Le système du complément

1

Immunologie L2

2011-12

Faculté de médecine Rangueil

Pr Michel Abbal

Le système du complément

2

Système de défense anti infectieux

Elimination des complexes immuns

Générateur et régulateur de l’inflammation

Régulateur de la réponse anticorps (via les lymphocytes B)

et bien d'autres fonctions dont on parle peu

Première description fin du XIX siècle

3

Vibrium cholérique

vivant

Sérum animal guéri

chauffé

Sérum animal non immunisé

Sérum animal

Guéri chauffé + sérum de non immunisé

Sérum animal guéri (donc immunisé)

Frais

Au XIXème siècle Vers les années 1890

Conclusions de cette expérience princeps

Il faut 2 éléments pour produire cet effet :

• Un propre à l’animal immunisé et thermostable :

l’anticorps

•Un présent chez tous les animaux (immunisés

ou non) et thermosensible :

Le complément, celui qui complète l’action de

l’Ac, que l’on croyait précédemment à lui seul

capable de tuer une cible.

4

5

Un peu plus de 30 protéines forment le système du

complément humain :

•certaines sont sous forme soluble dans le plasma

(et les espaces extra cellulaires)

•D'autres sont fixées à la surface de certaines cellules

(ce sont souvent des récepteurs)

La plus part des domaines fonctionnels de ces protéines sont déjà présents chez les

protostomes, mais leur assemblage n'est présent que chez les deuterostomes .

Le complément des ascidiens montre un degré de complexité (assemblage de différentes

molécules dans un système coordonné) comparable a celui des mammifères.

Le complément = un système très ancien

6

Une nomenclature complexe (parfois incohérente : historique et non fonctionnelle)

Pour la voie classique : (fractions suivies d’un numéro)

C1 à C3

Pour la voie alterne :

facteurs : B,D,P

Pour le complexe MAC (Membran Atack Complex) :

C5 à C9

Pour les protéines régulatrices des noms spécifiques :

facteur H, I, DAF, MCP

Pour les récepteurs :

CR1, CR2, CR3

Pour les fragments d'activation :

en général : le petit = a et le gros = b

Quelques Synonymes

7

CR1 / CD35

CR2 / CD21

CR3 / CD11b CD18

CR4 / CD11c CD18

MCP CD46

DAF CD55

HRF CD59

Le système du complément est comme celui de la coagulation en attente permanente d'un signal activateur

8

Il y en a 3 types :

Les anticorps couplés à un Ag

Les collectines (sensibles à des sucres)

Certains produits représentant un danger

Bactériens, viraux, ou dommages

qui empruntent 2 voies d’activation :

la voie classique

voie alterne

9

La cascade d'activation du complément

Cn+1

Cn+1b

Cn+1a

Cn

Cna

Cnb

Phénomène

initiateur

Chaque fraction

activée génère

une protéase qui

dégrade la

fraction suivante

générant

l’activateur

suivant, d’où le

terme de

cascade

10

C3 C3a

C5a

Les 3 activateurs et les 2 voies du complément

Anaphylaxie

inflammation

Cytolyse

(bactériolyse) C9

vaisseau

Complexe Ag-Ac

Immunité adaptative

Tro

nc c

om

mu

n

C3b

PN

Collectine

Immunité innée Danger

Chimiotactisme

Opsonisation

Phagocytose

bactérie

Mais aussi

activation des : PN

Cellules épithéliales

Phagocytes

lymphocytes

11

Ca

Le détail des différentes voies d’activation Complexe Ag-Ac Mannanes etc.. Surface activatrice

En encadré les Inhibiteurs

Ou protéines régulatrices

C3 C5a

C3a

++

C1INH

DAF

H et I

CR1

S

HRF

D Mg ++

C1q

C4

C2

C4bC2a

C3b

C3bBb

B

C5

C6

C7

C8

C9

MBL C4bp

V

o

i

e

a

l

t

e

r

n

e

V

o

i

e

c

l

a

s

s

i

q

u

e

V

o

i

e

c

o

m

m

u

n

e

Les complexes antigène- anticorps (activateurs de la voie classique)

13

Les complexes

antigène/anticorps

dont l'Ig est :

IgM

IgG1, IgG2, IgG3

C1q

Synergie importante avec l’immunité adaptative

Le sujet déjà immunisé aiyant produit des annticorps se

défendra encore mieux en &activant le complément

Les collectines

14

N acetyl glucosamine

Mannose

MBL

Ficolines

Parallèle avec les TLRs qui reconnaissent des PAMPs

Analogues au C1Q

15

C4b C2a

C3b C4b C2a

ACTIVATION DU COMPLEMENT PAR LA VOIE CLASSIQUE

C2

C3

C2b

C3a

COMPLEXE MBL-MAS COMPLEXE C1Q-1

C4

C4a

C4b

Activateurs de la voie alterne

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Acide teichoique

LPS

Zymosan

Inuline

Surfaces cellulaires pauvres en charges

négatives (responsables de la non biocompatibilité de

certains produits comme prothèses ou les premières

membranes de dialyse)

