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Le complexe majeur d’histocompatibilité  I. INTRODUCTION CMH Complexe Majeur D ’Histocompatibilit Contient plus Leurs produits sont à é Ces différences d’une l’origine de différences a...

Le complexe majeur d’histocompatibilité  I. INTRODUCTION CMH Complexe Majeur D ’Histocompatibilit Contient plus Leurs produits sont à é Ces différences d’une l’origine de différences allogéniques sont centaine de allogéniques responsables de gènes, importantes entre phénomènes de rejets individus de même de greffe entre sujets espèce, histo-incompatibles. Le système du CMH est décrit chez toutes les espèces de mammifères étudiées à ce jour. Chez l’Homme le système CMH est appelé système HLA II. ORGANISATION GENERALE DE LA REGION DU CMH Le CMH est un ensemble de gènes localisés sur le bras court du chromosome 6 « bande p21.3 ». il représente ≈ 1/1000 ème du génome humain. Les gènes sont regroupés en 2 principales régions (régions CMH de classe I et II) leurs produits diffèrent au niveau de la structure, expression et fonctions. La région du CMH de classe III ne codent pas pour des molécules HLA.  II. ORGANISATION GENERALE DE LA REGION DU CMH Région HLA classe I Région HLA classe II Région HLA classe III Position télométrique Position centromérique Situé entre les loci B et DR Contient environ 20 gènes Contient environ 32 gènes dont les principaux sont : dont les principaux sont : Contient environ 30 gènes codant pour des  Les gènes HLA A, HLA  Les gènes HLA DR, molécules qui B, HLA C  Les gènes HLA DQ, interviennent dans la réponse immune (C2 codant pour les molécules  Les gènes HLA DP C4, TNFα, TNFβ…) et pour HLA I les protéines du choc classiques : HLA A, B et C Codant pour les molécules thermique (Hsp 70) HLA II  Les gènes HLA E, HLA F, HLA DR, HLA DQ et HLA DP. Ces gènes n’ont aucun rôle HLA G dans la présentation des peptides antigéniques et Codant pour les molécules seuls les gènes de classe I et II codent pour les antigènes HLA I d’histocompatibilité. non classiques HLA E, F et G  III. CARACTERISTIQUES DES GENES DU CMH 1- Le polyallèlisme Chaque gène est multiallèlique, ces allèles différent par leurs séquences DNA, qui changent d’un individu à un autre. Par conséquent, les produits de gènes exprimés par les différents individus ont des différences structurales spécifiques: polymorphisme. Le nombre d’acides aminés différents entre molécules HLA peut être très significatif pouvant aller jusqu’à 20 résidus acides aminés contribuant à la nature spécifique de chaque molécule.  III. CARACTERISTIQUES DES GENES DU CMH 1- Le A B polyallèlisme Cw DR DQ A1 B5 B49(2 Cw1 DR1 DQ1 A2 B7 1) Cw2 DR103 DQ2 A203 B703 B50(2 Cw3 DR2 DQ3 A210 B8 1) Cw4 DR3 DQ4 A3 B12 B51(5) Cw5 DR4 DQ5(1) A9 B13 B5102 Cw6 DR5 DQ6(1) A10 B14 B5103 Cw7 DR6 DQ7(3) A11 B15 B52(5) Cw8 DR7 DQ8(3) A19 B16 B53 Cw9(w3) DR8 DQ9(3) A23(9) B17 B54(2 Cw10(w3 DR9 A24(9) B18 2) ) DR10 A2403 B21 B55(2 DR11(5 A25(10 B22 2) ) ) B27 B56(2 DR12(5 A26(10 B2708 2) ) ) B35 B57(1 DR13(6 A28 B37 7) ) A29(19 B38(1 B58(1 DR14(6 ) 6) 7) ) A30(19 B39(1 B59 DR140 ) 6) B60(4 3 A31(19 B3901 0) DR140 ) B3902 B61(4 4 A32(19 B40 0) DR15(2 ) B4005 B62(1 ) A33(19 B41 5) DR16(2 ) B42 B63(1 ) A34(10 B44(1 5) DR17(3 ) 2) B64(1 ) A36 B45(1 4) DR18(3 A43 2) B65(1 ) A66(10 B46 4) DR51 ) B47 B67 DR52  Nomenclature HLA -La nomenclature sérologique identifie le locus suivi d’un numéro identifiant l’antigene HLA-A3, HLA-B51 , HLA-DR15. -La nomenclature génomique identifie le gène étudié suivi d’un astérix suivi d’un numéro à deux chiffres qui définit la spécificité de l’allèle HLA-A*03, HLA-B*51, HLA-DRB1*04 Un typage HLA avec deux chiffres correspond a une résolution générique ou de basse résolution. l’équivalent du résultat obtenu par sérologie. Un typage HLA à quatre chiffres correspond à un typage de haute résolution (précise le variant allèlique d’un allèle donne).  