécules exprimées à la surface des cellules du sytème immunitaire et susceptibles d’être activées directement par des motifs des agents pathogènes

Les principes de la tolérance Modèles animaux de MAI 2011 Les principes de la tolérance (régulation des T ou des B générés autoréactifs)‏ 1. Les lymphocytes B Tolérance centrale ou sélection négative apoptose dans la MO anergie récepteur éditing Tolérance périphérique délétion ou anergie 2.les lymphocytes T Tolérance centrale ou sélection négative apoptose Dans le thymus coexpression d’un autre TCR anergie (rare)‏ Tolérance périphérique anergie rare délétion

L’échappement à la tolérance: hypothèses Modèles animaux de MAI 2011 L’échappement à la tolérance: hypothèses (« survie » de lymphocytes autoréactifs)‏ Faiblement autoréactifs, échappant à la tolérance ex : autoanticorps naturels de faible affinité Lymphocytes autoréactifs vis à vis d'antigènes cachés Ag absents du thymus antigènes apparaissant au cours du dév. antigènes cryptiques tissulaires antigènes des sites privilégiés (œil, SNC)‏

Maladies autoimmunes : pathologie résultant d’un processus autoimmun Modèles animaux de MAI 2011 Maladies autoimmunes : pathologie résultant d’un processus autoimmun Autoimmunité : Réponse immunitaire adaptative dirigée contre Soi Mécanismes généraux Activation de lymphocytes T auto-réactifs à l’encontre d’un auto-antigène Activation de lymphocytes B auto-réactifs Notion de rupture de tolérance Cause inconnue Intervention facteurs génétiques facteurs hormonaux facteurs environnementaux radiations UV infectieux alimentaires

Pourquoi des modèles animaux de maladies autoimmunes ? Modèles animaux de MAI 2011 Pourquoi des modèles animaux de maladies autoimmunes ? Variabilité clinique au sein d’une même pathologie Variabilité génétique ethnique et géographique Difficulté d’appréhension des facteurs environnementaux Difficulté de cerner le début de la maladie Problème d’accès au « matériel « cellulaire ou d’organe Quels animaux ? Le plus souvent des souris ou des rats Le plus petit, le moins de problèmes éthiques Se reproduisant facilement Le moins cher

Pour quelles questions ? De façon générale, deux questions, Modèles animaux de MAI 2011 Pour quelles questions ? De façon générale, deux questions, La rupture de tolérance lymphocytaire T ou B Les mécanismes lésionnels : cellulaires, cascade inflammatoire, le rôle des autoanticorps Sous-tendant Une analyse génétique Une analyse des facteurs environnementaux, infectieux en particulier Une analyse des compartiments lymphocytaires T et B, centraux et périphériques Une dissection physiopathologique des lésions tissulaires

Quels types de modèles animaux ? Modèles animaux de MAI 2011 Quels types de modèles animaux ? A chaque modèle, ses questions et ses réponses … Les modèles induits modèles de transferts de sérums (myasthénie)‏ Arthrite au collagène L’encéphalite allergique expérimentale La kératite herpétique Les modèles spontanés ou multigéniques Les modèles congéniques Les modèles knock-out Pour une molécule de fonction mal connue Pour une cytokine Pour un gène du développement lymphocytaire Les modèles transgéniques/knock-in Pour un gène (MHC)‏ Pour un clone lymphocytaire (B ou T)‏ Pour surexprimer une molécule (TNF)‏

Illustration de la multigénicité des maladies autoimmunes Modèles animaux de MAI 2011 Illustration de la multigénicité des maladies autoimmunes Le modèle de la souris NZB/NZW explication du principe des souris congéniques

