La Tolérance Immunitaire
La superposition de deux systèmes fonctionnellement
très différents…
La superposition de deux systèmes fonctionnellement
très différents…
Immunité non adaptative(Innate Immunity)
Cellules dendritiquesMacrophagesPolynucléaires
La superposition de deux systèmes fonctionnellement
très différents…
Immunité adaptative
Lymphocytes T
Lymphocytes B
DCMPN
Immunité non adaptative
Un jeu fixe de récepteurs invariants à des molécules microbiennes
Gram- Lipopolysaccharide (LPS)
Gram+ PeptidoglycansAcide lipotéichoïque
Champignons Mannans
Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…
Immunité non adaptative
La tolérance intrinsèque au soi de l’immunité naturelle a été acquise
après des centaines de millions d’années d’évolution qui ont
sélectionné des récepteurs reconnaissant des produits
microbiens et non des produits du soi …
Limitations
Immunité non adaptative
Répertoire antimicrobien limitéPas d’adaptation aux mutations microbiennesPas de perception des microbes intracellulaires
La superposition de deux systèmes fonctionnellement
très différents…
Immunité adaptative
Lymphocytes T
Lymphocytes B
Immunité adaptative•Un seul récepteur de structure donnée sur chaque cellule (et sur ses cellules-filles). •Une multitude de récepteurs différents au niveau de la population
TCR : T cell receptor
BCR : B cell receptor
« Le » récepteur spécialisé des cellules de l’immunité adaptative
Son ligand : l’antigène
« Le » récepteur spécialisé des cellules de l’immunité adaptative
Fait face à la diversité des microbes et à leurs mutations par la génération
aléatoire et continue de nouveaux récepteurs
Immunité adaptative
Avantages
Perception analytique de séquences peptidiques mais pas de perception intrinsèque de ce qui est microbien ou pas, hostile
ou non
…par la génération aléatoire et continue de nouveaux récepteurs
Perçoit les microbes intracellulaires grâce au système d’échantillonnage et de présentation par les molécules du
complexe majeur d’histocompatibilité (CMH)
Immunité adaptative
Avantages
Toute protéine présente dans la cellule est découpée en peptides dont
certains sont « chargés » sur des molécules présentatrices et « présentés » au TCR des
lymphocytes T
TCR
Ce système d’échantillonnage ne discrimine pas les protéines
selon leur contexte
Accès égal au système d’échantillonnage pour les protéines du
soi et les protéines étrangères
Ces deux avantages de l’immunité adaptative ont un
prix…
•Génération aléatoire de récepteurs• Système d’échantillonnage
« universel »
…la perception permanente de multiples signaux
dont certains sont inopportuns
Quels sont les signaux opportuns? (auxquels il faut répondre)
Les signaux associés à des agents étrangers hostiles
Quels sont les signaux inopportuns?
(auxquels il faut être tolérant)
Les signaux associés à des agents étrangers non hostiles– Fœtus
– Protéines alimentaires
– Particules inertes dans l’air inspiré
– Organe greffé, sain et fonctionnel
La multitude de signaux « de l’intérieur »
les signaux du soi
Quels sont les signaux inopportuns?
(auxquels il faut être tolérant)
…d’où la nécessité de mettre en place un système actif de
filtrage des signaux
Un filtrage à deux niveaux
Sites de productionOrganes lymphoïdes primaires
Thymus (T)Moelle osseuse (B)
Sites d’initiation des réponsesOrganes lymphoïdes secondaires
RateGanglions
MALT
Réponses im
munitaires
La Tolérance Immunitaire• 1. La nature du problème• 2. Tolérance centrale• 3. Tolérance périphérique• 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B• 5. Résumé et conclusions
Tolérance centrale
Sites de productionOrganes lymphoïdes primaires
Thymus (T)Moelle osseuse (B)
Sites d’initiation des réponsesOrganes lymphoïdes secondaires
RateGanglions
MALT
Tolérance centrale
Thymus (T)Moelle osseuse (B)
RateGanglions
MALT
Eliminer dès leur élaboration des lymphocytes dont le récepteur peut percevoir des signaux
inopportuns
Tolérance centrale dans le thymus
Tolérance centrale dans le thymus
Physiquement isolé des signaux extérieurs
Espace de filtrage des signaux du soi
Peut-on prouver l’élimination de lymphocytes T autoréactifs
dans le thymus?