III. CARACTERISTIQUES DES GENES DU CMH 2- Expression codominante L’expression codominante des gènes HLA implique que chaque allèle porté par chaque haplotype est exprimé et son produit protéique détecté. Chaque individu se caractérise par 2 haplotypes HLA : l’un d’origine maternelle , l’autre d’origine paternelle, la somme des 2 haplotypes définit le génotype. Haplotypes : paternel /maternel A3 B7 Cw2 A1 B8 Cw7 DR4 DQ2 DR3 DQ3 Génotype de A3 B7 Cw2 DR4 DQ2 / A1 B8 l’individu Cw7 DR3 DQ3  Codominance de l’expression Les molécules codées par chaque haplotype sont co-exprimées à la surface cellulaire DP B8 DR3 DQ2 DR4 1 DQ3 B7 A2 DP2 A A3 B7 Cw1 DR4 DQ2a 3 A2 B8DP1 Cw2 DR5 Cw2 Cw b 1 DQ3 DP2 Au total, un individu hétérozygote peut exprimer 12 à 14 molécules HLA: 2 molécules HLA-A, 2 B, 2 C, 2 à 4 DR, 2 DQ, et 2 DP.  III. CARACTERISTIQUES DES GENES DU CMH 3- Liaison étroite Les loci HLA A, B, C , DR, DQ, DP sont distincts mais étroitement liés sur le même chromosome. La transmission des gènes se fait en bloc des parents aux enfants. Ainsi la probabilité pour 2 enfants d’ une même fratrie d’ être HLA identiques est de 25%, d’ être HLA semi identiques de 50% , et d’ être HLA différents est de 25%. Cependant, dans de rares cas (moins de 1% des cas), une recombinaison entre 2 haplotypes paternels et/ou maternels « Crossing over » peut survenir, créant un nouvel haplotype dit recombinant.  Transmission en bloc des haplotypes Père Mère A1 B51 DR15 (a) A3 B7 DR13 (c) A2 B8 DR18 (b) A2 B8 DR11 (d) A1 A2 A1 A2 A1 A3 A2 A2 A2 A3 A1 A3 B51 B8 B51 B8 B51 B7 B8 B8 B8 B7 B8 B7 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 DR1 5 1 5 1 5 3 8 1 8 3 8 3 E E1 E2 E3 E4 E 5 25% 25 25 25 6 % % % Transmission en haplotypes, des parents aux enfants. 4 combinaisons haplotypiques possibles HLA identiques est de 25%: deux haplotypes en commun. HLA semi-identiques est de 50%: un haplotype en commun. HLA différents est de 25%: aucun haplotype en  III. CARACTERISTIQUES DES GENES DU CMH 4- Déséquilibre de liaison Certaines combinaisons alléliques ont lieu plus fréquemment que celles prédites. Des associations préférentielles entre allèles sont rencontrées avec une fréquence plus grande que ne le voudrait le hasard. On parle de déséquilibre de liaison. Exemples de déséquilibre de liaison entres allèles HLA :  A1 B8 DR3 (Caucasoïdes)  A3 B7 DR2 (Nord de l’Europe)  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de classe I b. les a. Les gènes Région molécules Région HLA Classe II Région HLA Classe I Classe III Cavité de liaison du peptide α2 α1 S S α3 β2m S Site de liaison S à la molécule S S CD8  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de classe I b. les a. Les gènes molécules Chromoso Chromosom me 6 e 15 Exon 1 Région 5’ NT ++++Exon 2 ++Exon 3 α2 α 1 Exon 4 α3 β2 m 8 exons séparés par 7 Exon 5 TM introns Exon 6 Région Exon 7 intracytoplasmique Exon 8 Région C-ter 3’ NT Le polymorphisme de séquences concentré dans les exons 2 et 3  domaines α1 et α2.  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de classe I b. les a. Les gènes molécules Les gènes HLA A, B, C, codent pour la chaîne α des molécules de DNA 5 1 2 3 4 5 3 classe I, la structure du gène est ’ 6 7 8 ’ organisée en 8 exons séparés par 7 introns :  L’exon 1 code pour le peptide signal clivé lors de mRN 56 7 8 (A) transport intracellulaire de la A 1 2 3 4 n molécule,  Les exons 2, 3 et 4 codent respectivement pour les domaines α1, α2 et α3,  Les exons 5, 6, 7 et 8 codent pour Molécule le peptide de HLA connexion et la région classe I transmembranaire. La majorité du polymorphisme est concentrée au niveau des exons 2  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de a. Les gènesclasse I b. les molécules