« Unité des fondements de la médecine »

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Anticorps: Structures et Fonctions

Dr John Basso Dept. de Biologie Université d’Ottawa

Bioscience 102Tel.:562-5800 poste 6358

Courriel: jbasso@science.uottawa.ca

Objectifs

• Décrire la structure des anticorps. • Discuter de l’organisation et de l’expression

génétique des anticorps dans le développement des lymphocytes B.

• Décrire les réponses immunitaires dépendantes et non dépendantes des lymphocytes T.

• Décrire de quelle façon la diversification des anticorps est établie.

• Décrire la commutation isotypique. • Discuter des diverses classes d’anticorps et de leurs

fonctions (anticorps muqueux, allergiques, etc.).2

Les Anticorps – Double Fonctions

• Récepteur de surface des lymphocytes B– Permet d’échantillonner l’environnement antigénique– Permet la communication entre l’environnement

extracellulaire et le réseau de transduction de signaux interne

• Molécule sécrétée effectrice– Neutralisation– Fixation du complément– Activation de cellules effectrices

3

CL VL

SS

S

S

SS

SSCH3

CH2 CH1VH

Fc Fab

F(ab)2

Structures repliées, compactes et résistantes aux protéases

Sites de clivages de pepsine - 1 x (Fab)2 & 1 x FcSites de clivages de papain - 2 x Fab 1 x Fc

Domaines c des chaines légères

k ou λ

Domaines C des chaines lourdesa, d, e, g, ou m

4

Domaines des Immunoglobulines

Ig - Protéines Bi-Fonctionnelles

• Doivent interagir avec un nombre définie de molécules spécialisées– Propriété attribuable à une région Fc commune

indépendante de la spécificité• Doivent reconnaitre simultanément un nombre

presque infinie de déterminants antigéniques– Propriété attribuable à la région Fab

5

Pourquoi la Région Fc est Nécessaire?

• La région Fab peut-– Déceler l’antigène– Précipiter l’antigène– Bloquer les sites actifs des toxines ou de molécules

associées aux pathogènes– Bloquer l’interaction entre l’hôte et des molécules

associées aux pathogènes• Mais elle ne peu pas activer-

– Les fonctions inflammatoires et effectrices des cellules– Les fonctions inflammatoires et effectrices des protéines

du complément– Le trafic d’antigènes dans les sentiers d’apprêtement

d’antigènes

6

Structures et Fonctions des Régions Fc

• La structure Fc est commune à toutes les spécificités des anticorps d’un même ISOTYPE

• La structure agit comme récepteur pour les protéines du complément et de ligand pour des récepteurs cellulaires

7

IgM Monomérique

• La forme monomérique est retrouvée seulement à la surface des lymphocytes B

• Cm4 possède les régions transmembrannaires et cytoplasmique. Celles-ci sont retirée pour la forme sécrétée

8

Cm4

Cm3Cm2 Cm1

Noter que seulement les domaines constants de la

chaine lourde sont illustrés

IgM Polymèrique

• Les IgM sécrétés sont de forme pentamérique• Cm3 lie la protéine du

complément pour initier la cascade classique du complément

• Cm1 lie la protéine du complément C3b pour faciliter l’opsonisation par les macrophages

• Cm4 est impliqué dans la multimèrisation

Cm4 Cm

3

Cm2

CC

Cm4

Cm3

Cm2

C C

Cm4

Cm3

Cm2

CC

Cm4Cm3Cm2

CC

Cm4

Cm3

Cm2

CC

ss

ssss

ss

9

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Données des IgM

Chaine lourde: m - Mu

Demi-vie: 2 à 8 jours

% of Ig dans le sérum: 10

Concentration sérique: 0.25 - 3.1 mg/ml

Activation du complément: ++++ sentier classique

Interactions avec cellules: Phagocytose par récepteurs de C3b

Transfère transplacentaire: Non

Affinité pour antigène: Monomère – valence de 2Pentamère- valence de 10

10

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Données des IgD

Chaine lourde: d - Delta

Demi-vie: 5 à 10 jours

% of Ig dans le sérum: 0.2

Concentration sérique: 0.03 mg/ml

Activation du complément: Non

Interactions avec cellules: Non

Transfère transplacentaire: Non

• Co-expression avec IgM à la surface des lymphocytes B• Fonction dans les défenses inconnue

