Réponses immunitaires adaptatives humorales PDF

FACULTE DE MEDECINE IBN EL JAZZAR SOUSSE Première Année MEDECINE IMMUNOLOGIE Réponses immunitaires adaptatives humorales Pr. Foued Ben Hadj Slama Année universitaire 2022– 2023...

FACULTE DE MEDECINE IBN EL JAZZAR SOUSSE Première Année MEDECINE IMMUNOLOGIE Réponses immunitaires adaptatives humorales Pr. Foued Ben Hadj Slama Année universitaire 2022– 2023 1 Objectifs d’apprentissage : - Expliquer le devenir du lymphocyte B suite à son activation dans le ganglion par l’antigène - Décrire les différentes étapes de la différenciation des lymphocytes B au niveau du centre germinatif - Identifier le rôle de la cellule folliculaire dendritique dans le processus d’activation du lymphocyte B - Analyser les variations qualitatives et quantitatives de la production des anticorps au cours de la réponse immune - Comparer les caractéristiques des anticorps monoclonaux par rapport à celles des anticorps polyclonaux - Illustrer la technique de production des anticorps monoclonaux - Reconnaitre les différentes utilisations des anticorps monoclonaux pour le diagnostic et la thérapeutique 2  Réponses immunitaires adaptatives humorales Les lymphocytes B produisent des anticorps spécifiques afin d’éliminer les bactéries, les virus ou les parasites qui se sont introduits dans l’organisme. Ces anticorps circulent dans le sang et peuvent rapidement reconnaitre les pathogènes et se lier à eux afin de faciliter leur élimination. La production des anticorps lors du premier contact avec un agent infectieux prend une semaine en moyenne pour avoir une quantité suffisante d’anticorps. Au cours de la réponse immune humorale la quantité et l’affinité des anticorps augmentent. Plusieurs étapes sont nécessaires afin d’avoir une bonne réponse humorale 1- Induction d’une réponse humorale dans le ganglion Des réponses immunitaires humorales sont induites lorsque, les lymphocytes B spécifiques d’un antigène se trouvant dans les follicules lymphoïdes de la rate, des ganglions lymphatiques et des tissus lymphoïdes des muqueuses reconnaissent des antigènes. 1-1- Captation et présentation de l’antigène aux lymphocytes B dans le ganglion : Les antigènes dans les tissus ou le sang sont transportés et concentrés dans les follicules riches en lymphocytes B. Un ganglion lymphatique est un filtre efficace capable de capter plus de 90 % d’un antigène apporté par les lymphatiques afférents. Dans les ganglions lymphatiques, les macrophages qui bordent le sinus sous- capsulaire peuvent capter les antigènes et les présenter aux cellules B dans les follicules adjacents. Les lymphocytes B spécifiques d’un antigène utilisent les immunoglobulines membranaires qui leur servent de récepteurs (B cell receptor ou BCR) pour reconnaître l’antigène dans sa conformation native. 3 1-2 – Reconnaissance de l’antigène par le BCR Au stade mature (ou naïf), le lymphocyte B possède des IgM et des IgD à sa surface. Le lymphocyte B mémoire a des IgG, IgA ou IgE à sa membrane alors que le plasmocyte ne présente plus de BCR Les IgM membranaires sont sous forme monomérique contrairement aux IgM sériques qui sont pentamériques. Le BCR possède, par rapport aux immunoglobulines sécrétées, une partie hydrophobe supplémentaire qui lui permet de s’ancrer dans la membrane et un court segment intracytoplasmique. Quand ils reconnaissent un antigène, ils sont ainsi incapables de transmettre eux-mêmes les signaux. Les récepteurs sont liés de manière non covalente à deux protéines, dénommées Igα (ou CD79a) et Igβ (ou CD79b), l’ensemble formant le complexe du récepteur des cellules B (BCR). Les domaines cytoplasmiques des protéines Igα et Igβ contiennent des motifs d’activation à base de tyrosine (Motifs ITAM) capables de transduire les messages L’antigène induit le regroupement des récepteurs Ig membranaires, ce qui déclenche des signaux biochimiques