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24/10/23 Pr. KILLIAN UE7 : Système immunitaire FC5 : Structure et fonctions des immunoglobulines Objectifs • Connaitre la structure générale des immunoglobulines (Ig) • Connaitre les classes et les sous-classes des Ig • Connaitre les principales définitions : o Epitopes, paratopes, o Isotypes, all...

24/10/23 Pr. KILLIAN UE7 : Système immunitaire FC5 : Structure et fonctions des immunoglobulines Objectifs • Connaitre la structure générale des immunoglobulines (Ig) • Connaitre les classes et les sous-classes des Ig • Connaitre les principales définitions : o Epitopes, paratopes, o Isotypes, allotypes, et idiotypes • Connaitre les principales fonctions effectrices des Ig : o Neutralisation (dépendant du Fab) o Opsonistation et phagocytose o Cytotoxicité dépendante des anticorps (ADCC) o Cytotoxicité dépendante du complément (CDC) Enzo KERROUCH Thomas CORNIL I. Introduction 1. Généralités INTRODUCTION Immunoglobuline (Ig) = anticorps (Ac) Fonction • Effecteurs majeurs de l’immunité adaptive= immunité humorale. • Capacité à se lier spécifiquement via le paratope se situant sur l’Ig, à un déterminant antigénique qui est l’épitope qui se trouve sur la cible. • Doubles hétérodimères glycoprotéiques produits par les plasmocytes Structure • Composées de 2 chaînes lourdes identiques et de 2 chaînes légères identiques. • Essentiellement composée d‘AA, c’est donc une protéine et de certains sucres selon le type d’anticorps. (Le type de sucre détermine l’efficacité et les fonctions de l’Ac) Fragment variable Fab 2 grandes parties Fragment constant Fc • Formé par les régions variables de la chaine lourde et de la chaine légère + une partie des régions constantes de la chaîne lourde et de la chaîne légère. • Le site de reconnaissance de l’antigène est situé sur ce fragment Fab possédant deux extrémités (=bras) identiques permettant une reconnaissance de deux épitopes identiques. Les deux bras sont identiques pour l’immense majorité des Ac (=même spécificité sur les deux bras). • Formé uniquement de régions constantes de la chaîne lourde avec 1 extrémité par molécule d’immunoglobuline, déterminant sa classe (IgG, IgA, IgM…). • Porte l’ensemble des fonctions effectrices. • Sous forme soluble libre dans le sang et liquides extracellulaires Répartition o Sécrétions extracellulaires des muqueuses : IgA majoritairement o Sang : IgG prédominants • Sous forme membranaire : au niveau des LB 1 o Le récepteur spécifique BCR des LB est un anticorps (=Ig) membranaire. • Entre la forme soluble et la forme membranaire il n’y a pas beaucoup de différence hormis un système de transduction de signal et d’ancrage dans la membrane pour le BCR. Il y aura une reconnaissance identique de l’épitope entre L’Ig soluble et le LB correspondant. Schéma II. Structure générale des immunoglobulines 1. Structure de base STRUCTURE DE BASE • 2 chaines lourdes identiques reliées par un ou deux ponts disulfures Molécules symétriques Chaines lourdes « heavy » Chaines légères « light » Fab et Fc • 2 chaînes légères identiques qui sont chacune unie à une chaîne lourde par un pont disulfure. o Permet de tenir la structure uniforme. • Possèdent un domaine variable (VH sur le schéma) et 3 domaines constants (CH 1,2 et 3) o Sur certaines Ig il y a + de 3 domaines constants mais habituellement c’est 3 • Possèdent un domaine constant (CL sur le schéma) et un domaine variable (VL sur le schéma). • Fab (zone de fixation de l’antigène) = VL+VH et CH1+CL. 2 • Fc (fonctions effectrices) = CH2 + CH3. • Formées à partir du patrimoine génétique • Ce sont sur ces régions là qu’il y aura des modifications au fil des différentes interactions de l’Ac avec le µ-organisme pour augmenter ou non l’affinité des liaisons. CDR : domaines hypervariables • Il y’a différentes CDR et c’est ces CDR qui forment le paratope. o 3 CDR au niveau de la chaîne légère