UE3b ED - ED1 : La réponse immunitaire innée - Diapositives commentées PDF

UE3b ED - ED1 : La réponse immunitaire innée - Diapositives commentées Immunité innée : Première ligne de défense anti-infectieuse Souvent suffisante pour éliminer rapidement les pathogènes Préalable à la mise en place de la RI spécifique Q1. Les récepteurs de reconnaissance...

UE3b ED - ED1 : La réponse immunitaire innée - Diapositives commentées Immunité innée : Première ligne de défense anti-infectieuse Souvent suffisante pour éliminer rapidement les pathogènes Préalable à la mise en place de la RI spécifique Q1. Les récepteurs de reconnaissance des pathogènes Q2. Les acteurs moléculaires : les cytokines Q3. L’activité microbicide des neutrophiles Q4. La régulation : phase résolutive de la réaction inflammatoire Traité en cours : Le système du complément La migration des neutrophiles vers le site inflammatoire L’activité microbicide des macrophages Acteurs et caractéristiques de la réponse immunitaire innée (sans commentaires) : 1 Q1 : Les récepteurs de reconnaissance des pathogènes Les récepteurs de reconnaissance du danger constituent « l’œil » du système immunitaire (SI) inné : on les appelle PRR pour Pattern Recognition Receptor. Ces récepteurs sont exprimés par les cellules du système immunitaire inné : cellules dendritiques (CD), les neutrophiles et les monocytes/macrophages. Ces récepteurs sont très conservés au cours l’évolution et ils détectent des signaux de danger qui sont eux même conservés au cours de l’évolution. Les signaux de danger reconnus par les PRR sont regroupés en deux catégories : les MAMP, pour Microbe Associated Molecular pattern ou Motif moléculaire associé aux microbes, pour les dangers exogènes de nature infectieuse. Ce sont des composants structuraux des microorganismes, comme le LPS (lipopolysaccharide), la flagelline, l’ARN viral. Auparavant ils été appelés PAMP, avec P pour Pathogène, mais ils ne sont pas exclusifs des pathogènes infectieux. L’autre type de signaux de danger est appelé DAMP pour Damaged associated molecular pattern ou Motif moléculaire associé aux lésions, pour les dangers endogènes libérés par une nécrose cellulaire, comme l’ADN, les protéines nucléaires. Il existe une grande variété de PRR qui peuvent être cellulaires (les TLR toll like receptor et NLR Nod like receptor, voir diapo suivante) ou circulants dans le plasma (protéine MBL du complément). Une cellule donnée exprime plusieurs PRR différents lui permettant ainsi de reconnaitre une grande variété de microorganismes. Par conséquent, on dit que le système immunitaire inné est non spécifique de la menace, chaque acteur possède un large spectre de reconnaissance. Un exemple concret pour illustrer cette caractéristique : Chaque neutrophile est capable de reconnaitre n’importe quelle bactérie, champignon, virus ou parasite, ce qui n’est pas le cas des cellules de l’Immunité adaptative, les lymphocytes T (LyT) ou le LyB. De plus, un même PRR peut être exprimé par différentes populations cellulaires ; par exemple le TLR4 est exprimé / présent à la surface des neutrophiles et des monocytes. 2 Enfin, l’interaction PRR-PAMP/DAMP conduit à l’activation de la cellule du SI inné et à la sécrétion de cytokines proinflammatoires. Voici une représentation schématique des PRR cellulaires qui appartiennent à deux grandes familles - Les TLR (Toll-Like Receptors) : Ces récepteurs sont des protéines transmembranaires ancrées soit dans la membrane cytoplasmique où ils reconnaissent les microorganismes à localisation extracellulaire : retenez l’exemple du TLR4 qui reconnait le LPS des bactéries gram -, soit dans la membrane endosomale où ils reconnaissent les acides nucléiques des microorganismes endocytés (TLR3, TLR7, TLR9) - Les NLR « NOD like receptors » : Ces récepteurs sont localisés dans le cytoplasme. Per exemple les protéines NOD1 et NOD2. Ainsi, tous les compartiments cellulaires (excepté le noyau) sont équipés de PRR permettant de lutter contre des microorganismes de tropisme varié (extracellulaire, cytoplasmique, endosomaux) 3 