CM4 - Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) PDF

Éline BONTEMPS Jean-Christophe PEREZ UE Immunologie : bases fondamentales CM4 LE COMPLEXE MAJEUR D’HISTOCOMPATIBILITÉ (CMH) Table des matières I - Le CMH dans la réponse im...

Éline BONTEMPS Jean-Christophe PEREZ UE Immunologie : bases fondamentales CM4 LE COMPLEXE MAJEUR D’HISTOCOMPATIBILITÉ (CMH) Table des matières I - Le CMH dans la réponse immunitaire : introduction.................................................................. 3 1 – Définition du CMH............................................................................................................................. 3 2 – Principaux gènes du CMH.................................................................................................................. 3 3 – Rôles des molécules du CMH............................................................................................................. 3 4 – Immunité adaptative : réponse spécifique à l’antigène..................................................................... 4 5 – Reconnaissance spécifique de l’antigène par les lymphocytes T....................................................... 5 6 – Reconnaissance spécifique de l’antigène : résumé............................................................................ 5 II – Génétique du CMH................................................................................................................... 6 1 – Le locus HLA : polygénie.................................................................................................................... 6 2 – Gènes HLA : multi-allélisme............................................................................................................... 6 3 – Gènes HLA : co-dominance................................................................................................................ 7 4 – Hérédité des gènes HLA : haplotype.................................................................................................. 8 5 – Allèles HLA en déséquilibre de liaison............................................................................................... 8 6 – Système HLA : points clés à retenir................................................................................................... 9 III – Structure des molécules du CMH............................................................................................. 9 1 – CMH de classe I................................................................................................................................. 9 2 – CMH de classe II.............................................................................................................................. 10 3 – Poche à peptide............................................................................................................................... 10 4 – Impacts du polymorphisme des gènes HLA..................................................................................... 11 5 – Expression du CMH.......................................................................................................................... 12 6 – Un mot sur les molécules du CMH non-classiques........................................................................... 12 IV – Le CMH dans la présentation antigénique............................................................................. 13 1 – Apprêtement et présentation antigénique...................................................................................... 13 2 - Présentation par le CMH de classe I................................................................................................. 13 3 - Présentation par le CMH de classe II................................................................................................ 14 4 - La synapse immunologique.............................................................................................................. 15 5 – La présentation croisée................................................................................................................... 16 6 - Synthèse sur la présentation antigénique........................................................................................ 17 V- Applications médicales............................................................................................................ 18 1 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 1 – HLA et maladie................................................................................................................................ 18 2- HLA et pharmacogénétique.............................................................................................................. 19 3- Génétique des populations............................................................................................................... 19 4- Greffe................................................................................................................................................ 19 A - Greffe d’organe...................................................................................................................................... 20 B - Greffe de moelle osseuse (CSH).............................................................................................................. 