et 3 au niveau de la région variable de la chaîne lourde. o Le paratope est constitué au total de 6 CDR • Traduits à partir de gènes, ils ne bougeront pas à la différence des régions variables et surtout des régions hypervariable (CDR). Fc • Les domaines constants ne sont pas impliqués dans la reconnaissance de l’épitope. • Rôle : pour la partie distale : liaison aux récepteurs et aux fonctions effectrices. • Liée à son patrimoine génétique Diversité d’un Ac • Liée à différents contacts avec un microbe donné qui vont modifier les mécanismes d’adaptation de la région variable (évolution qui vont faire différentes zones et qui vont permettre une maturation de l’affinité). La résultante de la région variable n’est donc pas uniquement déterminée par le patrimoine génétique mais également par des mécanismes aléatoires de contact avec des pathogènes. • Sans être immunodéprimés (cancer, chimio…) nous ne sommes pas tous égaux par notre patrimoine génétique et l’adaptabilité de notre système immunitaire. • Exemple : Avec le VIH certains patient sont ce qu’on appelle des « élites contrôleurs ». Exemple o Leur organisme arrive à contrôler le virus, leur système immunitaire a été capable de s’adapter spontanément et durablement, ils maintiennent le virus indétectable. o Ces patients vont donc survivre contrairement aux autres personnes atteintes de VIH qui décédaient rapidement avant les traitements. 2. Les chaînes lourdes LES CHAINES LOURDES 5 types 5 classes (=isotype) d’immunoglobulines •  (IgG),(IgA),(IgM),(IgD), (IgE) • Déterminé par les types de chaine lourde • IgG,IgA,IgM,IgD,IgE • Sous classe IgG : IgG1, IgG2, IgG3, IgG4. Elles ne font pas la même chose Sous classes • Sous classe IgA (dimères) : IgA1 et IgA2 3 Schéma • On peut remarquer quelques différences au niveau des ponts disulfures, sur le fait d’avoir une région charnière … • Les IgA sont des dimères et les IgM des pentamères. • Les IgE, IgD et IgG ne sont pas sous forme multimérique. 3. Les chaînes légères (cf cours Ontogénie et diversité des LB) CHAINES LEGERES •  et  2 types Toujours identiques pour un même Ac Rapport variable d’une espèce à l’autre • Se combinent toujours avec les chaînes lourdes, elles sont toujours identiques pour une même Ig : o Peu importe que ce soit IgA, IgM, IgE, IgG, IgD les chaines légères seront les mêmes. • Chez l’Homme pour les IgG 2/3 de  et 1/3 de  • Le réarrangement d’une Ig se fait de manière séquentielle. Réarrangement • D’abord : réarrangement au niveau des différents gènes de la chaîne . o Soit cela aboutit à un clone avec un Ig viable qui ne sera pas détruite o Soit l’Ig est non-viable → réarrangement des chaines  dans un second temps. 4. Dualité structurelle et fonctionnelle DUALITE STRUCTURELLE ET FONCTIONNELLE • Très importants pour la reconnaissance de l’antigène (épitope) CDR • Situés sur le domaine variable qui correspond à VL+ VH. • Site de liaison de l’anticorps (paratope) à l’antigène (épitope). • Reconnait un épitope Paratope • Il faut 6 CDR au total o 3 CDR sur la partie variable de la chaîne lourde (VH) o 3 CDR sur la partie variable de la chaîne légère (VL). 4 Fab • VL+VH+CL+CH1 Fc • CH2+CH3±CH4 Schéma 5. Variations isotypiques VARIATIONS ISOTYPIQUES Isotype • Synonyme de « Classe d’Ig » (Iga, IgG, IgE…) • Déterminés par la chaîne lourde d’une Ig • Ces Ig sont différentes en termes de propriétés physico-chimiques, structure, poids moléculaire, nombre de régions charnières, nombre de ponts disulfures. Différences o Or la fonction est déterminée par la structure. Les propriétés physico-chimiques différentes jouent donc sur la structure, la répartition tissulaire des Ig. ▪ IgG prédominent dans le sang, IgA prédominent dans les sécrétions muqueuses • Il peut y avoir le même paratope sur des Ac d’isotype différent • Première rencontre avec un micro-organisme : mise en route de la réponse primaire o Synthèse des IgM (grosses