Les cellules phagocytaires Faculté de Médecine et de Pharmacie Cours d’Immunologie Les cellules phagocytaires 2ème année Pharmacie 2013-14

PLAN I - Introduction II - Origine des cellules phagocytaires III - Phagocytes granulocytaires (PNN-PNE) IV - Phagocytes mononuclées V - Les cellules dendritiques VI - Les récepteurs de l’immunité innée (TLR) VII - Les étapes de la Phagocytose

Introduction IMMUNITÉ INNÉE 1ère ligne de défense Bloque la plupart des micro-organismes Précoce et rapide Présente dès la naissance Non spécifique de l’antigène N’a pas de mémoire N’est pas augmentée par une seconde exposition

Introduction IMMUNITÉ INNÉE IMMUNITÉ ADAPTATIVE NK LT Phagocytes LB Pathogènes T Régulateurs Complément Médiateurs de l’inflammation Barrières naturelles Anticorps

CPA

Mécanisme de défense de l’immunité innée Phagocytose: Mécanisme de défense de l’immunité innée Correspond à l’ingestion et dégradation des particules supérieures à 0,5 µm (ex: pathogènes, débris cellulaires, cellules tumorales et apoptotiques…) Fonction exercée par les cellules phagocytaires PNN PNE PNB

Cellules phagocytaires ou phagocytes : Ensemble des cellules responsables de phagocytose Distribuées dans le sang circulant et dans les tissus. Deux types: - Les granulocytes (= polynucléaires) (PNN, PNE). - Les phagocytes mononuclées (monocytes, macrophages). granulocytes monocytes Cellule dendritique

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Pas d’étapes de sélection ou d’éducation Produits dans la Moelle osseuse A partir de la cellule souche myéloïde Subissent une série d’étapes de maturation, et de différenciation Progéniteur érythroide Mégacaryocyte Hématies Plaquettes Les phagocytes naissent de la moelle osseuse Pas d’étapes de sélection ou d’éducation

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Cytoplasme riche en granules spécifiques Noyau multilobé Cytoplasme riche en granules spécifiques PNN PNE PNB Cellules arrondies, appartenant aux leucocytes, incapables de se diviser, caractérisées par leur noyau polylobe et la présence de granulations cytoplasmiques, de durée de vie très courte.

1. Polynucléaires neutrophiles Les PNN matures: MO sang Répartition dans 2 secteurs: Secteur marginal: PNN collés à l’endothélium vasculaire. Secteur circulant: séjour de 7-10h, puis passage dans les tissus par extravasation. Granules secondaires definissent le type de PN

1. Polynucléaires neutrophiles Morphologie: Cellules de 15 μm Noyau multilobé (3-5 lobes) Granulations prenant les colorants acides et basiques. 50 à 70% des leucocytes circulants. 90% des polynucléaires circulants. Dans le sang périphérique: circulent pendant 7 à 10h. Dans les tissus: durée de vie de 2 à 3 jours, expression des activités biologiques. Mort spontanée par apoptose, si absence de stimuli.

Granulations primaires Azurophiles Granulations secondaires 1. Polynucléaires neutrophiles Granulations: Granulations primaires Azurophiles (gros et denses) Granulations secondaires (plus petits) -Myéloperoxydase -Défensines -Lysozyme -Hydrolases acides -Protéase neutres Collagénase Gélatinase Lactoferrine Lysozyme Vit B12 Récepteurs: Récepteur pour le fragment Fc des IgG (Fcg RIII et Fcg RII) Récepteurs pour les composants du complément: - C3b (CR1, CR3) - C3a (C3aR) - C5a (C5aR) Les vésicules de sécrétion ont un role essentiel dans l’adhésion et la migration des PNN. Surtt IgG1 et IgG3

1. Polynucléaires neutrophiles Fonctions des PNN: La phagocytose: PNN = 1ère barrière de défense contre un pathogène invasif, sans spécificité vis à vis de l’antigène rôle important dans l'immunité innée. Fonction sécrétoire des PNN: Participation à la réponse immunitaire acquise par libération de cytokines capables d'attirer les lymphocytes et les cellules dendritiques. Principales cytokines synthétisées  : - Interleukines (IL8, IL1, IL10 et IL12) - TNFα - Facteurs de croissance (GM-CSF) Les PNN sont les premiers a arriver au site de l’inflammation qlq soit la nature de l’agent a l’origine de la stimulation

2. Polynucléaires éosinophiles Morphologie - Cellules de 12 à 13 μm - Noyau bilobé - Grosses granulations colorées en orange par l’éosine PNE sont issus de la lignée granuleuse sous l’action de l’IL5. PNE = cellule phagocytaire mobile: Passage sanguin Tissus (qlqs heures) (peau, muqueuses,épithéliums) Attraction vers le foyer inflammatoire par des facteurs chimiotactiques spécifiques: Eosinophil Chemotactic Factors (ECFA, ECFB) produits par les mastocytes et PNB.