Capables de percevoir les
signaux du soi
Peut-on prouver l’élimination de lymphocytes T autoréactifs dans
le thymus?
Souris TCR transgéniques
Répertoire des lymphocytes T
« Sauvage » « TCR transgénique »
Souris transgéniques TCR anti-HY
TG TCR
une protéine codée par un gène
sur le chromosome Y et
qui n’est exprimée que
chez le sujet mâle
Souris transgéniques TCR anti-HY
CD8
Thymus
CD8
Strasser et al. 1994
Doubles transgéniques TCR/bcl-2
CD8CD8Strasser et al. 1994
bcl-2
Antagonise l’apoptose, la mort
cellulaire programmée
une élimination par apoptose des lymphocytes T
potentiellement autoréactifs prend place dans le thymus...
Des anomalies de l’apoptose peuvent entraîner une rupture de la tolérance au soi!
S’il y a filtrage, il doit y avoir des signaux du soi dans le thymus…
Sospedra et al. 1998
Sospedra et al. 1998
des cellules du thymus expriment un large échantillon
des protéines du soi et les présentent aux lymphocytes en
cours de différenciation
Notion importante!
• Le thymus reste fonctionnel chez l’adulte même à un âge avancé
• Production continue de « nouveaux » lymphocytes T qui partent vers les organes lymphoïdes secondaires (5 x 107/jour!)
Des anomalies fonctionnelles du thymus liées au vieillissement ou à des tumeurs peuvent entraîner une rupture de tolérance
Tous les lymphocytes T autoréactifs sont-ils
éliminés dans le thymus?
Baldwin et al. 2000
01020
30405060
708090
100
Nég. +/- + ++ +++
% d
’éli
min
atio
n de
s th
ymoc
ytes
au
toré
acti
fs
Affinité de la liaison à l’autoantigène
Affinité et élimination intrathymique
Pourquoi laisser passer des lymphocytes T autoréactifs?
Si les lymphocytes T étaient monospécifiques...
Mason et al. 1998
Réactivité croisée
Peptide du soi
Peptide microbienA
B
Réactivité croisée
Peptide du soi
Peptide microbienA
B
Trop d’affinité pour le soi : à éliminer
Réactivité croisée
Peptide du soi
Peptide microbienA
B
Affinité modérée pour le soi mais excellente affinité pour
un peptide microbien : à conserver!
Réactivité croisée
Peptide du soi
Peptide microbienA
En cas d’infection ultérieure par ce microbe, l’activation du clone A pourra révéler une certaine réactivité contre le soi.
Théorie du mimétisme moléculaire
Lovett-Racke et al. 1998
Reconnaissance de la MBP chez des individus sains
Il existe donc dans le sang des sujets sains des lymphocytes T
dont le TCR reconnaît des peptides d’une protéine de la
myéline
De même, chez les sujets sains, existence de lymphocytes T dirigés contre de multiples déterminants du
soi (la myélopéroxydase thyroïdienne, le collagène, les
récepteurs de l’acétylcholine, etc.)
Comment un lymphocyte T potentiellement autoréactif peut-il ne pas déclencher de réponse?
Tolérance périphérique
La Tolérance Immunitaire• 1. La nature du problème• 2. Tolérance centrale• 3. Tolérance périphérique• 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B• 5. Conclusions
Tolérance périphérique
Pour certains signaux du soiPour tous les signaux étrangers non hostiles (qui n’ont pas été exprimés dans le thymus)
Tolérance périphérique
Sites de productionOrganes lymphoïdes primaires
Thymus (T)Moelle osseuse (B)
Sites d’initiation des réponsesOrganes lymphoïdes secondaires
RateGanglions
MALT
Rép
onse
s im
mun
itai
res
Tolérance périphérique
Sites de productionOrganes lymphoïdes primaires
Thymus (T)Moelle osseuse (B)
Sites d’initiation des réponsesOrganes lymphoïdes secondaires
RateGanglions
MALT
Réponses im
munitaires
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
Proliférer et se différencier
Atteindre le tissu cible
PR
IMA
IRE
S
REPONSE
Percevoir le signal
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
PR
IMA
IRE
S
Percevoir le signal
Proliférer et se différencier
Atteindre le tissu cible
REPONSE
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
Percevoir le signal
Perception du signal par le lymphocyte T auxiliaire CD4+
Présentation par une molécule de classe II du CMH
Perception des antigènes par les lymphocytes auxilaires CD4+
Cellule dendritiqueMacrophage
CM
H c
lass
e II
CM
H c
lass
e II
TCR
CD4
Les cellules des parenchymes, les cellules endothéliales et épithéliales sont normalement dépourvues de molécules CMH II.