qui sont transmis (transduits) par des molécules de signalisation cytoplasmiques associées à ces récepteurs. La transduction des signaux assurée par le BCR nécessite le pontage d’au moins deux molécules de récepteurs 4 1-3- Rôle des protéines du complément dans l’activation des cellules B Les lymphocytes B expriment le récepteur CR2 (complement receptor type 2, appelé aussi CD21) qui lie C3d. Les lymphocytes B spécifiques des antigènes microbiens reconnaissent l’antigène par leurs BCR et reconnaissent simultanément, par le récepteur CR2, C3d lié au microbe. L’engagement de CR2 stimule fortement l’activation des lymphocytes B par l’antigène. Le récepteur CR2 est fixé à un complexe de protéines (CD19, CD81) qui transmet des signaux d’activation dans le lymphocyte B. 5 1-4- Conséquences fonctionnelles de l’activation des lymphocytes B par un antigène Les lymphocytes B activés endocytent l’antigène protéique qui se lie de manière spécifique au récepteur de cellule B, ils le dégradent et présentent des peptides sous une forme qui peut être reconnue par des cellules T helper. Il en résulte que les lymphocytes B activés migrent à l’extérieur des follicules et se dirigent vers le compartiment dans lequel les lymphocytes T helper sont concentrés. Les cellules B activées réduisent l’expression de leurs récepteurs pour les chimiokines produites dans les follicules lymphoïdes dont la fonction est de maintenir les lymphocytes B dans ces follicules. En même temps, il y a une expression accrue de récepteurs de chimiokines qui sont produites dans la zone des cellules T des organes lymphoïdes. Comme pour les lymphocytes T, l’activation d’un lymphocyte B requiert des signaux supplémentaires à celui qui provient de l’interaction avec l’antigène 1-5- Devenir de la réponse humorale à la suite de l’activation du lymphocyte B dans le ganglion par l’antigène À la suite de l’interaction avec le lymphocyte T, le lymphocyte B peut suivre l’une des 2 voies suivantes : ▪ Soit il se différencie en plasmocyte et sécrète des IgM : C’est la réponse extrafolliculaire. Elle apporte une réponse rapide vis-à-vis de l’antigène nécessaire surtout en cas d’infection. ▪ Soit il subit une prolifération et une différenciation au sein du centre germinatif à l’intérieur du follicule lymphoïde ✓ Elles aboutissent à la synthèse d’anticorps o D’une autre classe (IgG, IgA, IgE) o En plus grande quantité o Ayant une forte affinité pour l’antigène ✓ Ce processus met plus d’une semaine pour se mettre en place mais il apporte une réponse anticorps plus efficace, qui dure 6  plus longtemps et produit des lymphocytes B à mémoire nécessaires lors d’une réinfection Ainsi, le lymphocyte B, tel un pays qui rentre en guerre, utilise d’abord l’arme dont il dispose pour faire face à l’agresseur et, en parallèle, il se met à fabriquer des armes mieux adaptées à l’agresseur et plus efficaces. En plus il se prépare à une attaque ultérieure. 2- La réponse extrafolliculaire La réponse extrafolliculaire induit une production rapide d’anticorps après la rencontre avec l’antigène.Elle se passe en différentes étapes 2-1- Etapes de la réponse anticorps extrafolliculaire ▪ Quelques heures après la rencontre avec l’antigène, les cellules B expriment CCR7, le récepteur des chimiokines produites dans le paracortex (CCL19 et CCL21), ce qui conduit à leur migration vers la zone des cellules T ▪ Au niveau de la frontière zone T-zone B, le LB interagit avec un LT qui a déjà été activé par l’antigène présenté par une cellule dendritique et différencié en T helper folliculaire (TFh). Le TFh exprime CCR5 le récepteur des chimiokines produites dans la zone B (CCL3 et CCL4), ce qui lui permet de migrer vers la zone B 7  ▪ Le TFh sécrète l’IL-21 qui est nécessaire pour la génération de la réponse humorale extrafolliculaire ainsi que pour le développement ▪ Le LB se différencie en plasmocyte et