Introduction à l’Immunologie - CIME Nanotechproxy.lmgp.grenoble-inp.fr/sites/smb2009/Presentations-SMB2009/... · Unité qui présente / Réf présentation 20/07/2009 1 Introduction

20/07/2009 1Unité qui présente / Réf présentation

Introduction à l’Immunologie

Serge CandéiasLaboratoire Lésions de Acides Nucléiques

CEA-Grenoble


Un peu d’histoire

• La première description de « protection » remonte à Thucydides dans sa description de la peste qui ravagea Athènes au Vème siècle avant Jésus-Christ.

• Dès le Xème siècle les Chinois de la dynastie Ming étaient capables de conférer une protection contre la variole par inhalation de poudre de lésions croûteuses varioliques. Ce procédé de variolisation fut ramené en Europe par la femme d'un ambassadeur anglais vers 1722. Il avait pour inconvénient d'induire une maladie réelle au patient.

• Un médecin anglais, Edward Jenner constata que les garçons vachers qui s'occupaient du bétail, ne répondaient pas à la variolisation. Il fit l'hypothèse que cette absence de réponse était due à l'existence d'une maladie bovine, la vaccine, ressemblant à la variole humaine, mais responsable d'une maladie bénigne chez l'homme. Cela lui donna l'idée d'inoculer, en mai 1796, des pustules de vaccine à un petit garçon pour ainsi immuniser un humain au moyen d'une maladie bénigne afin de le protéger contre une beaucoup plus grave. Le procédé prit le nom de vaccination . Il désigne l'inoculation de sujets sains avec une souche atténuée d'un agent pathogène pour les protéger de la maladie due àcet agent. Dans le cas particulier de la variole, l’immunologie peut être créditée d’un succès sans précédent, puisqu’en 1980, l’OMS a pu annoncer l’éradication planétaire de la variole grâce à sa campagne de vaccination.


Corps humain Microorganismes

BactériesChampignons

ParasitesVirus

ADNARN

Protéines Lipides

Glucides

Le système immunitaire est chargé de protéger l’intégri té de l’individu face à son environnement



Diversité des microorganismes


Quelques chiffres….

Un corps humain:

– est composé d’environ 1013 cellules,

– est recouvert d’environ 108 microorganismes,– contient environ 1014 microorganismes.

Au total, bientôt 7 milliards de personnes sur terre……

……….et 1030 microorganismes!

Comment les identifier?

Comment s’en protéger?


La discrimination soi / non-soi

Le SOI: l’organisme

Le NON SOI: le reste du monde

Le SOI doit pouvoir reconnaître spécifiquement le NON-SOI pour détecter la présence d’un danger et mettre en œuvre les moye ns nécessaires à

l’élimination de ce danger en développant une réponse immunitaire

Reconnaissance de molécules spécifiques de groupes de microorganismes:enveloppe bactérienneARN double brinssucres

Reconnaissance de l’absence de marqueurs du soi

Immunité Innée

Immunité Adaptative

Reconnaissance de molécules particulières spécifiques d’un microorganisme:protéines ou fragments de protéines


Les cellules du système immunitaire


Les cellules du système immunitaire

Immunité adaptative Immunité innée


Les organes du système immunitaire

Organes lymphoïdes primaires différenciation des lymphocytes


Les globules blancs

Nombre moyen de leucocytes (x 10 9 / litre de sang)

Lymphocytes B: 0.3Lymphocyte T: 1.0 - 2.5

Monocytes: 0.15 - 0.6Neutrophiles: 3.0 – 5.5Eosinophiles: 0.05 – 0.25Basophiles: 0.02


Les récepteurs de l’immunité innée

Toutes les cellules de l’immunité innée portent les mêmes récepteurs:

il y a beaucoup de cellules capables de reconnaître et détruire un même agent pathogène�� réponse immédiate mais peu spécifique


Les récepteurs de l’immunité adaptative

Chaque lymphocyte porte un récepteur antigénique diff érent:il y a peu de cellules pour répondre à un antigène do nné�� réponse lente mais extrêmement spécifique


Le système immunitaire inné


Les défenses naturelles

Les barrières naturelles


Les défenses naturelles

La cascade du complément

Un ensemble de protéines circulantes qui s’activent à tour de rôle dans une réaction en chaîne pour former des pores dans la paroi bactérienne


