Présentation antigénique et échappement des pathogènes

Rappels: Récepteurs T pour l’antigène LYMPHOCYTE T TcR Reconnaissance de l’antigène par le TcR. Le TcR des lymphocytes T ne peut reconnaître l’antigène que sous forme de peptide pésenté par les molécules HLA du « soi ». La dégradation de l’antigène et sa manipulation (processing) à lieu dans les cellules présentatrices (CPA: Cellules présentant l’antigène) TcR Peptide HLA CPA Antigène LYMPHOCYTE T

Interaction HLA-Peptide / TcR-Molécule de costimulation Antigène exogène Les lymphocytes T CD4 reconnaissent des peptides issues de la dégradation de protéines exogènes et présentés par les molécules CMH de classe II (CMH-II) Peptide LYMPHOCYTE T CD4+ HLA Classe II TcR CPA CD4 TcR Peptide HLA Classe I LYMPHOCYTE T CD8+ Antigène endogène CPA CD8 a b Les lymphocytes T CD8 reconnaissent des peptides issues de la dégradation de protéines endogènes et présentés par les molécules CMH de classe I (CMH-I)

Organisation des gènes du locus CMH Organisation des gènes et Fonctions des molécules CMH de classe I et CMH de classe II Organisation des gènes du locus CMH DP DN DM DO DQ DR B C A TAP-BP b a a a b LMP/TAP b b a b b a classe II Classe III Classe I Présentation de peptides aux lymphocytes T CD4 TcR Peptide CMH-II LT CD4+ Antigène exogène CPA CD4 Autre fonctions immunes et non immunes Présentation de peptides aux lymphocytes T CD8 TcR Peptide CMH-I LT CD8+ Antigène endogène CPA CD8

La restriction au CMH ou restriction syngénique « Les Lymphocytes T reconnaissent le non-soi dans le contexte du soi » Restriction syngénique Les LT CD8+ ne reconnaissent un peptide antigénique que s’il est présenté par les molécules CMH de classe I Les LT CD4+ ne reconnaissent un peptide antigénique que s’il est présenté par les molécules CMH de classe II Éducation des Lymphocytes (Thymus) Apprêtement des peptides antigéniques Interaction CMH-Peptide et TcR Lymphocyte T CD4 Lymphocyte T CD8 TcR CD8 TcR CD4 CMH de Classe II CMH de Classe I CPA CPA

Expression des molécules HLA HLA de classe II (DR > DQ > DP - 2nd DR) 55% 15% 10% 15% Monocytes macrophages Cellules dendritiques Lymphocytes B et Lymphocytes T activés Glycoprotéine hétérodimériques ab a: polymorphe (K6), 31 à 34 kD b: polymorphe (K6), 26 à 29kD HLA de classe I (A, B et C) Expression ubiquitaire cellules HLA classe I négatives Astrocytes, trophoblastes, chondrocytes, adipocytes, hépatocytes Glycoprotéine hétérodimériques a b2m a: polymorphe (K6), 45 kD b2-m monomorphe (K15), 12 kD DP DQ DR B C A Chromosome 6p b a b a b b’ a a a a a2 a1 b2 b1 S C Chromosome 15 a3 a2 b2-m a1 S C HLA-DQ HLA-DP HLA-DR1 HLA-DR2 HLA-C HLA-B HLA-A

Expression co-dominante des Molécules CMH de classe I et Classe II exprimées sur une APC humaine hétérozygote pour chacun des loci Molécules HLA de classe I C9 A11 DP-1 DQ-3 DR-5 B7 A10 DP-8 DQ-6 DR-4 B2 C8 HLA maternel DP-1 DQ-3 DR-5 B-7 C-9 A-11 HLA paternel DP-8 DQ-6 DR-4 B-2 C-8 A-10 Chaine lourde a Molécules HLA de classe I b2-microglobuline Molécules HLA de classe II a b Molécules HLA de classe II

