Système HLA, présentation de l’antigène et réponse immunitaire

Système HLA, présentation de l’antigène et réponse immunitaire Rappels   I- Organisation des gènes 1- La région du CMH 2- Les locus CMH de Classe I et CMH de classe II II- Structure des protéines 1- Protéines codées par les gènes CMH de classe I 2- Protéines codées par les gènes CMH de classe II 3- Caractéristique du site de fixation des peptides III- Principe de la présentation de peptides antigéniques par les molécules du CMH 1- Voie de présentation par les molécules du CMH de classe I 2- Voie de présentation par les molécules du CMH de classe II  III- Activation des lymphocytes 1- Reconnaissance 2- Adhésion 3- Activation

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 générale et gènes de la région du Complexe Majeur d’Histocompatibilité chez l’homme CHROMOSOME 6 4000 HLA-A CLASSE I 6p HLA-C 55cM HLA-B 2000 REGION HLA (Bande p 21-3) TNF-b TNF-a C2 B C4 CLASSE III 1000 75cM HLA-DR HLA-DQ HLA-DP 6q CLASSE II 0 (kb)

Schéma simplifié de l’organisation génétique des CMH Humain (A) et Murin (B) Les gènes représentés par des rectangles colorés correspondent aux gènes CMH (au sens stricte) exprimés. Ceux schématisés par des rectangles blancs sont des gènes associés à la région CMH. HLA de classe I: HLA-A, B, C HLA de classe II: HLA-DR, DP, DQ CMH Humain (HLA) CMH de classe I: H-2K, D, L CMH de classe II: I-A, I-E CMH Murin (H-2)

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

Structure des molécules CMH de classe I et de Classe II Molécule CMH de classe II : 2 sous-unités - 2 chaînes lourdes polymorphe a et b Molécule CMH de classe I: 2 sous-unités - 1chaîne lourde polymorphe a - 1 chaîne légère monomophe b2m

Structure et expression des molécules HLA HLA de classe I 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 a3 a2 b2-m a1 95-106 173-194 137-163 62-83 9-12 40-46 S C 300 aa 30 aa 86 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 19 a1 b1 S S 78 118 a2 b2 S S S S C C

Expression des molécules HLA POLYMORPHISME ALLELIQUE HLA de classe II HLA de classe I 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

Structure et sillon peptidique de la molécules HLA-A2

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.

Sillon d’une molécule HLA-DQ vide ou occupé par un peptide vue de dessus vue de profile

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 aux interactions

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

Réponse cytotoxique des Lymphocytes T CD8 Cellule tumorale Cellule infectée Réponse des lymphocytes T cytotoxiques

Polymorphisme du CMH humain Chaque variant polymorphe est appelé allèle Chez l’homme plus de 2000 allèles des gènes du CMH ont été identifiés Classe I Classe II 800 700 600 500 Nbre d'allèles / Nbre de protéines 400 300 200 100 A B C DRA DRB DQA1 DQB1 DPA1 DPB1 Alleles 414 728 210 3 503 32 68 23 120 Proteines 328 628 166 2 411 21 51 14 106 Gènes

Localisation des positions polymorphes sur les gènes HLA de classe I et de classe II TM Cy 9-17 9-46 43-44 62-84 63-83 96-116 94-116 138-167 154-180 131 HLA-A HLA-B NH2 COOH HLA de classe I 2° D TM Cy 8-14 26-30 26-32 67-72 53-57 84-91 HLA-DR HLA-DQ NH2 COOH HLA de classe II 1° D HLA-DP 8-11 33-36 84-87

Polymorphisme génétique – polymorphisme antigénique Thomas Boehm Nature Reviews Immunology 6, 79-84 Peptide 1 B*27 A*02 Peptide 2 Peptide 3 B*44 A*24 Peptide 4 Peptide 5 B*08 A*03 B*50 A*24 Peptide 3

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 de l’intestin. 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 de la barrière intestinale 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