C3b

Produits bactériens (gram + et -)

champignons

C3

C3 convertase

alterne

C3 convertase

classique

Le C3 plaque tournante du système (2 complexes enzymatiques : les convertases classique & alterne)

C3b C3b

Bb

C3b

C2a

C4b

27/03/2012 M.Abbal cours complement PII 18

C4a

C4b C3b C2a

Cascade d’activation

C2b C3a

C5b

C5a

Création d’un canal ionique par

polymérisation du C9

(Vulgairement « un trou »)

CINH

C1s

Ig C6 C7 C8

H2O

La voie classique et la membrane de la cellule cible

Complexe

C1Q

Membrane

cellule cible

C9

C1r

18

La cytotoxicité due à C9

19

Le complexe actif est :

MAC/perforine (C9) pour le complément

(Perforine pour les lymphocytes T)

les deux n'apparaissant que chez les vertébrés

(prognathes).

Ces cytotoxicités de l'immunité (innée et adaptative)

reposent sur le principe de la perforation de la

membrane de la cible. Perforin = pore-forming

protein (perforin).

C’est un mécanisme spectaculaire (in vitro) très rapide

très efficace, mais pas le plus important in vivo !

Rôle de défense anti infectieux

20

Seul et donc en réponse immédiate :

par activation directe de la voie alterne

par activation de la voie classique autre que la

présence d’anticorps

En synergie avec l'immunité adaptative, après activation

par des complexes immuns (Ac IgM ou IgG)

Les mécanismes :

Opsonisation :

Cytolyse (bactériolyse)

21

C3b

Chimiotactisme Opsonisation Phagocytose

Bactérie

Polynucléaire

22

C3b

Chimiotactisme Opsonisation Phagocytose

23

Bactérie

Membrane

bacterinenne Anticorps mannanes

Complément bactériolyse

24

Bactérie

Membrane

bacterinenne Anticorps mannanes

C9

Complément bactériolyse

25

Bactérie

C9

Complément bactériolyse

26

Complément bactériolyse

Choc hypotonique

Complément et défense anti infectieuse

Complément Bactérie Ig + +

Phagocyte

Bactériolyse

Efficacité cumulée des Ig et du complément pour faciliter la phagocytose des bactéries

Bactéries

Ig

Complément

(C3b)

Qui est important pour les défenses anti infectieuses ?

29

Le fragment C3b

est capital pour l'élimination de nombreux agents

infectieux et de complexes immuns

Le complexe MAC cytotoxique

est moins essentiel

sauf : pour se débarasser des neisseria

Qui est le plus efficace dans les défenses anti bactériennes ?

C9

Cytolyse

bactériolyse

C9 Phagocytose

bactériolyse

C3b

Un exemple d'évolution : le C9

A l’origine des molécules produites par les plantes,

certains bactéries, des poissons, …. pour se

défendre en faisant des trous dans les

membranes d’agresseurs (ou d’agressés).

Dans l’espèce humaine 2 "descendants" :

le C9 du complément

La perforine des lymphocytes cytotoxiques

Un exemple d'évolution : le C9

Un poisson le "japanese flounder, Paralichthys

olivaceus",

Possède un gène de perforine avec 5 exons

et 4 introns.

L'homologie en acides aminés est de :

36% avec le rat

37% avec la souris.

37% avec l'homme

L’élimination des complexes immuns grâce au complément

Comme on l’a vu les complexes immuns (le produit de

la fixation d’un Ac sur un Ag) activent le

complément par la voie classique

A leur tour les complexes Ag-Ac revêtus de

complément (C3b) sont liés par le récepteur CR1 du

3b porté par les :

Globules rouges qui vont les transporter

jusqu’aux cellules de Kuppfer qui vont les

phagocyter

Les PN et macrophages qui vont les phagocyter

L’élimination des corps apoptotiques grâce au complément

Les corps apoptotiques dévoilent au niveau des

fragments membranaires des protéines qui vont

activer le complément et entrainer la fixation à

leur surface de C3 (puis C3b …)

Ces fragments apoptotiques seront transportes

comme les complexes immuns vers des cellules

phagocytaires, mais aussi captés par certaines

cellules présentatrices.