Molécule CMH-Ib : Molécules CMH-I non-classiques non polymorphes HLA-E: Présentation: peptides 9mer issus de la séquence signal des MHC-I classique Récepteur: CD94/NKG2A-C des cellules NK et certainsTCR des LT Niveau d’HLA-E reflète le niveau d’expression des CMH-I classique ( Virus, cancer) HLA-G: Expression restreinte au cytotrophoblaste (thymus) fixe des peptides Récepteur: ILT-2, ILT-4 récepteur inhibiteur des cellules NK et TcR des LT tolérance foeto-maternelle ( certains cancers) MIC: Expression : cellules epithéliales. Ne semblent pas fixer de peptides induites par le stress sur différents types cellulaires (non associées à b2m) Récepteur: NKG2D des cellules NK et LTgd Leur niveau d’expression reflète l’état des barrières épithéliales CD1: Expression : 5 gènes (a à e) par les thymocytes immatures, les DC et cellules épithéliales de l’intestin et les hépatocytes Fixe des lipides et des glycolipides Récepteur: TcR des LTNK et TcR des LTab Réponse immunitaires vis-à-vis des pathogènes extracellulaires

Homologie de structure entre les molécules HLA de classe I et de classe II Strominger, Jack L. Human histocompatibility proteins. Immunological Reviews 185 (1), 69-77.

Structure tridimensionnelle d’un complexe trimoléculaire: Molécule HLA-DQ (a,b), peptide et TcR

Nature des peptides associés aux molécules HLA de classe I et de classe II Peptides élués Classe I taille 8 à 10 aa peptides d’origine endogène peptide unique minimal pour un épitope T donné Classe II taille 11 à 20 aa peptides d’origine extacellulaire peptide chevauchants, variable dans leur longueur et la nature des aa terminaux possedant une séquence core en commun Classe I et II 80% de peptide du soi dont peptides du MHC W L S L L V P F V X X X X X X X X X L T L D S N T K Y P D N L A G I S N Q R Q G G A S Q F H N L A G I S N Q R Q G I S N Q R Q G N Q R Q G G A S Q F L A G I S N Q R Q G G A S

Les résidus d’encrage des peptides associés aux molécules HLA de classe I Les peptides associés aux molécules HLA de classe I ont un résidu hydrophobe ou basique en position P9 assurant le premier encrage dans le sillon. Le résidu en position P2 (dans la majorité des cas) assure l’encrage de l’extrémité amino-terminal. hydrophobe Y: Tyrosine T: Thréonine V: Valine L: Leucine P: Proline R: Arginine K: Lysine Aromatique Basique Toutes les molécules HLA de classe I présente au moins deux poches dans leur sillon permettant l’encrage des peptides

Comparaison des poches des sillons des molécules HLA de classe I et de classe II assurant l’encrage des peptides Molécules CMH de classe I (nonamer peptidique enfoui dans le sillon) Molécules CMH de classe II (peptide de taille variable débordant du sillon) Zhang L et al. Brief Bioinform 2011;bib.bbr060

Comparaison des sites de fixation du peptide antigénique des molécules CMH de classe I et de classe II Structure du site sillon des classe II plus ouvert que le sillon des classe I Stabilité du complexe Classe I sans peptide: impossibilité d’assemblage de l’hétérodimère Il existe des classe II vides à la surface des cellules Classe II plus ou moins stables en l’absence de peptide (pas de stabilité en SDS) Interaction peptide HLA HLA-Peptide = forte affinité Mécanisme à 2 composantes: 1) spécificité 2) stabilité Spécificité: déterminée par des POCHES dans le sillon des molécules CMH ANCRAGE de certaines chaînes latérales des aa du peptides pour les classe I, la spécificité d’ancrage +++ pour les classe II, la spécificité d’ancrage est moindre mais compensée par le plus grand nombre de poches Stabilité: forces de liaison dues à des interactions entre les aa (CMH/peptide)

Le protéasome système ubiquitaire de dégradation des protéines endogènes défectueuses Protéasome: complexe enzymatique multicatalytique de dégradation des protéines ubiquitinées Ub Ub peptide Protéines Protéines peptide peptide peptide Ubiquitination Ub Fawzia Bardag-Gorce. World J Gastroenterol. 2010 March 21; 16(11): 1349-1357. Peptide splicing, proteasomes, and immunity By iayork

Voie d’apprêtement des peptides antigéniques pour une présentation par les CMH-I Hca: heavy chain alpha = chaine lourde de classe I Amino- peptidases Amino- peptidases

