Immunologie - Chap 1 - bloc 3 .pdf

Immunologie Pr. Jean-Yves Cesbron Génération des répertoires immunologiques T et B But de ce cours la collection complète de spécificité d’anticorps chez un individu constitue le répertoire B. Il est de l’ordre de 10^11. Le répertoire T est plus étendu, car il est de l’or...

Immunologie Pr. Jean-Yves Cesbron Génération des répertoires immunologiques T et B But de ce cours la collection complète de spécificité d’anticorps chez un individu constitue le répertoire B. Il est de l’ordre de 10^11. Le répertoire T est plus étendu, car il est de l’ordre de 10^15. Le nombre de BCR et de TCR chez un individu dépasse de très loin le nombre de clones B ou T d’un individu à un instant donné Essayons de décrire les mécanismes repos nables de cette diversité B et T et de les comparer Contenue Comparaison de la reconnaissance antigénique chez les TCR et BCR mécanismes expliquant la diversité du répertoire B et T en les comparant 3 situations particulières : la commutation de classes ou Switch isotypiques, l’expression membranaire ou soluble des IgS, l’expression simultanée d’IgT et d’IgM sur la surface d’un lymphocyte B Comparaison de la reconnaissance antigénique par les TCRs et BCRs Tableau résumant les mécanismes de reconnaissances de l’antigène par les récepteurs à l’antigène B (lymphocyte B) et T (lymphocyte T) Les TCRs et BSRs assurent la reconnaissance de l’épitote de l’antigène par des sites complémentaires de l’antigène appelé paratope. Cependant, le lymphocyte B reconnait un antigène accessible, hydrophile, séquentiel ou conformationnel, qu’il soit lipidique, polysaccharidique ou protéique. Un épitope est dit conformationnel lorsqu’il est formé par la juxtaposition dans l’espace d’AA ou aux autres molécules situées à distance les un des autres. Si la protéine est linéarisée par chauffage, l’épitope est détruit et l’anticorps perd sa reconnaissance Un épitope est dit séquentiel lorsqu’il est formé d’une courte séquence en AA. Le TCR reconnait l’antigène sous forme d’un peptide linéaire enchâssé dans une molécule du CMH. Le peptide est produit lors de la dégradation de l’échantillon protéique en peptides et de l’association de ces peptides à des molécules du CMH et le transport de ce complexe à la surface de la CP de l’antigène aux lymphocytes T On parle de présentation antigénique par une cellule spécialisée, les CPAs. L reconnaissance par le lymphocyte T est restreinte par le CMH  La complémentarité entre l’épitope par le paratope est restreinte à des régions particulières. Les AA de l’anticorps à gauche sont proches des AA de l’antigène (ici le lysozyme) Si maintenant, on compare les séquences de nombreux anticorps entre eux sans spécifité particulière, on constate que les AA d’intérêt dans la liaison avec l’épitope présente une grande variabilité entre eux par rapport aux autres régions de l’Ig dont la séquence est plus conservée. On parle de régions hypervariables. Il y en a 3 qui joue un rôle dans la reconnaissance à l’épitope, ce sont ces zones hypervariables qui sont directement responsables de la spécifité de reconnaissance de l’Ig ou du BSR Comment est générée cette extraordinaire diversité ? Si on considère qu’il faut un gène distinct par IG. On fait l’hypothèse que le patrimoine est inscrit dans le patrimoine génétique. Mais on se heurte directement au fait que la diversité théorique de la diversité immunologique est supérieure à plusieurs milliards, alors que l’on dénombre près de 30000 gènes chez l’homme Problème résolu il y a plus de 35 ans par Tonegawa → prix Noble de médecine en 1987. Cela a révolutionné la génétique Examinons cela avec l’organisation des gènes d’ig ou BCR, puis dans un second temps, on examinera l’organisation des gènes du BCR. Organisation multigénique des gènes d’Ig Chaque chaine polypeptidique de l’Ig est codé non pas par un gène, mais par 3 familles multigéniques. Chaque chaine polypeptidique constituant l’Ig. La chaîne lambda, kappa et la chaine lourde. Chaque famille multigénique est situé sur des chromosomes différents, chaque  famille est composée de régions codantes et non codantes. La production d’une Ig fonctionnelle résulte donc un réarrangement productif des gènes codant des chaines lourdes et des chaines légères des Igs. Tableau indiquant où se situent les gènes d’Ig chez l’homme et chez la souris : Génération de la diversité des anticorps (1) Le locus des chaines lourdes des Igs sont situés sur le chromosome 14, le locus comprend 40 gènes variables et un nombre limité de jonctions J et 25 segments de diversité D Dans la région constante, il existe des gènes qui vont coder pour la région constante pour les chaines lourdes. La production d’Ig résulte de réarrangement productif codant des fragments géniques des chaines lourdes VDJ et ceux des gènes constants C. La diversité combinatoire des chaines lourdes est gouvernée par le hasard du choix des segments constituant les régions variables. C.