Complément et inflammation

L’inflammation est un puissant moyen de

défense par ses effets vasculaires

tissulaires cellulaires

Le complément par le biais du C3 surtout et

de ses produits de dégradation active les

cellules porteuses des récepteurs CR1, 2,

3 et 4 qui produisent entre autre de

nombreuses cytokines pro-inflammatoires

Un système à réguler

Efficace (à tempérer parfois)

Précieux (à économiser)

Potentiellement dangereux : (inflammation)

Donc à réguler grâce à :

des inhibiteurs des voies d’activation

de certaines effecteurs

Le complément et régulation de la production des anticorps

37

S

S

antigène

S

S

antigène C3d

CD19

CD21

I

T

A

M

Transduction du signal

Membrane

cellulaire

Grand polymorphisme

Des allèles :

Plus ou moins actifs

Sans grandes conséquence pathologiques

(susceptibilité lupus)

Des déficits

Parmi lesquels

Le déficit en C2 et C4 (auto-immunité)

Beaucoup d’autres

Le déficit en protéines régulatrices

C1INH (angioedemes)

C4bp (HNP)

H et I (SHU)

Exploration et déficits

(fera l’objet d’un ED)

39

Exploration du complément in vitro

40

Plasma ou sérum :

condition contraignantes d’acheminement du prélèvement

au labo (froid)

Mesure de l’activité cytotoxique (formation du complexe MAC)

par la voie classique (la voie alterne est rarement explorée)

Résultats exprimés en Unités : UCH50

taux très différents d’un laboratoire à l’autre

A Toulouse taux normal environ 400 U CH50

Dosage pondéral des fractions

C4 C3 Bf en routine

Dosages fonctionnels (laboratoires très spécialisés)

Interprétation des résultats

41

taux élevé = inflammation

taux abaissé =

déficit congénital

ou

déficit acquis (consommation)

Cas particulier du déficit en C1Inh

42

ACTIVITÉ

(CH50)

C3 C4 BF INTERPRÉTATION

NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL NORMAL

AUGMENTÉ AUGMENTÉ AUGMENTÉ AUGMENTÉ INFLAMMATION

DIMINUÉ NORMAL NORMAL NORMAL ARTEFACT (MAUVAISE CONDITIONS DE

TRANSPORT

TRÈS

DIMINUÉ

NORMAL NORMAL NORMAL DÉFICIT EN FRACTIONS AUTRE QUE C3

C4 OU FACTEUR B)

DIMINUÉ DIMINUÉ DIMINUÉ NORMAL ACTIVATION CLASSIQUE IN VIVO

(ex : LUPUS ..)

DIMINUÉ NORMAL DIMINUÉ NORMAL DÉFICIT EN C1INH

Taux normaux :

C3 : 0,70 à 1,50 g/l

C4 0,15 à 0,40 g/l

Facteur B 0,20 à 0,40 g/l

activité : selon norme du laboratoire

Dosages "courants"

43

Déficit en molécules du complément

Congénitaux (fréquents)

Acquis (rares)

Déficits congénitaux du Complément

44

Manifestations :

totalement asymptomatique ou engageant le

pronostic vital !

Déficit en fractions initiales C1, C2 (homozygote 1/10000), C4 :

- manifestations auto-immunes (lupus cutané,

glomérulonéphrite, vascularite)

- infections à pyogène (rares)

Déficit en C3 et sa molécule régulatrice I :

- infections à pyogène graves

Déficit en C5, C6, C7 : infections à neisseria

- méningite récidivante diagnostic capital !

Déficit en facteur H et I: glomérulonéphrites et SHU

Déficit en DAF : HNP Hémoglobinurie Nocturne

Paroxystique

Rôle possible dans le lupus

45

Mauvaise élimination des complexes immuns :

•Le transport normal est assuré en partie par les Globules

Rouges grâce au récepteurs pour le C3b, et l’échange est

fait dans dans le foie (Kuppfer) et dans la rate avec les

cellules phagocytaires.

• le transport et donc l’élimination sont altérés en cas dz

déficit en fractions initiales C2 et C4

•Dépôts au niveau de la peau et des glomérules

•Mauvaise élimination des corps apoptotiques par

fixation directe du C1q

46

Hémoglobinurie Nocturne Paroxystique

Déficit en molécule d'ancrage membranaire pour :

le DAF ( CD55)

et HRF ou protectine (CD59)

Déficit rarissime en :

DAF

Les GR ne sont pas protégés contre l’effet lytique

du complément

Premier succès d’une thérapeutique anti-

complément : l'anti C5 (eculizumab)

47

Syndrome Hémolytique Urémique

SHU = forme de MAT avec :

insuffisance rénale aigue

anémie avec shizocytose

thrombopénie

Sous groupe de SHU par :

déficit génétique en :

Facteur H

Facteur I

MCP (CD46)

auto Ac anti H

Rappel : I clive C3b en Cbi,

MCP est le cofacteur membranaire et H le

cofacteur soluble

L’angioedème par déficit en C1Inh

48

Autrefois inclus dans les Œdème de Quincke :

terminologie historique couvrant des pathologies diverses parmi

lesquelles celle qui nous intéresse

OANH Œdème Angio Neurotique Héréditaire

terminologie dépassée encore souvent utilisée de nos jours

Le vocable approprié : Angiœdème par déficit en C1INH

Regroupement actuel dans les angioedèmes bradykiniques

Les serpines

49

Anti thrombine III C1Inh

(structure déduite)