21 2 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH I - Le CMH dans la réponse immunitaire : introduction 1 – Définition du CMH Le CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité) est un ensemble de molécules protéiques assemblées déterminant l’identité biologique des tissus et des organes, ainsi que la compatibilité entre ces derniers. Chez l’Homme, il est aussi appelé système HLA (Human Leukocyte Antigen). La 1ère description chez l’Homme du CMH est attribuée au Professeur Jean Dausset en 1958, récompensé par le Prix Nobel de 1980. Dans la suite du cours, CMH et HLA seront utilisés indifféremment, signifiant la même chose dans l’espèce humaine. Le CMH définit des « groupes tissulaires », bien plus complexes que les groupes sanguins (groupes ABO), appelés groupes HLA, conditionnant toutes les autres cellules de l’organisme. L’étude des greffes a constitué le cadre de découverte de ce CMH : des expériences consacrées à la compatibilité tissulaire (histocompatibilité) ont permis la mise en évidence de protéines déterminant le succès ou le rejet d’une greffe donnée et appartenant à ce complexe. 2 – Principaux gènes du CMH D’un point de vue génétique, toutes les protéines du CMH sont codées par des gènes HLA, tous situés au sein d’une même région, la région HLA, appartenant au bras court (p) du chromosome 6. Ces gènes vont être répartis en deux grands groupes : - Groupe de gènes codant pour le CMH de classe 1 : A, B et C ; - Groupe de gènes codant pour le CMH de classe 2 : DP, DQ et DR. Les protéines appartenant au CMH de classe 1 ou au CMH de classe 2 possèdent une expression membranaire : elles sont présentes au niveau de la membrane plasmique des cellules concernées. 3 – Rôles des molécules du CMH Les molécules protéiques du CMH possèdent deux rôles principaux : - Rôle de ligand des récepteurs des cellules NK (Natural Killer), endossé par les protéines du CMH de classe I et impliqué dans la réponse innée (non-détaillé davantage, voir cours de Laurence Guglielmi sur les cellules NK) ; - Rôle de présentation d’un peptide antigénique aux lymphocytes T, endossé par les protéines du CMH de classe I et de classe II et impliqué dans la réponse adaptative anti- infectieuse (contre un agent infectieux), anti-tumorale (contre une cellule tumorale) ou allogénique (contre un greffon ou contre son hôte). 3 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Pour davantage de clarté et de précisions, la réponse allogénique correspond à la réponse immunitaire dans la greffe et détermine le succès de celle-ci : c’est l’initiation d’une immunisation contre le greffon ou contre l’hôte de celui-ci (cas des greffes de moelle osseuse). Les cellules immunitaires du donneur et du receveur se retrouvent confrontées (voir V. Applications médicales). C’est ce deuxième rôle de présentation d’un peptide antigénique aux lymphocytes T qui nous intéresse dans le cadre de ce cours. En principe, l’édifice protéique du CMH (ou HLA) présente un peptide à un lymphocyte T, dont la réaction dépend de la nature du peptide : - Si le peptide est issu du « soi » (dégradation protéique…), la cellule présentatrice de ce peptide est saine et il n’y pas de réponse T (sauf en cas d’auto-immunité, défaut de reconnaissance du peptide non perçu comme issu du « soi ») ; - Si le peptide est issu du « non-soi », la cellule présentatrice de ce peptide peut être une cellule infectée, une cellule tumorale ou une cellule (allo)greffée et une réponse T spécifique de l’antigène « étranger » est alors engendrée. 4 – Immunité adaptative : réponse spécifique à l’antigène Schématiquement, on peut imager cette présentation antigénique par un mécanisme complémentaire de type « clé/serrure » : d’une part, la CPA (Cellule Présentatrice d’Antigènes), qui peut-être une cellule dendritique, un lymphocyte B ou encore un macrophage, porte à sa membrane le CMH associé au peptide antigénique. D’autre part, le lymphocyte T porte à sa membrane un récepteur TCR (T Cell Receptor en anglais). Une région spéciale du récepteur TCR, appelée paratope, est parfaitement complémentaire d’une autre région appartenant au peptide antigénique, appelée épitope, présenté par le CMH, stabilisateur de la reconnaissance. Ainsi, il y a une reconnaissance spécifique entre le complexe CMH – peptide (clé) et le récepteur TCR du lymphocyte T (serrure), via l’épitope et le paratope. 4 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 5 – Reconnaissance spécifique de l’antigène par les lymphocytes T Ainsi, comme expliqué précédemment, la reconnaissance spécifique de l’antigène présenté par le CMH aux lymphocytes T est possible grâce à un récepteur membranaire particulier, le récepteur TCR. Selon le type de lymphocyte T considéré, différents peptides peuvent être reconnus : - Les lymphocytes T CD4 (T Helper Cells en anglais) reconnaissent des peptides présentés par un CMH de classe II ; - Les lymphocytes T CD8 (T Cytotoxic Cells en anglais) reconnaissent des peptides présentés par un CMH de classe I. Le CD4 ou 8 participe à la stabilisation du complexe TCR-antigène-CMH qui orientera la réponse immunitaire. 6 – Reconnaissance spécifique de l’antigène : résumé En somme, 2 conditions sont nécessaires au déclenchement d’une réponse T : - Reconnaissance du peptide par le TCR spécifique d’un antigène donné ; - Reconnaissance du CMH présentant l’antigène par le TCR et le CD4/CD8. Attention, le lymphocyte T peut reconnaître le peptide et être activé si et seulement si ce peptide est présenté par le CMH : on dit que la réponse T est « CMH – restreinte ». 