Les molécules HLA classe I ont une structure globulaire très compacte, formée par l’association non covalente d’une chaine lourde α polymorphique et d’une chaine légère β non polymorphique, la β2microglobuline : La chaine lourde α est une glycoprotéine α2 α1 α1 α2 transmembranaire, d’un poids moléculaire de 43 KD, formée de 3 domaines extracellulaires α1, α2, α3, d’une région transmembranaire et d’un domaine intra cellulaire ; α3 β2m α3 La chaine légère β2m β2microglobuline (β2m) est codée par un gène localisé sur le chromosome 15, elle est monomorphique et non glycosylée.  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de a. Les gènesclasse I b. les molécules La structure tridimensionnelle de la molécule fait apparaitre une cavité entre les domaines α1 et α2 dont le fond est un feuillet β plissé et les bords des hélices α. C ‘est dans cette zone que se situent les résidus polymorphes qui vont interagir avec les peptides antigéniques. Site de fixation du peptide antigénique α1 α2 α1 Hélice α Feuillet β β2m α3 α2 Vue de Vue de dessus coté  Molécules HLA de classe I Cavité à peptidique Fermée aux 2 extrémités Fixe des peptides de 9 AA d’origine cytosolique CO les Chaines latérales des AA NH O- du peptide sont enfouis dans 3+ les poches (A à F) A B D C E F  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de a. Les classe gènes II b. les Région molécules Région HLA Classe II Région HLA Classe I Classe III Cavité de liaison du peptide S α1 S β1 S α2 S β2 S S Site de liaison à la molécule CD4  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de a. Les classe gènes II b. les Chromoso molécules me 6 Exon 1 Région 5’ Exon 1 Chromosom e6 NT + Exon 2 α1 β 1 Exon 2 ++ Exon 3 α2 β Exon 3 + 2 Exon 4 Exon 4 Peptide de connexion Exon 5 Région Exon 5 - 6 transmembranaire RégionRégion intracytoplasmique intracytoplasmique Gène Gène B A DRB1 et DPB1  6 5 DRA: monomorphe exons exons DQB1  5 exons  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de a. Les classe gènes II b. les La région HLA classe molécules II comprend un grand nombre de gènes regroupés en 3 sous régions principales : HLA DR, HLA DQ et HLA DP. chacune d’entre elles contient : Des gènes A (DRA, DQA, DPA) qui codent pour la chaine α Molécule HLA classe II Des gènes B (DRB, DQB, DPB) qui codent pour la chaine β Les gènes A des 3 loci et le gène DQB1 possèdent 5 exons, les gènes DPB1 et DRB en possèdent 6. Le polymorphisme est essentiellement porté par l’exon 2, qui code pour les domaines α1 Le polymorphisme de la région DR est plus important. Tous les individus ont un gène DRB1, et la plupart un deuxième gène DRB (DRB3 ou DRB4 ou DRB5) ce qui augmente encore la diversité du système HLA. Selon l’haplotype une ou deux molécules DR sont exprimées. La chaine alpha identique chez tous les individus est codée par le gène DRA monomorphe. La chaine beta est codée par le gène DRB1 pour la première molécule DR et par l’un des gènes DRB3, DRB4, DRB5. Pour certains haplotypes DR1, DR8, DR10 ces trois gènes sont absents donc pas de deuxième molécule DR exprimée. Au total un individu hétérozygote peut donc exprimer 12–14 antigènes HLA différents : 2 A, 2 B, 2 C, 2 a 4 DR, 2 DQ, et 2 DP  IV. GENES ET MOLECULES HLA 1- Gènes et molécules de a. Les classe gènes II b. les Site de fixation du peptide Les molécules molécules HLA classe II sont des antigénique α1 β1 glycoprotéines transmembranaires, formées de 2 chaines polypeptidiques : α et β, comportant chacune 2 domaines extracellulaires, une région transmembranaire et un domaine intracellulaire. α2 β2 La structure tridimensionnelle de la molécule HLA II est semblable à celle des HLA I, les domaines α1, β1 forment entre eux la cavité de liaison au peptide, qui est plus ouverte à ces extrémités que celles des molécules HLAI.  