molécules peu spécifiques) permettant de lier plusieurs épitopes. Mécanisme • Puis, communication isotypique : un cône b va reconnaitre un épitope qu’il va être activer et qu’il va se multiplier : active une machinerie génétique qui va faire que certains de ses cônes vont aller switcher sur d’autre isotype= mutation isotypique. • Si l’antigène est reconnu mais pas de manière extraordinaire : activation d’une machinerie cellulaire qui permet une amélioration de l’affinité de la cible • Propre à chaque espèce c’est-à-dire qu’en thérapeutique les immunoglobulines monoclonales injectées doivent être soit humaines soit très proches de celles de l’homme. 6. Variations allotypiques (cf cours Ontogénie et diversité des LB) L’allotype rend compte de la diversité génétique d’un individu à l’autre au sein de la même espèce. On parle de polymorphisme génétique (quelques différences de paires de bases et donc de quelques acides aminés). Les IgG1 en Europe sont l’allotype qu’on appelle G1M3, en fonction des populations où le patrimoine génétique n’est pas le même l’allotype prédominant sera différent. L’allotype rend compte du polymorphisme génétique il y’a donc X allotypes d’IgG. Implique les gènes codants pour les domaines constants de la chaîne lourde. En fonction des variations entre individus on n’aura pas les mêmes allèles). 5 7. Variations idiotypiques (cf cours Ontogénie et diversité des LB) • La région idiotypique concerne les domaines CDR (hypervariables) déterminant la spécificité de l’Ig pour sa cible. o C’est donc la zone de l’Ac qui est responsable de la reconnaissance de la cible (spécificité antigénique) • En partie liée au patrimoine génétique. • La région variable d’une chaîne lourde est la résultante d’une diversité combinatoire des gènes V, D et J. • Pour la région variable des chaînes légères ce sera la diversité combinatoire des gènes V et J. Idiotypes publics • Résultante de la combinaison de VDJ chaîne lourde et VJ pour la chaîne légère uniquement l’association des séquences germinales de V, (D), J. Idiotypes privés • Conséquence de mutations somatiques propres à chaque clone de lymphocyte B Exemple • Des jumeaux homozygotes génétiquement presque identiques vont avoir les mêmes idiotypes publics mais au vu de leur vie différente (pas la même rencontre de micro-organismes) leur idiotype privé sera différent qui vont être la conséquence des mutations à force de stimulation différente des lymphocyte B. III. Classes et sous-classes des immunoglobulines CLASSES ET SOUS-CLASSES DES IMMUNOGLOBULINES • 2 sous classes : IgA1(3g/l)>IgA2(0,5 g/l). • Majoritaires dans les sécrétions muqueuses (salive, lait, mucus… surtout IgA2), mais on en retrouve un peu dans le sang • 80% des IgA sont sous forme dimérique, liées par la pièce jonctionnelle “J” synthétisées par les plasmocytes IgA sous épithéliaux. o Une certaine proportion qui va prendre une forme sécrétoire IgA ▪ Une partie des IgA va être captée par les cellules épithéliales grâce au récepteur pIgR(poly Igreceptor) qui va ensuite transporter l’IgA à travers le cytoplasme jusque dans la lumière (Ex: la lumière du tube digestif) ▪ Pendant le passage, au moment du relargage, le récepteur pIgR va être clivé et une partie de ce récepteur va rester liée à certaines IgA. • Différence entre forme sécrétoire et non sécrétoire : présence d’une partie du récepteur pIgR qui va favoriser le transport et qui les protège notamment de la lyse. o La forme sécrétoire se compose donc de : IgA x2(car dimérique) + pièce jonctionnelle « J » + pièce sécrétoire (pIgR). • 160 KD (x2) 6 • On retrouve 4 sous-classes : IgG1 (9 g/l)>> IgG2 (3g/l) >IgG3 (2g/l)>IgG4 (0,5 g/l) o IgG1 3 ont majoritairement des fonctions effectrices= CDC, ADCC, phagocytose. o IgG2 et 4 servent à la reconnaissance de la cible et à la neutralisation • Monomères et pèsent environ 150 KD (+ pour les IgG3). IgG • Demi-vie : 21 jours (- pour les IgG3). • Classe majoritaire parmi les Ig lors de la réponse secondaire. • Répartition uniforme intra et extravasculaire. • Majoritaires dans le sang (10 à 15 g/L) • Pas de sous classe (0,5 à 2g/l). • Majoritairement pentamériques (pièce j), intravasculaires mais aussi au niveau des muqueuses. • On repère une primo infection grâce à un taux d’IgM élevé lors d’une sérologie. o Les anticorps naturels circulent et sont moins spécifiques IgM o Capables de reconnaître plusieurs motifs bactériens, virologiques ou du soi : non spécifiques • Elles font partie de la réponse primaire car ils ne sont pas synthétisés au moment du contact • Pouvoir agglutinant +++, capables de se lier a beaucoup d'épitopes grâce aux 10 Fab. • Fonction effectrice principale= activation du complément. • 1000 KD • Pas de sous-classe (0 à 0,4g/l). • Monomères. IgD • Ne représentent que <1⁒des immunoglobulines plasmatiques. • Rôle : qu’Ig de surface sur les lymphocytes B et ont un rôle dans leur différenciation. • Rôle méconnu des formes sécrétées mais implication au niveau muqueux. • 180 kD. • Pas de sous-classe (0.001g/l). • Monomères IgE • Taux très faibles dans le sang car la liaison avec leurs récepteurs (Fc𝜀RI) a une très forte affinité. • Présentes à la surface des cellules (mastocytes, basophiles). • Rôle dans l’allergie, l'hypersensibilité immédiate et l’immunité antiparasitaire. • 190 kD IV. Interactions antigènes et anticorps Le site de liaison de l’anticorps à l’antigène est formé par les 3 CDR de du domaine variable de la chaîne lourde (VH) et des 3 CDR Fab du domaine variable de la chaîne légère (VL). D’une immunoglobuline à l’autre il existe une variabilité très importante. Les liaisons sont non-covalentes, réversibles. L’affinité est la force de la liaison entre l’antigène et l’anticorps. L’avidité tient compte du nombre de sites de liaisons, l’IgM en a énormément. 7 1. Fonctions effectrices des immunoglobulines A. Fonctions portées par le Fab • Toutes liées à la reconnaissance de l’antigène. o Neutralisation de la cible (ex : toxines bactériennes, molécules de surface des micro-organismes nécessaires à l'adhérence et/ou la pénétration). • La capacité de neutralisation = empêcher l'épitope de se lier à quelque chose d’important pour lui, de remplir sa fonction. o (Ex : SARS COV 2, le Covid rentre dans les cellules grâce à Spike or si une Ig vient recouvrir le récepteur de Spike la cellule ne peut plus rentrer et donc meurt). • Il y a donc un rôle important de l'épitope ciblé sur l’antigène, mais aussi de l’affinité et de l’avidité de l’interaction. B. Fonctions portées par le Fc • Fonctions toutes liées à la reconnaissance de récepteurs spécifiques au Fc. • Différents récepteurs selon la classe de l’immunoglobuline. Généralités • Rôle important de la glycosylation des Ig (Ex : Asn 297 du Fc des IgG) au niveau du Fc • De plus, elles peuvent être dépendantes de la liaison à la cible par le Fab, car cela change la conformation (ou la spécificité). • Donc si l'anticorps n’est pas lié à sa cible elle peut ne pas induire ces fonctions effectrices. Transport et recyclage • Le récepteur néonatal au fragment Fc(FcRn) permet le transport des IgG de la mère au fœtus (à travers le plasma) puis au nouveau-né en cas d’allaitement, mais aussi recyclage des IgG ( à l’origine de leur demi-vie longue, IgG3 a une moins bonne affinité à ce récepteur, ce qui explique sa demi vie plus courte) • Le récepteur poly Ig-Receptor (plgR) permet la transcytose des IgA au niveau des muqueuses, à travers l'épithélium vers la lumière. 