5 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH La reconnaissance du complexe CMH – peptide présente un intérêt fondamental dans la sélection des lymphocytes T lors de la lymphopoïèse de ceux-ci, dont le siège est le thymus. On observe : - Une sélection positive des lymphocytes T capables de reconnaître le CMH de l’individu (première étape pour bien reconnaître l’antigène présenté) ainsi que des peptides antigéniques du « non-soi » ; - Une sélection négative des lymphocytes T reconnaissant des peptides antigéniques du « soi » comme des peptides antigéniques du « non-soi » (lymphocytes T auto-réactifs, responsables de maladies auto-immunes). Cette partie sera davantage détaillée dans le cours Origine, différenciation et répertoire T. II – Génétique du CMH 1 – Le locus HLA : polygénie Pour rappel, toutes les protéines du CMH sont codées par des gènes HLA, tous situés au sein d’une même région, la région HLA, appartenant au bras court (p) du chromosome 6. On peut découper cette région HLA et répartir ses gènes en trois groupes : - Groupe « classe II » à gauche, avec des gènes codant pour des protéines du CMH de classe II, impliqué dans la présentation de peptides aux lymphocytes T CD4 (HLA-DR, HLA-DQ, HLA- DP) ; - Groupe « classe III » au milieu, avec des gènes codant pour des protéines possédant d’autres fonctions immunes et non-immunes ; - Groupe « classe I » à droite, avec des gènes codant pour les protéines du CMH de classe Ia dit « classique », impliqué dans la présentation de peptides aux lymphocytes T CD8 et jouant le rôle de ligand auprès des cellules NK (HLA-A, HLA-B, HLA-C). À noter que le groupe « classe I » à droite contient aussi des gènes codant pour les protéines du CMH de classe Ib dit « non-classique » (HLA-E, HLA-F, HLA-G) et ces complexes CMH non-classiques jouent des rôles différents dans la réponse immunitaire (voir III. Structure des molécules du CMH). On peut alors parler de polygénie : plusieurs gènes (exemples : HLA-A, HLA-B et HLA-C, gènes du CMH de classe Ia) codent pour des protéines (exemples : HLA-A, HLA-B, et HLA-C, protéines du CMH de classe Ia) ayant la même fonction (exemples : présentation de peptides aux lymphocytes T CD8 et rôle de ligand des cellules NK, rôles du CMH de classe Ia). 2 – Gènes HLA : multi-allélisme Chaque gène HLA possède plusieurs variants dans la population générale, autrement dit plusieurs allèles : on parle de multi-allélisme. Pour rappel, un gène donné existe sous deux versions (ou allèles) différentes, l’une héritée du père, l’autre de la mère. 6 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Le premier graphique ci-contre dépeint clairement la diversité des allèles existants (plusieurs milliers) pour chaque gène HLA. Par exemple, le gène HLA-A, codant pour les protéines HLA-A, présente 6425 allèles différents d’après des données épidémiologiques récentes (2021). Cela est déterminant dans la définition de notre identité biologique : plus il y a de variants alléliques dans la population générale, plus l’unicité de notre identité est renforcée. Ce deuxième graphique illustre encore une fois la diversité allélique majeure caractérisant les gènes HLA et nous renseigne également sur une augmentation du nombre de variants HLA décrits au cours du temps, avec le perfectionnement des outils de séquençage génétique, permettant des analyses de plus en plus fines (voir typage HLA, V. Applications médicales). 3 – Gènes HLA : co-dominance Tous les gènes HLA sont en co-dominance : autrement dit, tous ces gènes, ainsi que les deux allèles de chacun de ces gènes, s’expriment conjointement. Ainsi, une cellule peut présenter jusqu’à 6 complexes CMH différents par classe (I et II), chaque allèle codant pour un CMH (voir schéma ci-contre). Bien évidemment, si les allèles d’un gène HLA sont identiques (homozygotie pour ce gène HLA), ils coderont pour deux complexes CMH identiques, restreignant le nombre de complexes CMH différents présentés. Les notions de polygénie, de multi-allélisme et de co-dominance nous conduisent à la notion de polymorphisme. Par individu, selon si celui-ci est homozygote (deux allèles identiques) ou hétérozygote (deux allèles différents) pour un gène HLA donné, 3 à 6 complexes CMH-I différents et 3 à 6 complexes CMH-II différents sont capables de présenter des antigènes en surface. Plus l’on dispose de complexes CMH différents, plus l’on peut présenter des peptides antigéniques différents et plus notre répertoire de présentation antigénique est important, conditionnant alors notre performance individuelle de réponse à l’antigène étranger. Le polymorphisme est important pour augmenter les performances dans la réponse immunitaire. 7 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 4 – Hérédité des gènes HLA : haplotype L’hérédité des gènes HLA est assez simple : ils sont transmis en « haplotype ». Un haplotype correspond à un ensemble d’allèles de gènes génétiquement liés sur un même chromosome et transmis ensemble « en bloc ». Les gènes HLA se trouvant tous sur le même chromosome (chromosome 6) et dans une même région (région HLA), leur transmission en bloc sous forme d’un haplotype est possible. Comme indiqué ci-dessus, les deux parents, possédant deux chromosomes 6 chacun, sont susceptibles de transmettre à leurs enfants 2 sortes d’haplotypes chacun, comprenant certains types d’allèles (haplotype 1 et haplotype 2 pour le père, haplotype 3 et haplotype 4 pour la mère). Les combinaisons d’haplotypes pour leurs enfants sont alors au nombre de 4, sachant qu’un haplotype vient obligatoirement du père, et l’autre de la mère. Ainsi, les deux parents peuvent donner naissance à des enfants pouvant posséder la même combinaison d’haplotypes à 1 chance sur 4 (intérêt pour les greffes, voir V. Applications médicales). 