Voie d’apprêtement des peptides antigéniques pour une présentation par les CMH-II TLR Ligand Bactérie vide Peptide antigénique TLR CLIP DM MIIC Endo-lysosomes TGN Lysosomes Golgi RE Nonamer MHC-II/Ii Dimer ab de classe II HLA-DM Chaîne invariante Ii

Clairance des pathogènes intracellulaire Phase d’activation et différenciation du lymphocytes T CD4 CD4 TCR CMHII CD40 CD28 LICOS 1) Activation 1) Reconnaissance 1) Reconnaissance CD4 TCR CMHII APC LT 2) Adhesion CD54=ICAM-1 CD11a/CD18=LFA-1 CD58= LFA-3 CD2 1) Adhésion APC CD80= B7.1 CMHII CD152= CTLA-4 CD86= B7.2 CD154= CD40L ICOS CD4 TCR LT D’après Nature Reviews Immunology 8, 337-348 (May 2008) APC LT CD4+ naif activé CD28 ICOS Clairance des pathogènes intracellulaire Cellules TH1 IFN-g IL-12 Resistance infections par parasites Réponses humorales Cellules TH2 IL-4 IL-5 IL-13 Recrutement des G. Neutrophiles Inflammation Cellules TH17 IL-17 IL-21 IL-22 IL-26 IL-6

Activités cytotoxiques du lymphocyte TCD8+

Reconnaissance spécifique par le système immunitaire des cellules infectées par un virus Sloan-Kettering Institute Joseph Sun,

Echappement des pathogènes au système immunitaire Co-évolution hôte /pathogènes sur des millions d’années Hôte: assurer sa survie Virus: échapper au S. immunitaire Risques et moyens Immunité innée TLR Complément Cytokines et Chemokines Immunité adaptative Présentation antigénique Inverser la balance Th1/Th2 Conséquences Infections chroniques Développement de formes malignes

Modification des fonctions du protéasome par des protéines virales Ted H. Hansen & Marlene Bouvier Nature Reviews Immunology (2009) 9, 503-513 Lumière du RE TAP1 TAP2 EBNA1 (EBV nuclear antigen 1) possède des Gly-Ala repeat seule protéine exprimée par les LB infectée de manière latente. - MAIS pas de réponse CTL vis-à-vis d’EBNA1 chez les patients infectés LANA1 (KSHV-Latency associated nuclear antigen 1) possède des Gln-Glu-Asp repeat Site de fixation de l’ATP Cytoplasme Ub Protéasome peptides G A Ub EBNA1

Modification des fonctions du protéasome et de TAP par des protéines virales ICP47 (HSV) inhibiteur compétitif et/ou déstabilisation de TAP mais conservation de la fixation de l’ATP sans hydrolyse US6 (CMV) inhibe la fixation de l’ATP mais pas des peptides BNFL2a (EBV) inhibe la fixation de l’ATP et des peptides sur TAP Ted H. Hansen & Marlene Bouvier Nature Reviews Immunology 9, 503-513 (July 2009) US6 (HCMV) Cytoplasme Lumière du RE TAP1 TAP2 Site de fixation de l’ATP Protéasome Ub TAP1 TAP2 Site de fixation de l’ATP Lumière du RE Cytoplasme ICP47 (HSV) Ub Protéasome

Modification des fonctions de tapasine et rétention des molécules CMH de classe I par des protéines virales Rôle de la Tapasine: Tapasine stabilise le sillon des CMH-I et le maintient en état peptide réceptif (évite les dénaturations irréversibles) Editing: Seuls les peptides pouvant former des complexes à longue durée de vie avec les CMH-I feront parti du répertoire Elle favorise le recrutement d’ERp57 (ou ERp57-CalR) et de TAP dans le PLC E3-19K 1) se fixe à la Tapasine et inhibe la formation du complexe TAP/Tapasine 2) Se fixe au CMH et inhibe leur sorti du RE US3 se fixe à la Tapasine et inhibe ses fonctions CPXV203 Possède un motif C-terminal de rétention dans le RE et bloque la sortie des classe I TAP1 TAP2 E3-19K (AdenoV.) US3 (CMV) Tapasine CMH-I b2m CPXV203 Cytoplasme Lumière du RE

