Bases de l'Immunologie Appliquée PDF

Bases de l’Immunologie Appliquée Dr ALI AWAD 1  Définitions: ✓ Système immunitaire (SI) = cellules, tissus (organes) et molécules qui interviennent dans la résistance aux infections ✓ Immunologie = étude de la structure et de la fonction du système immun...

Bases de l’Immunologie Appliquée Dr ALI AWAD 1  Définitions: ✓ Système immunitaire (SI) = cellules, tissus (organes) et molécules qui interviennent dans la résistance aux infections ✓ Immunologie = étude de la structure et de la fonction du système immunitaire ✓ Immunité = résistance d'un hôte aux agents pathogènes et à leurs effets toxiques ✓ Réponse immunitaire = réponse collective et coordonnée à l'introduction de substances étrangères chez un individu par l'intermédiaire des cellules et des molécules du système immunitaire 2  Rôle du SI: ✓ Défense contre les microbes ✓ Défense contre la croissance des cellules tumorales: Elimination des cellules tumorales ✓ Homéostasie: destruction de cellules anormales ou mortes (par exemple, globules rouges ou blancs morts, complexe antigène- anticorps) 3 4 5  Composition du SI: ✓Organes ✓Cellules ✓Molécules 6  Organes: ✓ Amygdales et adénoïdes ✓ Thymus ✓ Ganglions lymphatiques ✓ Rate ✓ Les plaques de Peyer (intestin) ✓ Appendice ✓ Vaisseaux lymphatiques ✓ Moelle osseuse 7  Cellules: Lymphocytes – T-lymphocytes – B-Lymphocytes, plasma cells Monocytes, Macrophages Granulocytes – Neutrophiles – Eosinophiles – Basophiles 8  Molécules: Anticorps Complement Cytokines Interleukines Interferons 9  Types de réponse immunitaire: 1. Innée (non-adaptive) – Première ligne de défense immunitaire – s'appuie sur des mécanismes existants avant l'infection 2. Acquise (adaptive) – Deuxième ligne de réponse (si innée échoue) – s'appuie sur des mécanismes qui s'adaptent après l'infection – médiée par les lymphocytes T et B – une cellule détermine un déterminant antigénique 10  Réponse innée: ✓ Basé sur la constitution génétique ✓ S'appuie sur des composants déjà formés ✓ Réponse rapide: quelques minutes après l'infection ✓ Non spécifique ✓ les mêmes molécules / cellules répondent à une gamme d'agents pathogènes ✓ Pas de mémoire ✓ Même réponse après exposition répétée ✓ Ne conduit pas à l'expansion clonale 11  Cellules du SI: 12  Mécanismes de réponse innée: Mechanical barriers / surface secretion – skin, acidic pH in stomach, cilia Humoral mechanisms – lysozymes, basic proteins, complement, interferons Cellular defense mechanisms – natural killer cells, neutrophils, macrophages, mast cells, basophils, eosinophils NK Cell Eosinophils Neutrophil Basophils & Monocyte Mast cells Macrophage13  Immunité adaptative: deuxième ligne de réponse ✓ Basée sur la résistance acquise au cours de la vie ✓ S'appuie sur les événements génétiques et la croissance cellulaire ✓ Répond plus lentement, sur quelques jours ✓ Spécifique ✓ Chaque cellule répond à un épitope unique sur un antigène ✓ Aboutit à une mémoire anamnestique ✓ l'exposition répétée conduit à une réponse plus rapide et plus forte➔vaccination ✓ Conduit à l'expansion clonale 14 15 16  La défense contre les microbes est méditée par les réactions précoces de l’immunité innée, et ultérieurement par les réactions de l’immunité adaptative 17 18 19 20 ▪ There are 2 types of adaptative immune responses, called humoral and cell- mediated immunity. ▪They are mediated by different components and function of the IS to eliminate different types of microbes 21  Immunité adaptative: active et passive Active Immunity Passive Immunity Natural Clinical via breast milk, (symptomatic), sub- placenta clinical infection (asymptomatic) Artificial Vaccination: immune serum, immune cells Live, killed, purified antigen vaccine 22  Immunité adaptative: active et passive 23  Immunité adaptative: active et passive 24  Les principales cellules du SI adaptatif: 25 26  Les phases de la réponse adaptative : 27 28  Sélection clonale: 29  Les lymphocytes: Les lymphocytes sont les seules cellules capables