Organes et cellules du système lymphoïde Dr Emmanuel TREINER Laboratoire d’Immunologie Septembre 2011

Généralités Système immunitaire: ensemble d’organes (les organes lymphoïdes), de cellules hématopoiétiques (les leucocytes) et de composés solubles dédiés à la protection de l’organisme contre les infections. L’immunité adaptative (ou spécifique) confère une résistance spécifique envers un agent pathogène et une protection de très longue durée contre une ré-infection par le même pathogène. Elle est à la base de la vaccination. Exemple: les anticorps. L’immunité innée (ou non-spécifique) confère une résistance immédiate contre les pathogènes, mais pas de protection de longue durée. Exemple: les phagocytes. La réponse immunitaire est initiée par la présence de composés étrangers à l’organisme (le non-soi), en particulier infectieux, mais il existe une tolérance envers les constituants de l’organisme (le soi). Un déficit immunitaire se traduit par une susceptibilité accrue aux infections (ou certaines infections); il peut également s’accompagner d’une RI contre les composants du soi (auto-immunité). La réponse immunitaire contre un agent infectieux vise à l’éradiquer de l’organisme. Elle se traduit par des effets directs (= destruction du pathogène. Ex: phagocytose et bactéricidie) et indirects visant à favoriser les conditions de la microbicidie (ex: réaction inflammatoire et fièvre).

Définitions Leucocytes (= globules blancs): cellules hématopoiétiques spécifiques du système immunitaire. Lymphocytes = sous-population de leucocytes. Antigène (Ag): toute substance capable d’être reconnue (détectée) par les éléments de l’immunité adaptative. Immunogène: toute substance capable d ‘induire une réponse immunitaire. Antigène ≠ immunogène Certaines substances peuvent être reconnues sans induire une réponse immunitaire. Exemple: les antigènes du soi ne sont pas immunogènes.

Bases cellulaires de l’immunité innée Cellules phagocytaires Macrophages PM neutrophiles Cellules cytotoxiques et inflammatoires (anti-parasitaires) PM éosinophiles Cellules inflammatoires (anti-bactériennes et anti-parasitaires) Mastocytes Cellules cytotoxiques anti-virales Lymphocytes Natural Killer Ces cellules réagissent à la présence d’un (ou de certains types de) agent(s) infectieux → Immunité non-spécifique

Bases cellulaires de l’immunité adaptative Lymphocytes B Lymphocytes T LyT auxiliaires (CD4+) anticorps LyT Cytotoxiques (CD8+) Ces cellules expriment à leur surface, de façon clonale, un récepteur spécifique d’un antigène donné. Seules les cellules capables de reconnaître l’Ag présent seront activées → Immunité spécifique.

Les organes lymphoïdes Organes lymphoïdes primaires (centraux): sites de développement des lymphocytes adaptatifs (B et T). Tous les leucocytes se développent à partir de la moëlle osseuse (MO). Les lymphocytes T se différencient (à partir de précurseurs médullaires) dans le thymus. Organes lymphoïde secondaires (périphériques): sites de concentration des antigènes et d’initiation des réponses immunitaires adaptatives. Développement après la naissance, dépendant des organes primaires. Ganglions lymphatiques, reliés entre eux par les vaisseaux lymphatiques. Rate. Tissu lymphoide associé aux muqueuses (MALT): Amygdales (NALT). Plaques de Peyer de l’intestin grêle (GALT). BALT. autres Tissus ectopiques; en situation d’inflammation chronique.

Organes lymphoïdes Iaires Organes lymphoïdes IIaires Végétations adénoides Amygdales Veine sous-clavière gauche Veine sous-clavière droite Thymus Ganglion lymphatique Canal thoracique Rein Rate Plaques de Peyer Appendice Colon lymphatiques Moelle Osseuse

Le Thymus Cortex: Médullaire: Organe lymphoïde capsulé, dans le médiastin antéro-supérieur. Nombreux lobules. Siège de la maturation des thymocytes en lymphocytes T. Fondamental dans la prévention de l’auto-immunité (tolérance centrale). Evolue jusqu’à la puberté puis involue. Cortex: cellules épithéliales corticales Très nombreux thymocytes. Médullaire: Cellules épithéliales médullaires. Thymocytes. Macrophages et cellules dendritiques. Corpuscules de Hassal (amas épithélial) La maturation des thymocytes fait intervenir des interactions avec les cellules épithéliales et les cellules phagocytaires. Capsule Cellules épithéliales corticales Travée Epithélium sous- capsulaire Thymocytes Jonction cortico- médullaire Cellules épithéliales médullaires Cellules dendritiques Corpuscules de Hassall Macrophages