Induction de la dégradation des molécules CMH de classe I Laurent Coscoy Nature Reviews Immunology 7, 391-401 (May 2007) The Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) encoded modulator of immune recognition (MIR) proteins and their substrates interact through transmembrane–transmembrane interactions. This allows the MIR-associated E2-ubiquitin-conjugating enzyme to come into close proximity with the cytosolic tail of the target proteins (such as MHC class I molecules), facilitating the transfer of ubiquitin to key lysine residues in the intracytoplasmic domains of the MHC class I molecules. Ubiquitylated substrates are then recognized by the endocytosis machinery and targeted through the endosomes and the multivesicular body for degradation by the lysosome. Several adaptor molecules thought to be required for the intracellular trafficking of the MIR substrates are epsin 1, hepatocyte growth-factor-regulated tyrosine kinase substrate (HRS; also known as HGS), and endosomal sorting complex required for transport toward the lysosome (ESCRT). Importantly, we recently observed that MIR1 has the unique ability to also ubiquitylate its substrates on cysteine residues123. DUB, deubiquitylating enzyme.

Les protéines virales interférant avec la présentation antigéniques CMH de classe I Ted H. Hansen & Marlene Bouvier Nature Reviews Immunology 9, 503-513 (July 2009) EBNA1 (EBV) échappement au processing par le protéasome ICP47 (HSV) et US6 (HCMV) cible TAP. UL49.5 (HSV) et BNLF2a (EBV) inhibe le transport des peptides par TAP US3 (HCMV) et E3-19K (adenovirus) cible tapasine E3-19K (adenovirus) et CPXV203 (coxpox virus) retiennent les MHC classe I dans le RE. US2 et US11 (HCMV) conduisent les molécules MHC classe I vers une dégradation par le protéasome gp48 (MCMV) et Nef, (HIV-1) redirige les molécules du Golgi vers le compartiment lysosomal . kK3 et kK5 (KSHV) induisent une endocytose rapide des molécules de classe I pour une dégradation lysosomale

Echappement à la présentation antigénique

Inhibition de l’activation des cellules NK (1) Journal of Biomedicine and Biotechnology (2011) Maria Jamela Revilleza L’infection par un virus induit l’expression de molécules de stress MIC-A, MIC-B et ULBP chez l’homme RAE-1, MULT-1 et HL-60 chez la souris Ces molécules ont pour ligand le récepteur NKG2D des cellules NK Les protéines m138, m145, m152 et m155 du CMV murin inhibe l’expression de ces molécules de stress. m152 downregule toutes les isoformes de RAE-1, (a, b, g, d, e) m145 et m155 inhibent l’expression d’H60 et de MULT-1, m138 downregule H60, MULT-1, and RAE-1ε (a).

Inhibition de l’activation des cellules NK (2) Journal of Biomedicine and Biotechnology (2011) Maria Jamela Revilleza Les cellules NK coexpriment des récepteurs inhibiteurs et activateurs. La somme de leurs effets induit l’activation ou l’absence d’activation de la cellule NK m157 se lie à la fois aux récepteurs inhibiteurs et activateurs et maintient la non activation de la cellule NK

Molécules MHC-I like virale Journal of Biomedicine and Biotechnology (2011) Maria Jamela Revilleza Structures au rayon X de de m157 (MCMV, 2NYK), m153 (MCMV, 205N), UL18 (HCMV, 3D2Upeptide binding pocket (c). Elles interagissent avec des récepteurs inhibiteurs des cellules NK

HLA-E et échappement à la reconnaissance par les cellules NK De manière physiologique, Les molécules HLA-E sont chargées de peptides dérivés du segment leader des molécules de classe-I conventionnelles . Elles intéragissent avec les complexes CD94/NKG2A exprimés par les cellules NK et préviennent l’activation des NK. Dans les cellules infectées par le CMV cells infected with HCMV, te segment leader de la protéine virale UL40 se substitue au peptide leader de HLA class I, assurant ainsi le maintien de l’inhibition des cellules NK Nature Reviews Microbiology 3, 59-69 (January 2005) | Melissa B. Lodoen1 & Lewis L. Lanier1

Inhibition de l’expression des Molécules MIC UL16 des herpes virus Interaction physiologique MIC-NKG2D Interaction UL-16/MIC