de reconnaître spécifiquement les antigènes et sont donc les principales cellules de l'immunité adaptative. La population totale de lymphocytes est composée de nombreux clones, chacun possédant un récepteur antigénique et une spécificité unique. Les 2 sous-groupes majeurs de lymphocytes sont des cellules B & T, et ils diffèrent par leurs récepteurs antigéniques et leurs fonctions. Les CPA spécialisées capturent les antigènes microbiens et les présentent pour les faire reconnaître par les lymphocytes. L'élimination des antigènes nécessite souvent la participation de différentes cellules effectrices 30  Lymphocytes T: Acteurs majeurs de la réponse immunitaire à médiation cellulaire Proviennent de cellules souches CD34 + dans la moelle osseuse mais mûrissent dans le thymus Possèdent un rôle majeur dans l'activation des cellules B Immunologiquement spécifique et fonctionnent de différentes manières dans la réponse régulatrice ou effectrice 31  T-Cell Receptors (TCRs) Reside in the plasma membrane surface Recognize and bind fragments of antigens Antigen fragments must be presented by antigen-presenting cells (APCs) on the ends of MHC class II molecules 32  L’activation des lymphocytes T: Nécessite la liaison d'un antigène spécifique Se produit lors de la présentation de l'antigène en reliant le CMH de classe II Sur la CPA au TCR sur le lymphocyte T Initiation de la cascade de signalisation impliquant d'autres protéines liées à la membrane et des messagers intracellulaires Deuxième signal nécessaire à la prolifération, à la différenciation et à l'expression des gènes spécifiques des cytokines 33  Types of T cells: Mature T cells are naïve until activated by antigen presentation Once activated they proliferate into effector cells and memory cells Effector cells carry out specific functions to protect host General Three types of T Cells: T helper (TH), cytotoxic T lymphocytes (TCs), and regulatory T cells 34 35 36 37 38 39  Peptides et protéines antimicrobiens: La fonction des peptides et des protéines (antimicrobiens) est impliquée dans la défense innée en attaquant directement les microbes ou en empêchant leur reproduction Les protéines d‘Interféron fournissent une défense innée contre les virus et aident à activer les macrophages Environ 30 protéines constituent le système du complément, qui provoque la lyse des cellules envahissantes et aide à déclencher l'inflammation 40  Peptides et protéines antimicrobiens: À la suite d'une blessure, les mastocytes libèrent de l'histamine, ce qui favorise les changements dans les vaisseaux sanguins ➔une partie de la réponse inflammatoire Ces changements augmentent l'apport sanguin local et permettent d’avantage les phagocytes et les protéines antimicrobiennes d'entrer dans les tissus. Le pus, un liquide riche en globules blancs, microbes morts et débris cellulaires, s'accumule au site de l'inflammation 41  Peptides et protéines antimicrobiens: L'inflammation peut être locale ou systémique (dans tout le corps) La fièvre est une réaction inflammatoire systémique déclenchée par les pyrogènes libérés par les macrophages et les toxines des agents pathogènes Le choc septique est une maladie potentiellement mortelle causée par une réponse inflammatoire accablante 42  Cytokines et orage cytokinique: Lors d'une infection, des molécules libérées par le système immunitaire détruisent l'intrus. Quand la réaction de défense s'emballe et que les cytokines sont trop abondantes, elles créent des lésions. De nouvelles substances les inhibent spécifiquement, soulageant ainsi des maladies chroniques invalidantes. Le choc cytokinique, également appelé "orage cytokinique" ou "syndrome de libération des cytokines", est un phénomène inflammatoire massif qui a été décrit dans diverses pathologies infectieuses, dont certaines coronaviruses respiratoires humaines. Un choc cytokinique est la forme la plus grave du syndrome de libération des cytokines (SLC), qui est une production excessive de cytokines déclenchée par un agent pathogène et qui se manifeste par une violente réponse inflammatoire du système immunitaire. C'est une réponse inadaptée, nocive et généralement mortelle sans traitement approprié Chez certains patients, sous l'action des virus, on observe une prolifération importante de lymphocytes T et de monocytes inflammatoires sécrétant des quantités considérables d'interleukines, de GM-CSF et de G-CSF, de TNF alpha, etc. Dans le choc cytokinique, la production de cytokines est à la fois excessive et auto-entretenue. 