Immunoglobulines:

Structure et fonctions

Récepteur B (BCR)

Pr. Jean-Paul Fermand

Service d’Immuno-Hématologie,

Hôpital Saint Louis

lymphocyte B -

plasmocyte

Antigène

Chaîne légère

( ou λ)

Chaîne lourde

(IgG, A, M, D ou E)

Immunoglobuline ou anticorps

dans sérum, muqueuses, surface des lymphocytes B

principale Ig sérique: IgG

Sang: suspension de cellules dans le plasma

Sérum: plasma dépourvu de fibrinogène après coagulation

contient des protéines dont les immunoglobulines et l’albumine

Adulte 70 Kg: production de 3g de gammaglobulines /j

2/3: IgA sécretées dans les muqueuses digestives et respiratoires

salive, larmes sécretion digestives, bronchiques et génitales, lait maternel

Alb

a1G

a2G

b1Gb2GgG

Présence d’immunoglobulines

Distance de migration dans le champ électrique

De

ns

ité

op

tiq

ue

Protides totaux = 75g/l

Alb = 50,8% (38,1 g/l)

a1G=3,1% (2,3 g/l)

a2G = 11,3% (8,6 g/l)

b1G = 8,2% (6,1 g/l)

b2G = 6,6% (4,9 g/)

gG = 20% (15 g/l)

Electrophorèse normale des protéines du sérum

+-

Lymphocyte B -

plasmocyte

Immunoglobuline (Ig) monoclonale

événement (s)

oncogène (s)

Clone lympho et/ou plasmocytaire

anormal

Den

sit

é o

pti

qu

e

Alb

a1Ga2G

Pic

bG

+-

Myélome multiple:

Production Immunoglobuline monoclonale

Ig monoclonale: molécules produites

par des cellules appartenant à même clone et

donc génétiquement identiques

-Même charge électrique

-Même migration électrophorétique

-Mêmes déterminants antigéniques

-Même fonction anticorps

Fragments protéolytiques d’une Ig G

2 fragments identiques:

½ Nterm de la chaîne lourde

+ toute la chaîne légère

1 fragment: moitiés Cterm

des chaînes lourdes

Fragments

qui lient l’AG

(Fab)

Fragment

cristallisable Fc

FabFab

Fc

N term

C Term

Dualité fonctionnelle: Fonction de reconnaissance/fonctions effectrices

papaïne pepsine

F(ab)’2

N term

C Term

1 seul fragment

Bivalent liant l’AG

F(ab)’2

Fv

s

S S

SS

s s s s

s s s s

S

S

S

S

s

s

s

Structure générale du monomère d’Ig

Réduction des ponts disulfures:

4 chaînes polypeptidiques identiques 2 à 2:

2 Chaînes lourdes (40 à 70 kD)

2 chaînes légères (23 kD)

Repliement des séquences d’aa en domaine

globulaire compact:

- 110 aa

- 2 couches de feuillets b

maintenus par un pont disulfure

2 domaines pour les chaînes légères,

VL et CL

4 ou 5 domaines pour les chaînes lourdes,

CL, CH1, CH2, CH3, (CH4)

Ig: organisation en domainesN-ter N-ter

C-ter

N-ter N-terN-ter N-ter

C-ter

Domaines VH et VL

=

reconnaissance de l’Ag

Domaines C portant

les propriétés effectrices

de l’Ig

Ig: structure générale

Site d’interaction avec les récepteurs

Fc

Sites de reconnaissance de l’antigène

Structure des IgG humaines normales

reconnaissance de

l’antigène

Corrélation structure fonction: activité anticorps et variabilité

Comparaison de la structure primaire de domaines variables (VH et

VL) d’anticorps de spécificité antigénique différente

VH

1

30

60

90

110

VL

3 zones hypervariables

= régions déterminant la complémentarité avec

l’Ag ou CDR pour « complementary determining

region »

Entre les CDR 1,2 et 3, régions charpente

« framework » (FR1à 4) = positionnement dans

l’espace du site anticorps

COOH

H

Structure des immunoglobulines humaines normales

NH2

LCDR

FR

Sites de reconnaissance de l’antigène

Site d’interaction

avec les récepteurs Fc

Etude cristallographique (RX) de complexe Ag-AC: proximité dans

l’espace des zones hypervariables (CDR) des chaînes lourdes et légères

VH VL

= un sillon où se fixe l’épitope

= site Anticorps

Corrélation structure fonction: activité anticorps et variabilité

- Chaîne lourde et légère sont

Nécessaires à l’activité anticorps

- Les différentes structures primaires

des CDR déterminent dans l’espace

une variabilité de forme et de surface

de contact

spécificité pour un épitope donné

Molécule immunogénique (Ag)