5 – Allèles HLA en déséquilibre de liaison En revanche, d’après des études menées, certaines associations d’allèles HLA et donc certains haplotypes sont plus fréquents que d’autres dans la population générale : on dit que les allèles HLA sont en déséquilibre de liaison, certains d’entre eux seront plus souvent associés. C’est le cas par exemple des gènes HLA-B8 et HLA-DR3, qui possèdent une fréquence observée d’association beaucoup plus forte que la fréquence d’association théorique (7,4% VS 1,2%). On peut expliquer ce phénomène par : - Un avantage sélectif de certains haplotypes, dans une population donnée (question ethnique) ; - Un manque de mélange entre les populations pour pouvoir observer toutes les combinaisons ; - Des crossing-overs méïotiques rares entre ces gènes, très proches les uns des autres dans la région HLA, et seulement dans des zones privilégiées. 8 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 6 – Système HLA : points clés à retenir - La polygénie implique que les protéines du CMH peuvent être codées par plusieurs gènes (gènes HLA-A, HLA-B et HLA-C pour le CMH de classe I, gènes HLA-DR, HLA-DQ et HLA-DP pour le CMH de classe II). - Le polymorphisme implique que de nombreux allèles ont été décrits pour chaque gène HLA. - Les gènes HLA sont en relation étroite, étant positionnés sur des loci proches les uns des autres le long du chromosome 6, dans la région HLA, impliquant que leur transmission se fasse en bloc (haplotype). - Les allèles HLA sont en déséquilibre de liaison et impliquent l’apparition de combinaisons voire d’haplotypes préférentiels, caractérisant une population donnée (population caucasienne…). - Toutes ces caractéristiques permettent la constitution d’une identité tissulaire ou biologique quasiment unique à l’échelle de l’individu (« soi »). III – Structure des molécules du CMH 1 – CMH de classe I La protéine constitutive du CMH de classe I est un hétérodimère de 2 chaînes polypeptidiques liées de façon non-covalente : - Une chaîne lourde 𝜶, codée par les gènes de la région HLA de classe I du chromosome 6, constituée de 3 domaines : o Les domaines 𝜶𝟏 et 𝜶𝟐 forment la région la plus soumise au polymorphisme (diversité des peptides présentés) et la poche à peptide ; o Le domaine 𝜶3 forme une région très conservée (tout le monde possède la même séquence d’acides aminés) et constitue le site de liaison au CD8 des lymphocytes T. - Une chaîne légère, appelée 𝜷𝟐 − microglobuline, codée par des gènes du chromosome 15 et invariante (protéine de stabilisation stérique de la chaîne 𝛼). 9 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 2 – CMH de classe II La protéine constitutive du CMH de classe II est un hétérodimère de 2 chaînes polypeptidiques liées de façon non- covalente : - Une chaîne 𝜶, constituée de 2 domaines (𝜶𝟏 peu soumis au polymorphisme, et 𝜶𝟐) et codée par les gènes HLA-DPA, HLA-DQA et HLA- DRA ; - Une chaîne 𝜷, constituée de 2 domaines (𝜷𝟏 très soumis au polymorphisme, et 𝜷𝟐) et codée par les gènes HLA-DPB, HLA-DQB et HLA- DRB. Les domaines 𝛼1 et 𝛽1 forment la poche à peptide. Les domaines 𝛼2 et 𝛽2 forment des régions conservées et constituent le site de liaison au CD4 des lymphocytes T. 3 – Poche à peptide La poche à peptide présente différentes caractéristiques selon la classe de CMH considérée : - Pour le CMH de classe I : la poche à peptide est assez fermée et peut contenir des peptides courts, de 8 à 10 acides aminés ; - Pour le CMH de classe II : la poche à peptide est ouverte et peut contenir des peptides longs, de 16 à 25 acides aminés. Poche à peptide du CMH de classe I Poche à peptide du CMH de classe II Au sein de la chaîne polypeptidique du peptide, certains résidus (ou acides aminés) vont constituer des résidus d’ancrage à la poche à peptide du CMH (interactions et affinités avec les acides aminés des domaines constitutifs de cette poche) tandis que d’autres vont être des résidus de reconnaissance spécifiquement détectés par le récepteur TCR d’un lymphocyte T donné. Les interactions mises en jeu ne sont pas covalentes. Ainsi, certains résidus semblent obligatoires, pour l’ancrage ou la reconnaissance, mais les autres non concernés par ces interactions sont « neutres » et peuvent être de natures multiples, permettant ainsi de présenter toutes sorte de peptides. 10 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Suivant que le peptide soit présenté par un CMH de classe I ou un CMH de classe II, il ne possède pas les mêmes caractéristiques : - Pour le CMH de classe I : le peptide est plus court, possède environ 4 résidus d’ancrage au niveau des extrémités ainsi que 3 résidus de reconnaissance en surface ; - Pour le CMH de classe II : le peptide est plus long, soumis à moins de contraintes, possède environ 4 résidus d’ancrage ainsi que 3 résidus de reconnaissance en son centre et ne présente pas de liaisons à ses extrémités. En somme, chaque molécule (ou protéine) de CMH : - Expose 1 peptide à la fois ; - Peut adresser différents peptides, source d’un répertoire de peptides très varié (l’ancrage partiel, par quelques résidus seulement, laissant le « choix » pour les acides aminés « neutres » du reste de la chaîne polypeptidique) ; - Présente les peptides définis par leur affinité de liaison (selon les acides aminés des sites d’ancrage et les acides aminés de la poche à peptide). 