regagne la zone B. Il sécrète essentiellement des IgM à faible affinité pour l’antigène et a une courte durée de vie 2-2- Caractéristiques de la réponse extrafolliculaire (EF) ▪ La réponse EF débute très rapidement après une infection ou une vaccination et produit une première vague d’anticorps avant même que le centre germinatif ne commence à se former. Elle se produit en général dans un délai d’une semaine alors que le centre germinatif peut mettre 1 à plusieurs semaines pour mûrir ▪ Cette sécrétion immédiate d’anticorps est nécessaire afin de neutraliser rapidement au moins une partie de l’antigène étranger. En cas d’infection virale, elle permet d'éviter la propagation des virus avant qu'ils ne soient éliminés par les anticorps à haute affinité produits à partir descentres germinatifs 8  ▪ La réponse EF génère des anticorps IgM qui peuvent se lier aux antigènes pour former des complexes immuns (CI) avec activation du système du complément. Les CI peuvent être captés par les cellules folliculaires dendritiques grâce aux récepteurs du complément et présentés aux lymphocytes B ▪ L’IgM est une grosse immunoglobuline qui est essentiellement intravasculaire. Elle est destinée à protéger surtout le sang contre les pathogènes pour que le sang reste stérile et ne propage pas une éventuelle infection vers d’autres organes et tissus ▪ Bien que l’affinité de l’IgM soit faible, elle a l’avantage d’avoir une grande capacité de liaison à l’antigène (5 monomères associés ensemble), de posséder une polyréactivité (peut reconnaitre des antigènes différents mais proches) ▪ Cette classe d’anticorps est la première décelable lors de la réponse immunitaire sérique car sa production ne nécessite pas d'expansion clonale. Elle a une durée de vie très courte (5 jours). Les IgM ne passent pas la barrière placentaire pour aller de la mère à l'enfant durant la gestation 3- Différenciation des lymphocytes B au niveau du centre germinatif Les centres germinatifs apparaissent dans les 7 à 10 jours qui font suite à une exposition initiale à un antigène (réponse primaire à un antigène) et peuvent durer pendant plusieurs semaines (même après la disparition de l’antigène). Ils sont constitués par quelques cellules B activées par l’antigène qui, de concert avec quelques cellules Th activées, migrent vers le centre du follicule et forment un centre germinatif. Cinq évènements importants se produisent dans le centre germinatif : prolifération, maturation d’affinité, sélection, commutation de classe et différenciation (avec formation de plasmocytes et de lymphocytes B à mémoire) 9 3-1- Prolifération des lymphocytes B Pour initier une réponse de type folliculaire, les cellules B activées au contact du Thf se déplacent de la frontière T-B vers le follicule ▪ Les cellules B activées subissent une intense prolifération et constituent les centroblastes ▪ Les centroblastes forment la zone sombre du centre germinatif (grande condensation de cellules) ▪ Ils se distinguent par leur grande taille et l’absence de BCR (ils n’ont en pas besoin au cours de la prolifération) 3-2- Les hypermutations somatiques ▪ Les centroblastes subissent des mutations des gènes des régions variables des immunoglobulinesafin d’augmenter l’affinité de l’anticorps pour l’antigène. L’augmentation de l’affinité rend l’anticorps plus efficace en captant plus facilement l’antigène 10  ▪ Après arrêt de la division cellulaire, les centroblastes expriment une Ig de surface ▪ A ce stade, ils sont appelés centrocytes ▪ La maturation d’affinité est le résultat des mutations répétées et d’une sélection des lymphocytes B ayant un récepteur de haute affinité aux dépens de ceux qui n’ont pas pu fabriquer un récepteur de haute affinité ▪ Afin 3-3- La sélection : La sélection se produit dans la zone claire parmi les centrocytes : afin de tester l’affinité de leur récepteur, les centrocytes quittent