2. Polynucléaires éosinophiles Granulations: Cytoplasme renferme de grosses granulations contenant un noyau cristalloïde caractéristique composé de : - protéine basique majeure MBP (55% des protéines du granule)  libérée cause des dommages aux agents pathogènes. - Histamisase et aryl-sulfatase  régulent la réaction inflammatoire

2. Polynucléaires éosinophiles Récepteurs membranaires des PNE: Récepteurs pour les composants du complément : CR1 et CR3 pour le C3b et C3bi. C1q-R pour le C1q. Récepteurs pour les fragments Fc des immunoglobulines : CD32 ou FCγR II, pour Fc des IgG CD23 ou FCεR II, pour Fc des IgE. Récepteurs pour des médiateurs et cytokines : Récepteur pour l’histamine. R-Eotaxine pour l’éotaxine (facteur chimiotactique le plus puissant des PNE).

Polynucléaires éosinophiles Dégranulation : produits à activité antiparasitaire IgE FceR

2. Polynucléaires éosinophiles Fonctions des PNE Phagocytose Capacité de phagocytose plus faible que les PNN (absence de lysozyme). Mais, ils ont une grande capacité de phagocytose des grands complexes immuns. Fonction sécrétoire: Cytokines : IL-1, IL-3, IL-5, GM-CSF. interviennent aussi dans: Réactions inflammatoires lors de phénomènes allergiques et anaphylactiques. Infections parasitaires (perforation de la membrane par la MBP protéine basique majeur). Neutralisation des effets nocifs d’une dégranulation mastocytaire massive.

Étape 1 : vasodilatation et augmentation de la perméabilité capillaire Lésion d’un tissu et entrée d’un pathogène Libération de substances chimiques ( histamine, kinines…) diamètre des vaisseaux  débit sanguin perméabilité des vaisseaux Passage des cellules et des protéines du plasma vers le site de la lésion

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

Étape 2: Mobilisation phagocytaire

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C. CELLULES MONONUCLEES Morphologie: Monocytes: - Cellules de 10 à 20 μm - Noyau irrégulier en fer à cheval Granulations faiblement azurophiles Cytoplasme riche en lysosomes MO Sang Tissus 8 heures (différenciation en macrophages) Représente 2 a 5% des leucocytes circulants

Macrophage: - Grossit 5 à 10 fois Organites ↑ Produit plus d’enzymes Granulations faiblement azurophiles= lysosomes Mitochondries nombreuses Réticulum endoplasmique développé Micrographie en contraste de phase d'un macrophage après phagocytose de spores de Bacillus anthracis Grande activité de synthèse - Grossit 5 à 10 fois Organites ↑ Produit plus d’enzymes - Capacité de phagocytose ↑ Changements dans la cellule

Inflammation épidermique Système nerveux central os Épiderme normal Espace alvéolaire Système nerveux central rate Les macrophages acquièrent les caractéristiques histologiques, cytochimiques et fonctionnelles spécifiques des tissus où ils se trouvent.

Macrophages tissulaires du FOIE = cellules de Kupffer - Situées le long des sinusoïdes du foie - Eliminent la majorité des antigènes qui pénètrent dans l’organisme par l’intestin

Les macrophages sont disséminés dans tout l’organisme: macrophages résidents dans les tissus, macrophages libres. Longue durée de vie (1 à 3 mois) Fonctions des macrophages: 1ère ligne de défense de l'immunité naturelle, Rôle important dans l’immunité adaptative. Les macrophages/monocytes ont 3 fonctions : - Phagocytose: fonction principale - Présentation de l’antigène (rôle CPA) : Présentation des peptides dérivés des Ags ingérés aux lymphocyte T - Sécrétion de médiateurs solubles permettant de moduler la RI.