4 – Impacts du polymorphisme des gènes HLA Le polymorphisme des gènes HLA induit divers impacts : - Les peptides présentés par le CMH sont différents pour chaque individu, les poches à peptides codées par les gènes HLA étant particulièrement impactées par ce phénomène et ayant des affinités pour des résidus d’ancrage spécifiques ; - Le répertoire de peptides présentés est tout de même conditionné et limité par les allèles HLA (hérités des parents), on ne peut pas présenter tous les peptides existants ; - La visibilité par le lymphocyte T est très variable, selon le complexe CMH – peptide présenté : ainsi, par exemple, face à une infection donnée, la réponse immunitaire d’un individu à l’autre peut être modifiée et plus ou moins performante (sensibilité variable au sein de la population) définissant des bons et des mauvais répondeurs (notion d’avantage sélectif conféré par certains allèles HLA). 11 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Le schéma ci-dessus est peut-être davantage parlant. Pierre et Paul possèdent des molécules HLA différentes et, pour une même infection, les peptides antigéniques présentés par ces molécules seront différents, induisant des réponses immunitaires contrastées entre les deux garçons. De plus, Pierre et Paul possèdent leurs propres peptides du « soi » et un peptide du « soi » appartenant à Pierre sera perçu comme un peptide du « non-soi » par les cellules de Paul. 5 – Expression du CMH L’expression cellulaire en surface du CMH dépend de la classe de celui-ci. Le CMH de classe I est exprimé par toutes les cellules nucléées (par définition, toutes les cellules de l’organisme, mis à part les globules rouges), de façon plus ou moins forte selon les tissus (par exemple, son expression est quasi-absente dans les neurones, peu impliqués dans les mécanismes immunitaires et protégés). Son expression peut être induite (devenir plus importante) par les interférons de type I, produits par les cellules infectées par un virus afin d’alerter les cellules voisines, et au contraire diminuée voire inhibée par des mécanismes d’échappement viral ou tumoral à la réponse immunitaire. On peut qualifier l’expression du CMH de classe I d’expression ubiquitaire. Le CMH de classe II est exprimé à l’état basal par les cellules présentatrices d’antigènes professionnelles, comme les cellules dendritiques, les monocytes, les macrophages, les lymphocytes B. Son expression peut être induite par l’interféron 𝜸, produit dans des cas inflammatoires assez vastes (infection virale…), à la surface des lymphocytes T activés, des cellules endothéliales (en cas d’inflammation vasculaire, observée dans certaines greffes, avec un greffon vascularisé au cœur d’une inflammation endothéliale favorisant le rejet) ou encore des cellules épithéliales, qui n’expriment pas à l’état basal ce CMH. On peut qualifier l’expression du CMH de classe II d’expression restreinte. 6 – Un mot sur les molécules du CMH non-classiques Les protéines du CMH de classe Ib dites « non-classiques » sont codées par les gènes HLA-E, HLA-F et HLA-G, appartenant au même groupe que les gènes codant pour les protéines du CMH de classe Ia dit « classique » (HLA-A, HLA-B et HLA-C). Ces protéines Ib possèdent d’ailleurs la même structure que le CMH de classe Ia et les gènes qui les codent sont soumis à un polymorphisme très limité. L’expression du CMH de classe Ib est restreinte à certains tissus (contrairement au CMH de classe Ia, exprimé par toutes les cellules nucléées) et est inductible. 12 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH On peut prendre deux exemples : - La protéine HLA-E est une molécule dite de « stress » et donc exprimée par des cellules se trouvant dans un état de stress endogène, oxydant… ; - La protéine HLA-G est une molécule dite de « tolérance » et présente un intérêt majeur lors de la grossesse : elle constitue le ligand de récepteurs inhibiteurs des cellules NK et des lymphocytes T maternels (effet protecteur à l’égard de la cytotoxicité maternelle), elle est exprimée sur les trophoblastes fœtaux et le placenta et garantit une tolérance à l’interface materno-fœtale (tolérance du fœtus qui est du « non-soi » pour la mère, ne partageant que la moitié de son patrimoine génétique). IV – Le CMH dans la présentation antigénique 1 – Apprêtement et présentation antigénique L’apprêtement correspond à l’ensemble des étapes préalables à l’enchâssement du peptide dans la poche à peptide du CMH. Un complexe du CMH mature est toujours chargé d’un peptide, et la capture d’un peptide, qu’il provienne du soi ou du non-soi, est la dernière étape de stabilisation du complexe du CMH. La présentation antigénique aux lymphocytes T est définie par la reconnaissance du complexe CMH-peptide par le récepteur TCR du lymphocyte T, qui est spécifique de l’antigène présenté. C’est le concept de « synapse » immunologique. La séquence protéique du récepteur TCR est issue d’un réarrangement génétique aléatoire (voir cours Origine, différenciation et répertoire T). Les lymphocytes non-autoréactifs qui ont été sélectionnés dans le thymus présentent donc une très grande diversité de récepteurs TCR (un par lymphocyte). Cet ensemble de récepteurs TCR différents est appelé répertoire T. Statistiquement, il y a tellement de TCR différents chez un individu qu’il y a toutes les chances que quelques-uns d’entre eux reconnaissent le peptide présenté par le CMH. De plus, un pathogène donné est à l’origine de nombreux antigènes, qui finiront potentiellement tous présentés sous forme de peptide par le CMH, réduisant encore les chances de non-réponse de l’immunité adaptative. 