Tissu sanguin Immunologie DFGSM22012-13

Faculté de médecine Rangueil

Pr Michel Abbal

Les Immunoglobulines

Des protéines (glycoprotéines)Produites par les lymphocytes B et les plasmocytes

Appelées :Immunoglobulines lorsqu’on ne préjuge pas de leur activité

biologique particulièreAnticorps lorsqu’on considère leur activité biologique de

liaison à un antigèneGammaglobulines lorsqu’on s’adresse à leur caractéristique

de migration en électrophorèse et par extension pour des préparations à usage thérapeutique.

Les Immunoglobulines (Ig) sont :

Structure dimérique de base d’une Ig (IgG)

Fab

Fc

(Fab)’2

charnièreSite anticorps

Fab

Site anticorps

Chaîne H

Chaine L

Une chaine lourde H (pour Heavy)constituée de 1 à 4 domaines.

Une chaine légère L (pour Light)constituée de 2 domaines

Un domaine est une séquence d’une centaine d’acides aminées d’aspect globulaire caractéristique dérivant d’un gène ancestral commun. C’est un élément constitutif de très nombreuses protéines.

Le domaine de la superfamille des Ig à des caractéristiques particulières identifiées pour la première fois dans les Ig(d’où son nom).

Deux chaines protéiques différentes

Différentes représentations schématiséesd’une IgG

Domaines(superfamille des Ig)

Ponts disulfure(intra-domaine)

Ponts disulfure(inter-chaines)

SS

SS

Chaîne L

Chaîne H

CD58 (LFA-3)

CD54 ICAM-1

Quelques exemples de protéines avec des domaines de la superfamille des Ig

Domaine des Ig

=

CD2 CD4 CD8

HLAClasse I

HLAClasse II

Les différentes chaînes H et L dans l'espèce humainesubdivision en domaines

λλλλκκκκ

M G A D E

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

Ex : IgG

H

L

SH HSS S

Chaînes Légères

Chaînes lourdesFab Fc

SS

Traitement Réducteurs

Traitement protéases

dits constants parce que identiques d’un anticorps à l’autredits variables parce que différents d’un anticorps à l’autre

D’où les abréviations C pour Constant (terme impropre pour un français)V pour Variable (terme impropre pour un français)H pour chaine lourdeL pour chaine légère

Exemple de dénominations :CH1 = premier domaine constant de la chaine lourdeVL = domaine variable de la chaine légère (pas de numéro

parce qu’il n’y en a qu’un)

Certains de ces domaines d’Ig sont :

CLCL

CH1

CH2

CH2

CH3

VL

VHVL

VH

CH1

CL

CH1

CH2

CH3

CH3

VL

VHVL

VH

CH1

Flexibilité de la molécule

IgM

IgG IgA IgD IgE

IgA secrétoire

CH4

Les 5 sortes de domaines constants définissent5 classes d’Ig

CH2

CL

CH4

CH3

CL

CH1

CH2

CH3

CH3

VL

VHVL

VH

CH1

CH2

CL

CL

CH1

CH2

CH3

CH3

VL

VHVL

VH

CH1

CH2

CL

Les 2 types de chaines légères

CL

VL

KappaΚ

CL

VL

Lambdaλ

Interet pratique: diagnostic de la clonalité dans une proliferation maligne (myelome LLC Lymphome etc…

Conséquences

Il y a des IgG kappa et des IgG lambdaDe même pour toutes les autres classes

En pratique cela est très utile pour identifier uneanomalie de production clonale d’une Ig conséquenced’une prolifération maligne (maladie de Kahler,Myelome, Waldenstrom ..)

Spécialisations des différents domaines

Fc

Fab

V L V H

C H

1

V H

C H

1

C L

V L

C L

C H

2

C H

2

C H

3

C H

3

Site defixation cellulaire (récepteur Fc)passage transplacentaired’activation du complément

SiteAnticorps(2)

Structure et fonction des Ig

V L V H

C H

1

V H

C H

1

C L

V L

C L

C H

2

C H

2

C H

3

C H

3

Sites anticorps

Système du complément

Placenta

Phagocyte

Mastocyte IgE = allergie

IgG = immunité adoptée par le nouveau-né

PN et macrophage

Cytolise et phagocytose

Interaction site Ac / Epitope de l’Ag

Epitope d’un Ag X

Site AcD’un anti X

Pris comme modèle de description de la structure générale des IgTaille 160 KD, 7S, 2H et 2L