43  Cytokines et orage cytokinique: Dans le contexte des coronavirus émergents de ces dernières années, les études ont montré que l'infection par le SARS-CoV-1 pouvait entraîner une production massive d'interleukine 6, de TNF alpha et d'interleukine 12, et celle par le MERS- CoV, la production d'interleukines 6, 1bêta et 8. Lors de COVID-19 sévères, les biochimistes ont observé des taux sanguins élevés d'interleukines 6, 2, 7 et 10, de G-CSF, de TNF alpha et de protéines induites par l'interféron Le choc cytokinique touche essentiellement des adultes dans la force de l'âge. Il semble que les enfants, dont le système immunitaire est encore immature, et les personnes âgées, dont l'immunité est affaiblie, soient plutôt épargnés par cette flambée immunitaire. Parmi les cytokines en cause, l'interleukine 6 et le GM-CSF semblent être celles qui ont le plus d'effets délétères via une exacerbation de l'inflammation menant, entre autres, à une hypertension artérielle, une tachycardie évoluant vers une bradycardie, une hypoxie et des lésions de fibrose pulmonaire. Un syndrome de détresse respiratoire aiguë apparaît, pouvant mener à une défaillance multi- organes et au décès. 44  Cytokines et orage cytokinique: La tempête de cytokines survient quand un grand nombre de globules blancs sont activés, et que ces leucocytes libèrent un flot anormalement abondant de cytokines inflammatoires qui, à leur tour, activent encore plus de globules blancs : le système immunitaire s'emballe. La pression artérielle augmente alors que le taux d'oxygène sanguin chute ; le débit cardiaque augmente au début de l'épisode puis diminue ; les taux d'azote sanguin et de bilirubine augmentent, des transaminases élevées et des hémorragies. Il s'ensuit un syndrome de détresse respiratoire aiguë et une défaillance rapide des organes vitaux pouvant conduire à la mort. 45  Evasion du système immunitaire innée par des agents pathogènes Certains agents pathogènes évitent la destruction en modifiant leur surface pour empêcher la reconnaissance ou en résistant à la dégradation après la phagocytose La tuberculose en est une, et tue plus d'un million de personnes par an Toutes les cellules du corps (excepté les globules rouges) ont à leur surface une protéine du CMH de classe 1 Les cellules cancéreuses ou infectées n'expriment peu ou plus cette protéine, les cellules tueuses naturelles NK attaquent ces cellules endommagées 46  Dans l'immunité acquise, les récepteurs lymphocytaires permettent une reconnaissance spécifique de l'agent pathogène Les globules blancs appelés lymphocytes reconnaissent et répondent à l'antigène (molécules étrangères) Les lymphocytes qui mûrissent dans le thymus au-dessus du cœur sont appelés lymphocytes T et ceux qui mûrissent dans la moelle osseuse sont appelés lymphocytes B. Les lymphocytes contribuent à la mémoire immunologique et améliorent la réponse à une molécule étrangère rencontrée précédemment Les cytokines sont sécrétées par les macrophages et les cellules dendritiques pour recruter et activer les lymphocytes Les cellules B et T ont des récepteurs de protéines qui peuvent se lier à des molécules étrangères Chaque lymphocyte est spécialisé pour reconnaître un type spécifique de molécule Une seule cellule B ou T a environ 100 000 récepteurs d'antigène identiques 47  Dans l'immunité acquise, les récepteurs lymphocytaires permettent une reconnaissance spécifique de l'agent pathogène 48  Dans l'immunité acquise, les