L’activation du complément


Les cellules phagocytaires:Leur rôle est d’absorber (phagocyter) les

microorganismes pour les neutraliser


Activation du macrophage

Production de facteurs solubles:� recrutement d’autres effecteurs

Digestion du microorganisme:� élimination du pathogène


Effets de l’activation des macrophages


La réponse immunitaire

Réponseinnée

Réponseadaptative


Coopération entre acteurs de l’immunité innééEn se fixant sur la paroi bactérienne, certains éléments du complément

favorisent la phagocytose via des récepteurs spécifiques

Plusieurs produits de clivage ont la propriété de recruter au site de l’infection

d’autres cellules immunitaires


L’activation du complément favorise la phagocytose


Le système immunitaire inné possède différents effecteurs

Différents types de cellules phagocytaires portent différentes classes de récepteurs et produisent différents facteurs solubles

� modulation de l’effet en fonction du pathogène


Le système immunitaire adaptatif


Les organes du système immunitaire

Organes lymphoïdes primaires différenciation des lymphocytes,acteurs de l’immunité adaptative


- Les lymphocytes B se différencient dans la moelle osseuse.- Chaque lymphocyte B qui sort de la MO porte un récepteur antigénique spécifique appelé anticorps , immunoglobuline (Ig) ou BCR. Ce récepteur peut être sécrété .- Les Ig sont composées de deux chaînes lourdes et deux chaînes légères reliées par des ponts disulfures- Chaque chaîne est composée d’un domaine variable (V) et d’un domaine constant (C).- La combinaison des domaines variables confère à la molécule d’Ig sa spécificité antigénique

Les anticorps


Les anticorps


Les Ig reconnaissent un déterminant antigénique sur une molécule


Diversité de structures des sites antigéniques des anticorps


Immunité à médiation humorale


Coopération entre immunité innée et adaptative


Les différentes classes d’anticorps


Certains anticorps sont des multimères


Différentes fonctions pour chaque classe d’Ig


Le récepteur à l’antigène des lymphocytes T

Les lymphocytes T se différencient dans le thymus à partir de progéniteursissus de moelle osseuse.

Chaque lymphocyte T produit par le thymus porte à sa surface un récepteur antigénique (TCR) spécifique d’un peptide antigénique .

Ce peptide provient de la dégradation d’une protéine dans une cellule de l’organisme.

Ce peptide doit être exposé à la surface d’une cellule présentatrice, en association avec une molécule du complexe majeur d’ histocompatibilité(CMH ou HLA).


Le Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH)

PolygPolyg ééniquenique et et polymorphiquepolymorphique

JusquJusqu ’à’à 15 MHC 15 MHC exprimexprim ééss

�� large large gammegamme de de peptides peptides prpr éésentsent ééss

�� NombreuxNombreuxallall èèlesles

�� FaibleFaibleprobabilitprobabilit éé pour pour queque 2 2 individusindividusaientaient les même les même MHCMHC

�� SensibilitSensibilit éédiffdiff éérentesrentes aux aux pathogpathog èènene

DD ’’aprapr èès s ImmunoImmuno --BiologyBiology , 3th , 3th editionedition , , JanewayJaneway & Travers, 1997& Travers, 1997


Le CMH

Les allèles paternels et maternels des protéines du CMH sont exprimés en même temps à la surface des cellules.

Immunology, Kuby


Polymorphisme du CMHEach polymorphic variant is called an allele

In the human population, over 1,200 MHC alleles have been identified

α β α β α β

2

317

19

89

20 45

DR DP DQ

Class II

381

185

91

A B C

No

ofpo

lym

orph

ism

sClass I

657 alleles 492 alleles

D’après Colin R.A.Hewitt; Data from http://www.anthonynolan.org.uk/HIG/index.html July 2000

Un même peptide antigénique pourra être présenté de manière différente aux lymphocytes T par des allèles MHC différents

� différences dans l’initiation de la réponse immunitaire selon les individus


Skin from an inbred mouse grafted onto the same strain of mouse

Skin from an inbred mouse grafted onto a strain of mouse differing only at MHC genes

ACCEPTED

REJECTED

Transplantation of skin between strains showed thatrejection or acceptance was dependent upon

the genetics of each strain

D’après Colin RA Hewitt

CMH et greffes


Activation des lymphocytes T helpers


Activation des lymphocytes T cytotoxiques


Immunité à médiation cellulaire


Interconnexion des mécanismes immunitaires


Après la bataille……

Les cellules effectrices meurent .Seules restent les cellules « mémoire », qui induiront une réponse immunitaire plus rapide , plus forte et plus efficace lors d’une deuxième rencontre avec le même pathogène.