la zone sombre du centre germinatif et rentrent dans la zone claire où ils interagissent avec les TFh et l’antigène présenté par les cellules folliculaires dendritiques Les centrocytes rentrent en contact avec les cellules folliculaires dendritiques qui présentent des complexes antigène-anticorps Les cellules folliculaires dendritiques : ✓ N’expriment pas de molécules du CMH de classe 2 ✓ Ne présentent pas l’antigène aux T CD4 11  ✓ Possèdent de longs prolongements le long desquels sont disposés des récepteurs des parties Fc des Immunoglobulines et des récepteurs de facteurs du complément ✓ Peuvent capter les antigènes qui se trouvent sous forme de complexes immuns (Ag/Ac) sans les internaliser dans la cellule ✓ Retiennent les antigènes pendant une longue période (les protègent ainsi de la dégradation ou de la phagocytose) et les présentent aux lymphocytes B Les centrocytes entrent en compétition pour la fixation de l’antigène : ▪ Les cellules qui portent des Ig de membrane de forte affinité pour l’antigène sont sélectionnées et survivent ▪ Les centrocytes ayant un récepteur de faible affinité ne sont pas sélectionnés par l’antigène, meurent par apoptose et sont phagocytés ▪ L'affinité des anticorps vis-à-vis des antigènes peut être améliorée de 10 à 5000 fois au cours de l’hypermutation somatique 12 3-4- La commutation de classe (Swich) ▪ Les cellules B sélectionnées par l’antigène (signal 1) doivent recevoir d’autres signaux de la part des lymphocytes T helper folliculaire afin de survivre et se différencier ▪ Afin de migrer vers le centre germinatif, le TFh perd CCR7 et garde CCR5 ▪ L’interaction entre le CD40 du lymphocyte B et le CD40L du lymphocyte T est nécessaire pour l’induction de la commutation de classe (signal 2) ▪ Les mutations de CD40L ou CD40 entrainent un déficit immunitaire caractérisé par une hyperproduction d’IgM et l’absence d’IgG, IgA et IgE 13  ▪ La commutation de classe est un 2ème réarrangement qui permet au domaine variable de la chaine lourde (VH) de s’associer à la région constante d’une autre classe d’Ig afin de synthétiser une IgG, IgA ou IgE ▪ Le lymphocyte B n’effectue généralement qu’un seul switch afin de synthétiser une classe particulière d’Ig et il ne pourra plus synthétiser une IgM (dont le gène de la chaine lourde a été éliminé) ▪ La spécificité de l’anticorps reste constante (reconnait le même antigène) alors que les activités effectrices biologiques de la molécule d’Ig varient selon la classe choisie (activation du complément, opsonisation, liaison cellulaire, passage placentaire…) Commutation de classe (exemple : synthèse d’une IgE) ▪ Différentes cytokines (signal 3) sécrétées par le T helper influencent le choix de la classe de l’Ig sécrétée. Par exemple l’interleukine 4 (IL-4) sécrétée par les Th2 induit la production d’IgE par les lymphocytes B. 3-5- Différenciation et production de cellules B à mémoire ▪ Les centrocytes se différencient en plasmocytes et en cellules B à mémoire dans la zone claire apicale sous l’effet des TFh ▪ Les B mémoire acquièrent un nouveau marqueur membranaire la molécule CD27 qui permet de les caractériser (quand on veut étudier l’apparition de 14  lymphocytes B mémoire après un vaccin par exemple). Les plasmocytes acquièrent CD27 mais perdent CD19 et CD20 qui sont des marqueurs propres aux lymphocytes B ▪ Les B à mémoire : ✓ Gagnent la circulation sanguine à travers les lymphatiques efférents et colonisent les organes lymphoïdes secondaires ✓ Expriment des BCR commutés (IgG, IgA ou IgE) et ont une longue durée de vie (plusieurs années) ✓ porteurs de BCR de haute affinité pour l’Ag, vont être capables de capter de très faibles quantités d’Ag et de les présenter aux TFH mémoires ✓ Ainsi, si l’antigène rentre une autre fois, quel que soit son point d’entrée il sera détecté rapidement par les cellules mémoires qui vont s’activer et se