Le modèle de la souris NZB/NZW, modèle spontané de LED Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle de la souris NZB/NZW, modèle spontané de LED La maladie humaine : Le lupus érythémateux disséminé ou systémique : MAI relativement fréquente (10 à 65 cas / 100000 habitants)‏ Maladie inflammatoire chronique évoluant par poussées : atteinte multiorgane (peau, articulations, rein, système nerveux)‏ Production d’autoanticorps anti-ADN, antinucléaires (ANAs)… Dépôts pathogènes d’autoanticorps : ex : rein  glomérulonéphrite Concordance chez les jumeaux monozygotes : 24 à 57% Maladie multigénique

Croisement (F1) de la souche de souris NZB et de la souche NZW (1963)‏ Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle NZB/NZW Croisement (F1) de la souche de souris NZB et de la souche NZW (1963)‏ Développe des lésions rénales similaires à la glomérulonéphrite lupique, avec des dépôts d’ANAs sous forme de complexes immuns à la surface des glomérules Production d’autoAC anti-nucléaires culmine à l’age de 9 mois Défauts intrinsèques des LB : hyper-réactivité Rôle pathogène des cellules T, CD4+

Intérêt du modèle NZB/NZW : Modèles animaux de MAI 2011 Intérêt du modèle NZB/NZW : Détermination des loci de susceptibilité à la maladie Les souches parentales NZB et NZW ont des génomes différents : elles développent des symptômes autoimmuns différents entre eux et différents de la souche NZB/NZW : - NZB : anémie hémolytique - NZW : glomérulonéphrite moins sévère que NZB/NZW Développement de souches congéniques : par croisement au hasard des souches NZB et NZW ; ex : NZW x NZB/NZW A permis de développer 27 souches congéniques appelées NZM : chacune représente une combinaison unique des génomes de NZB et NZW

Congenic dissection of NZM2410 strain In NZM2410 strain: 3 major loci have been associated with disease susceptibility : sle1, sle2, sle3 3 congenic strains have been produced (sle1, sle2, sle3) on C57BL/6 background

Sle mice Sle1 Sle2 Sle3 Morel L., J Immunol, 1997, 158, 6019

Sle mice Sle1 Sle2 Sle3/5 Sle4 Morel L., J Immunol, 1997, 158, 6019 Sle1 Sle2 Sle3/5 Sle4 Each of the four congenic strains expresses a unique collection of phenotypes None develop severe pathology: individual genes are not sufficient to cause lupus

Illustration de la multigénicité des maladies autoimmunes Modèles animaux de MAI 2011 Illustration de la multigénicité des maladies autoimmunes autres systèmes d'abord : -création de souris KO pour différents gènes avec obtention d'un même phénotype -croisement de souris KO pour obtenir un phénotype lupique -utilisation d'un KO sur un fond génétique particulier, ne donnant pas le même résultat que sur un autre fond (B6, Balbc, 129, DBA2 ...)‏

Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète La maladie humaine : le diabète Destruction des cellules  des ilôts de Langherans du pancréas Infiltration CD4 et CD8, de lymphocytes B, de macrophages et de cellules NK Influence de facteurs génétiques Gènes de classe II du CMH (DR3, DR4) et autres loci Influence de facteurs environnementaux Concordance des jumeaux monozygotes de 36% Influence migratoire Rôle du virus cocksackie, de la rubéole congénitale

Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète Modèles animaudx de MAI 2011 Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète Souche japonaise 26ème génération, 60 à 80% de femelles malades, 10% de males Insulite vers 4-5 semaines Diabète entre 12 et 25 semaines de vie Associé à un diabète, une thyroidite, une sialite Destruction des cellules  des ilôts de Langherans du pancréas Infiltration CD4 et CD8, de lymphocytes B, de macrophages et de cellules NK Influence de facteurs génétiques (15 loci ou Idd, sur 11 chromosomes, Idd1 est le CMH)‏ Influence de facteurs environnementaux : souris NOD en zone SPF rôle des virus cocsackie, de la rubéole, de la chorioméningite Lc

Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète Le diabète est-il une maladie T dépendante ? infiltration histologique par des lymphocytes T CD4 et CD8 (insulite)‏ Traitements par des anticorps monoclonaux anti-CD4 et CD8 Introduction d’une déficience T (souris nude, TCRKO)‏ Thymectomie néonatale Transferts de clones de cellules T, issus des ilôts de souris diabétiques Souris transgéniques pour un récepteur de cellule T « diabétogène »

Modèles animaux de MAI 2011

Modèles animaux de MAI 2011 N.Engl.J.Med. 2009

La maladie humaine : la polyarthrite rhumatoide Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD La maladie humaine : la polyarthrite rhumatoide Infiltration inflammatoire de la synoviale articulaire et pannus destructeur Existence d’autoAc (FR et anti-peptides citrullinés)‏ Rôle du TNF Influence génétique : allèles DRB1 du groupe d’allèles DR4 (QKRAA, QRRAA ou RRRAA)‏ Influence environnementale (concordance des jumeaux monozygotes)‏

Validation d’un modèle de PR Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD Validation d’un modèle de PR KRN : modèle trangénique pour un TCR F1, KRN x NOD : descendance du croisement souris KRN et NOD Polyarthrite érosive à 5 semaines Infiltration de la synoviale articulaire Existence d’autoanticorps Influence génétique (molécules de classe II de NOD)‏

Exploitation d’un modèle de PR Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD Exploitation d’un modèle de PR Traitement par anti-CD4 : les lymphocytes T sont indispensables à l’arthrite Croisements avec des souris mt : les lymphocytes B sont également indispensables Transferts de sérums de souris arthritiques : le sérum transfert l’arthrite Transferts d’IgG purifiées de souris arthritiques : ce sont les auto-Ac qui sont nécessaires Analyse de la spécificité des Ac par Western Blott : Ag ubiquitaire, la GPI Croisements avec des souris déficientes pour des fractions du complément : activation du complément dans l’articulation

Exploitation d’un modèle de PR : rôle des autoAc Modèles animaudx de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD Exploitation d’un modèle de PR : rôle des autoAc

Exploitation d’un modèle de PR : rôle des lymphocytes T et B Modèles animaudx de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD Exploitation d’un modèle de PR : rôle des lymphocytes T et B

Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD

Modèles animaux de MAI 2011 Le modèle KRN x NOD

Modèles animaux de MAI 2009

Recherche thérapeutique sur la PR Modèles animaux de MAI 2011 Recherche thérapeutique sur la PR Utilisation du modèle murin d'arthrite au collagène Recherche sur une thérapie locale, en remplacement de l'anti-TNF systémique = délivrance intra-articulaire d'un rAAV5 virus, contenant un anti-TNF shRNA

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Modèles animaux de MAI 2011 Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité Récepteurs Toll ou Toll-R : récepteurs présents à la surface ou dans les endosomes de différents types cellulaires (lymphocytes T ou B, cellules dendritiques)‏ Susceptibles d’être directement activés par des composants bactériens TLR-4 : LPS TLR-9 : CpG bactériens TLR-2 : protéines OspA de Borrélia TLR-5 : flagelline bactérienne TLR-7 : RNA viral avec activation de la cellule en aval

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Modèles animaux de MAI 2011 Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Modèles animaux de MAI 2011 Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Modèles animaux de MAI 2011 Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité Modèle de Leadbetter Utilise des souris avec des lymphocytes B tg pour un BCR FR (fragement Fc des IgG)‏ Les lymphocytes B ne sont pas activés directement par des IgG Mais par un pontage des récepteurs du BCR (FR) et des TLR-9 Par des complexes IgG-nucléosome-CpG

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Modèles animaux de MAI 2011 Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Amènent sans cesse de nouvelles hypothèses étiologiques Modèles animaux de MAI 2011 Conclusion Modèles animaux de MAI Explorent peu à peu les lésions physiopathologiques des maladies dites autoimmunes Amènent sans cesse de nouvelles hypothèses étiologiques Reste le problème philosophique de la correspondance « homme »-animal …