Ag

Déterminants antigéniques

des Igs humaines

Ig humaine

Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)

Ig

Anticorps anti-Ig

• déterminants isotypiques: spécificité d’espèce

définissent les classes et les sous-classes d’Igs

situés sur parties constantes des chaines lourdes (g, a, m, d, e)

et des chaines légères (, l)

tous présents dans le sérum d’un individu normal.

identiques d’un individu à l’autre au sein d’une même espèce.

indépendants de la fonction anticorps

• déterminants allotypiques: spécificité d’individu

traduisent des différences dans la structure primaire des Igs

chez des individus de même espèce, pour une même classe et

sous-classe

• déterminants idiotypiques: spécifiques de l’activité anticorps

situés sur le domaine variable et les structures hypervariables

des

Igs (site anticorps)

privés (différents d’un individu à l’autre) et publics

Différence isotypique

Différence allotypique

Différence idiotypique

N term

CtermChaîne légère : - Domaine Cterm de 110 aa

- 2 types de chaîne légère chez l’homme: kappa (k) et Lambda (l)

- Une Ig portera toujours 2 ou 2 l identiques

- Dans le sérum 2/3 des Igs portent des et 1/3 des l

- Structure constante mais variations allotypiques (variation allélique

au sein d’une même espèce)

NtermVariations allotypiques Km

CVKappa

Lambda

Différence de structure des régions constantes

Corrélation structure fonction:

fonctions effectrices, classe et sous classe

Chaînes lourdes

- Selon les différences de séquence en aa entre les parties constantes

des chaînes lourdes on définit 5 classes d’Igs.

Les Igs portent le nom de leur chaîne lourde.

g IgG avec 4 sous classes g1(IgG1), g2 (IgG2), g3 (IgG3), g4 (IgG4)

a IgA avec 2 sous classes a1 (IgA1), a2 (IgA2)

m IgM

d IgD

e IgE

- Les régions constantes sont formées de 3 ou 4 domaines

selon la classe ou la sous classe.

-Les domaines constants portent les propriétés effectrices

(≠ la liaison à l ’Ag) de la molécule d’Ig

Les différentes classes d’Igs

IgG

IgA

IgD IgE

IgM

7 à 15 1,5 à 4,5 0,5 à 2,5

3 2,5½ vie (j) 21 6 5

½ vie longue des IgG (sauf IgG3)=intérêt dans la substitution

chez les patients déficitaires en IgG

caractéristiques des Immunoglobulines

Propriétés effectrices des parties constantes des chaînes lourdes

- Traversée du placenta : IgG

-Activation du complément : IgG1-2-3 et IgM

-Contrôle du catabolisme

- Liaison aux différents récepteurs pour le Fc

sur différentes cellules: IgG, IgA, IgE

V C

N term C term

Même reconnaissance antigénique par des classes différentes

(aux propriétés effectrices différentes):

Commutation de classe

Récepteurs au fragment Fc des immunoglobulines

RFCgRI FCgRII A FCgRII B FCgRII C FCgRIIIA FCgRIIIB FceRI FCaR

Isotype

Ig

IgG1 et 3> 2,4

IgG1 et 3> 2,4

IgG IgG1 et 3> 2,4

IgG1 et 3> 2,4

IgG IgE IgA

Affinité +++ +/++ +/++ +/++ +/++ +/++ +++ +++

Fonction Activation Inhibition Activation Activation

cellules Monocytes

Macrophages

Neutrophiles

Eosinophiles

plaquettes

Lympho.

B

Macro

Neutro

EosinoPlaquettes

Cell

dendrit.

Lympho.

NK

Macro

Neutro

Eosino

Cell

dendrit.

Neutro

philes

Baso.

Masto.

Mono

Macro

Neutro

Eosino

Fonctions « effectrices »: partie constante

Cytotoxicité dépendante des Anticorps (ADCC)

Fc

Fab

Fc Récepteurs

Cytotoxicité

Cellules NK

Monocytes/Macrophages

Polynucléaires

BFc

FcgRI

FcgRII, FcgRIII

BFc

FcgRI

FcgRII, FcgRIII

Fab Fc Récepteurs

Opsonisation: favorise la phagocytose (IgG)

Fonctions « effectrices »: partie constante

Fc

AgPar ex à la surface d’une mb cellulaire

C1q

Fab

C1r C1s

Fc

AgPar ex à la surface d’une mb cellulaire

C1q

Fab

C1r C1s

Activation de la voie classique du complément (IgG1-2-3 et IgM)

Immunité muqueuse

(IgG 1, 2, 3, 4)

(IgA 1, 2)

[g/L] ½ vie (j)