La vaccination

Le principe de Pasteur


La réponse secondaire

La réponse secondaire est quantitativement et qualitativement différente


6 months

Transplant rejection is due to an antigen-specific immune responsewith immunological memory.��rôle des lymphocytes T

Réponse secondaire et rejet de greffe

Secondary rejection of strain skin

e.g. 3 days

Primary rejection ofstrain skin

e.g. 10 days

Naïve mouse

LycTransfer lymphocytesfrom primed mouse

D’après Colin RA Hewitt


La vaccination

Influence de la variabilité de l’agent pathogène


Plusieurs armes contre un pathogène


Hiérarchie des mécanismes immunitaires

Mémoire


�Plus de 25 maladies/syndromes humains d’immunodéficience pour lesquelsun modèle animal est disponible

Déficits immunitaires



- Blocage sévère de la différenciation des lymphocytes T et NK; - Nombre normal voire élevé de lymphocytes B peu fonctionnels (pas de production d’Ig)


Interleukin-2 receptor chain mutation results in X-lin ked severe combinedimmunodeficiency in humans

Masayuki Noguchi a, Huafang Yi b, Howard M. Rosenblatt c, Alexandra H. Filipovich d, Stephen Adelstein a, William S. Modi e, O. Wesley McBride b and Warren J. Leonard a

Cell 73: 147-157 (1993)

Détermination du rôle de γc (récepteur IL2, 4, 7, 9 et 15) dans le développement de la maladie et la différenciation des lymphocytes T chez l’homme

γγγγ


PNAS 92:377-381 (1995)

Absence d’activité NK

MAIS

développement des lymphocytes T moins affecté que chez les patients XSCID développement des lymphocytes B plus affecté que chez les patients XSCID

��relevance du modèle?


Mise au point chez la souris d’une stratégie de thérapie génique visant à corriger le défaut d’expression du gène codant pour la chaîne γc

Blood 95: 3071-3077 (2000)

Réintroduction d’un gène fonctionnel dans les cellules souches hématopoïétiquesRéintroduction des cellules corrigées dans la souris


Science 288:669-672 (2000)

Les lymphocytes T et B, les cellules NK, les monocytes et les granulocytes, les cellules souches de moelle portent le gène γc transduit.L’expression de γc se traduit par une restauration des niveaux de lymphocytes B et T et des cellules NK dans le sang des patients.


Cependant......

Ces lymphoproliférations sont apparues 3 ans après la thérapie.

Aurait il fallu expérimenter:chez des primates?sur des durées plus longues?

� limites de l’expérimentation animale?


Production et utilisation d’anticorps


Production d’anticorps pour la recherche


Lymphocytes B de la rate

a

+

PRODUCTION DPRODUCTION DPRODUCTION DPRODUCTION D’’’’ANTICORPS MONOCLONAUXANTICORPS MONOCLONAUXANTICORPS MONOCLONAUXANTICORPS MONOCLONAUX

Immortalisation par fusion cellulaire avec une cellule tumorale : obtention d’hybridomes

Lymphocytes B tumoraux immortalisés

b

v

a

c

b cFusion

Lymphocytes B de la Lymphocytes B de la Lymphocytes B de la Lymphocytes B de la rate nrate nrate nrate n’’’’ayant pas ayant pas ayant pas ayant pas fusionnfusionnfusionnfusionnéééé ou ayant ou ayant ou ayant ou ayant fusionnfusionnfusionnfusionnéééé entre euxentre euxentre euxentre eux

Lymphocyte B de la rate Lymphocyte B de la rate Lymphocyte B de la rate Lymphocyte B de la rate ayant fusionnayant fusionnayant fusionnayant fusionnéééé avec un avec un avec un avec un

lymphocyte tumorallymphocyte tumorallymphocyte tumorallymphocyte tumoral

Lymphocytes B tumoraux Lymphocytes B tumoraux Lymphocytes B tumoraux Lymphocytes B tumoraux nnnn’’’’ayant pas fusionnayant pas fusionnayant pas fusionnayant pas fusionnéééé ou ou ou ou ayant fusionnayant fusionnayant fusionnayant fusionnéééé entre euxentre euxentre euxentre eux