Site actif

Activité comparée d'inhibiteurs de protéases

Inhibiteurs de Ser-Protéase (serpin)

Ser-

Protéases

C1Inh a2 anti

plasmine

a2 macro

globuline

a1 anti

trypsine

C1r & C1s

Facteur XIIa

Kallicréine

Facteur XIa

Plasmine

100 %

90 %

42-84 %

47 %

? %

-

3 %

-

-

64-89 %

-

5 %

16-58 %

-

7-23 %

-

-

-

-

50

Les particularités de cet Angiœdème

51

Maladie rare

1 / 50 000 classé de ce fait comme maladie orpheline

Maladie méconnue, errance diagnostique d'ou un retard de diagnostic

d'une dizaine d'années.

du fait de sa rareté

du fait de la confusion de l'expression clinique avec de l'allergie

du fait de la guérison spontanée en quelques jours sans

séquelles faisant croire au succès de thérapeutiques

pourtant inefficaces comme les corticoïdes.

Maladie héréditaire autosomique dominante, mais 30% de cas de Novo

Des formes cliniques particulières

Mutations du gène C1Inh (chromosome 11 q12-q13.1)

Exon

Intron

+ + + ++ + + ++ +++ + ++ ++ ++++

Plus d'une centaine de mutations différentes décrites

Clinique de cet angioedème

53

Œdème cutanéo muqueux isolé d'apparition brutale

parfois provoqué (cause mécanique : frottement, pression, coup)

non douloureux (au niveau du visage et de la peau)

non prurigineux

non inflammatoire

non hémorragique

Localisation n'importe ou dans le territoire cutané ou muqueux visible, asymétrique

contours bien délimités

profond :

digestif mésentère douleurs +++, occlusion, vomissements

laryngé : risque majeur (risque de décès)

L'expression clinique très variable dans le temps et dans sa gravité, impression que dans

une même famille le tableau est comparable

Evolution

guérison spontanée en 3 jours environ sans séquelles

mais risque vital (œdème laryngé) si pas traité

Clinique de cet angioedème

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Fréquence : environ 1/50 000 - Début : après 8 ans

Œdème cutanéo-muqueux, non prurigineux, insensible

aux corticoïdes :

- fréquence des crises très variable, extrêmes :

1/semaine, 1/an

- facteurs mécaniques déclenchants fréquents

- localisation particulière pour chaque patient ou

famille de patient

- œdème laryngé : risque majeur

- durée : 2 à 3 jours

- rémission sans séquelles( si pas décès)

Douleurs abdominales > 95% des malades

55

Diagnostic biologique du déficit en C1Inh

56

Dosage de l’activité du complément (voie classique)

activité abaissée

Dosage du C1Inh

pondéral

valeurs normales 260 à 360 mg/l

taux pathologiques

dans le type I : < normale

dans le type II : N ou

fonctionnel

dans le type I

(dosage inutile puisque le taux est abaissé)

dans le type II

< 70% de la valeur normale souvent 10%

Ces valeurs sont celles observées au cours de la crise ; en

dehors d’elle les valeurs peuvent être subnormales !

Assez souvent

57

Normal Type I Type II

CH50 C4 C1Inh C1Inh fonctionnel

N

o

r

m

a

l

Impacts thérapeutiques

58

Récepteur BK2R de la cellule endothéliale

Danazol

Plasmine & contact

XII XIIa

PréKallicreine Kallicreine

Kininogene Bradykinine

*C1Inh

Hépatocyte

Macrophage

Fibroblaste

*C1Inh

*C1Inh

*C1Inh

Acide tranexamique

Icatibant

DX-88

* C1Inh naturel ou recombinant

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Les déficits par auto-anticorps (rares)

Anti C1q :

lupus avec atteinte rénale

HUVS (Hypocomplementemic urticarial vasculitis syndrome)

angio œdème

(explique faux + techniques détection CIC)

C3nef :

auto Ac qui stabilise et augmente la durée de vie de la C3

convertase alterne (=> hypocomplémentémie).

=> glomérulonéphrites

=> lipodystrophie

=> lupus

Anti C1Inh

Angio oedème

Traitements des anomalies du complément en général

60

A ce jour pas de traitement inhibiteur médicamenteux

classique

Mais des perspectives ciblant C3 et C5

Une application l’anti C5 monoclonal dans le TTT de

l’hémoglobinurie nocturne paroxystique

Des essais en transplantation rénale

Pas de traitement substitutif dans les déficits

sauf pour le C1inh