Immunoglobulines:

Structure et fonctions

Récepteur B (BCR)

B. Arnulf

Immuno-hématologie,

Hôpital Saint Louis

Généralités sur les immunoglobulines

• Les immunoglobulines sont des glycoprotéines qui portent la

fonction anticorps.

• Le terme Immunoglobuline = protéine

• Le terme anticorps = fonction

• Une des propriétés essentielles des Immunoglobulines est

l’hétérogénéité sur le plan biochimique et fonctionnelle

nécessaire à la diversité de reconnaissance des multiples

antigènes présents dans la nature.

Immunoglobuline ou anticorps

dans sérum, muqueuses, surface des lymphocytes B

principale Ig sérique: IgG

Sang: suspension de cellules dans le plasma

Plasma: Sels minéraux, glucides, lipides, acides aminés

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

b1G b2G gG

Présence d’immunoglobulines

Distance de migration dans le champ électrique

Den

sit

é o

pti

qu

e

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

+ -

De

nsit

é o

pti

qu

e

Alb

a1G a2G

Pic

bG

+ -

Myélome multiple:

Production Immunoglobuline monoclonale

Immunoglobuline monoclonale

1 2 3 4 5 6 n

3 3

3

3 3 3 3

3 3 3 3 3 3 3

Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3

Ig monoclonales strictement identiques entre elles puisque produites

par des cellules ayant proliféré à partir d’un même clone initial et

donc génétiquement identiques entre elles

-Même charge électrique

-Même migration électrophorétique

-Mêmes déterminants antigéniques

-Même fonction anticorps

s

S S

S S

s s s s

s s s s

S

S

S

S

s

s

s

Structure générale du monomère d’Ig

Structure générale du monomère d’Ig

- Réduction des ponts disulfures:

4 chaînes polypeptidiques identiques 2 à 2:

2 Chaînes lourdes (40 à 70 kD selon la classe ou sous classe)

2 chaînes légères (23 kD)

Les chaînes lourdes et légères sont liées par des ponts disulfures

dont le nombre et la position varient selon la classe et la sous classe

- Etude en microscopie électronique a montré une forme en Y avec

flexibilité » variable au niveau de la charnière

Haptène divalent

Anticorps

Repliement de la chaîne d’aa aussi bien lourde que légère

en domaine globulaire compacts formés de

- 110 aa

- 2 couches de feuillets b maintenus par un pont disulfure

- portant une activité biologique particulière:

N Term = liaison Ag: domaine de reconnaissance

C Term: domaines activant les systèmes effecteurs

ex: activation du complément,

des phagocytes….

Le Domaine « Immunoglobuline »

N-ter N-ter

C-ter

N-ter N-terN-ter N-ter

C-ter

Les domaines d’un monomère d’immunoglobuline

C-ter

N-ter N-ter

Domaine de

reconnaissance

spécifique de l’Ag

Domaines portant

les propriétés effectrices

de la classe d’Ig

Structure générale d’un monomère d’Ig

Site d’interaction avec les récepteurs

Fc

Sites de reconnaissance

de l’antigène

Structure des IgG humaines normales

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

Fab Fab

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

Les différentes classes d’Igs

IgG

IgA

IgD IgE

IgM

Molécule immunogénique

d’origine humaine (Ag)

Ag La souris produit des anticorps

contre les différents déterminants

antigéniques: épitopes de la molécule

Diversité de reconnaissance

Hétérogénéité sur le plan biochimique et fonctionnelle

Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)

Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)

• Les Isotypes définissent les classes et les sous-classes des Igs:

elles correspondent aux parties constantes des chaines lourdes (g, a, b, d, e)

et des chaines légères (k, l)

Les isotypes sont présents tous ensemble dans le sérum d’un individu normal.

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

Ils sont indépendants de la fonction anticorps

• Les allotypes: traduisent des différences dans la structure primaire des Igs

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

• Les idiotypes dépendent étroitement de la fonction anticorps de l’ Ig.

Ils sont situés sur le domaine variable et les structures hypervariables des

Igs (site anticorps)

Ig

Anticorps anti-Ig

http://www.edunet.ch/activite/arche/sourisreussilles/textesscient.html

Différence isotypique

Différence allotypique

Différence idiotypique

Epitopes linéaires (A) et conformationnels (B)

Réactivité croisée

Le même anticorps reconnaît

une séquence peptidique

partagée par deux protéines

très différentes pour le reste

de leur structure

B A

•L’anticorps A reconnaît aussi bien la molécule

sous forme linéaire que tridimensionnelle

•L’anticorps B ne reconnaît que la protéine

en conformation tridimensionnelle B

A

Variations de la structure des régions (domaines) variables

= N-terminale

• Existence de 3 zones hypervariables

(enchaînement des aa différent d’une Ig à une autre)

= « régions déterminant la complémentarité avec l’Ag

(CDR 1 à 3)» Entre ces séquences, existe une charpente

importante dans le maintien de la structure

du domaine (FR1à 3)

Domaine variable de la chaîne lourde= VH

Domaine variable de la chaîne légère= VL

1

30

60

90 11

0

N-ter N-ter

C-ter

N-ter N-terN-ter N-ter

C-ter

L’étude cristallographique aux RX a montré un rapprochement dans

l’espace des zones hypervariables des chaînes lourdes et légères.

