Immunologie: Défense Primaire

• Ce document présente les objectifs à atteindre pendant la session d'immunologie.
• Une recherche personnelle peut être nécessaire pour compléter la matière vue en classe.

Défense Primaire

• Connaître les principaux agents susceptibles de déclencher une réponse immunitaire : virus, bactéries, protozoaires, champignons et helminthes (vers parasites).
• Connaître la taille relative des virus (~10^-7m).
• Taille des bactéries intracellulaires (~10^-6m).
• Taille des bactéries extracellulaires, des archées et des protozoaires (~10^-6 à 10^-5m).
• Taille des champignons (~10^-4 à 10^-3m).
• Taille des parasites (autour d'un 1mm et plus).
• La réponse immunitaire doit permettre la destruction des pathogènes et des cellules anormales, mais ne doit pas attaquer les tissus sains trop vigoureusement.
• Il est relativement facile de déplacer cet équilibre, menant à une infection chronique ou une réaction auto-immune.
• Comprendre le concept d'écologie microbienne et de microbiome.
• Microbiote : population de bactéries sur notre peau ou à l'intérieur de nos boyaux, permettant de gérer notre environnement.
• Si le microbiote est modifié, on risque de tomber malade.
• Nombreux organismes commensaux (non pathogènes et même bénéfiques) font partie du microbiote.
• On ne sait pas quelles sont les bonnes bactéries car cela dépend de notre environnement.
• Expliquer le rôle avantageux d'un microbiome normal dans le développement du système immunitaire.
• Connaître les différents mécanismes permettant aux cellules intestinales de s'accommoder de la présence constante de bactéries et de matière organique en décomposition (mucus, IgA, peptides antibactériens, etc).
• Comprendre les différents niveaux de défense face aux pathogènes (barrières physiques, barrières chimiques, protéines circulantes, cellules spécialisées).
• Défense de base : cellules épithéliales (poumons, peau, tractus gastro-intestinal).
• Au niveau de la peau, l'épiderme est composé de différentes couches dont le stratum spinosum.
• Le stratum spinosum synthétise des acides gras (glandes sébacées) qui freinent la croissance des bactéries et limitent la diffusion.
• Il y a aussi la synthèse de peptides antimicrobiens, comme les défensines B et cathelicidines (protéines chargées positivement qui tuent les bactéries aux contacts). Présence de corpuscules appelés corps lamellaires diffusant vers l'extérieur pour défendre la peau contre les bactéries.
• Dans les poumons, des cellules caliciformes synthétisent du mucus pour limiter le contact bactérien avec la paroi épithéliale.
• Le flux de mucus évacue les bactéries (expectoration, toux, battements des cils des cellules ciliées).
• La fibrose kystique est causée par des mutations du gène CFTR (pompe à ions chlorure) qui déshydrate le mucus.
• Traitements pour la fibrose kystique : claping et pulmosine (ADN super visqueux).
• Dans l'intestin, la flore bactérienne abondante est bénéfique : empêche la colonisation par d'autres bactéries nocives, aide à dégrader les aliments et synthétise des vitamines.
• L'épithélium intestinal est très replié avec des cryptes où se trouvent des cellules de Paneth qui synthétisent des peptides antimicrobiens.
• Les cellules caliciformes produisent du mucus.
• La combinaison de mucus et de peptides antimicrobiens à la surface de l'intestin limite la réponse inflammatoire.
• Les plaques de Peyer sont des organes lymphoïdes secondaires dans l'iléon distal, permettant le contact entre les cellules présentatrices des antigènes et les cellules qui répondent à la présence d'antigènes.
• Environ une centaine de plaques de Peyer contribuent à la maturation des lymphocytes.
• Au niveau des plaques de Peyer, un amincissement du mucus permet aux bactéries d'être capturées par les cellules M, qui les présentent aux cellules dendritiques.
• Les cellules dendritiques dégradent les bactéries et présentent des morceaux à leur surface pour stimuler d'autres cellules immunitaires et former des anticorps de type IgA, spécifiques à ce que la cellule dendritique aura présenté.
• Les cellules de Paneth synthétisent également des peptides antimicrobiens.
• Différents types d'enzymes s'attaquent à la paroi cellulaire bactérienne, comme le lysozyme (glycosidase coupant les liens B-1-4 du peptidoglycane) et les phospholipases A2 (hydrolyse des phospholipides de la membrane bactérienne).
• Il y a aussi les peptides antimicrobiens (defensines, cathelicidines, histatines) et le système du complément (cascade d'activation de protéines menant à la formation de pores dans les membranes).
• Un peptide antibactérien, comme la défensine, est de petite taille et chargé positivement, permettant son association avec les phospholipides des membranes plasmiques bactériennes, menant à la formation de pores, l'entrée d'eau et la lyse de la bactérie. Ces peptides sont également présents dans les cellules phagocytaires.