différencier rapidement en plasmocytes sécréteurs d’IgG ou IgA essentiellement ✓ Les B mémoires, porteurs de BCR de haute affinité pour l’Ag, vont être capables de capter de très faibles quantités d’Ag et de les présenter comme de véritables CPA aux TFH mémoires qui, en retour, vont surréguler leurs signaux cytokiniques 15 ▪ Les plasmocytes migrent vers la moelle osseuse (et vers les muqueusessi l’antigène s’est introduit par une muqueuse). La moelle osseuse présente un espace plus étendu et permet la sécrétion des immunoglobulines directement dans le sang ✓ Les plasmocytes perdent la capacité d'exprimer des immunoglobulines au niveau de leur membrane, mais les excrètent dans le milieu ambiant ✓ Ce sont des cellules qui produisent une très grande quantité d’anticorps (105 molécules d’immunoglobulines par seconde) ✓ Les immunoglobulines pourront reconnaître à distance l'antigène et favoriseront son élimination avec l'aide des protéines du complément ou par opsonisation (ce qui favorise la captation de l’antigène par les cellules phagocytaires) 16 4- Variations de la production des anticorps au cours de la réponse immune 4-1- La réponse primaire ▪ Le premier contact d’un antigène exogène et d’un individu crée une réponse humorale primaire ▪ La cinétique de la réponse humorale est mesurée par le taux d’anticorps sérique ▪ Elle dépend de plusieurs facteurs (nature de l’antigène, voie d’administration, présence d’adjuvant…) ▪ Dans tous les cas, elle est caractérisée par 3 phases : ✓ unephase de latence qui est variable (4 à 6 jours pour un bon antigène) ✓ Phase de croissance exponentielle : avec un pic au 10ème jour en moyenne ✓ Phase de décroissance : due à la dégradation des anticorps qui devient supérieure à la synthèse ▪ Au début il y a sécrétion d’IgM puis sécrétion d’IgG (ou IgA ou IgE) ▪ L’affinité de l’anticorps est faible au début et augmente au cours de la réponse 17 4-2- Réponse secondaire : ▪ La capacité à développer une réponse humorale secondaire dépend de l’existence de cellules B à mémoire ainsi que de cellules T à mémoire ▪ Les cellules B à mémoire formées lors de la réponse primaire ont une durée de vie longue mais variable ▪ La réponse secondaire est caractérisée par : ✓ une période de latence plus courte : la réponse est donc plus rapide ✓ une plus grande intensité : avec un pic plus précoce et plus élevé (100 à 1000 fois plus forte que la réponse primaire) ✓ une durée plus importante ✓ la sécrétion d’un anticorps d’une plus grande affinité pour l’antigène ✓ la sécrétion d’isotypes autres que l’IgM dès le début et en grande quantité (surtout IgG) 18 ▪ La rapidité et l’intensité plus grandes des réponses secondaires sont dues : ✓ à la présence d’une grande quantité de cellules à mémoire spécifiques d’un antigène donné ✓ au fait que les cellules à mémoire sont plus facilement activables que les cellules naïves elles ont des récepteurs pour l’antigène (BCR) de forte affinité elles expriment une grande quantité de molécules d’adhésion elles possèdent une grande quantité de récepteurs pour le complément ▪ La réponse secondaire induit une meilleure réponse contre l’antigène : ✓ Le taux d’anticorps plus élevé et l’affinité plus élevée apportent une défenseplus efficace à l’hôte ✓ Le changement d’isotype apporte des anticorps dont les fonctions effectrices sont plus adaptées à un pathogène donné : Les IgG : activent le complément, diffusent mieux dans le milieu interstitiel et facilitent la phagocytose(opsonisation) Les IgE : activent l’inflammation en se fixant sur les mastocytes et les PN basophiles Les IgA sécrétoires : apportent une protection anti- infectieuse au niveau des muqueuses 19 5- Les anticorps monoclonaux : 5-1- Définition : Les anticorps monoclonaux sont une population homogène d’anticorps issus d’un seul clone de cellules B. Ils reconnaissent tous un seul type d’épitope et sont produits par