JC C

SS

SS

C

C

SS

SS

CC

s s

Dimèrisation et Sécrétion d’IgA

• IgA est l’isotype prédominant sécrété aux surfaces des muqueuses

• Existe dans le sérum sous forme monomérique

• Deux sous classes d’IgA existent– IgA1 est surtout retrouvé dans le sérum et il est fait par

les lymphocytes B de la moelle osseuse – IgA2 est surtout retrouvé dans les sécrétions des

muqueuses, le colostrum et le lait. Il est fait par des lymphocytes B retrouvés dans les muqueuses

12

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Données des IgA

Chaine lourde: a1 ou a2 - Alpha 1 ou 2

Demi-vie: 4 - 6 jours

% of Ig dans le sérum: IgA1 11 – 14IgA2 1 - 4

Concentration sérique: IgA1 1.4 - 4.2mg/mlIgA2 0.2 - 0.5mg/ml

Activation du complément: Non

Interactions avec cellules: Cellules épithéliales Phagocytose via récepteur pour IgA

Transfère transplacentaire: Non

Les IgA sont inefficaces pour causer une réponse inflammatoire. Leurs modes de protections impliquent la liaison, l’exclusion, la création de liens croisés et de faciliter la phagocytose

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Données des IgE

Chaine lourde: e - Epsilon

Demi-vie: 1 - 5 jours

% of Ig dans le sérum: 0.004

Concentration sérique: 0.0001 – 0.0002 mg/ml

Activation du complément: Non

Interactions avec cellules: Via récepteurs d’IgE exprimés sur les mastocytes, éosinophiles, basophiles et cellules de Langerhans

Transfère transplacentaire: Non

• La majorité des IgE sont liés aux récepteurs de cellules effectrices

• Les IgE sont étroitement impliqués avec les réactions allergiques

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Données des IgG

Chaine lourde: g 1 g 2 g3 g4 - Gamma 1 - 4

Demi-vie: IgG1, 2 et 4: 21 - 24 joursIgG3: 7 - 8 jours

% of Ig dans le sérum: IgG1 45 – 53, IgG2 11 – 15IgG3 3 - 6, IgG4 1 – 4

Concentration sérique: IgG1 5 – 12 mg/ml, IgG2 2 - 6mg/mlIgG3 0.5 – 1 mg/ml, IgG4 0.2 – 1 mg/ml

Activation du complément: Oui, sauf pour IgG4

Interactions avec cellules: Toutes les sous-classes via les récepteurs d’IgG sur les macrophages et phagocytes

Transfère transplacentaire: Oui

Charnière

Activité Biologique

Liaison d’Antigène

Chaine Légèreκ ou λ

Chaine Lourdeμ γ α δ ou ε

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Sommaire de la Structure des Anticorps

Génération de la Diversité

• Les cellules germinales des lymphocytes B possèdent des segments géniques qui peuvent générer le répertoire– 109 - 1012 différentes spécificités

• La diversité est créé par…– Diversité combinatoire ( Chaines H & L)– Diversité des jonctions– Hypermutations somatiques → Maturation d’affinité

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Région Variable de la Chaine Lourde (VH)

• La région variable de la chaine lourde est généré d’un segment V, un segment D et un segment J

• Les réarrangements se font avant la rencontre d’antigène• Les réarrangements sont irréversibles

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Vh1 Vh2 Vh3 Vh--65 Dh 1-27 Jh 1-6 Cμ

Chromosome 14

Région Variable de la Chaine Légère (VL)

• La région variable de la chaine légère est générée d’un segment V et un segment J

• Les réarrangements se font avant la rencontre d’antigène

• Les réarrangements sont irréversibles

19

Vλ1 V λ 2 V λ 3 V λ --29 J λ 1-4

Chromosome 22

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Diversité Combinatoire Possible

Nombre de Segments Géniques

SegmentChaine légère Chaine lourde

κ λ H

Variable (V) 40 30 65

Diversité (D) 0 0 25

Jonction (J) 5 4 6

200 120 10 530

200 * 10,530 = 2,106,000120 * 10,530 = 1,263,600

Répertoire possible:

Région variable (V)~ 65gènes

Diversité (D) 25 gènes

Jonction (J) 6 gènes

Régions constantes

ADN

m

Épissage alternatif

Transcription

ARNmm d

Recombinaison

ADN de cellule B mature

m d g e a

m d g ae

ou

dTraduction

Chaîne lourdeIgM ou IgD

21

Organisation Génique de la Chaîne Lourde

Génome de cellule B maturem d g e a

Traduction Chaîne lourdeIgG

Recombinaison

g e a

Transcription

ARNmg

Épissage

g

Nouveau génome de cellule B mature

22

Commutation de la Chaîne Lourde

Cytokines IgM IgG3 IgG1 IgG2 IgGE IgGA

IL4 inhibe inhibe induit inhibe induit

IL5 induit

INF-γ inhibe induit inhibe inhibe

TGF-β inhibe inhibe induit induit

23

Cytokines qui Influencent la Commutation

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Différentitation des Cellules B

• Phases indépendantes d’antigènes– Survient dans la moëlle osseuse

Cellule souche hématopoietic

Progénitrice lymphoïde

Réarrangement génique IgH

Différentitiation

Réarrangement génique IgL

Pré-RCB RCB

Cellule B mature

Apoptose Apoptose

La Réponse Humorale

Activation des Lymphocytes B

25

1. Rencontre et Présentation

26

Macrophage Cellule dendritique Lymphocyte BLiaison à l’antigène Phagocytose

+++Phagocytose par cellules dendritiques tissulaires +++Infection virale ++++

Récepteur spécifique à l’antigène (Ig)++++

Expression et présentation sur CMHII

Inductible par bactéries et cytokines- à +++

Constitutive++++

Constitutive, augmente à l’activation+++ à ++++

Antigène présenté Particules d’antigènes, pathogènes intra et extracellulaires

Peptides,Antigènes viraux(Allergènes)

Antigènes solublesToxinesVirus

Endroit Tissu lymphoïdeTissu conjonctifCavités corporelles

Tissu lymphoïdeTissu conjonctifEpithélium

Tissu lymphoïdeSang périphérique

2. Activation des Cellules TA (Ag T-dépendant)

L’antigène est digéré et apprêté

TA activée

Cytokines

CMH II

RCT

CD4

Peptide antigènique

TA non-activée

CMH II

Cytokine

TA avec TCR approprié reconnait l’antigène apprêté et le CMH II

Macrophage

Antigène aprété est présenté sur CMH IIAntigène

Cellule TA

Cellule présentatrice d’antigène

27

[Unit name – Lecture title – Prof name]

3. Présentation par Cellule B (T-dépendant)

N

C

100

9080

70 60

5040 30

20

10 RCB de la cellule B lie l’épitope 17- 24 de l’Ag, suivi d’endocytose apprêtement de l’Ag en plusieurs peptides et présentation de ces peptides en association avec le CMH II

CMHII

Peptide 85 - 100 Peptide 82- 69

Peptide 50- 45

Peptide 17- 24

4. Activation, Sélection et Amplification

29

TA

ActivéeIgM

CMHII

B

Antigène

B

B

B

Répertoire

Sélection

Activation

B

Amplification clonale

BBSécrétion d’Ac

Les réponses d’Ac T-indépendante ont généralement:1. pas de mémoire2. pas d’isotypage3. pas de maturation d’affinité

Thymus-Independent car cellules T ne sont pas requises

Antigène T-indépendant (Antigène TI)

Antigène T-dépendant (Antigène TD)

Thymus-dépendent car cellules T sont requises

30

Activation T Dépendant Vs T Indépendant

31

Rencontre d’Ag

0 7 14 >30Jours après l’exposition

Nom

bre

de c

ellu

les B

Spéc

ifiqu

es à

l’anti

gène

ReconnaissancePrésentation

B naïve

Élimination

immunité

Mémoire

B mémoireB activé

Expansion Clonale

Activation

Profil de la Réponse Humorale

Modes d’Actions des Anticorps

• Agglutination• Neutralisation• Opsonisation• ADCC• Dégranulation des

macrophages

IgM et IgA

IgM, IgA et IgG

IgG et IgM

IgG et IgM

IgE

32

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Agglutination

• Favorise la phagocytose• Inactive l’envahisseur

33

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Neutralisation

• Liaison à des composantes essentielles causant l’inactivation

34

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Opsonisation (IgG et IgM)

35

[Unit name – Lecture title – Prof name]

ADCC

36

[Unit name – Lecture title – Prof name]

Dégranulation par les IgE

YY Y Y IgE

Lysosome

Granules de médiateurs préformés

Récepteur de région Fc

Allergène

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