Bases Cellulaires et Moléculaires de l’Initiation de la réponse Immunitaire

Comment le SI décide t-il de déclencher une réponse immunitaire ? Initiation réponse innée, inflammatoire Initiation réponse adaptative Jusqu’à la fin des années 80’: deux mondes séparés conceptuellement.

Réponse innée Complément Interactions directes (?) Activation rapide PMN Monocytes/Macrophages Complément Interactions directes (?) et indirectes (FcR) Activation rapide Pathogène

Réponse adaptative Ly T Ly B Activation tardive « Non-soi » Antigène exogène

Théorie des deux signaux (70’s) Ly T TCR/CMH+peptide CD28/B7 Antigène exogène

« The immunologists dirty little secret » (Janeway 1989) X jours Cytokines + peptide X jours X + X jours Cytokines + +

Le « non-soi » infectieux PMN Monocytes/Macrophages Activation Ly T Complément Pattern Recognition Receptors Pathogène Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMP)

Pattern-Recognition Receptors = Récepteurs non-réarrangés de l’hôte capables de reconnaitre spécifiquement certaines structures moléculaires exprimées par les pathogènes. Pathogen-Associated Molécular Patterns = Structures moléculaires conservés au sein de certaines classes de pathogènes. L’activation des cellules dendritiques via la reconnaissance des PAMP par les PRR induit la maturation des DC et leur capacité à activer les lymphocytes T naïfs.

Identification des Toll-Like Receptors (1997) homme et souris Analogue à Toll: drosophile Domaine LRR + domaine Toll/IL-1R (TIR) 12 TLR identifiés Maturation DC, induction MHC II, co-stimulation, augmentation présentation CMH II. Induction réponse Th1 essentiellement. Peu de rôle dans la phagocytose. Utlisation de souris KO pour TLRs individuels ou MYD88.

TLR 1,2,4,5,6,11: membrane plasmique TLR 3,7,8,9: membrane endosomale

Bacteria Fungus Parasites Viruses LPS Gram-negative bacteria TLR4 Microbial Components Species TLR Usage Bacteria LPS Gram-negative bacteria TLR4 Diacyl lipopeptides Mycoplasma TLR6/TLR2 Triacyl lipopeptides Bacteria and mycobacteria TLR1/TLR2 LTA Group B Streptococcus TLR6/TLR2 PG Gram-positive bacteria TLR2 Porins Neisseria TLR2 Lipoarabinomannan Mycobacteria TLR2 Flagellin Flagellated bacteria TLR5 CpG-DNA Bacteria and mycobacteria TLR9 ND Uropathogenic bacteria TLR11 Fungus Zymosan Saccharomyces cerevisiae TLR6/TLR2 Phospholipomannan Candida albicans TLR2 Mannan Candida albicans TLR4 Glucuronoxylomannan Cryptococcus neoformans TLR2 and TLR4 Parasites tGPI-mutin Trypanosoma TLR2 Glycoinositolphospholipids Trypanosoma TLR4 Hemozoin Plasmodium TLR9 Profilin-like molecule Toxoplasma gondii TLR11 Viruses DNA Viruses TLR9 dsRNA Viruses TLR3 ssRNA RNA viruses TLR7 and TLR8 Envelope proteins RSV, MMTV TLR4 Hemagglutinin protein Measles virus TLR2 ND HCMV, HSV1 TLR2 D’après: Akira et al., Cell 2006

Distribution Cellules dendritiques/Monocytes-Macrophages pDC: TLR7,8,9. Polynucléaires, Mastocytes, Lymphocytes B Lymphocytes T, NK Cellules non-hématopoiétiques: Cellules épithéliales: expression intra ou basolatérale: TLR2,4,5. Cellules endothéliales Fibroblastes … Modulation par les microbes, cytokines…

Signalisation Tous TLR sauf TLR3: adapteur MyD88 Activation NF-kB TLR3: TRIF IRF-3 TLR4, 7 et 9 : MyD88 + TRIF

D’après: Akira et al., Cell 2006

Découplage fonctionnel des PRR

Détection intra-cytoplasmique TLR localisés aux membranes. Détection des pathogènes intra-cytoplasmiques ? Famille NLR (NOD-like Receptors) LRR: reconnaissance Nucleotide-oligomerization domain (NOD) Signalisation: CARD: NOD1 et 2 Pyrin(PYD) ou BIR: inflammasome Détection des bactéries

IE-DAP et MDP: = Dérivés du PGN RICK= adapteur (CARD)

In vitro: In vivo: Shigella flexneri E. Coli C. pneumoniae C. jejuni L. monocytogenes S. pneumoniae M. tuberculosis In vivo: H. pylori

Les inflammasomes Requis pour l’activation de la caspase-1: Maturation IL-1 et IL-18 Adapteur ASC Nécessaire pour la production d’IL-1 en réponse au LPS: TLR4: production pro-IL-1 Inflammasome: maturation

Détection intra-cytoplasmique des virus Rétinoic acid-inducible gene (RIG) Melanoma differentiation associated gene5 (MDA-5) Domaines CARD Adapteur: IPS-1 Activation NFkB et IRF3/7 Reconnaissance de dsRNA: idem TLR3 Distribution ubiquitaire

Conséquences de l’activation TLR 2, 4, 5, (1,6): Cytokines inflammatoires: IL1, IL6, TNFa, Cytokines Th1: IL-12, IL-18 TLR 3,4,7,8,9, RIG: Activation des défenses anti-virales NOD1/2 Cytokines inflammatoires, peptides antibiotiques Autres NLR: IL-1, 18,… Modulation des réponses par les différentes voies activées. Fonction des types cellulaires, du contexte etc…

PRR et Pathologies Déficit NEMO: Déficit IRAK-4 Déficit NOD2: Déficit Immunitaire; bactéries pyogènes (Anomalies développements) Déficit IRAK-4 Déficit Immunitaire: bactéries pyogènes (S. Pneumo ++). Déficit NOD2: Prédisposition maladie de Crohn Gain de fonction Nalp3 Pathologies auto-inflammatoires: fièvres periodiques.