• Le système du complément est une collection de protéines présentes dans le plasma, qui doivent être activées pour fonctionner.
• La synthèse des protéines se fait sous forme de zymogènes, permettant la formation d'un pont à la surface des cellules bactériennes. C'est une cascade d'activation.
• Connaître les trois voies d'activation du complément, toutes menant à la formation de C3 convertase, qui coupe C3 en C3b et C3a, laissant C3b à la surface de la cellule cible.
• Voie classique : C1q interagit avec la surface ou avec des Ac liés à la surface.
• La reconnaissance de la bactérie par des anticorps (au moins 2 IgG) active le complexe C1q du complément, qui recrute d'autres protéines du complément (C2 et C4).
• C2 et C4 s'associent à C1 et commencent à se cliver mutuellement, donnant un complexe C4b2a (C3 convertase), nécessaire pour couper la protéine C3 et libérer C3a et C3b.
• C3a attire d'autres cellules immunitaires (phagocytaires) dans la région, permettant la vasodilatation et augmentant la perméabilité membranaire.
• C3b permet la formation d'une C5 convertase (=C3bC5) qui clive C5 en C5a et C5b.
• C5a s'en va et C5b recrute C6, C7 et C8, puis plusieurs sous-unités de la protéine C9 pour former un pore, permettant l'entrée d'eau et tuant la bactérie.
• Voie des lectines : C4 et C2 lient des lectines reconnaissant le mannose à la surface d'un pathogène.
• Les protéines MASP-2 (lectine liant le mannose) recrutent C2 et C4, permettant l'activation de C3.
• Les ficolines lient des sucres à la surface du pathogène, recrutant la C3 convertase.
• Voie alternative : C3b à la surface recrute le facteur B, qui est coupé en Ba et Bb par le facteur D. C3bBb est une autre C3 convertase, qui permet l'accumulation de C3b à la membrane.
• Alternativement, C3 s'hydrolyse et lie le facteur B, qui est coupé par D en Ba et Bb. Le complexe C3(H2O)Bb est une C3 convertase, qui permet l'accumulation de C3b à la membrane.
• Dans les deux cas, il y a une boucle d'amplification de la formation de C3b.
• Auto-activation : C3 en s'associant avec une molécule d'eau s'auto-clive, libérant C3a et C3b et initiant le dépôt de C3 convertase à la surface.
• Le complément mène à trois résultats possibles : inflammation, phagocytose et lyse.
• Inflammation : via le recrutement local de phagocytes via C3a et C5a. C3a et C5b recrutent des cellules phagocytaires au site d'infection et aident à l'inflammation.
• Phagocytose : via le recrutement de phagocytes. C3a et C5a recrutent des cellules phagocytaires au site d'infection.
• Lyse : après la formation de pore. La cascade du complément mène à la formation du MAC (membrane attack complex) et à la lyse avec l'entrée d'eau.
• Nos propres cellules se protègent du complément grâce à des facteurs régulatoires bloquant le complexe C1, la formation de C3 convertase, la formation de C5 convertase ou le recrutement de C9.
• Certains pathogènes ont développé la capacité d'inhiber le complément.
• C3a et C5a, en trop grande quantité, provoquent un choc anaphylactique (effondrement vasculaire dû à une trop grande perméabilité).
• C3a et C5b sont des anaphylatoxines, induisant un effondrement vasculaire en augmentant l'entrée de molécules et de globules BLANCS dans les tissus.
• Les anaphylatoxines facilitent la sortie des cellules immunitaires des vaisseaux sanguins par diapédèse.
• La sortie de liquide provoque une enflure, baisse de la pression sanguine et de la quantité de sang dans les vaisseaux sanguins.
• Distinguer les concepts d'immunité innée et d'immunité acquise.
• L'immunité innée provient de protéines ou de cellules générées par nos gènes individuels, active dès la naissance, très rapide, génétiquement déterminée et réagissant immédiatement.
• Détection des PAMP (structures moléculaires associées aux pathogènes, comme le mannose sur les champignons).
• Active l'immunité acquise par la présentation d'antigènes.
• Implique les phagocytes (macrophages reconnaissant les PAMP) et le complément.
• Les monocytes, les macrophages et les neutrophiles sont les principaux acteurs.
• L'immunité acquise se développe après la naissance, générant des cellules non déterminées par notre génome, plus lente et dépendant des lymphocytes B et T.
• Réagit à un grand nombre d'antigènes spécifiques non spécifiés à l'avance via des anticorps.
• Mémoire immunitaire contre des agents avec une défense naturelle limitée grâce à un grand nombre de cellules clonales de longue durée.
• La prochaine infection est déclenchée directement et les cellules prolifèrent.
• Connaître le lignage des principales cellules immunitaires myéloïdes et lymphoïdes.