Concentration 10g/l environ 80% des Ig circulantesSous-classes :G1, G2, G3, G4

Réponse secondaire et anamnestique

Fixent (activent) le complément

Traversent le placenta,

½ vie 21 joursActivité Ac : quasiment toutes (différente selon les sous-classes) :

Les IgG

Pentamère (10 chaînes H (µ) et L (Kappa ou lambda)900 Kd 19 SConcentration : 1 gr/l environ

Ac réponse primaire (cf ontogénie et phylogénie)Peu ou pas précipitants, agglutinants (anti A et B)

Fixent le complément

Ne traversent pas le placenta½ vie 7 jours

Les IgM

2 sortes :sériques et sécrétoiresSériques : 160 Kd, 2 sous-classes α1 et α2Concentration (sérique):1 à 2g/l chez l’adulte

Sécrétoires localisées au niveau des muqueusessynthèse = plasmocyte et cellule épithélialeParticulièrement adaptées à cet environnement

Adhésion au mucusRésistance à la protéolyse bactérienne

Ne fixent pas le complément

Ne traversent pas le placenta

Déficits fréquents (1/700 en France)

Les IgA

½ vie 7 jours

IgE200 Kdconcentration : 100 UI/ml (200µg/l)site de fixation aux mastocytes et aux basophilesHypersensibilité immédiate .(allergie IgE médiée)

IgD180 Kd (chaîne delta)molécule exprimée aux stades initiaux de la différenciationdu lymphocyte B (avec IgM), mais différences (taux, rôle).

Comment coder dans le génome l’information nécessaire pour faire environ 1010 Ac ?

ADN germinal et somatiqueDes minigènes (V, D, J) et C

Génération de la diversité nécessaire grâce à :une combinatoire d’assemblage de ces

minigènesdiversité jonctionnelleHypermutationscombinaison H et L

µ δ3'

ADN germinal

VH DH JH CH

L’information est fragmentée

ADN d’un lymphocyte B (premier stimulus)

µ δ γ3 γ1

LVDJ

µ δµ δ γ3 γ1

L’information est réarrangée

Comment est "fabriqué" lefutur site anticorps

2

Sur le chromosome il y a 3 régions avec des gènes V, des gènes D et des gènes JSorte de loterie avec 3 roulettes et des boules différentes

Le croupier "l’antigène" rajoute des complications pour que cela lui convienne mieux

8

27

4

11

27827

27

5

11

Mécanisme de génération du site anticorps

VH DH JH

Recombinaison entre D et J aboutissant à l'excision d'un segment d'ADN (boucle)5'

D10 J 33'

J 4D 8 D 9

Un deuxième évènement de ce type raboutera 1 segment V à DJ formant le futur site Ac

J 2J 1

J 2D 9

D 10

5' D 83'J 3

Boucle d’excisionD 10

ADN germinal

D8 D9 J 2 J 3

ADN réarrangé

RAG (recombinase)

A ces réarrangements s’ajoutent

Des erreurs jonctionnelles entre D et J.

Des hypermutations de la région codant les interactions de l’Ig avec l’Ag (CDR1 CDR2 CDR3) ce qui génère des activités Ac et des avidités nouvelles.

On arrive ainsi à au moins 1010 Ac possibles

Chromosome d’un autre lymphocyte

Chromosome d’un lymphocyte

Nous faisons tous les anticorps (et les TCR) possibles et imaginables

En juxtaposant au hasard des gènes codant des morceaux du futur Ac.

VH DH JH M G A E

Chromosome hérité du père ou de la mère(c’est le même pour tous les individus quel que soit leur vécu immunologique)

Chacun de ces lymphocytes code un anticorps différent généré au hasard et indépendamment de tout contact avec

l’antigène correspondant

Ac IgM

Ac IgM

VH DH JH M G A E

Génération aléatoire du site anticorpsIl faut 3 briques : 1bleu (V) 1rouge (D) 1 verte (J) Supposons qu’on en ait 10 de chaque couleur

1 2 3 4 5 6 7 8 910

1 2 3 4 15 6 7 8 910

1 1 1 1 1 2 1 1 3 1 1 4 1 1 5

Par ce seul réarrangement on va pouvoir fabriquer au hasard 10 x 10 x 10 = 103 AcSe rajoutent les phénomènes de jonction et d’hypermutation pour arriver à des combinaisons donc des sites Ac de l’ordre de 1010

ou plus !