3 théories successives sur l’immunité adaptative La réponse immunitaire est initiée par la reconnaissance du non-soi (McFarlane Burnett, 50s’) La réponse immunitaire est initiée par la reconnaissance du non-soi infectieux (Janeway 1989) La réponse immunitaire est initiée par la reconnaissance de signaux de danger (= destructions tissulaires) (Matzinger 1994) Théories complémentaires ?

Prédictions des différents modèles Soi-Non Soi Non-Soi Infectieux Danger Pathogènes invasifs + Microbes non-pathogènes - Inflammation Stérile +/- Transplants Foetus Signaux Endogènes

Inflammation stérile chronique Cristaux d’acide urique LDL oxydées AGE Diabète Goutte Athérosclérose

Inducteurs endogènes: DAMP ATP Nécrose HMGB1 Multiples récepteurs: P2X7 RAGE TLRs … S100 Ca-binding Protein family Libération contenu intracellulaire HSP72 ADN Autres

Conclusions Importance des TLR Nombreux modes de reconnaissance des pathogènes par les PRR: Structure pathogènes Localisation Environnement Nombreuses interactions: Synergie Modulation négative Réponses variées et adaptées Ligands exogènes et endogènes: complémentaires ?

Cellules dendritiques (DC) Cellules de l’immunité innée Résidentes dans les tissus, rate, ganglions Migratoires Meilleures APC Initiation réponse primaire Tolérance Immatures / Matures Différents types de DC

Développement Moelle osseuse CD34+ DC myéloides (DC lymphoides) Différents phénotypes: CD11b, CD8a, CD4 (DC lymphoides) DC plasmacytoides In Vitro: différenciation monocytaire Précurseur commun avec monocytes

Distribution Ubiquitaires Ganglions et rate: zones T Tissus Cellules de Langherans DC intersticielles DC migratoires Steady-State Vs Inflammation

Différenciation DC Immatures résidentes dans les tissus Maturation: Faible expression CMH II et co-stimulation (CD80-86) Forte capacité de capture des antigènes: Phagocytose Macropinocytose Opsonisation Maturation: TLR Cytokines inflammatoires: TNFa

DC matures: APC la plus efficace (MLR) Capture abaissée Augmentation CMH II, CD80/86… Migration Présentation antigénique APC la plus efficace (MLR) Seule APC capable de  primer  des LyT naïfs Co-stimulation: B7.1/B7.2

Rôle central des DC dans l’initiation de la réponse Présentation antigénique Présentation croisée « Pont » entre le CD4 et le CD8 Empreinte tissulaire

Présentation Croisée

CD40/CD40L

Empreinte tissulaire Epithélium TSLP DC CD4 IL-5,13, TNFa OX40L

DC et Migration Ag Muqueuse Ganglion Drainant Activation mDC B CD4 CD8

DC et tolérance Les DC immatures tolérisent les Ly T Tolérance Croisée Phénomène continu Exemple: cellules apoptotiques Induction anergie Non-réponse à l’Ag Induction T régulateurs Tolérance Croisée Absence de Danger

iDC Ag Muqueuse Ganglion Drainant Tolérance TGFb IL-10 Treg CD4 iDC

Interactions cellulaires DC-NK Ganglions Trans-présentation IL-15 Activation NK DC-B cDC: transfert Ag DC intestinales: Switch T-indépendant

DC et Immunothérapie Induction réponse T Tolérance HLA Chargement DC ex Vivo: Peptides Protéines Autres… Tolérance Traitement des DC ex vivo

Conclusions Les DC présentent les plus grandes capacités à activer et polariser la réponse lymphocytaire T. Autres rôles des DC via leurs interactions avec plusieurs types cellulaires. Nombreux sous-types de DC: Spécialisées ? Ontogénie ou instruction ? Grande complexité Différents états de maturation.

Spécialisation fonctionnelle ?: pDC cDC pDC Morphologie Dendritique Lymphoide Phénotype CD11c, CD11b CD123 (IL-3R) Distribution Tissus, ganglions Ganglions, Rate TLR 1,2,3,4,5,6,10 7,8,9 Capture Ag Élevée Faible Cytokines IL-12 IFNa

Fonctions anti-virales

pDC et tolérance

DC et Signal 3 CD4 Th1 IFNg TNFa IL-12 DC IL-4 IL-5 IL-13 IL-4 CD4 Th2 Stimulus (TLR…) CD4 Th1 IFNg TNFa IL-12 DC IL-4 IL-5 IL-13 IL-4 CD4 Th2 IL-6 IL-23 TGFb CD4 Th17 IL-17 IL-22

? CPA, TLR et Signal 3 TLR NOD Nalp3 PAMP DAMP DC Macrophages IL-4 TGFb, IL-6 IL-12 Th17 Th2 Th1