-à-d. 40x25x6 possibilités différentes À cela, s’ajoute le fait qu’une Ig résulte de l’association d’une chaine lourde et d’une chaine légère kappa ou lambda En multipliant les possibilités, on obtient la diversité théorique primaire, c.-à-d. celle contenue dans l’information génique des gènes codants pour les Ig Voyons maintenant comment s’opèrent ces recombinaisons en somatique Processus de recombinaison des segments de gènes des Igs Animation dans Janeway’s Immunobiology by Kenneth Murphy Voir cours pour vidéo Toute altération du fonctionnement de cette machinerie complexe conduit à un déficit combiné sévère conduisant en clinique à des affections gravissimes (voir cours sur déficit immunitaire) Génération de la diversité des anticorps (2) La diversité combinatoire VDJ associée à la combinatoire d’une chaine légère lambda ou kappa est déjà considérable, mais n’explique pas à elle seule la totalité du répertoire B En effet, lors des processus de recombinaison VDJ, les mécanismes de réparation de l’ADN crée une variabilité dans les zones de jonction entre les gènes associés et la position précise à laquelle les segments génétiques VDJ se joignent. Cette légère variation induit un degré supplémentaire de diversité par délétion ou insertion de nucléotides dans les régions variables des Igs La recombinaison VDJ permet donc in fine de créer un vaaste répertoire d’Igs à partir d’un nombre restreint de gènes. En effet, grâce à l’utilisation des différents gènes du répertoire, des coupures de l’ADN parfois imprécise ainsi que la diversité jonctionnelle, il est possible pour un individu de générer plus de 10^9 Igs différentes. Mais ce n’est pas tout, un autre mécanisme joue un rôle fondamental : celui des mutations somatiques qui se produit dans les cellules B matures, dans le centre germinatif EN présence de l’antigène. La réponse des lymphocytes B dépend de celle des lymphocytes T (centre germinatif) Vous verrez dans un cours dédié, que deux événements majeurs affecte la maturation des lymphocytes B dans la zone sombre du centre germinatif des organes lymphoïdes secondaires D’abord, suite à l’initiation de la réponse immunitaire, le lymphocyte B est en phase d’expansion clonale, les divisions rapides du lymphocyte B introduisent des mutations ponctuelles qui affectent principalement les régions hypervariables et jonctionnelles des lymphocytes B matures activées. Elles sont mille fois plus fréquentes qu’ailleurs. Elles portent donc sur les codons des AA qui font partie du paratope. Elles affectent directement la capacité de reconnaissance à l’antigène et sont à l’origine d’un changement de spécificité ou d’affinité. Si le lymphocyte perd sa capacité de reconnaissance à l’antigène, il ne reçoit plus les signaux de survie qui lui sont fournis par contact avec l’antigène dans les centres germinatifs. Ils rentrent alors en apoptose et la cellule meurt. On comprend alors qu’il se produit un phénomène de sélection positive des clones B les plus affins. Ce processus est appelé maturation de la réponse immunitaire et permet au système immunitaire de produire des Igs de plus en plus affins pour l’antigène au cours de la réponse immunitaire. L’enzyme clé de ce processus est la cytidine désaminase dont une ponction congénitale entraine un déficit immunitaire primitif. Le second événement est le switch isotypique, la commutation isotypique. C’est le processus qui permet à un lymphocyte d’exprimer, pour une spécificité antigénique donnée, un autre isotype que l’IgM initiale, il s’agit souvent d’une IgG. La conséquence est que pour une même fonction de reconnaissance, les fonctions effectrices de l’anticorps sont différentes Le réarrangement des Igs s’opère selon un ordre séquentiel Tous ces phénomènes sont hautement régulés et ne se déroulent pas dans un  ordre quelconque. La progression de la cellule B au stade suivant dépend de la réussite des réarrangements productifs des segments géniques qui se déroulent selon un programme parfaitement établi Étant donné qu’il existe deux allèles pour chaque locus d’Igs dans le génome diploïde, chaque allèle pouvant se réarranger. La cellule doit impérativement empêcher que les deux allèles ne réussissent simultanément des jonctions productives au risque que la cellule exprime alors deux récepteurs de spécificité antigénique différent. C’est ce qui est appelée exclusion allélique Ceci s’accomplit en testant les jonctions dès qu’un allèle s’est réarrangé. Quand une jonction productive est réalisée, elle signale à la cellule de cesser la phase de réarrangement en cours pour passer au stade suivant. Chaque réarrangement à environ une chance sur trois d’être correcte. Le programme de développement réarrange habituellement le locus de chaînes lourdes H, puis le locus des chaines légères. Les 3 événements de recombinaison se produisent à différents stades de la maturation et dans cet ordre : la jonction DAJ des chaines