1,5

traces

12

0,05

3,5

5

23

3

2

6

caractéristiques des Immunoglobulines

Fonctions des IgA

Transcytose des IgA:

Nécessite la formation

d’IgA sécretoires

Transcytose

Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires

Pièce secrétoireChaine J

Fonctions des immunoglobulines

Fonctions du domaine variable: liaison à l’Ag

Neutralise les toxines bactériennes

Inhibe l’adhérence des bactéries

aux surfaces cellulaires (ex : épithélium des muqueuses)

Bloque la fixation de virus sur leur récepteur

Reconnaissance Ag réponse immunitaire adaptative

(diversité)

-Fonctions des domaines constants

Catabolisme (1/2 vie)

Traversée du placenta : Fc des IgG

Trancytose des IgA

Opsonisation phagocytose par Macrophage et Granulocyte

ADCC (cellules NK)

Activation complément( voies classique et alterne)

Dégranulation des mastocytes et basophiles (IgE)

s

SSS

S

ss

ss

ss

ss

SS SS

sss

lymphocyte B naïf

IgM IgD

IgM

IgG

IgA

lymphocyte B mémoire

Le récepteur B pour l’antigène (BCR)

moelle osseuse

précurseur B lymphocyte B «naïf»

réarrangement

des gènes des Igg

Lymphopoïèse B

Lymphopoïèse B

Acquisition de la diversité de reconnaissance pour l’antigène

Gènes pour les Igs: Chaîne lourde: chr. 14

Chaîne Kappa: chr. 2

Chaîne Lambda: chr. 22

• Sur chaque chromosome:

Gène pour partie V

Gène pour partie C

Information génétique:

• Nombre important de gènes

• Insuffisant pour expliquer la diversité du répertoire 108 Ags

Réarrangement des gènes de la chaîne lourde µ

Lymphopoïèse B

PlasmocyteCellule

souche

Pro-B Pré-B B immature B mature

IgM IgM IgD

Moelle osseuse Périphérie

plasmocyteprécurseur B lymphocyte B «naïf»

moelle osseuse

follicule lymphoïde

mutations somatiques

commutation isotypique

(antigène, lymphocytes T)

réarrangement

des gènes des Igg

B mémoire plasmoblaste

Antigène

Différenciation des lymphocytes B

Iga (CD79a)

Igb (CD79b)

ITAMITAM

Le récepteur B pour l’antigène (BCR)

Lyn

Fyn

PLC-g

Ras, Raf,

MEKK1

Ca++Calmoduline

Calcineurine

NFAT

JNK

AP-1 NFB Activation B

Blk

Transduction du signal par le BCR

SykBTK

BLNK

Iga (CD79a)

Igb (CD79b)

ITAMITAM

Aggregats

Lyn

Fyn

PLC-g

Ras, Raf,

MEKK1

CD21

Activation B

Blk

Transduction du signal par le BCR

Syk

CD19CD81

C3d

PI3K/AKT

Complément

Fyn

Blk Lyn

ITIM

SHIP

Inhibition B

PI3K/AKT

FcRgIIB

Transduction du signal par le BCR

Iga (CD79a)

Igb (CD79b)

ITAM

Différenciation

Fyn

Blk Lyn

CD40/CD40L

BAFF/BLYS

Cytokines

Chimiokines

Cooperation B/T

Commutation isotypique

Prolifération

Migration

Spécificité tissulaire des Immunoglobulines

précurseur B lymphocyte Pro B

moelle osseuse

Réarrangement des gènes des Ig

µ CIg

lymphocyte Pré B lymphocyte B

immature

Pré BCR

lymphocyte B

mature

périphérie

IgM

IgM IgD

CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20

Agammaglobulinémie

liée à l ’X (Bruton=Btk)

BLNK

Déficit combiné

sévère

Rag -/-…..

Mutation de Cµ

Déficit commun variable (DICV)

Tissus

Microbes

Bactéries, virus

parasites, champignons

Agression

Plaie, effraction

Inflammation

Macrophage

Polynucléaire N

Lymphocytes T

NK

Immunité Innée Immunité adaptative

Périphérie Organes lymphoïdes

Ganglion

Monocyte

Lymphocyte B

Plasmocyte

CD4 CD8

Réponse immunitaire

Cellulaire

Humorale

Cellule Dendritique

Phagocytose Migration

Complément

Tissu ou organe

infecté

Cellule

DendritiqueAntigène

thymusLymphocyte T

Lymphocyte B

naïf

B

T

Ganglion lymphatique

B

T

sang

T

plasmocyte

T, B mémoire

sang

Anticorps

T

T effecteur

cytotoxique

T

Activation

DifférenciationRecirculation

Réponse immunitaire

Production d’anticorps de spécificité définie

par Hybridome