Cytokines et récepteurs aux cytokines codés par les herpes-virus. Nature Reviews Immunology 3, 36-50 (January 2003) Viral mimicry of cytokines, chemokines and their receptors - Antonio Alcami Il-10: inhibe la production de cytokines de la réponse Th1 Il-6: rôle anti-inflammatoire Il-17: activités immunomodulatrices vMIP1/2/3: Homologues virales des chémokines, chemo-attractants des Th2 et propriétés angiogéniques vSEMA: Homologues virales des sémaphorines, favorise l’établissement de connection entre les cellules (récepteur = vESPR) vCXC1: se fixe sur CXCR2 des neutro ORF74: prolifération cellulaire (réplication virale) US28: Séquestre les CC. Chémokines = modification de l’environnement chémokinique vCKBP3: fixe toutes les chémokines vCSF1BP: module les réponses des macrophages Virokines: vIL-n = protéines virales homologues aux cytokine (IL, GF, ChemoK) Virorécepteur = protéines virales homologues aux récepteurs des cytokines

Rôle des miRNA viraux dans l’échappement viral (1) Transcription Noyau Pre-miARN (70 nucléotides) Pol II Exportine 5 Dicer TRBP Pri-miARN Drosha Dicer TRBP Pre-miARN Dicer TRBP Duplex miARN (18-25 nucléotides) Dégradation Dicer TRBP RISC (~550 kDa) TRBP Argo2 TRBP ARNm Argo2 Complémentarité imparfaite Complémentarité parfaite P-Bodies TRBP TRBP Argo2 Argo2 Inhibition de la traduction Clivage de l’ARNm cible

Rôle des miRNA viraux dans l’échappement viral (2) Cellules NK (T-Cell attractant) (FT –Il6, IL10) P53 associated BCL2 associated Curr Opin Microbiol. 2010 Aug;13(4):540-5. Epub 2010 Jun 25. Viral miRNAs: tools for immune evasion. Boss IW, Renne R.

Activation de la voie classique et de la voie alterne du complément Chemotaxie Inflammation MBL: Mannose binding lectin F: Ficolin Ligands carbohydrates C3aR Phogocytose Voie alterne C5aR C3 convertase initiale (VA) CR Voie des lectines Voie classique C4 C3 C5 fB ou fD C4a C3a C5a C1r/C1s (VC) MASP (VL) Amplification C1q C5b C6-C9 MBL ou F Augmentation de la densité de C3b C2 fB ou fD MAC P Carbohydrates Antigènes C4b C3 convertase (VC) C3b C3 convertase (VA) C5 convertase (VC et VA) C3b iC3b Initiation Opsonisation Lyse cellulaire Pathogène CP: classical pathway ; LP: lectin pathway; AP: alternative C3a et C5a anaphylatoxines: (C3aR and C5aR) réponses pro-inflammatoires and chemotactiques (recrutement de cellules et perméabilité vasculaire RCA: régulateur de l’activation du complément; - CR1, FH, FHL-1, C4BP, DAF destabilise C3-convertase - MCP dégradation de C3b en iC3b - CD59 prévient la formation de MAC Nature Reviews Microbiology 6, 132-142 (February 2008) Complement evasion by human pathogens John D. Lambris, Daniel Ricklin & Brian V. Geisbrecht

Evasion des pathogènes à l’activation du complément le complément SSL-7 CHIPS (s aureus) Ehb, Ehp (staph aureus) SCINs (staph aureus) Recrutement des facteurs du RCA grace aux SCR: FH, FHL-1, C4BP (E. Coli, Strepto, HIV, C. albicans, Echinococcus) V. variole, V. vaccines et Virus herpes type A: expriment des CiP (complement inhibitory proteins) = 4 SCR SpA HV PaE PaAP C5a Pt (Strep) gC1 (HSV1) gC2 (HSV2): fixe C3b SIC (Strepto) C5b-C7 et Cb-C8 Efb (staph aureus) CD59-LP (Borrelia) fixe C8b et C9 SIC (Strepto) C5b-C7 et Cb-C8 Paramyosine (Schistosoma) fixe C8, C9 Nature Reviews Microbiology 6, 132-142 (February 2008) Complement evasion by human pathogensJohn D. Lambris, Daniel Ricklin & Brian V. Geisbrecht