Q2 : Les cytokines pro-inflammatoires Les cytokines sont de petites glycoprotéines servant de messagers intercellulaires. Il s’agit d’une famille de médiateurs solubles très diversifiée sur le plan structurel et fonctionnel, produites par de nombreux types cellulaires distincts. On s’intéresse ici aux cytokines pro-inflammatoires : IL-1, IL-6 et TNF-α produites majoritairement par les cellules de l’I innée à la suite de l’interaction des PRR avec des signaux de danger. Secrétées, elles vont agir localement sur les phagocytes en stimulant leur activité microbicide (potentialisation de la production de formes réactives de l’oxygène) et induire la synthèse de davantage de cytokines proinflammatoires (on observe ainsi une boucle d’amplification de la production de ces cytokines), elles vont également activer l’endothélium vasculaire (ce que l’on appelle phase vasculaire de l’inflammation ) avec une vasodilatation responsable de la rougeur, une augmentation de la perméabilité vasculaire responsable de l’œdème et une augmentation de l’expression des protéines d’adhésion cellulaire, favorisant ainsi la migration des leucocytes circulants vers le site inflammatoire. Ces cytokines vont également diffuser à distance de leur site de production et agir sur de nombreuses cibles cellulaires et tissulaires. Citons par exemple, leur action sur la moelle osseuse (MO) où elles vont stimuler l’hématopoïèse (permettant d’augmenter la production de leucocytes nécessaires pour éliminer le « danger » détecté), sur le centre de régulation thermique de l’hypothalamus avec induction de fièvre (IL1-β ++) ; la fièvre étant un mécanisme de défense à part entière en ralentissant la croissance de certains micro- organismes tout en facilitant la prolifération clonale des lymphocytes. Elles induisent également la synthèse des protéines de la phase aiguë de l’inflammation par les hépatocytes, la plus connue étant la CRP -pour Protéine C réactive en anglais-, marqueur biologique couramment dosé pour objectiver une inflammation chez l’homme. D’ailleurs, la CRP est un récepteur PRR plasmatique de la famille des pentraxines. 4 Ces cytokines ont différentes modalités d’action : -action autocrine : La cytokine agit sur la cellule qui l'a produite. Par exemple le TNF libéré par une cellule dendritique va agir sur cette même cellule, car les cellules sentinelles du SI sont à la fois capables de libérer des cytokines et de répondre à celles-ci étant donné qu’elles expriment leurs récepteurs. -action paracrine : La cytokine agit dans l'environnement immédiat. Par exemple l’IL1 libérée par un monocyte va agir sur un neutrophile à proximité ou bien sur un autre monocyte -action endocrine La cytokine agit à distance après diffusion dans la circulation sanguine. Une propriété fondamentale des cytokines est leur fonctionnement en réseau avec une action pléiotrope (multiple) : une même cytokine peut induire des effets différents selon la cellule qui reçoit le signal. Par exemple, l’IL1 d’une part induit la résorption osseuse par activation des ostéoclastes et d’autre part stimule la synthèse de protéines de la phase aiguë de l’inflammation via son action sur les hépatocytes. Parallèlement leur action est souvent redondante, c’est-à-dire que leur spectre d’activité se recoupe souvent, comme illustré sur ce schéma : plusieurs cytokines différentes vont avoir des effets similaires sur une même cible. Par exemple, l’ensemble des cytokines proinflammatoires stimulent la synthèse des protéines de l’inflammation. Les cytokines, et notamment les cytokines proinflammatoires fonctionnent également en cascade ; c’est-à-dire qu’une cytokine libérée par une cellule sentinelle va agir sur une cellule de l’immunité innée en induisant la production d’une autre cytokine proinflammatoire, cytokine que à son tour peut agir sur une autre cellule et ainsi de suite. Ce mécanisme peut rapidement entraîner un emballement de la réponse inflammatoire, ce qui peut être délétère comme dans le cas de l’orage cytokinique observé lors d’un choc septique. Le choc septique correspond