récepteurs lymphocytaires permettent une reconnaissance spécifique de l'agent pathogène 49  Dans l'immunité acquise, les récepteurs lymphocytaires permettent une reconnaissance spécifique de l'agent pathogène 50  Dans l'immunité acquise, les récepteurs lymphocytaires permettent une reconnaissance spécifique de l'agent pathogène Tous les récepteurs antigéniques sur un seul lymphocyte reconnaissent le même épitope, ou déterminant antigénique, sur un antigène précis Les cellules B donnent naissance à des plasmocytes, qui sécrètent des protéines appelées anticorps ou immunoglobulines 51  Les récepteurs d'antigène des cellules B Les récepteurs des cellules B se lient à des antigènes intacts spécifiques Le récepteur des cellules B se compose de deux chaînes lourdes identiques et de deux chaînes légères identiques Les pointes des chaînes forment une région constante (C) et chaque chaîne contient une région variable (V), ainsi nommée parce que sa séquence d'acides aminés varie considérablement d'une cellule B à l'autre Les anticorps sécrétés, ou immunoglobulines, sont structurellement similaires aux récepteurs des cellules B mais manquent de régions transmembranaires pour ancrer les récepteurs dans la membrane plasmique 52  Les récepteurs d'antigène des cellules T Chaque récepteur de cellule T est constitué de deux chaînes polypeptidiques différentes Les extrémités de la chaîne forment une région variable (V); le reste est une région constante (C) Les cellules T peuvent se lier à un antigène libre ou à la surface d'un agent pathogène Les cellules T se lient à un fragment d'antigène présenté sur la cellule hôte Ces fragments d'antigène sont liés à des protéines de surface cellulaire appelées molécules du CMH Les molécules du CMH sont nommées ainsi car elles sont codées par une famille de gènes appelée complexe majeur d'histocompatibilité 53  Rôle du CMH Dans les cellules infectées, les molécules du CMH se lient et transportent des fragments d’antigène à la surface de la cellule, un processus appelé présentation de l’antigène. Une cellule T voisine peut alors détecter le fragment d’antigène affiché à la surface de la cellule. Selon leur source, les antigènes peptidiques sont manipulés par différentes classes de molécules du CMH 54  Rôle du CMH: 55  Rôle du CMH: 56 57 58 59  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique La technologie Knockout est l'un des outils les plus puissants disponibles pour déterminer le rôle de gènes particuliers dans un large éventail de processus et a contribué de manière importante à l'identification de nombreux gènes régulant l'hématopoïèse. Ces approches ont identifié un certain nombre de facteurs de transcription jouant un rôle important dans l'hématopoïèse. Certains de ces facteurs de transcription affectent de nombreuses lignées hématopoïétiques et d'autres n'affectent qu'une seule lignée, comme la voie de développement conduisant aux lymphocytes. Un facteur de transcription qui affecte plusieurs lignées est GATA-2, membre d’une famille de facteurs de transcription qui reconnaissent la séquence tétranucléotidique GATA, un motif nucléotidique dans les gènes cibles. Un gène fonctionnel GATA-2 est essentiel au développement des lignées lymphoïdes, érythroïdes et myéloïdes 60  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique Comme on peut le remarquer, les animaux dans lesquels ce gène (GATA-2) est perturbé meurent pendant le développement embryonnaire Contrairement à GATA-2, un autre facteur de transcription, Ikaros, n'est requis que pour le développement des cellules de la lignée lymphoïde Bien que les souris knock-out d'Ikaros ne produisent pas un nombre significatif de cellules B, T et NK, leur production d'érythrocytes, de granulocytes et d'autres cellules de la lignée myéloïde est intacte. 