Les ganglions lymphatiques Organes lymphoïdes capsulés ≤1 cm (> : adénopathies) disséminés dans l’organisme (≈800): profonds et superficiels. Les lymphatiques afférents drainent la lymphe des tissus: source des antigènes. Hile: artère, veine et lymphatique efférent. Sinus marginal et médullaire. Site d’initiation des réponses immunitaires: lieux de rencontre entre l’Ag et les lymphocytes → Prolifération intense et différenciation en lymphocytes effecteurs. Follicules (zones B) Cordon médullaire (Macrophages et LyB) Vaisseau lymphatique afférent Sinus médullaire Artère Veine Para-cortex (Zone T) Vaisseau lymphatique efférent Structure très organisée: Zone corticale: follicules riches en LyB. si réaction immunitaire: centres germinatifs. Zone paracorticale: riches en LyT + cellules dendritiques. Cordons médullaires: plasmocytes et macrophages Centres germinatifs (LyB) Sinus marginal

Section longitudinale La rate Organe capsulé dans l’hypochondre gauche, ≈ 150g (adulte). Organe hématopoiétique chez le fœtus. La capsule forme des travées internes. Hile: Artère splénique et veine splénique → Veine porte: foie. Capsule Pulpe rouge Pulpe Blanche Pulpe rouge: site de destruction des hématies sénescentes. Pulpe blanche: site des réactions immunitaires. L’Ag est transporté par le sang. Rencontre avec les LyT au niveau du manchon péri-artériolaire. Section transversale Section longitudinale Zone marginale Follicule (LyB) Centre germinatif Manchon lymphoïde Péri-artériolaire Artériole centrale Sinus marginal Pulpe rouge

Les plaques de Peyer Dans l’intestin grêle: de 2 à plusieurs centaines. Similaires ganglions sauf: Pas de lymphatique afférent (les lymphocytes proviennent uniquement du sang). Cellules M: spécialisées dans la capture des Ags à partir du tube digestif. Lumière intestinale Cellules M Immunité des muqueuses: Mucosal-Associated lymphoid tissue (MALT. Intestin (GALT): PP. Bronches (BALT). Voies aériennes supérieures: anneau de Waldeyer (amygdales). …. Règles singulières de capture de l’Ag.

La circulation lymphocytaire Les lymphocytes B sont produits dans la MO. Les lymphocytes T sont produits dans le thymus. Les Ly B et T circulent en permanence dans le sang. Ils pénètrent dans les ganglions. Ils rejoignent la circulation sanguine. A partir d’un site d’infection: Les Ag sont transportés vers le ganglion drainant via les lymphatiques. L’activation des Ly se produit dans les ganglions. Les Ly activés peuvent migrer vers le tissu infecté.

Les récepteurs à l’antigène Lymphocytes B: B-cell receptor (BCR) = Immunoglobuline. 2 Chaînes lourdes et 2 chaînes légères. Lymphocytes T: T-cell receptor (TCR). Chaîne a et b (>90%) ou g et d. Le BCR et le TCR sont constitués de domaines constants et de domaines variables = site de fixation à l’antigène. Structures similaires: superfamille des Ig. Immense variabilité( = polymorphisme) permet la reconnaissance de tous les Ags. (BCR ≈1013, TCR ≈ 1018) Expression clonale: un seul type de BCR/TCR par cellule. Le TCR est exclusivement membranaire. Le BCR peut être sécrété = anticorps.

Reconnaissance de l’Ag Reconnaissance directe de l’Ag natif. Epitopes conformationnels exposés (perte par dénaturation). Immunoglobulines (anticorps) Lymphocyte B Reconnaissance indirecte de l’Ag dégradé. → peptide antigénique présenté par les molécules du Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) à la surface des cellules présentatrices d’Ag (CPA) Epitopes linéaires, internes ou externes. Peptide antigénique Lymphocyte T Molécule du CMH Cellule Présentatrice d’Antigène (CPA) 2 types de molécules du CMH: classe I et classe II. 2 types de lyT: CD4+ et CD8+. CD4 ↔ CMH II CD8 ↔ CMH I

Les co-récepteurs des lymphocytes T Interaction TCR avec CMH/peptide est faible. Nécessité des co-récepteurs pour l’activation. CD4 se lie au CMH II CD8 se lie au CMH I Les LyT CD4+ sont restreints par le CMH II Les LyT CD8+ sont restreints par le CMH I. Les LyT CD4+ sont activés par la reconnaissance de complexes CMH II + Ag. Les LyT CD8+ sont activés par la reconnaissance de complexes CMH II + Ag.