PLAN I - Introduction II - Origine des cellules phagocytaires III - Phagocytes granulocytaires (PNN-PNE) IV - Phagocytes mononuclées V - Les cellules dendritiques VI - Les récepteurs de l’immunité innée (TLR) VII - Les étapes de la Phagocytose

Introduction IMMUNITÉ INNÉE IMMUNITÉ ADAPTATIVE NK LT Phagocytes LB CPA Pathogènes Complément Médiateurs de l’inflammation Barrières naturelles Anticorps

CPA

Cellule dendritique: couplage entre I. innée et I. acquise

Internalisation de l’Ag par les CPAs diverses B Cellules Dendritiques (CD) Tissus périphériques Endocytose et présentation Maturation des CD induit le chargement du peptide Activation des cellules T naïves Lymphocytes B Tissus lymphoïdes secondaires Non phagocytaire Le récepteur spécifique de l’Ag « BCR » importe l’Ag dans les endosomes tardifs Macrophages Tissus périphériques Phagocytose l’Ag L’activation induit la présentation de l’Ag

Cellules dendritiques Macrophages Lymphocytes B Quiescent Activé LES CPA PROFESSIONNELLES (DC, macrophage, lymphocyte B) Cellules dendritiques Macrophages Lymphocytes B Quiescent Activé Contact avec antigène Endocytose Phagocytose Endocytose via son récepteur Expression des molécules CMHII Constitutive (+++) Inductible (-) (++) Costimulatin B7 B7 CMHII CMHI

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Toll like receptors (tlr)

- partie transmembranaire: riche en cystéine. Structure: Les TLRs sont des protéines transmembranaires constituées par : - domaine extracellulaire: riche en Leucine (domaine LRR : Leucine Rich Repeat ). - partie transmembranaire: riche en cystéine. - domaine intracytoplasmique: que l'on retrouve chez les récepteurs des interleukines IL-1 ( domaine TIR : Toll/IL-1 Receptor )

PAMPs (Pathogen Associated Molecular Pattern) = Motifs moléculaires appartenant aux agents pathogènes et reconnus par les récepteurs membranaires des phagocytes (TLR) Les PAMPs sont caractérisés par 3 propriétés : +++ Non exprimés par les cellules de l’hôte (cellules du soi). 2. Communes à de nombreuses espèces de micro-organismes permet de reconnaitre l’énorme diversité des microbes par un nombre restreint de récepteurs 3. Essentiels à la survie des micro-organismes pas de mutants  Pas déchappement à la reconnaissance. Donc sont reconnus comme un non soi. Ce qui permet de reconnaître divers microbes par un nombre restreint de recepteurs

Pattern Recognition Receptors (PRRs) bactérie virus parasite Pathogens Associated Molecular Patterns (PAMPs) Flagelline des flagelles bactériens Peptidoglycanne des bactéries à G+ Lipopolysaccharide (endotoxine) des bactéries à G- ARN double brin, ADN non méthylé Pattern Recognition Receptors (PRRs) Macrophages, PN cellules dendritiques cellules endothéliales et épithéliales les lymphocytes T, B et NK

acide lipotéichoïque (LTA) de parois Gram +, lipopeptides bactériens et peptidoglycane LPS flagelline inconnu TLR-5 TLR-10 TLR-4 TLR-2, TLR-6 TLR-8 TLR-7 TLR-9 TLR-1, TLR-2 lipopeptides bactériens et glycosylphosphatidylinositol (GPI) des parasites TLR-3 ARN viral simple brin CpG non méthylés du DNA ARN viral double brin Endosome

Récepteurs membranaires Récepteurs endosomiales Ligands exogènes des TLRs: - Certains TLR reconnaissent des déterminants membranaires - Certains TLR reconnaissent des acides nucléiques Récepteurs membranaires Ligands TLR 1 ( + TLR 2) Triacyl des lipopeptides ( bactérie) TLR 2 lipoprotéines ( nombreux pathogènes) peptidoglycane ( bactérie Gram positif ) lipoarabinomannane ( mycobactérie) Champignons, glycoproteines virales TLR 4 lipopolysaccharide ( = LPS ) ( bactérie Gram négatif ) protéine virale TLR 5 flagelline (bactérie flagellée ) TLR 6 ( + TLR 2) diacyl lipopeptide ( mycobactérie)  Récepteurs endosomiales   Ligands nucléiques TLR 3  ARN double brin ( virus, parasites) TLR 7 et TLR 8  ARN simple brin ( virus ) TLR 9 ADN CpG hypométhylé ( bactérie) TLR 10 et 11  inconnus  TLR10 et 11 inconnus

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Phagocytose Phénomène actif et consommateur d’énergie Efficacité accrue par l’opsonisation

Phagocytose Reconnaissance et adhésion Formation de pseudopodes Formation d’un Phagosome puis d’un phagolysosome Digestion intracellulaire Exocytose des débris