à une défaillance multiviscérale survenant au décours d’états infectieux graves, 5 après exposition à l’endotoxine (LPS) des bactéries Gram négatif qui provoque une libération massive de cytokines pro-inflammatoires. Bien que les cytokines pro-inflammatoires sont indispensables à la défense anti-infectieuse, leur production dérégulée contribue à la pathogénie de nombreuses maladies inflammatoires chroniques rhumatologiques, dermatologiques ou encore digestives. Cela fait d’elles des cibles thérapeutiques privilégiées pour la prise en charge de ces pathologies. Par exemple, des anticorps monoclonaux anti-TNF sont utilisés dans le traitement des maladies inflammatoires chroniques intestinales et de la polyarthrite rhumatoïde qui seront vus en 3ème année. Q3 : Les neutrophiles en action Les polynucléaires neutrophiles (PNN) sont les premières cellules recrutées au niveau du foyer inflammatoire, en réponse notamment au gradient de l’interleukine 8 (IL-8), une chimiokine exerçant un fort pouvoir chimioattractant sur les PNN. L’IL8 est produite par les cellules sentinelles en même temps que les cytokines pro-inflammatoires. Une fois arrivés au site inflammatoire, les PNN sont davantage activés par les MAMP/DAMPs et par les cytokines pro-inflammatoires. En cas d’une inflammation stérile, les PNN entrent rapidement en apoptose. En revanche, en présence de microorganismes, donc de MAMPs, les PNN sont « hyper-activés » via leurs PRR, ce qui stimulera ses propriétés microbicides. Le PNN adapte son stratégie anti microbien à la taille du pathogène. S’il s’agit d’une bactérie, trois mécanismes vont se mettre en œuvre immédiatement : la phagocytose qui correspond à l’internalisation de la bactérie par invagination de la membrane cellulaire. La bactérie se retrouve ainsi dans un compartiment intracellulaire appelé phagolysosome. L’activation du PNN amorce au niveau de la membrane, ici celle du phagolysosome, l’assemblage d’une enzyme qui déclenche l’explosion oxydative : la production massive de formes réactives de 6 l’oxygène aux fortes propriétés oxydantes. Parmi les phagocytes, Le PNN est celui qui produit le plus de FRO. Un 3ème mécanisme correspond à la dégranulation : libération d’un large éventail de médiateurs microbicides et pro-inflammatoires contenus dans les granulations cytoplasmiques. Cette libération peut avoir lieu aussi bien à l’intérieur du phagolysosome (action microbicide sur les microorganismes phagocytés) que dans le milieu extracellulaire (action microbicide sur les pathogènes extracellulaires, trop gros pour être phagocytés tels que les hyphes fongiques), entrainant également une action délétère sur le microenvironnement tissulaire. Le dernier mécanisme microbicide est la nétose, découvert plus récemment (2004). Son activation n’est pas immédiate et aura lieu seulement dans quelques neutrophiles. Lors de la nétose, le PNN libère des filaments de leur ADN génomique et mitochondrial recouverts de nombreuses protéines issues de ses différents compartiments cellulaires, notamment les peptides et enzymes microbicides des granulations. Ces filaments d’ADN sont appelés Neutrophil Extracellular Traps (NETs) et forment un maillage 3D pouvant atteindre 30-40 fois la taille du PNN. Les NETs exercent à la fois une fonction de piège des microorganismes, les empêchant de disséminer (via des interactions électrostatiques entre la paroi des micro-organismes et l’ADN : penser à l’analogie d’un filet de pêche) et une fonction microbicide grâce à la forte concentration des peptides antimicrobiens à proximité des pathogènes englués dans les filaments d’ADN. Ces NETs sont libérés en réponse à de nombreux types de micro-organismes (bactéries, virus, champignons, parasites) et exercent une action anti-infectieuse à large spectre, particulièrement importante pour la défense antifongique puisque les champignons sont trop gros pour être phagocytés. 