Elles ne peuvent donc initier la réponse des CD4+
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
Percevoir le signal
Elles peuvent toutefois acquérir des molécules CMH II après exposition à certains médiateurs inflammatoires (comme l’IFN-)
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
Percevoir le signal
Interféron-
Delvenne et al. 1997
Sain
Infecté par HPV
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
Proliférer et se différencier
?
Percevoir le signal
DR7
Lymphocytes T CD4+
DR4
Cellules dendritiques DR4+
« stimulatrices »« répondeuses »
DR7
Lymphocytes T CD4+
DR4
Cellules dendritiques DR4+
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Nombre de cellules stimulatrices
Pro
lifé
rati
on
Réponse allogénique DR7 anti DR4
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Pro
lifé
rati
on
Nombre de cellules stimulatrices Frasca et al. 1998
DR7
CD4+
DR4
Cellules épithéliales classe II induites (DR4+)
« stimulatrices »« répondeuses »
DR7
CD4+
DR4
Cellules épithéliales classe II induites (DR4+)
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Nombre de cellules stimulatrices
Pro
lifé
rati
on
Frasca et al. 1998
Les cellules épithéliales « forcées » à exprimer des
molécules CMH de classe II sont de mauvaises stimulatrices de
réponses immunitaires
Réponse secondaire
Lymphocytes CD4+
(sujet DR7)
Dendritiques DR4+
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Nombre de cellules stimulatrices
DR7 x DR4
Les cellules « répondeuses » sont vivantes mais ne répondent plus :
elles sont anergiques
Une tolérance s’est installée
Réponse secondaire
Lymphocytes CD4+
(sujet DR7)
Dendritiques DR15+
Nombre de cellules stimulatrices
DR7 x DR4
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Une tolérance s’est installée, elle est spécifique du signal qui l’a
induite
Ne pas confondre la tolérance : phénomène spécifique et l’immunosuppression : phénomène global
Outre le signal de l’antigène lui-même, les cellules dendritiques ont délivré aux lymphocytes T CD4+, un autre signal que les cellules épithéliales n’ont pu
fournir…
+CD28
TCR
CD4
CMH II
Lymphocyte T CD4+
Seules les cellules présentatrices
« professionnelles » peuvent exprimer CD80 et CD86
Cellule présentatrice d’antigène
CD80ou
CD86
CD28CD80
ou CD86
Lym
phoc
yte
T C
D4+ C
ellule présentatrice
CD28
TCR
CD4
CD80ou
CD86
TCR
CD4
Activation(prolifération, différenciation)
Pas d’activationAnergie
CD28
TCR
CD4
CD80ou
CD86
Pas de perception du signal 1Pas d’activationPas d’anergie,
Pas de tolérance
TCR
CD4Perception du signal 1
Pas de perception du signal 2Pas d’activation
AnergieTolérance
CD28CD80
ou CD86
Plus logique de chercher à bloquer le signal 2 que le signal de l’antigène chez un greffé d’organe
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
Percevoir le signal
Proliférer et se différencier
Les cellules présentatrices « professionnelles » (comme les cellules dendritiques) sont-elles
toujours promotrices de l’activation, toujours « anti-
tolérance »?
Un exemple : la « Tolérance Orale »
Souris transgéniques TCR-ova
0
20000
40000
60000
80000
100000
- Sous-cut. Per Os
Pro
lifér
atio
n in
vitr
o en
rép
onse
à
l’ov
albu
min
e
Chen et al. 1995
Ce phénomène est-il lié à une carence en cellules
dendritiques dans la lamina propria?
Non!
• Expansion de la population de cellules dendritiques de la lamina propriaAmplification marquée de la tolérance
orale!
• Activation des cellules dendritiques de l’intestin (toxine du choléra ou IL-1)Abolition de la tolérance orale
Viney et al. 1998
Williamson et al. 1999
Que fait l’activation des cellules dendritiques?