PHAGOCYTOSE ET BACTERICIDIE La phagocytose = Découverte par METCHNIKOFF en 1882. Anomalies génétiques des phagocytes fréquence et gravité des infections (la Granulomatose septique ou Déficit en myéloperoxydase) La phagocytose = l'endocytose = capacité d'internalisation d'un substrat quelconque «  la pynocytose et la phagocytose » La pynocytose = réservée aux particules solubles La phagocytose = intéresse uniquement des particules solides La phagocytose = chimiotactisme (margination et diapédèse)  ·      Margination  : l’adhérence des cellules phagocytaires à l’endothélium capillaire ·       Diapédèse  : pseudopodes entre les cellules endothéliales

facteurs extra- cellulaires facteurs liés au substrat ETAPE DE LA PHAGOCYTOSE La phagocytose peut être séparée arbitrairement en trois étapes: * Adhésion (après chimiotactisme) * Ingestion * Devenir de la substance internalisée. ADHESION = Reconnaissance du substrat par la cellule. deux étapes: 1) Etape d'attachement non spécifique, réversible, mettant en jeu des forces Van der Waals. 2) Une phase de reconnaissance spécifique, irréversible mettant en jeu des récepteurs cellulaires. 2ème étape conditionnée par facteurs extra- cellulaires facteurs cellulaires facteurs liés au substrat

facteurs cellulaires facteurs liés au substrat facteurs extra- cellulaires facteurs cellulaires facteurs liés au substrat Protéines à activité opsonisante. opsonines spécifiques Les IgG (RFc) Opsonines non spécifiques C3b et C3d (récept sur phagocy.) Primo-infection Certains composés du milieu les cations divalents (Ca++, Mg++) le pH (7,2 -7,4)

Récepteurs de nature glycoprotéique (TLR1,TLR2,TLR3….) facteurs extra- cellulaires facteurs cellulaires facteurs liés au substrat Récepteurs de nature glycoprotéique (TLR1,TLR2,TLR3….) Fixation sélective d’espèces bactériennes et virales (PRRs) Ex : Streptococcus, Neisseria, Haemophilus, Salmonella, E.Coli… Propriétés physico-chimiques Différence d’hydrophobicité entre mbrane phagocyte et le substrat à Phagocyter

facteurs extra- cellulaires facteurs liés au substrat facteurs cellulaires facteurs liés au substrat Propriété anti- phagocytaire ( pas d’adhésion ) Ex: polysaccharide type III du pneumocoque, l'acide hyaluronique ou la protéine M du streptocoque A Adhésion grâce à des récepteurs non individualisés (PAMPS) * Particules inorganiques ( billes de latex, particules de silice… ) * Débris cellulaires

ETAPE DE LA PHAGOCYTOSE La phagocytose peut être séparée arbitrairement en trois étapes: * Adhésion * Ingestion * Devenir de la substance internalisée. RECONNAISSANCE ADHESION INGESTION (INTERNALISATION) Encerclement de la particule par le cytoplasme et la membrane cellulaire. Formation de vacuole de phagocytose ou phagosome dont la membrane est identique à celle entourant la cellule phagocytaire. Granules = lysosomes phagosome

ETAPE DE LA PHAGOCYTOSE La phagocytose peut être séparée arbitrairement en trois étapes: * Adhésion * Ingestion * Devenir de la substance internalisée. phagolysososome Redistribution des protéines et des Phospholipides au niveau de la membrane Augmentation de la consommation de l'oxygène et de l'oxydation du glucose. 1) migration lysosomes vers la vacuole phagocytaire 2) fusionnent leur membrane avec celle du phagosome 3) déversent leur contenu dans l'espace vacuolaire 4) Formation du phagolysosome à l'intérieur duquel s'accomplit la bactéricidie. digestion

ETAPE DE LA PHAGOCYTOSE La phagocytose peut être séparée arbitrairement en trois étapes: * Adhésion * Ingestion * Devenir de la substance internalisée. Les granules spécifiques se vident en premier. Le pH du phagolysosome est alors proche du pH optimal (expression activité phosphatase alcaline, du lysozyme et lactoferrine) Baisse du PH jusqu'à PH 4 (expression de l'activité peroxydasique et action bactéricide directe). Dégranulation extra- cellulaire du contenu des phagolysosomes (si ingestion d'une particule trop volumineuse). Si substrat inerte, dégradé jusqu'au stade de petites molécules. Agents infectieux vivants (inactivation et dégradation du micro-organisme) digestion

Formation du phagosome Formation du phagolysosome Chimiotactisme Adhérence Activation membranaire Activation membranaire Internalisation granules Externalisation du substrat dégradé Formation du phagosome Formation du phagolysosome Digestion