2 - Présentation par le CMH de classe I La première étape est de découper les peptides. Le CMH de classe I présente des peptides endogènes, issus du cytoplasme. Le protéasome se charge de décomposer les protéines endogènes en peptides, qu’elles proviennent du soi ou du non-soi. Les peptides sont internalisés dans le réticulum endoplasmique (RE) via le portail TAP (composé de deux protéines, TAP 1 et TAP 2). 13 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Sur le schéma ci-dessus, un virus a infecté la cellule en entrant dans le cytosol. La maturation du CMH de classe I comprend plusieurs étapes (de droite à gauche sur le schéma) : 1 - Initialement, les trois domaines non-repliés de la chaîne 𝜶 sont associés à une protéine chaperonne ; 2 - La 𝜷𝟐 − microglobuline est ajoutée sur le complexe et permet le repliement de la chaîne 𝛼; 3 - Les chaperonnes se détachent ; 4 - La poche à peptide accueille un peptide, stabilisant la molécule du CMH ; 5 - Le CMH de classe I mature ainsi formé migre vers la membrane plasmique en passant par l’appareil de Golgi ; 6 - La présentation du peptide aux lymphocytes T CD8 peut avoir lieu (attention, le CD8 n’est pas représenté sur le schéma). On parle ici d’apprêtement pré-golgien car la poche à peptide reçoit un peptide avant le passage du CMH de classe I par l’appareil de Golgi. 3 - Présentation par le CMH de classe II Elle concerne les peptides issus de la dégradation de corps extracellulaires (débris cellulaires, bactéries phagocytées…). Le CMH de classe II n’est exprimé que par les CPA dont la plupart comme les cellules dendritiques et les macrophages sont capables de phagocytose. Les peptides sont phagocytés (ou endocytés) et dégradés par les protéases lysosomales. Ils resteront dans l’endolysosome jusqu’à leur association avec le CMH de classe II. 14 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH La maturation du CMH de classe II comprend plusieurs étapes, qui sont représentées sur le schéma ci-dessus : 1 - Les chaînes 𝜶 et 𝜷 du CMH de classe II s’assemblent dans le RE ; 2 - Une protéine, la chaîne Ii, s’associe à ce complexe pour le stabiliser ; 3 - Ce CMH de classe II immature passe par l’appareil de Golgi pour se retrouver à la membrane plasmique (sans peptide enchâssé) ou dans un endolysosome. Ces deux chemins reviennent in fine au même car les complexes CMH de classe II immatures ayant pris le chemin membranaire pourront être endocytés plus tard et ramenés vers un endolysosome. Ils demeurent de toute manière inactifs et sans fonction propre tant qu’ils sont immatures ; 4 - Dans l’endolysosome, des protéases dégradent la chaîne Ii et ne laissent qu’un petit bout appelé « CLIP » ; 5 - Le CLIP est remplacé par un peptide (avec l’aide de la chaîne invariante HLA-DM) ; 6 - Le CMH de classe II mature ainsi formé migre vers la membrane plasmique et peut effectuer une présentation du peptide à un lymphocyte T CD4 (attention, le CD4 n’est pas représenté sur ce schéma). On parle d’apprêtement post-golgien car la poche à peptide reçoit un peptide après le passage du CMH de classe II dans l’appareil de Golgi. 4 - La synapse immunologique La synapse immunologique est une relation étroite entre la CPA et le lymphocyte T, impliquant le CD4 ou 8, le TCR et le CMH, avec de nombreuses autres protéines qui stabilisent la liaison et prolongent ainsi l’interaction, qui peut durer plusieurs heures. Ces autres protéines sont des molécules de co-activation (que l’on verra plus tard). Mais le premier signal essentiel est la reconnaissance par un récepteur TCR d’un antigène présenté par le CMH. 15 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 5 – La présentation croisée Dans le cas d’une infection virale, le virus internalisé par la cellule infectée génère des peptides endogènes. Il est nécessaire de tuer les cellules infectées par une réponse cytotoxique CD8- dépendante, mais sans infecter les CPA elles-mêmes. Questions intermédiaires : Quelle nature de peptides présentés dans ce cas ?  Peptides endogènes Quel CMH mis en jeu ?  CMH de classe I (interraction possible avec les lymphocytes T CD8 cytotoxiques) Quel trajet du peptide viral avant présentation ?  Pour la cellule infectée, le peptide viral effectue le trajet classique de la présentation par le CMH I vu précédemment. Lors de la reconnaissance par un lymphocyte T CD8 activé préalablement par une CPA, ce dernier enclenchera la suppression de la cellule infectée.  Pour la CPA, cela passe par la présentation croisée, ce qui lui permet d’activer des lymphocytes T CD8 tout en évitant d’être infectée par le virus. Seules les cellules dendritiques peuvent effectuer ce type de présentation. Lors de la présentation croisée, un peptide exogène qui a été endocyté est présenté via le CMH de classe I (habituellement réservé aux peptides endogènes). Cette présentation particulière peut se faire par deux voies différentes, cytosolique ou vacuolaire. 