Williamson et al. 1999Les ligands de CD28=les
pourvoyeurs du 2ème signal
La cellule dendritique décide de la tolérance ou de la non tolérance
• Faible niveau d’expression de CD80/CD86 (comme dans la lamina propria normale) carence du second signal tolérance
• Haut niveau d’expression de CD80/CD86 second signal puissant pas de tolérance
La cellule dendritique décide de la tolérance ou de la non
tolérance
Activer les cellules dendritiques pour faire de bons vaccins (adjuvants)
Eviter l’activation des cellules dendritiques d’un rein à transplanter pour qu’il soit toléré
Qu’est-ce qui active les cellules dendritiques et augmente leur expression de CD80 et CD86?
Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…
Immunité non adaptative
CD11c (marqueur des cellules dendritiques)
CD
80C
D86
Contrôle LPS
Galucci et al. 1999
Majorité de cellules dendritiques tolérogènes
Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…
Immunité non adaptative
CD11c (marqueur des cellules dendritiques)
CD
80C
D86
Contrôle LPS
Galucci et al. 1999
Majorité de cellules dendritiques
activatrices (anti-tolérance)
CD11c (marqueur des cellules dendritiques)
CD
86
Galucci et al. 1999
Contrôles Vivants Apoptotiques Nécrotiques
Incubation avec des fibroblastes (soi ou non-soi)
Mort cellulaire non naturelle, résultant d’une agression
• Phagocytose de cellules apoptotiques (en l’absence d’autre signal de danger)Perte d’expression de CD80 et de CD86Effet tolérogène
• Phagocytose de cellules nécrotiquesAccroissement de l’expression de CD80 et de CD86Rupture éventuelle de tolérance
Toutes les situations d’agression du soi (infectieuses ou non) peuvent favoriser une rupture de tolérance
Eviter toute nécrose au sein d’un greffon améliorera la tolérance à ce dernier
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
•Tolérance orale•Tolérance fœtale•Tolérance au soi
Proliférer et se différencier
Percevoir le signal
Coopération des systèmes non adaptatifs et adaptatifs :
Replacer dans un contexte la puissance analytique du
répertoire des lymphocytes T
Que deviennent les lymphocytes T CD4+ qui ont
interagi avec des cellules présentatrices tolérogènes?
Cellule dendritique tolérogène
Lymphocyte T naïf
Anergie
Apoptose
Pas compatible avec expériences de transfert!
Induction d’une tolérance orale
Prélèvement de lymphocytes T chez la souris « tolérisée »
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 100
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Transfert adoptif chez une souris non tolérisée
0
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 100
10
20
30
40
50
60
0 2.5 5 7.5 10
Cellule dendritique tolérogène
Lymphocyte T naïf
TGF-
Lymphocyte T régulateur
IL-4IL-10
Apoptose
Anergie
Lymphocytes T régulateurs
• Responsables du transfert expérimental de la tolérance et plus généralement de la mémoire de la tolérance
• Sécrétion de cytokines inhibitrices (TGF-IL-10,…)
Transforming growth factor
Lymphocytes T régulateurs
• Population de lymphocytes T qui inhibent l’activation d’autres lymphocytes T CD4+ soit par des facteurs solubles soit directement
• « activés » par une interaction tolérogène mais predestinés à cette fonction (population CD4 CD25 déjà présente dans le thymus)
Une autre sous-population de lymphocytes T
régulateurs– Cellules NKT
• Population de lymphocytes T qui possèdent tous le même TCR et qui reconnaissent des glycolipides présentés par le CD1
• Ils sécrètent des cytokines de type Th2
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALTAtteindre le tissu cible
PR
IMA
IRE
S
Proliférer et se différencier
Percevoir le signal
Interdire l’accès de certains tissus aux lymphocytes T activés et potentiellement autoréactifs
Tissus « immunoprivilégiés »
Plusieurs barrières pour garder l’entrée du sanctuaire.