7 Ce schéma illustre plus en détail l'arsenal microbicide des PNN. On y distingue deux types de médiateurs microbicides : D’une part, les médiateurs produits par le mécanisme « dépendant de l'oxygène », correspondant à l'explosion oxydative, qui se déclenche lors de l'activation du PNN. Ce processus conduit à la production instantanée de molécules fortement oxydantes qui constituent le principal mécanisme microbicide des PNN. D’autre part, les mécanismes indépendants de l'oxygène reposent sur la dégranulation, c'est-à-dire la libération de multiples médiateurs préformés stockés dans les granulations." L’explosion oxydative nécessite l’activation de l’enzyme NADPH oxydase (NOX2 dans la nouvelle nomenclature) qui transforme l’O2 moléculaire en anion superoxyde (02-), transformé à son tour en peroxyde d’hydrogène (H2O2 = eau oxygénée) par la superoxyde dismutase. En présence de myeloperoxydase issue des granulations cytoplasmiques l’H2O2 est transformé en acide hypocloreux (HOCl), composé proche de l’eau de javel. Ces 3 composés ( 02-, H2O2 et HOCL), appelés formes réactives de l’oxygène correspondent à des médiateurs produits de novo et constituent les médiateurs microbicides dits « dépendant de l’oxygène ». Parmi les médiateurs microbicides contenus dans les granulations, retenez quelques exemples : l’élastase, la myeloperoxydase (enzymes qui vont dégrader les composants microbiens respectivement par une activité protéolytique ou oxydative) le BPI (bactericidal/permeability- increasing Protein), peptide formant des pores dans la paroi bactérienne, et la lactoferrine qui séquestre le fer (et diminue ainsi la prolifération bactérienne). Au total le PN dispose d’un arsenal microbicide très puissant en produisant des médiateurs très cytotoxiques mais qui ne sont pas spécifiques des pathogènes ; par conséquent l’activation des PN s’accompagne inévitablement de dommages tissulaires qui seront réparés lors de la phase de résolution de l’inflammation. Q4 : La résolution de la réaction inflammatoire 8 La résolution de l’inflammation a longtemps été considérée comme un processus passif. En réalité, des mécanismes de contrôle existent et permettent la résolution de l’inflammation, évitant le passage à l’état chronique ou la formation de tissu fibreux avec perte de fonction. Cette phase de retour à l’homéostasie se met en place lorsque le danger a été éliminé et que le recrutement de nouveaux PN diminue, tandis que les PN restant sur site ne reçoivent plus de stimulation microbienne et vont donc entrer en apoptose. Les neutrophiles apoptotiques séquestrent les cytokines inflammatoires et sécrètent des médiateurs (tels que l’annexine A1) qui inhibent le recrutement ultérieur de PNNs. L’arrêt de l’afflux de nouvelles cellules implique aussi d’autres mécanismes tels que le clivage par protéolyse de chimiokines pro- inflammatoires. L’apoptose des neutrophiles et de monocytes inflammatoires et l’arrêt de leur afflux au foyer inflammatoire sont deux conditions préalables nécessaires à la résolution de l'inflammation. Les neutrophiles apoptotiques sont éliminés par des macrophages tissulaires via un mécanisme appelé efférocytose (phagocytose de cellules apoptotiques). Les neutrophiles apoptotiques favorisent leur propre clairance en exposant de signaux « trouve-moi » (find- me). Lors de l’efférocytose, les macrophages lancent un programme cellulaire anti- inflammatoire aboutissant à un changement de phénotype appelé alternatif, de type 2 ou M2, caractérisé par la production de cytokines anti-inflammatoires et de facteurs de croissance tels que l'IL10 et TGF-β. Ces médiateurs sont Indispensables à une réparation tissulaire qui préserve la fonctionnalité des organes (c’est-à-dire sans processus fibrotique). Au total, La résolution de l’inflammation est coordonnée par des médiateurs anti- inflammatoires (IL-10, TGF-β) et pro-résolution (résolvines et protectines) dont le rôle est de : Stopper la migration des neutrophiles Stimuler la phagocytose des neutrophiles par les macrophages Inhiber les cytokines pro-inflammatoires comme le TNF et L’IL-1β Faciliter l’élimination des cytokines Freiner la formation de tissus fibreux 9 Synthèse : Déroulement de la réaction inflammatoire (sans commentaires) 10