Molécules HLA de classe II Cavité peptidique Ouverte aux 2 extrémités Fixe des peptides de 15 – 25 AA dépassant les deux extrémités 3 ou 4 résidus P1 P4 P6 P9 d’ancrage situés dans la NH CO partie centrale du 3+ O- peptide V. DISTRIBUTION TISSULAIRE DES MOLECULES HLA Les molécules HLA de classe I : Expression ubiquitaire, à la surface des cellules nucléées et des plaquettes. Leur expression est augmentée par L’INFα, β, γ et le TNFα. Les molécules HLA de classe II: Expression constitutive et restreinte aux  CPA : cellules dendritiques, lymphocytes B et les macrophages  les cellules myéloïdes, érythroblastiques et les cellules de l’épithélium thymique. Exprimées après activation sur l’endothélium vasculaire et les lymphocytes T. Elles ne sont pas exprimées au niveau des plaquettes. Expression est augmentée par L’INFγ, le TNFα, IL-4,  VII. FONCTIONS DES MOLÉCULES HLA 1. Présentation de peptides antigéniques Présentation des peptides antigéniques aux lymphocytes T : Les molécules HLA de classe I présentent des peptides issus de protéines endogènes aux lymphocytes T cytotoxiques (LT CD8+) Présentation selon la voie endogène ; Les molécules HLA de classe II présentent des peptides issus de protéines exogènes aux lymphocytes T helper (LT CD4+) Présentation selon la voie exogène.  VI. FONCTIONS DES MOLÉCULES HLA 1. Présentation de peptides antigéniques a. Molécules HLA I b. Molécules HLA II Les protéines endogènes ( protéines mal pliées , protéines virales ou tumorales) sont dégradées dans le cytosol par un gros complexe enzymatique appelé protéasome en peptides d’environ 9 aa. Ces peptides sont alors transportés vers le réticulum endoplasmique par un système transporteur (TAP1 et TAP2) où ils sont associés aux domaines α1 et α2 de la chaîne Le complexe tri-moléculaire « peptide/ chaîne lourde α / β2m » est ensuite lourde, puis stabilisés par la β2m. transporté du RE (en passant par l’appareil de Golgi, site de glycosylation de la chaine lourde α) vers la membrane plasmique où il sera reconnu par les lymphocytes T cytotoxiques.  La voie cytosolique I - Génération des IV- Liberation des peptides par un molécules CMH I système proteolytique chargées et leur cytosolique expression à la surface cellulaire II – Transport des peptides du cytosol vers le RE III - Assemblage et stabilisation des molécules CMH I dans le RE.  La voie cytosolique  La présentation croisée C’est la présentation de peptides exogènes par les molécules CMH I Concerne principalement la CD C’est un mécanisme essentiel à la médiation des réponses immunitaires contre les agents infectieux et les tumeurs - Complexes Antigènes-Anticorps - Corps apoptotiques - AGs solubles ou particulaires exogènes  VI. FONCTIONS DES MOLÉCULES HLA 1. Présentation de peptides antigéniques a. Molécules HLA I b. Molécules HLA II Les antigènes exogènes, internalisés par phagocytose (ou endocytose), sont dégradés par diverses enzymes hydrolytiques au sein de compartiments endocytaires acides. Au sein du RE, les molécules du CMH de classe II nouvellement formées s’associent avec la chaîne invariante (qui bloque la liaison des peptides endogènes). La fusion des compartiments endocytaires et de ceux contenant les complexes HLA classe II-chaines invariantes, permet la rencontre des peptides issus des Ag exogènes hydrolysés avec les molécules HLA de classe II (10 - 34 aa).  