16 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Le schéma ci-dessus représente les étapes de la présentation croisée. Les deux premières étapes sont communes aux deux voies : 1 - La cellule dendritique phagocyte ou endocyte des particules virales ; 2 - Les particules virales sont dégradées dans un endolysosome (phagosome sur le schéma). Dans la voie cytosolique : 3 - Les peptides issus de la dégradation sont transférés dans le cytosol par des transporteurs ; 4 - La voie classique du CMH de classe I ( sur le schéma) vue précédemment permet la présentation des peptides transférés à la membrane plasmique. Une voie alternative plus rapide appelée ERGIC ( sur le schéma) implique un retour des peptides dans l’endolysosome après leur dégradation par le protéasome, où ils peuvent s’associer à un CMH de classe I issu d’un recyclage membranaire. Le CMH de classe I migre ensuite vers la membrane plasmique. Dans la voie vacuolaire : 3 - Le peptide s’associe directement à un CMH de classe I issu d’un recyclage membranaire et migre ensuite vers la membrane plasmique. 6 - Synthèse sur la présentation antigénique - La présentation antigénique est le relais entre les réponses immunitaires innée et adaptative. - Elle repose sur l’association du CMH avec un peptide antigénique dans une CPA. 17 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Le schéma ci-dessus récapitule les étapes d’activation de l’immunité adaptative dans le cas d’une infection : 1 - La réponse inflammatoire est corrélée à l’apparition de signaux de danger, les PAMPs (Pathogen Associated Molecular Patterns en anglais) et les DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns en anglais). Ces signaux activent les cellules dendritiques qui capturent des peptides antigéniques (voir cours Physiologie de la cellule dendritique) ; 2 - Les cellules dendritiques activées migrent vers les ganglions lymphatiques qui abritent des lymphocytes T ; 3 - Les cellules dendritiques présentent leur antigène à de nombreux lymphocytes mais seuls ceux disposant d’un récepteur TCR spécifique de cet antigène s’activent (double flèche verte sur le schéma) et se mettent à proliférer ; 4 - Les lymphocytes T activés deviennent effecteurs ou mémoire, passent dans la circulation sanguine et migrent vers les sites infectés. V- Applications médicales 1 – HLA et maladie Certains allèles du CMH sont des facteurs de susceptibilité à certaines pathologies. En particulier, la maladie coeliaque est associée aux allèles DQ2 et DQ8 et la spondylarthrite ankylosante est associée à l’allèle B27 (98% des cas). Certains allèles sont associés dans une moindre mesure au diabète (DQA1*03 :01, DQB1*03 :02) ou à la polyarthrite rhumatoïde (DR4). Certains allèles sont aussi des facteurs protecteurs, comme B53 qui améliore la réponse face au paludisme. 18 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH 2- HLA et pharmacogénétique Certains allèles favorisent une hypersensibilité à certains médicaments. Un cas d’école est l’Abacavir, un antirétroviral indiqué dans le traitement du VIH, qui peut provoquer un effet indésirable grave chez les porteurs de l’allèle B*57 :01. Un typage de cet allèle est donc systématiquement effectué en amont pour les patients devant suivre ce traitement. L’Abacavir en lui-même est une petite molécule non-peptidique qui ne déclenche pas de réponse immunitaire. Sa liaison avec une protéine sous forme d’haptène modifie cependant la structure de cette protéine. Cela crée une néo-protéine, qui génère un néo-antigène non-reconnu comme le soi. Lorsque cette protéine sera dégradée par le protéasome, le néo-antigène qui en résulte pourra être présenté uniquement via l’allèle B*57:01. Cela génère une réponse T auto-immune systémique qui provoque un rash important. Les protéines impliquées dans ce mécanisme ne sont pas encore connues. 3- Génétique des populations En fonction des ethnies et des haplotypes présents plus fréquemment dans certaines populations, il est possible de remonter aux migrations et mélanges de populations historiques. 4- Greffe Les molécules du CMH sont très immunogènes. Ces protéines peuvent elles-mêmes être dégradées et donner des peptides qui seront présentés en tant qu’antigènes par le CMH. Les patients vont donc développer une immunité cellulaire (cytotoxique) et humorale (anticorps) à l’encontre de molécules du CMH qui ne leur appartiennent pas. Le CMH I est exprimé de manière ubiquitaire dans l’organisme, et le CMH II dans les cellules immunitaires ainsi qu’à la surface des cellules endothéliales lors d’une inflammation. Pendant une greffe, il est inévitable de provoquer une inflammation durant le laps de temps où le greffon passe du donneur au receveur, à cause du stress cellulaire dû à l’ischémie puis à la reperfusion du greffon. 