2 3 4 5 6 7 8 910

1 1 6 1 1 7

V

Etc… Etc…. Etc… Etc….

AtgcaatccggattcagCCAgtttaacgcgggactaaatattcggaccataacgcgggactaaacggattcagggactaaataaatctaggagcccaatgcatatcgcgcgaatat

---------------------x----------------x-------------------------------------------------------------------------------------x----------------------------x-------x----------------x------------------------x-----------------------------------------------------------x------------------x---x------------x----------------------------------------------x--------------------------------------------x---------------x-----------------------------------------------------------------------------------x--------------x------------------------------x-------------------------x--------------x-----------x-----------x--------x--x---------------------------------------x-------------------x------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------x-----------------------------------------x------------------------------------------------------x-x---x-----------------x-------------------------------------------------------------------------------------------x-----------------------------x------------------x--------------------------x-----------------------------------------------------------------------------x-----------------------------------------x---------------x---------------------------------------------- --------------------------------------x-----------------x--xx-------------------------------------x------------x-----x---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------x--------------x--x-------------------x----x------------------------------------------------------x----------------------------------------------------------------x-----------------------------------------------------------------------------------------------------x---------------------x--------------------------------------x----------------x----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------x----------------------------x------------------------------------------x-----------------x-----------------x-----------------------x-----------------------------------------x-------------------x--------x-------------x----------x------------------------------------------x-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------x------------------xx-------------------x-------------------------------------------------------x--x-------------------------------------------------------------------------------------------------x--------------------------------------------------------------x-----------------------------------------------------------------x--------------------x---------------------x-----------------------------------------x-----x----------x---------------------------------------------------------------x--------------------------------------x---------------------------------------------------------x-----x-------------------x----------------------------x-----------------------------x------------------------------------x-----------------------x-x-------------------------------------------------------------------------------------------------x---------------------------x--------------------------------------x------------------x-----------------------------------------------x------------x-----------------------------------------x---x-----------------------------------------------------x-x---------x-------------x----------------------------------------x-------------------x--------------------------------------------------------x-x-----------------x---------------------------------------------------------x------x-------------x--------------------------x-x--------x-----------------------------------------------x-x---------------x----x------------------------x------------------x------------------------------------------x---------x----------------------x---x----------------x-----------------------------------------

CDR1 CDR2 CDR3

35 55 95

Comparaison de séquences du domaine VHde différents anticorps

CH1 CH2 CH3VH

NH2 COOH

1 11055-60 90-97

Epitope

Conformation du domaine V et participation au site Ac

domaine VH

Site AC

30-35

Régions hypervariables

La recombinaison aléatoire VDJ génère :51 X 27 X 6 =8 262 combinaisons pour la chaine HAuquel on rajoute 120 combinaisons pour la chaine

légère λ et 200 pour κ.

On est donc loin du compte des 1010 AC envisagés précédemment !

Il faut rajouter d’autres évènements• La flexibilité jonctionnelle• L’Addition de nucléotides (1 à 15) par la TdT avant

l’épissage entre les segments• Les hypermutations (maturation d’affinité par l’antigène)

Après la production dans un premier temps d’une

IgM

On passe lors du 2ème contact avec l’antigène à une autre classe (isotype) d’IgC’est la commutation de classe

Le premier isotype synthétisé est :IgM (et IgD)

Cµµµµ Cδδδδ Cγγγγ3

ADN après le premier réarrangement

Poly A

ARN Transcript primaire

L V DJL VL V

41 42 43

Cµµµµ Cδδδδ43

ou43 Cµµµµ Cd43 Cδδδδ

Le cellule qui a réussi ces évènements sur un de ses 2 chromosomes (le paternel ou le maternel) ne peut le faire sur l’autre : exclusion alléliqueEn conséquence un lymphocyte B et son successeur le plasmocyte ne peut fabriquer qu’une seule molécule d’anticorps (bien sur à des milliers d’exemplaires)

C µ

Exemple de commutation d’une IgM vers une IgE

VDJ5' 3'