VI. FONCTIONS DES MOLÉCULES HLA 1. Présentation de peptides antigéniques a. Molécules HLA I b. Molécules HLA II Le peptide issu de la chaîne invariante est délogé de la cavité de liaison au peptide, ce qui va permettre la fixation du peptide antigénique exogène. Les complexes peptide-CMH classe II sont ensuite transportés vers la membrane plasmique où ils seront reconnus par les lymphocytes T helper. Les cellules qui apprêtent et présentent les peptides antigéniques associés aux molécules de classe II du CMH sont appelées cellules présentatrices d’antigène (CPA). Trois types cellulaires sont classés comme CPA : Cellules dendritiques, Lymphocytes B, Macrophages. Voie endo- lysosomale V- Libération de la molécule I – Capture de CHH-II chargée et son l'antigéne expression à la surface cellulaire II – Dégradation de l'antigéne IV– Assemblage CMH-II et péptide III – Transport des molécules HLA-II vers les vésicules endocytaires  VI. FONCTIONS DES MOLÉCULES HLA 2. Autres fonctions Sélection thymique pour le répertoire T ; Rôle dans l’immunosurveillance anti- tumorale.  VII. HLA ET MALADIES Prés d’une quarantaine de maladies sont associées au complexe HLA, à la suite d’études de populations où l’on détermine le risque relatif et d’études de familles où l’on suit la ségrégation du gène de susceptibilité. Exemples d’associations HLA / Maladies : Maladie Spécificité HLA Spondylarthrite B27 ankylosante (SPA) Maladie de Behçet B51 Narcolepsie DR2 Choriorétinopathie A29 DID DR3, DR4  VIII. MOYENS D’ETUDE  les techniques sérologiques basées sur l’analyse des déterminants antigéniques des molécules HLA, permettant de définir les différentes spécificité HLA,  les techniques cellulaires basées sur l’étude fonctionnelle des molécules HLA dans des cultures lymphocytaires mixtes (Réaction lymphocytaires mixtes ou MLR)  Les méthodes biochimiques qui reposent sur l’étude de la structure moléculaire des molécules HLA,  Les techniques de biologie moléculaire qui permettent de définir les gènes HLA. TYPAGE HLA LCT Lymphocytes Micro-plaque de TERASAKI + Complement de Lapin + Fluoroquench (AO/BE) lecture Lecture au microscope Score = 1 0–10% Cellules Score = 8 lysées 81–100% Cellules lysées Score = 4 21–50% Cellules TYPAGE HLA PCR-SSP ADN génomique du patient Amplification Microplaque de PCR (Thermocycleur) Eléctrophorèse sur gel d’agarose à 2% Lecture au transilluminateur sous UV  IX. MOYENS D’ETUDE Méthodes Principe Les techniques Basées sur les réactions de microlymphocytotoxicité où les sérologiques lymphocytes, portant à leurs membranes les Ag HLA, sont mis en présence d’AC et de complément. Les sources d’Ac sont soit des alloantiserums obtenus par immunisation inter- humaine (grossesse, transfusion, ou allogreffe), soit des anticorps monoclonaux. Les techniques Basées sur l’interaction spécifique entre les molécules HLA et cellulaires récepteurs des LT. Lorsqu’ on mélange en culture les cellules mononuclées de 2 personnes qui différent par la région HLA D. Les molécules de classe II induisent l’activation des LT allo réactifs et leur prolifération qui peut être mesurée par l’incorporation d’un précurseur radioactif la “thymidine tritiée ” : Réaction lymphocytaire mixte. Reposent sur l’amplification par réaction de polymérisation en Les techniques chaine « PCR » de segments géniques, en présence d’amorces de biologie spécifiques d’allèles ou d’un groupe d’allèles. moléculaire La mise en évidence du polymorphisme peut se faire par différentes techniques, qui ont en commun une étape d’amplification enzymatique in vitro par PCR du locus HLA polymorphe, dont les plus fréquentes sont : PCR- SSO, PCR- SSP, PCR- RFLP.  X. CONCLUSION Le systèmes HLA est un système multigénique, multiallélique, très polymorphe. Ces propriétés sont à l’ origine de ses fonctions : En physiologie : grâce à leur fonction principale de présentation, les molécules HLA sont impliquées dans l’immunité antivirale et antitumorale (HLA I) ainsi que dans les réponses immunes aux antigènes exogènes infectieux et autres (HLA II). En pathologie : le système HLA est à l’origine des réactions de rejet au cours des greffes entre individus histo-incompatibles. de par son association avec certaines maladies, il constitue l’un des critères qui permettent de poser le diagnostic.