L’une des plus efficaces : FasL
FasL
Apoptose
Expression de FasL dans l’œil d’une souris normale
Ferguson et al. 1997
Infiltration lymphocytaire en réponse à une inoculation
virale dans la chambre antérieure
Souris normale
Souris génétiquement déficiente en FasL
Ferguson et al. 1997
De même expression de FasL
• Dans le testicule
• Dans le cerveau (astrocytes)
• Dans l’utérus et le placenta– Rôle dans la tolérance du fœtus
Les anomalies de l’apoptose lymphocytaire induite par Fas peuvent favoriser l’irruption de cellules immunitaires dans des
sanctuaires immunoprivilégiés
Tolérance périphérique
Organes lymphoïdes SECONDAIRES
RateGanglions
MALT
PR
IMA
IRE
S
Percevoir le signal
Proliférer et se différencier
Atteindre le tissu cible
REPONSE
La Tolérance Immunitaire• 1. La nature du problème• 2. Tolérance centrale• 3. Tolérance périphérique• 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B• 5. Résumé et conclusions
Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B
Trois compartiments bien distincts
Moelle osseuse
Organes lymphoïdes secondaires
(Rate et ganglions lymphatiques)
Follicules lymphoïdes
1 2 3
Organes lymphoïdes secondaires
(Rate et ganglions lymphatiques)
Follicules lymphoïdes
2 3
•Essentiel pour la maturation de la
réponse humorale
•Anticorps de forte affinité
•Passage des IgM aux IgG
Follicules lymphoïdes
1 2 3
Strictement dépendant des lymphocytes T
CD4+
Comme dans le thymus, élimination centrale de
lymphocytes B autoréactifs.
Deux différences toutefois :
1. Transfert d’antigènes périphériques vers le compartiment central
Certains facteurs du complément sont essentiels à ce transfert : les déficits du complément peuvent donc provoquer des anomalies de
la tolérance des lymphocytes B.
Comme dans le thymus, élimination centrale de
lymphocytes B autoréactifs.
Deux différences toutefois :
1. Le filtrage doit être beaucoup moins rigoureux :
plus grand rôle de la réactivité croisée
2 3
Beaucoup de lymphocytes B
autoréactifs
?
Injections répétées de lysozyme chez une souris
normale
Follicules lymphoïdes
Lymphocytes B anti-lysozyme
RATETownsend et al. 1999
Prélèvement de lymphocytes B chez une souris injectée
itérativement avec le lysozyme
Transfert de ces lymphocytes B chez une souris transgénique
pour le lysozyme
Townsend et al. 1999RATE
Le lysozyme est, pour elle, un signal du
soi
2 3
Beaucoup de lymphocytes B
autoréactifs
2 3
Beaucoup de lymphocytes B
autoréactifs
Faute de l’aide adéquate des T, interdiction d’entrer dans le follicule
2 3
Beaucoup de lymphocytes B
autoréactifs
IgM autoréactives
Activité antimicrobienne de première ligne
2 3
IgM autoréactives
Faible affinité, pas de lésions tissulaires…
Une rupture de tolérance des lymphocytes T permet à des lymphocytes B autoréactifs d’entrer dans le follicule et de sécréter des IgG de haute affinité, générateurs de lésions
tissulaires.
La Tolérance Immunitaire• 1. La nature du problème• 2. Tolérance centrale• 3. Tolérance périphérique• 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B• 5. Résumé et conclusions
La tolérance immunitaire
• La nature du problème– Les lymphocytes T et les lymphocytes B
perçoivent constamment des signaux antigéniques auxquels il serait inopportun de répondre
– Un système de filtrage actif des signaux doit donc être mis en place.
– L’effet de ce filtrage, c’est la tolérance immunitaire
La tolérance immunitaire
• La tolérance centrale– C’est dans les organes lymphoïdes primaires
que la plus grande partie des lymphocytes capables de percevoir le soi (autoréactifs) sont éliminés par apoptose
– Ces organes doivent donc posséder un échantillon des signaux du soi
• Générés localement (thymus)
• Importés de la périphérie (moelle osseuse)
La tolérance immunitaire
• La tolérance périphérique– Une fraction de lymphocytes autoréactifs
échappe au filtrage des organes lymphoïdes primaires et contribue à la compétence du répertoire
– Le filtrage périphérique des signaux prévient leur réponse inopportune contre le soi : c’est la tolérance périphérique
– Elle est aussi essentielle pour le filtrage des signaux exogènes non hostiles (qui ne sont pas présents dans le thymus)
La tolérance immunitaire
• Les cellules présentatrices d’antigène (et en particulier les cellules dendritiques) jouent un rôle fondamental dans le maintien ou la rupture de la tolérance périphérique
• L’état d’activation de ces dernières et en particulier leur niveau d’expression des molécules CD80 et CD86 (pourvoyeuses du signal 2) en est le facteur déterminant.
La tolérance immunitaire
• Une meilleure compréhension des interactions cellulaires et moléculaires entre les « deux » systèmes immunitaires sera la base de nouveaux traitements induisant sélectivement la tolérance ou la non tolérance à un antigène donné
http://www.ulg.ac.be/medint/accueil.html