Les modules de transduction Le BCR et le TCR ne transduisent pas de signaux à l’intérieur de la cellule. Nécessité de modules de transduction: toujours associés. BCR: Iga/Igb (CD79a/CD79b) TCR: complexe CD3 (g,d,e,z)

La différenciation des lymphocytes B et T Les LyB et T acquièrent leur récepteurs à l’antigène au cours de leur différenciation. Les récepteurs et leur spécificité antigénique est produite par des mécanismes de recombinaisons génétiques aléatoires. Plusieurs possibilités: Réarrangements non-productifs: génération de protéines tronquées. → Mort cellulaire des précurseurs lymphocytaires en cours de développement. Réarrangements productifs: quelle spécificité ? → « Test » de la spécificité antigénique envers les antigènes du soi. Si forte reconnaissance du soi: potentiellement dangereux (auto-réactif). Le réarrangement des gènes du BCR et du TCR contrôle le développement lymphocytaire.

Lymphopoièse B Cellule stromale Apoptose Apoptose Apoptose Pro-B Pré-BI Pré-BII B mature B immature Réarrangement Chaîne lourde Chaîne légère Pré-BCR BCR= IgM IgM IgD Moëlle osseuse Périphérie CFU-L Si non-productif Si non-productif Cellule stromale Apoptose Apoptose Si interaction forte avec auto-Ag Apoptose

La majorité des thymocytes immatures meurent dans le thymus. Lymphopoièse T Pré-Thymocyte Thymocyte Précoce DN CFU-L Commun DP Mature (SP) CD4 CD8 CD3/ TCRab Lymphocyte T mature Pré-TCR/CD3 Moelle osseuse Thymus Périphérie Réarrangement TCRb TCRa Si non-productif Apoptose Si absence d’interactions avec auto-Ag/CMH: apoptose. Si interactions fortes: apoptose= sélection négative Si interactions « intermédiaires »: survie = sélection positive La majorité des thymocytes immatures meurent dans le thymus. La sélection négative a pour but l’élimination des lymphocytes T fortement auto-réactifs, potentiellement dangereux: tolérance centrale.

Les lymphocytes matures Les lymphocytes ayant accompli leur maturation centrale sont exportés dans le sang et vers les organes périphériques. Lymphocytes naïfs = n’ont encore jamais été activés par leur Ag spécifique. Quiescents, dépourvus de capacités fonctionnelles. Leur circulation et leur localisation dans l’organisme dépend de l’expression de: Molécules d’adhésion: intégrines et sélectines, exprimées par les leucocytes et l’endothélium. Permettent l’adhésion des leucocytes à l’endothélium et leur extravasation dans les tissus lymphoïdes ou non. Récepteurs aux chimiokines: Chimiokines: petites cytokines sécrétées qui attirent les cellules vers un site anatomique précis par chimiotactisme: migration le long d’un gradient de concentration. Exemple: les lymphocytes T naïfs expriment: CD62L = L-sélectine: permet l’adhésion à l’endothélium ganglionnaire au niveau des veinules endothéliales hautes. CCR7: récepteur à la chimiokine CCL21 sécrétée par les cellules stromales ganglionnaires. La combinaison CD62L et CCR7 est nécessaire à l’entrée des lymphocytes T dans les ganglions et à leur localisation dans la zone paracorticale.

Activation des lymphocytes T Les LyT interagissent avec les Cellules Présentatrices d’Ag (CPA) dans les ganglions: cellules dendritiques, macrophages, LyB. Il existe une organisation spatiale organisée des molécules impliquées dans cette interaction: La synapse immunologique. Interactions non-spécifiques par des molécules d’adhésion. Interactions spécifiques par la reconnaissance CMH+Ag. TCR+ CD3 Co-récepteurs. 2ème signal par la co-stimulation. CD28 (LyT): B7 (CPA).

Activation des lymphocytes T L’activation des lymphocytes T induit la prolifération et la différenciation des LyT naïfs en effecteurs: production d’interleukine-2. expression du récepteur de haute affinité à l’IL-2. Rôle majeur de l’IL-2 autocrine.