19 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Ce stress augmente donc l’expression du CMH II dans le greffon de manière proportionnelle au degré de vascularisation du tissu donné. Les organes les plus à risque de rejet sont donc les reins, le cœur et le pancréas. Le foie est un organe peu immunogène malgré sa forte vascularisation, et ne provoquera que de rares rejets. Il est essentiel d’évaluer la compatibilité donneur/receveur afin d’éviter un rejet aigü du greffon. Un rejet chronique aura toujours lieu mais pourra être minimisé par des traitements. Il existe plusieurs cas de greffes différents : - Lorsque le patient est immunocompétent et reçoit un organe  le receveur risque de rejeter le greffon comme vu plus haut ; - Lorsque le patient n’a plus de système immunitaire et reçoit une greffe de CSH (Cellules Souches Hématopoiétiques)  le greffon immunocompétent risque de rejeter le receveur. Des traitements immunosuppresseurs efficaces existent contre le rejet cellulaire (médié par les lymphocytes T) mais pas contre le rejet humoral (médié par les lymphocytes B). C’est notamment le rejet humoral par production d’anticorps qui mènera au rejet chronique du greffon. A - Greffe d’organe Le patient ne doit pas être pré-immunisé contre le CMH du donneur. On effectue donc un typage du donneur systématique. On recherche chez le patient des anticorps anti-HLA dirigés contre les protéines HLA du greffon dits « DSA » (donor-specific antibodies). Ces DSA peuvent être issus de transfusions passées (même si les globules rouges n’expriment pas le CMH, il y a toujours quelques protéines circulantes qui peuvent passer lors d’une transfusion…), d’autres greffes ou d’une grossesse (CMH du fœtus). Si ces DSA sont absents, la greffe est possible. Deux types de tests de compatibilité appelés « crossmatch » peuvent être entrepris : - Le premier dit « virtuel » est un test théorique en fonction du typage HLA (génétique) du donneur et des anticorps anti-HLA (sériques) du receveur. Dans l’exemple donné ci-dessous, on retrouve l’allèle A2 chez le donneur et des anticorps anti-HLA-A2 chez le receveur. La greffe n’est donc pas possible. - Le second dit « réel » un test in-vitro de cytotoxicité dépendant du complément (voir cours Inflammation, phagocytose, complément). Il est utilisé en urgence avant la greffe dans le cas d’un doute sur le crossmatch virtuel, si ce-dernier n’a pas été réalisé ou dans le cas d’une greffe à haut risque (reins, cœur, pancréas). Un prélèvement de ganglion lymphatique et de rate du donneur est effectué, ainsi qu’un prélèvement de sang du donneur. Les lymphocytes T du donneur expriment le CMH-I et ses lymphocytes B expriment le CMH-I et le CMH-II (car ils peuvent faire fonction de CPA). Ces lymphocytes issus du donneur sont mis en culture 20 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH avec le sérum du receveur qui pourrait contenir des anticorps anti-HLA donneur. On utilise alors un colorant vital pour déterminer le taux de survie respectif des lymphocytes T et B du donneur. Si seuls les lymphocytes B présentent une mort cellulaire importante, le receveur dispose d’anticorps anti-HLA II donneur. Si les lymphocytes B et T présentent une mort cellulaire importante, le receveur dispose d’anticorps anti-HLA I donneur. Si aucune mortalité cellulaire n’est observée, le receveur ne dispose pas d’anticorps anti-HLA donneur et la greffe est possible. B - Greffe de moelle osseuse (CSH) La greffe de CSH est une immunothérapie curative des hémopathies malignes telles que les leucémies aigües. Le principe est ici inverse de la greffe d’organe : l’objectif est de remplacer les cellules hématopoïétiques défectueuses du patient par les cellules saines d’un donneur. Ces cellules aboutissant à la fabrication des globules blancs, globules rouges et plaquettes, cela correspond à un remplacement du système immunitaire du patient. On détermine en premier lieu l’identité HLA du donneur. Puis, dans un second temps, on recherche un donneur compatible dans sa famille, avec 1 chance sur 4 de trouver un donneur 100% compatible parmi les frères et sœurs (comme vu en II. Génétique du CMH). Si aucun membre de sa famille n’est compatible, on cherche sur des listes de donneurs internationales. Ce typage se fait sur les locus A, B, C, DR, DQ et DP. La moindre incompatibilité ou ‘’missmatch’’ peut déclencher une réaction immunitaire du greffon à l’encontre de l’organisme receveur. La greffe peut-être : - Géno-identique (100%) : issue de la famille avec les 2 mêmes haplotypes ; - Haplo-identique (50%) : issue de la famille avec 1 haplotype identique ; - Phéno-identique (99%) : même typage HLA que le patient receveur avec un risque de polymorphisme sur les régions HLA qui n’ont pas été séquencées (les moins polymorphes). 21 UE Immunologie : bases fondamentales – Claire Lozano – Le CMH Sur le schéma ci-dessus, on voit qu’un frère de la patiente est géno-identique et est donc un très bon candidat pour être le donneur. De plus, les parents partagent obligatoirement un haplotype avec leur enfant et sont donc haplo-identiques. Dans le cas d’un don sur fichier, les chances de trouver un donneur compatible sont très faibles. Il est donc nécessaire que ces listes soient très fournies afin d’avoir les meilleures chances de trouver un donneur compatible. D’après les données de l’agence de la biomédecine d’il y a dix ans (2014), 7 patients sur 10 trouvaient un donneur compatible, dont 4 dans leur fratrie et 3 sur un fichier international. 3 patients sur 10 ne trouvaient pas de donneur et des approches alternatives peuvent être envisagées aujourd'hui avec un donneur seulement haplo-identique, mais nécessitent des traitements immunosuppresseurs plus importants pour éviter le rejet. Note importante : des QCMs d’entraînement corrigés sont proposés sur le diaporama de la professeur (disponible dans le Google Drive de la ronéo ou sur Moodle) et il peut être intéressant de les travailler une fois le cours maîtrisé. 22