61 62  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique 63  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique La réponse TH1 produit un profil de cytokines qui favorise l'inflammation et active principalement certains lymphocytes T et macrophages, tandis que la réponse TH2 active principalement les lymphocytes B et les réponses immunitaires qui dépendent des anticorps. 64  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique 65 66  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique Les lymphocytes T exprimant CD4 (LT CD4) jouent un rôle central dans la réponse immunitaire. On les nomme classiquement LT « helper » (LTh) ou LT auxiliaires car ils potentialisent des cellules du système immunitaire présentant diverses fonctions. Pendant longtemps, la réponse lymphocytaire T CD4 auxiliaire a été définie de façon restrictive. Il était en effet considéré qu’un LT CD4 naïf se différenciait à la suite de son interaction avec une cellule dendritique (DC, pour dendritic cells), soit en LTh1 (lymphocyte T helper de type 1), pouvant soutenir la réponse cellulaire, soit en LTh2, impliqué dans la réponse humorale. Outre leurs fonctions auxiliaires, les LT CD4 peuvent aussi avoir des fonctions cytotoxiques, souvent oubliées et généralement attribuées aux LT CD8. 67  L'hématopoïèse est régulée au niveau génétique Aujourd’hui, nous avons une vision plus complète de la diversité des LTh. On distingue les LTh effecteurs (acteurs de la réponse immune) et les LTh régulateurs (qui contrôlent cette réponse). Les LTh effecteurs regroupent, en plus des classiques Th1 et Th2, les lymphocytes Th17, Th9, Th22 et les Tfh, pour lymphocytes T folliculaires helper. Les LTh régulateurs comprennent les Treg naturels (nTreg), les Treg induits (iTreg) et les Tfh régulateurs (Tfr). 68  Lymphocyte T folliculaire Les Tfh, interagissent avec les lymphocytes B (LB) dans les organes lymphoïdes secondaires (OLII). Ces interactions permettent aux LB de se différencier en cellules produisantes des anticorps de haute affinité qui constituent une barrière efficace et durable contre différents pathogènes. Les LB se différencient ensuite en cellules mémoires ou en plasmocytes, cellules sécrétrices d’anticorps. On distingue les plasmocytes à courte durée de vie (appelés plasmablastes) qui sécrètent d’importantes quantités d’anticorps dans les OLII et dans le sang, et les plasmocytes à longue durée de vie qui se différencient dans la moelle osseuse. Les LB peuvent également se différencier en LB mémoires, une population de cellules quiescentes à longue durée de vie rapidement mobilisables lors d’une seconde rencontre avec l’antigène pour lequel ils ont été sélectionnés, ou d’une réinfection par un pathogène par exemple. 69  Lymphocyte T folliculaire La différenciation d’un LT CD4 en LTh effecteur est conditionnée par un environnement cytokinique propre à chaque filiation. La sécrétion d’interleukine (IL-) 6 et d’IL-21 par les DC favorise la différenciation des lymphocytes en Tfh chez la souris. Chez l’homme, c’est l’IL-12 qui joue un rôle majeur. La différenciation vers l’un ou l’autre des sous-types de LTh est associée à l’expression de facteurs de transcription spécifiques de la voie de différenciation. Au cours de l’initiation de la différenciation des lymphocytes en Tfh, le répresseur transcriptionnel Bcl-6 (B-cell lymphoma 6), dont l’expression est nécessaire et suffisante à la différenciation des Tfh, est exprimé précocement La différenciation en Tfh est multifactorielle. Elle se déroule dans les OLII en plusieurs étapes successives aussi bien chez la souris que chez l’homme 70 71  Lymphocyte T folliculaire Identifier par leur expression constitutive du récepteur de référence (homing) des follicules B CXCR5 Jouer un rôle essentiel dans la médiation de la sélection et de la survie des cellules B qui se différencient ensuite en cellules plasmatiques spéciales capables de produire des anticorps de haute affinité contre les antigènes étrangers et les cellules B mémoire Faciliter la sélection négative de cellules B mutées potentiellement suite à une maladie auto-immune dans le centre germinatif 72  Lymphocyte T régulateur 73 74 75 76