lourdes puis VADJ des chaines lourdes pour produire le gène fonctionnel de la chaine lourde et la jonction variable VAJ des chaines légères pour produire le gène fonctionnel de la chaine légère. Le locus Kappa est généralement assemblé avant le locus lambada. Si le lymphocyte ne réussit pas ses réarrangements, la cellule meurt et c’est le destin de 90% des cellules B La structure des TCRs Un TCR est composé de deux chaines : alpha et bêta ou gamma delta associé au module de transduction du signal CD3. Chacune de ces 4 chaines forment le site de reconnaissance à l’antigène Organisation des gènes des TCRs L’organisation des gènes du TCR est comparable en tout point à celle des Igs. Les locus des gènes codant pour les gènes alpha, bêta, delta et gamma sont sur des chromosomes différents Comme pour les Igs, les gènes sont regroupés en famille : V, T ou J pour chacun des 4 locus. La synthèse d’une chaine TCR fonctionnelle nécessite des recombinaisons des segments géniques qui ont lieu dans les lymphocytes T ou lors de la maturation intra-thymique Les enzymes impliquées dans les recombinaisons sont les mêmes que ceux impliqués dans l’expression d’une chaine d’Ig d’un lymphocyte T. La région variable des TCR se réarrange de manière similaire aux gènes codant pour les Igs  Lorsqu’on compare les éléments de diversité entre le répertoire T et le répertoire B, on constate que la diversité structurale du TCR est principalement due à la diversité combinatoire de jonctions, c.-à-d. des gènes J généré pendant le réarrangement génique. Le plus grand nombre de gènes J abouti à une diversité combinatoire potentielle du répertoire T beaucoup plus vaste que celle de la diversité combinatoire du répertoire B 2 autres particularités de l’expression des Igs Ce qui diffère fondamentalement entre le répertoire B et le répertoire T c’est l’absence de mutations somatiques que du répertoire T et l’absence de commutation isotopique En terme fonctionnel, les lymphocytes T naïfs qui sortent du thymus avec leur TCR ne le modifieront pas en périphérie dans les organes lymphoïdes secondaires contrairement aux lymphocytes B Le nombre potentiel de récepteurs différents B et T est très important, mais le répertoire réel chez un individu donné à un instant t, est modulé par les stimulations antigéniques d’une part et par les mécanismes de sélection qui vont éliminer les clones B et T auto-réactif lors de la maturation des lymphocytes dans les organes lymphoïdes primaires (moelle osseuse → cell B, thymus → cell T) Expression simultanée des IgM et IgD par les cellules B matures Une même cellule B peut exprimer successivement plusieurs types de chaines lourdes. Il existe une autre situation ou IgM et IgD sont coexprimés à la surface des lymphocytes B matures. C’est la seule situation ou une cellule B exprime 2 isotypes différents à sa surface, mais de même spécificité. Les régions VDJ des chaines lourdes sont identiques. Dans ces cellules, les transcrits primaires contiennent les segments C mu et C delta. Cependant, étant donné qu’il n’y a pas de régions S entre chacun d’entre eux. Le transcrit est long et contient les gènes mu delta Après, selon le site de polyadénylation, la cellule exprimera simultanément des transcrits avec seulement Cmu et des régions Cmu et C delta. Dans ce deuxième type de transcrit, les exons Cmu sont éliminées au cours de l’épissage et la chaine D est la seule traduite. Expression d’Ig sous forme membranaire et sécrété grâce à des épissages alternatifs du transcrit primaire de la chaine lourde  Enfin, les Igs peuvent être exprimées sous forme protéines membranaires ou sécrétées. Les formes transmembranaires et sécrétées des Ig sont fabriqués à partir de transcrits alternatifs des chaines lourdes Si le transcrit primaire est clivé au second site de polyadénylation de la chaine lourde, alors l’Ig possède un domaine transmembranaire d’environ 25 AA qui ancre l’Ig à la surface du lymphocyte B Si le site de transcrit primaire est clivé au site de polyadénylation avant le dernier des deux exons, alors c’est la forme sécrétée qui est produite et cette forme qui est prédominant dans le plasmocyte de façon à avoir des cellules productrices d’anticorps. Points clés Les récepteurs B et T à l’antigène sont des polypeptides qui sont codés par des familles multigéniques sur des chromosomes différents. Chaque famille est constituée de régions codantes et non codantes La sécrétion d’une Ig fonctionnelle résulte du réarrangement productif codant des chaines lourdes, chaines légères codant pour une Ig Les réarrangements géniques se font dans un ordre précis La diversité du répertoire T et B résulte de la combinatoire aléatoire du réarrangement des gènes VDJ d’une façon de l’antigène Après immunisation, les mutations somatiques jouent un rôle crucial pour l’évolution de la réponse immunitaire. Ce n’est pas le cas pour le répertoire T dont l’évolution est terminée la sortie du thymus