IgE

C δC γ 3 C γ 1 C α 1

C γ 2

C ε C α 2

C εVDJ C α 2

C γ 4

Le plus souvent d’une IgM on va vers une IgG

µ δ γ 3 γ 15' 3'

VH DH JH CH

γ 2α 1

L V D J

L V D J

γ 2α 1

ADN d’un plasmocyte producteur d’IgA

Récapitulatif des évènements somatiques aboutissant à la synthèse par ex d’une IgA

ADN d’une cellule germinale

Formation du futur site AC

µ δ γ 3 γ 1

γ 2α 1

Protéine (chaine H)

ARN transcript primaire

ARN messager

Commutation isotypique (switch)

ADN d’un plasmocyte producteur d’IgM

L’IgA sécrétoire

Synthétisée par le plasmocyte sous muqueux

Transcytose à travers la cellule épithélialeDu pole basal vers apicalY acquiert

la pièce sécrétoirela résistance à la protéolyse bactérienne

Passe à la surface de la muqueuse

Se lie au film de mucus

Technique simplifiée de productiondes anticorps monoclonaux

Fusion

Agent de fusion

Clonage (une cellule par milieu de culture)

Sélection des cellules clonales qui produisent l’anticorps anti X

milieu de sélection pour ne garderque les cellules qui ont fusionné (en vert)

Antigène X

Lymphocytes B

Souris avec tumeur Lymphoïde B

Lymphocytes tumoraux

Souris normale immunisée avec l’antigène X

Production en masse et commercialisation de l’anticorps anti X

Le BCRIg de membrane

CD 79 a

S S

S S

CD 79 b CD 79 a CD 79 b

VV V V

C C C C

C C

C C

Membrane cellulaire

Transduction du signal

Le site anticorps positionné à l’extérieur peut réagir avec l’épitope de l’antigène qui arrive au contact de la cellule

S S

S S

ITAM

ITAM

IgA IgM IgG IgD

PROPORTIONS DE CELLULES PRODUISANTLES PRINCIPAUX ISOTYPES D'Ig

Fonction des anticorpsLe site Ac :

Réagir avec l’épitope (marquer l’antigène pour d’autres effecteurs, éventuellement le neutraliser le précipiter)

Le fragment FcCytotoxicité complément dépendante

(par activation de la voie classique)Cytotoxicité dépendante des cellules NK

(ADCC) via leurs récepteur FcPassage transplacentaire

Uniquement les IgGAdaptation aux muqueuses

Les IgA secretoiresActivation des mastocytes et basophiles

Uniquement les IgELa régulation du catabolisme

Pathologie

Sera abordée l’an prochain :déficits :

absence de gènes de structure (rarissime)absence ou mutation de gènes de régulationabsence d’enzymesAutres déficits moléculaires (très nombreux)

pertes :digestives urinaires …hypercatabolisme :

Proliférations malignes :Anomalies monoclonales (Myelome, ….)

Exploration(sera vue en ED)

Exploration in vitro

Electrophorèse :ex : 14 g/l de gamma globulines

Dosage des isotypes : ex 12.5g/l d’IgG

Dosage des sous classes des IgG : ex : 703 g/l d’IgG1

Dosage des activités anticorps : ex : 17 U d’anti Ag S du virus de l’hépatite B

Aspects qualitatifà l’électrophorèse

Profil normal : Ig polyclonales

Profil anormal : Ig monoclonale

IgThérapeutiques

D’origine humaine (pool de donneurs)A visée substitutive dans un déficit :

gamma globulines polyvalentes

A visée protectrices spécifiques d’un germegamma spécifiques hépatite B

A visée immuno-modulatrice dans un Guillain et Barrégamma globulines polyvalentes (très fortes doses)

IVIG Intra Venous ImmunoGlobulins

Anticorps monoclonauxmurins humanisés

Nous héritons tous du même jeu de gènes pourfaire des anticorps

Nous les combinons au hasard pour faire un trèsgrand nombre de spécificités anticorps (utilesinutiles ou dangereux)

Nous ne rencontrons pas les mêmes antigènes quistimulent la production des anticorps

Nous avons tous (sauf déficit) les mêmespotentialités, mais nous n’avons pas le mêmebagage car pas le même "vécu"