technique d’hybridation cellulaire. Ils ont plusieurs utilisations en médecine en particulier le dosage de molécules et l’immunothérapie anti-cancéreuse Anticorps Monoclonal reconnaissant le même épitope 5-2- Caractéristiques des Anticorps monoclonaux par rapport aux Anticorps polyclonaux: ❖ Spécificité : Ils reconnaissent un seul épitope d’un antigène ❖ Affinité : On peut sélectionner des anticorps monoclonaux avec une forte affinité ❖ Production : elle peut être massive car elle est faite in vitro ❖ Synthèse : elle est illimitée puisque les hybridomes se multiplient indéfiniment ❖ Utilisation : facile et fiable car reconnaissent un site bien précis 5-3- Production des anticorps monoclonaux par la technique des hybridomes (Fusion de 2 types de cellules) : Ils sont produits à partir d’une fusion entre un lymphocyte B (ayant une spécificité vis-à-vis d’un antigène particulier) et une cellule de myélome (plasmocytes cancéreux). Le lymphocyte apporte la spécificité de l’anticorps sécrété et la cellule myélomateuse procure la division illimitée (qui est une caractéristique des cancers). 20 Les étapes de production sont les suivantes : ❖ L’antigène est injecté à une souris qui va produire un grand nombre de lymphocytes B ❖ Chaque lymphocyte fabrique un anticorps spécifique de cet antigène dirigé contre un épitope particulier ❖ Les lymphocytes B de la souris sont prélevés ❖ Ils sont fusionnés avec des cellules de myélome (plasmocytes cancéreux) pour obtenir des cellules hybrides immortelles et productrices d’anticorps. ❖ Chaque cellule hybride est isolée et est mise en culture. Elles se multiplient de façon illimitée et produisent un anticorps monoclonal ❖ On obtient ainsi une source de production continue d’un anticorps reconnaissant un épitope particulier Technique de production des anticorps monoclonaux 21 5-4- Utilisations des anticorps monoclonaux : Ils sont utilisés dans plusieurs domaines : ❖ Dosage de molécules : différentes techniques sont utilisées en fonction de la concentration des molécules à doser (technique ELISA, immunoprécipitation…). Les molécules à doser sont reconnues par un anticorps monoclonal spécifique. Exemple : dosage de facteurs du complément, d’hormones… ❖ Diagnostic de certaines maladies : par la détection ou le dosage d’antigènes particuliers en utilisant des anticorps spécifiques. Exemples : recherche d’antigènes bactériens ou viraux dans des maladies infectieuses, recherche de l’expression de certaines molécules par des cellules cancéreuses… L’anticorps spécifique permet de détecter la présence de certaines molécules dans des tissus. La liaison de l’anticorps à l’antigène est révélée par une molécule fluorescente qui est attachée à l’anticorps. La lecture se fait en utilisant un microscope à fluorescence ❖ Utilisation thérapeutique : ▪ Les Ac monoclonaux sont utilisés en particulier : En cancérologie Dans les maladies auto-immunes et inflammatoires En transplantation d’organes Dans certaines maladies infectieuses 22  ▪ Mode d’action des anticorps monoclonaux en thérapeutique : Ils peuvent agir par : Blocage d’une molécule activecomme un récepteur de cytokine ou une cytokine (exemple : anticorps anti-TNF utilisé dans certaines maladies inflammatoires comme la polyarthrite rhumatoïde) Ciblage d’une cellule cancéreuse favorisant sa lyse (exemple : anticorps anti-CD20 dans certains lymphomes à lymphocytes B). La cellule cancéreuse est tuée par ADCC, par activation du complément ou par une molécule toxique associée à l’anticorps monoclonal On utilise un anticorps monoclonal anti-CD20 auquel on a lié un isotope radioactif L’anticorps est injecté à un malade qui a un cancer provenant de lymphocytes B (lymphome B) Vu que les cellules du lymphome B expriment CD20, l’anticorps monoclonal se lie à ces cellules et la molécule radioactive va irradier directement les cellules cancéreuses et les tuer 23