8 • Dépend de la liaison aux récepteurs au FC o FcRs → Fc𝛶Rlla pour les IgG et Fc𝛼R, pour les IgA Phagocytose (dépend des anticorps-ADCP) • Surtout IgG et IgA qui potentialisent la phagocytose des agents infectieux (x1000) o Ils vont la rendre plus spécifique et plus efficace • Opsonisation par les cellules phagocytaires (monocytes, macrophage, polynucléaires). • Concerne les IgM+++ et IgG Cytotoxicité dépendante du complément (CDC) Cytotoxicité à médiation cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) • Responsables de l'activation de la voie classique du complément par des complexes antigène-anticorps • Formation du complexe d’attaque membranaire → Lyse • Concerne les IgG (surtout les IgG3). • Dépend d’un récepteur au Fc. • Implique les cellules NK, qui vont devenir spécifiques grâce à ces IgG qui vont reconnaitre une cible et potentialiser leur cytotoxicité. V. Conclusion • Les immunoglobulines sont des doubles hétérodimères glycoprotéiques composés de deux chaînes lourdes et de deux chaînes légères identiques. • Il existe 5 classes(isotypes) d’immunoglobulines : IgG>IgA>IgM>IgD>IgE. • La partie variable (Fab) des immunoglobulines (chaînes lourdes+légères) porte la spécificité pour l’antigène et donc la capacité de neutralisation. • La partie constante (Fc) des immunoglobulines (chaîne lourdes) porte l’essentiel des fonctions effectrices. VI. QCM Question 1 : A propos de la structure des immunoglobulines, cocher la ou les propositions exactes : A. Ce sont des doubles hétérodimères glycoprotéiques produits par les plasmocytes B. Le fragment variable Fab est un fragment formé par les régions variables de la chaine lourde et de la chaine légère + une partie des régions variables de la chaîne lourde et de la chaîne légère C. Le fragment constant Fc est un fragment formé de régions constantes de la chaîne lourde avec 1 extrémité par molécule d’immunoglobuline, déterminant sa classe (IgG, IgA, IgM…). Il porte l’ensemble des fonctions effectrices. D. A propos des IgA, 80% sont présents sous forme monomérique, liées par la pièce jonctionnelle « J » synthétisée par les plasmocytes IgA sous épithéliaux E. A propos des IgM, ils possèdent 2 sous classes différentes Question 2 : A propos de la fonction des immunoglobulines, cocher la ou les propositions exactes : A. A propos des fonctions des immunoglobulines portées par le fragment Fab, elles sont liées à la reconnaissance de l’antigène B. Pour les fonctions portées par le fragment Fc, elles sont liées à la reconnaissance de l’antigène C. Le fragment Fc a pour fonction entre autres le transport, le recyclage et la phagocytose D. A propos de l’interaction antigène-anticorps, le site de liaison de l’antigène à l’anticorps est formé par 2 CDR du domaine variable de la chaine légère et des 3 CDR Fab du domaine variable de la chaîne lourde. E. A propos de l’affinité de l’interaction antigène – anticorps, l’affinité tient compte du nombre de sites de liaison, les IgG en a énormément 9 Question 3 : A propos des classes d’immunoglobuline, cocher la ou les propositions exactes : A. Il existe 5 classes d’immunoglobulines B. Les IgA sont majoritaires dans le sang C. La majorité des IgA sont retrouvés sous formes monomériques, synthétisées par les plasmocytes IgA sous épitheliaux D. IgE possède un rôle dans les allergies et l’hypersensibilité immédiate E. Toutes les réponses sont fausses Réponses QCM 1 : AC A. VRAI B. FAUX : Le fragment variable Fab est un fragment formé par les régions variables de la chaine lourde et de la chaine légère + une partie des régions CONSTANTES de la chaîne lourde et de la chaîne légère C. VRAI D. FAUX : Ils sont présents sous forme DIMERIQUE E. FAUX : Il n’existe pas de sous classe d’IgM Réponse QCM 2 : AC A. VRAI B. FAUX : Pour le fragment Fc, ses fonctions sont liées à la reconnaissance de récepteurs spécifiques au Fc C. VRAI D. FAUX : Le site de liaison de l’anticorps à l’antigène est formé par les 3 CDR de du domaine variable de la chaîne lourde (VH) et des 3 CDR Fab du domaine variable de la chaîne légère (VL). E. FAUX : C’est l’IgM qui en a énormément. Réponse QCM 3 : AD A. VRAI B. FAUX : Majoritaires dans les sécrétions muqueuses C. FAUX : 80% sous forme dimérique D. VRAI E. FAUX 10