Culture sur milieu sCulture sur milieu sCulture sur milieu sCulture sur milieu séééélectif (HAT)lectif (HAT)lectif (HAT)lectif (HAT)

b

v

a

c

Seuls les hybridomes provenant deSeuls les hybridomes provenant deSeuls les hybridomes provenant deSeuls les hybridomes provenant dela fusion dla fusion dla fusion dla fusion d’’’’un lymphocyte B normalun lymphocyte B normalun lymphocyte B normalun lymphocyte B normal

et det det det d’’’’un lymphocyte B tumoral un lymphocyte B tumoral un lymphocyte B tumoral un lymphocyte B tumoral survivent et se divisentsurvivent et se divisentsurvivent et se divisentsurvivent et se divisent

en milieu sen milieu sen milieu sen milieu séééélectiflectiflectiflectifa

c

aaaaacccccc

Jerne, Milstein, Kölher, prix Nobel de médecine 1984


Les anticorps thérapeutiques

Dès 1986, autorisation d’essais thérapeutiques d’un anticorps monoclonal OKT3, anti CD3 humain, utilisé pour prévenir le rejet de greffes en bloquant les lymphocytes T.

Problème: les anticorps générés chez la souris contre des protéines humaines ne peuvent être utilisés de manière répétée car ils deviennent immunogènes et induisent une réponse immunitaire qui limite leur demi-vie et peut créer des complications.

Solution: développement d’anticorps chimériques ou « humanisés » : régions variables de souris et régions constantes humaines, régions CDR des souris introduites dans des anticorps humains….

Depuis 1997, 18mAbs ont été mis sur le marché, environ 150 en développement.

Comment produire des anticorps thérapeuthiques plus sûrs et plus efficace?

Nature Biotechnology, Octobre 2007



Production in vitro de formes différentes d’anticorps


Anticorps humanisés et anticorps chimériques


pour $120,000,000…….

De la souris transgénique aux anticorps humains…..

VelocImmune ® : Platform for the Generation of HumanMonoclonal Antibodies gy Regeneron

Commutation isotypique in vitro



Surface de bactéries Gram+ et de bactéries Gram-

Les microorganismes ont une « signature » moléculaire propre


Le complexe TCR / peptide / CMH

ege d

zz

a b

CMH

TCR

V

C

Cytoplasme

Cytoplasme

Lymphocyte T

Cellule présentatrice de l’antigène

CD3

peptide antigénique

Membrane plasmique

Membrane plasmique


Le contexte de la reconnaissance


Interconnexion des mécanismes immunitaires


Mécanismes de toxicité des microorganismes


InjectionInjectionInjectionInjectionSolution contrôleSolution contrôleSolution contrôleSolution contrôle

InjectionInjectionInjectionInjectionPathogPathogPathogPathogèèèène attne attne attne attéééénunununuéééé ou tuou tuou tuou tuéééé

AprAprAprAprèèèès quelques jours injections de doses ls quelques jours injections de doses ls quelques jours injections de doses ls quelques jours injections de doses léééétales dtales dtales dtales d’’’’agent pathogagent pathogagent pathogagent pathogèèèènenenene

Mort de lMort de lMort de lMort de l’’’’animalanimalanimalanimal Survie de lSurvie de lSurvie de lSurvie de l’’’’animalanimalanimalanimal

Test in vivo de l’effet protecteur après vaccination

Effet mémoire de la réponse immunela vaccination


InjectionInjectionInjectionInjectionPathogPathogPathogPathogèèèène attne attne attne attéééénunununuéééé ou tuou tuou tuou tuéééé

AprAprAprAprèèèès quelques jours injections de doses ls quelques jours injections de doses ls quelques jours injections de doses ls quelques jours injections de doses léééétales dtales dtales dtales d’’’’agent pathogagent pathogagent pathogagent pathogèèèènenenene

TransfertTransfertTransfertTransfertDu sDu sDu sDu séééérumrumrumrum

TransfertTransfertTransfertTransfertDes cellulesDes cellulesDes cellulesDes cellules

Injections de doses lInjections de doses lInjections de doses lInjections de doses léééétales dtales dtales dtales d’’’’agent pathogagent pathogagent pathogagent pathogèèèènenenene

Immunisation passiveImmunisation passiveImmunisation passiveImmunisation passive Immunisation Immunisation Immunisation Immunisation adpotiveadpotiveadpotiveadpotive

L’immunité peut être transférée soit par les anticorps soit par les lymphocytes

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