Les Cellules du Système Immunitaire

• Les cellules lymphoïdes doivent passer dans des organes lymphoïdes secondaires.

• Lymphocytes T (auxiliaires, cytotoxiques, régulateurs).

• Auxiliaire : synthétise des cytokines pour aider les cellules B et les phagocytes.

• Cytotoxiques : reconnaissent et éliminent les cellules infectées.

• Régulateurs

• Lymphocytes B (cellule présentatrice, production d'anticorps) : déclenchent une réponse pouvant tuer la cellule.

• Cellules ILC (innate lymphoide cells) : dépourvues de récepteur B ou T, avec différents rôles, incluant les cellules NK.

• Cellules NK (Natural Killers) : cellules cytotoxiques reconnaissant les cellules à éliminer même en absence d'anticorps ou de protéines du CMH. Éducation des cellules NK dans la moelle osseuse.

• Cellules myéloïdes : développement uniquement dans la moelle osseuse.

• Cellules dendritiques : forme en étoile/dendrite. Phagocytes et CPA (cellules présentatrices d'antigènes), intermédiaires entre les systèmes innés et acquis.

• Abondantes dans les tissus exposés au monde extérieur (peau, muqueuses), les cellules dendritiques débarrassent le corps des corps étrangers et les présentent à leur surface via le CMH2 pour estimer quel ennemi est présent.

• Monocytes : forme circulante. Les macrophages prennent ce nom quand ils entrent dans les tissus, devenant plus gros, phagocytes et CPA, présents partout dans le corps.

• Éliminent les pathogènes, cellules âgées ou apoptotiques.

• Le macrophage a un rôle principal de phagocytose et lutte contre les agents pathogènes induits par TNF, IFN gamma (sécrétion de cytokines pro-inflammatoires).

• Impliqué dans la réparation tissulaire, induit par IL-4, contribuant à la formation de la matrice extracellulaire.

• Macrophages immunosuppresseurs anti-inflammatoires, stimulés par IL-10 pour tolérer les antigènes et contrôler l'inflammation.

• Les trois types de cellules (neutrophiles, éosinophiles, basophiles) ont des marqueurs différents à leur surface.

• Neutrophiles : plus abondants des granulocytes et des globules blancs, phagocytes surtout retrouvés dans le sang et les tissus. Premières cellules à répondre à un signal inflammatoire ou une blessure.

• Neutrophile noyau polylobé, non-CPA, rôle de phagocyter et détruire les cellules cibles en cas d'infection. Contient un récepteur pour N-formyl-méthionine.

• Éosinophiles : granulocytes spécialisés dans la lutte aux parasites.

• Basophiles : granulocytes très rares, impliqués dans l'inflammation et les allergies, produisant de l'histamine.

• Mastocytes : libèrent des toxines (histamine, héparine) pour tuer les larves, avec un récepteur aux IgE. Presque toujours couverts d'IgE, ils libèrent leur contenu inflammatoire en présence d'un antigène, impliqués dans les réactions allergiques.

• Les phagocytes (macrophages) détruisent et présentent l'antigène à leur surface, rôle principal de débarrasser physiquement du matériel.

• Distinguer clairement les cellules myélocytaires et les cellules lymphocytaires.

• Cellules phagocytaires : Neutrophiles (non-CPA), Monocytes et Macrophages, Cellules dendritiques (CPA).

• Cellules granulositaires : Mastocytes, Basophiles, Éosinophiles.

• Cellules de forme irrégulière avec excroissances ressemblant à des dendrites : cellule dendritique (sans lien avec le système nerveux).

• Les phagocytes s'attachent aux épithéliums grâce aux intégrines et aux protéines ICAM.

• Les intégrines des phagocytes reconnaissent ICAM sur la surface des vaisseaux sanguins pour retenir les phagocytes, permettant leur roulement.

• L'infection provoque la libération de chimiokines par les phagocytes, attirant les globules blancs.