Fonctions des LyT CD8 Les LyT CD8 activés sont cytotoxiques (Ly Tc) pour les cellules infectées par des microbes intracellulaires. Voie principale: libération de granules contenant perforine et granzymes: Perforine: pores dans la membrane. Granzymes: induction des voies intracellulaires de l’apoptose. Autres voies: Fas/FasL… Les LyT CD8 sécrètent également des cytokines (IFNg, TNFa) et des chimiokines.

Fonctions des lymphocytes T CD4 Les lymphocytes T CD4 sont auxiliaires (T helper: Th): ils activent d’autres types cellulaires par contacts cellulaires et production de cytokines: LyB: différenciation en plasmocytes producteurs d’Ig. Macrophages: activation de la bactéricidie. …

Activation des lymphocytes B Il existe deux types d’Ag pour les LyB: L’activation des LyB par la plupart des Ags protéiques dépend des LyT CD4+ : Ags thymo-dépendants. Présentation de l’Ag par les LyB aux LyT CD4+: activation lyT. Les LyT CD4+ activés permettent la différenciation des LyB. Certains Ags, en particulier polysaccharidiques, peuvent activer directement les LyB en absence de lyT: Ags thymo-indépendants (2 types: TI-1 et TI-2).

Fonctions des lymphocytes B Les lymphocytes B activés se différencient en plasmablastes, puis en plasmocytes= cellules sécrétrices d’anticorps. Les anticorps sont les effecteurs.

Les lymphocytes Tgd Peu fréquents dans le sang (<5% des LyT CD3+), abondants dans les muqueuses. CD4-CD8- Reconnaissance de l’Ag mal connue: CMH-indépendant. Rôle important dans l’immunité mucosale: Première défense contre les infections. Rôle régulateur de la RI. Rôle important dans la réparation tissulaire.

Les lymphocytes Natural Killer (NK) Grands lymphocytes granuleux (granules lytiques). Sang (5-15% des Ly), organes secondaires, certains tissus (placenta). CD3-CD56+CD16+NKp46+. Pas de récepteur à l’antigène. Cellules de l’immunité innée. Développement dans la MO à partir du dernier précurseur commun avec les lyT. Détectent certaines cellules anormales (infection virale, transformation tumorale) et les détruisent par des mécanismes similaires aux LyT CD8+ (perforine/granzyme). Effecteurs anti-viraux et anti-tumoraux.

Activation des lymphocytes NK IFNb Cytotoxicité dépendante des anticorps (ADCC): récepteur Fc aux Ig. Les principales molécules inhibitrices des NK sont les molécules du CMH de classe . Diverses molécules, d’expression constitutive ou inductible, sont activatrices des NK. Le niveau d’expression des différentes molécules inhibitrices ou activatrices, détermine l’activation des NK: notion de balance.

DC IL-12, IL-15, IL-18 IFNa IFNb Cytotoxicité dépendante des anticorps (ADCC). Les ly NK peuvent être activés par des cytokines: produites par les cellules dendritiques. Produites par les cellules infectées. Les Ly NK peuvent être activés par les Acs: CD16: récepteur aux Ig.

Méthodes d’exploration Cytométrie en flux: permet de réaliser le phénotypage lymphocytaire. Utilisation de marqueurs spécifiques de chaque sous-population d’intérêt. Les marqueurs sont couplés à des fluorochromes, excités par des lasers. Fréquence et valeurs absolues de chaque sous-population. CD3+: LyT CD4+ CD8+ Ratio CD4/CD8 CD19+ (ou CD20+): LyB CD3-CD56+ (CD16+): Ly NK

Applications: Diagnostic déficit immunitaire: Primitif: rare. Acquis: SIDA, transplantation… Typage hémopathies malignes: LLC LAL LAM …

Phénotypage sanguin adulte Population % /mm3 Leucocytes 4000-10 000 Lymphocytes 20-40 1000-2500 Dont: Ly T CD3+ 70-85 700-2000 Dont: CD4+ 55-70 500-1000 Dont: CD8+ 30-45 200-500 Ratio CD4/CD8 1,2-2 Ly B CD19+ 5-15 100-500 Ly NK CD3-CD56+ 90-600 Les valeurs varient beaucoup avec l’âge: Hyperlymphocytose physiologique de l’enfant. Légère diminution chez les sujets âgés/