• Activation de l'épithélium : le phagocyte produit des molécules d'adhésion plus solides (sélectionnes et ICAM) retenant les neutrophiles sur place.

• Adhésion roulante devient adhésion solide.

• Le phagocyte suit le gradient de concentration des chimiokines (de l'intérieur des vaisseaux sanguins) et passe entre les jonctions étroites en changeant la forme de leur cytosquelette (diapédèse).

• Le principal rôle des macrophages et des cellules dendritiques, après la phagocytose, est de présenter les antigènes associés à la cible. Ces cellules sont des APC (cellules présentatrices de l'antigène).

• Les neutrophiles servent principalement à détruire les pathogènes : ils phagocytent, digèrent et meurent.

• Les éosinophiles et les basophiles luttent contre les parasites en libérant des agents toxiques.

• Les phagocytes ont de nombreux récepteurs pour des structures associées à des agents pathogènes (lipopolysaccharides, N-formylméthionine) ou des protéines endogènes qui ciblent les pathogènes (partie Fc des anticorps, composantes du complément).

• Les monocytes circulent dans le sang et se différencient en macrophages spécialisés dans la lutte aux agents pathogènes (IFN gamma, TNF), la réparation des tissus (IL-4) ou le contrôle de l'inflammation (IL-10).

• Les monocytes roulent à la surface de l'épithélium vasculaire, retenus par des interactions entre marqueurs de surface comme les sélectines.

• Monocytes : précurseurs des macrophages et des cellules dendritiques.

• Trois populations de monocytes : classiques (CD14++ CD16-), intermédiaires (CD14++ CD16+), non-classiques (CD14+ CD16++).

• Les monocytes migrent dans les tissus.

• La liaison d'une bactérie au récepteur du macrophage initie la relâche de cytokines et de médiateurs lipidiques de l'inflammation.

• Les macrophages sont des "éboueurs" qui ingèrent et tuent les pathogènes et stimulent l'inflammation.

• Stimulés par des signaux d'autres cellules du système immunitaire inné ou par des lymphocytes T CD4+ Th1.

• Élimination des débris tissulaires et des cellules apoptotiques. Élimination de 2 x 10^11 globules rouges par jour, soit 3 kg de fer.

• Les neutrophiles sont des leucocytes recrutés aux sites d'infection, ne vivant pas longtemps. Responsables de la formation du pus, ils éliminent les pathogènes en les phagocytant, ne le faisant qu'une seule fois avant de mourir, libérant du matériel, menant à la formation de pus et à une inflammation locale importante.

• La mort du neutrophile libère de la chromatine, formant un réseau visqueux qui capture les micro-organismes.

• La phagocytose détruit les pathogènes grâce au bas pH, l'utilisation de ROS toxiques, les peptides antimicrobiens et les enzymes.

• Après la phagocytose, le phagosome fusionne avec les lysosomes (phagolysosome), qui contiennent des enzymes pour détruire les bactéries.

• Les fragments bactériens sont expulsés ou présentés en association avec le CMH II.

• Les neutrophiles ont des granules primaires et secondaires ajoutant des protéines (peptides antimicrobiens, enzymes) qui rendent l'environnement destructeur (ex : NADPH oxydase formant ion superoxyde qui se convertit en peroxyde d'hydrogène, tuant la bactérie).

• Connaître le rôle des cellules NK (Natural Killers) : cellules lymphoïdes qui tuent les cellules sans CMH de classe I (anormalité des cellules cancéreuses, car CMH I est un marqueur du soi).

• Les cellules NK appartiennent au système inné et détruisent des cellules présentant des anomalies (stress cellulaire, cancer, infection), ne sont pas phagocytaires.

• Déclenchement d'apoptose sur les cellules stressées ou cancéreuses et aussi dans l'établissement du placenta.

• Le CMH 1 permet à toutes les cellules contenant un noyau (sauf globules rouges et plaquettes) de présenter au système immunitaire ce qu'elles contiennent.

• Les protéasomes coupent les protéines en segments, dirigés vers le réticulum endoplasmique et associés aux protéines du CMH-1 (HLA-A, HLA-B et HLA-C avec une beta 2 microglobuline) et présentés à la surface, indiquant ce qu'il y a dans nos cellules.

• Le système immunitaire patrouille et vérifie le CMH (si c'est du soi, rien; si c'est une protéine virale, reconnu mène à l'apoptose et la destruction de la cellule).

• Les cellules ILC (lignée lymphoïde) amplifient le signal fourni par la réponse immunitaire innée et contribuent à éliminer les pathogènes.

• Stimulées