• Relation structure/fonction:

VH VL

110 Dom

ain

e v

ari

able

de la c

haîn

e lourd

e=

VH

Dom

ain

e v

ari

able

de la c

haîn

e légère

= V

L

1

30

60

90

- Délimitent un sillon où se fixe l’épitope

= site Anticorps

- La variabilité de la structure primaire

de ces zones détermine dans l’espace

une variabilité de forme et de surface

de contact: complémentarité spécifique

d’un épitope.

- Chaîne lourde et légère nécessaires

à l’activité anticorps

N term

Cterm Chaîne légère : - Domaine Cterm de 110 aa

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

- Une Ig portera toujours 2 k ou 2 l identiques

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

- Structure constante mais variations allotypiques (variation allélique

au sein d’une même espèce)

Nterm Variations allotypiques Km

C V Kappa

Lambda

N-ter N-ter

C-ter

N-ter N-terN-ter N-ter

C-ter

Variations de la structure des régions constantes= C-terminale

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

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

Propriétés effectrices des parties constantes des chaînes lourdes

- Traversée du placenta : IgG

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

- Liaison aux différents récepteurs pour le Fc

sur différentes cellules: IgG, IgA, IgE

- Contrôle du catabolisme

V C

N term C term Liaison Ag propriétés

effectrices

1 g 2 a 3 m … d e

n

Même reconnaissance antigénique par des classes différentes

(aux propriétés effectrices différentes):

Commutation de classe cf cours suivant

Intérêt dans la diversité des propriétés des anticorps

Fonctions des IgA

Transcytose des IgA:

Nécessite la formation

d’IgA sécretoires

Transcytose

Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires

Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires

Pièce secrétoire Chaine J

Spécificité tissulaire des Immunoglobulines

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 des virus sur leur récepteur

•Reconnaissance Ag réponse immunitaire adaptative

-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)

Fonctions « effectrices »: partie constante

• Opsonisation: favorise la phagocytose (IgG)

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

BFc

FcgRI

FcgRII, FcgRIII

BFc

FcgRI

FcgRII, FcgRIII

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

• Cytotoxicité dépendante des Anticorps (ADCC)

Fc

Fab

Fab

Fc Récepteurs

Cytotoxicité

Fc Récepteurs

Cellules NK

Monocytes/Macrophages

Polynucléaires

Récepteurs au fragment Fc des immunoglobulines

R FCgRI FCgRII A

FCgRII B FCgRII C FCgRIIIA FCgRIIIB

FceRI FCaR

Isotype

Ig

IgG 1 et 3> 2,4

IgG 1 et 3> 2,4

IgG

IgG 1 et 3> 2,4

IgG 1 et 3> 2,4

IgG IgE

IgA

Affinité +++ +/++ +/++

+/++

+/++

+/++

+++ +++

Fonction Activation Inhibition Activation

Activation

cellules Monocytes

Macrophages

Neutrophiles

Eosinophiles

plaquettes

Lympho.

B

Macro

Neutro

Eosino Plaquettes

Cell

dendrit.

Lympho.

NK

Macro

Neutro

Eosino

Cell

dendrit.

Neutro

philes

Baso.

Masto.

Mono

Macro

Neutro

Eosino

7 à 15 1,5 à 4,5 0,5 à 2,5

3 2,5 ½ 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

Immunité muqueuses

(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

Le récepteur B

Acquisition au cours de la différenciation des

lymphocytes B de la diversité de

reconnaissance des antigènes

plasmocyte précurseur B lymphocyte B «naïf»

follicule lymphoïde

moelle osseuse

mutations somatiques

commutation isotypique

(antigène, lymphocytes T)

B mémoire

réarrangement

des gènes des Ig

plasmoblaste

Plasmocyte à IgM

Différenciation des lymphocytes B

Lymphopoïèse B

Plasmocyte Cellule

souche

Pro-B Pré-B B immature B mature

IgM IgM IgD

Moelle osseuse Périphérie

Maturation initiale des lymphocytes 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

plasmocyte précurseur B lymphocyte B «naïf»

follicule lymphoïde

moelle osseuse

mutations somatiques

commutation isotypique

(antigène, lymphocytes T)

B mémoire

réarrangement

des gènes des Ig

plasmoblaste

Plasmocyte à IgM

Ag Rappel Ag

No

mb

re d

e lym

ph

ocyte

s s

pé

cifiq

ue

s d

e l’a

ntigè

ne

Expansion

clonale

Contraction

clonale

Réponses anamnestiques :

plus rapides

plus intenses

plus durables

plus diversifiées

plus affines (lymphocytes B) Pro

du

ctio

n d

’IgM

P

rod

uctio

n d

’IgG

Réponse

primaire

Réponse

secondaire

mutations somatiques

Antigéne,

lymphocytes T

plasmocyte précurseur B lymphocyte B «naïf»

follicule lymphoïde

moelle osseuse

B mémoire plasmoblaste

commutation isotypique

Réarrangement gènes Ig

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

E2A PAX5

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

E2A PAX5

lymphocyte B naïf

IgM IgD

IgM

IgG

IgA

lymphocyte B mémoire

Le récepteur B pour l’antigène (BCR)

Iga (CD79a)

Igb (CD79b)

ITAM ITAM

Le récepteur B pour l’antigène (BCR)

Lyn

Fyn

PLC-g

Ras, Raf,

MEKK1

Ca++ Calmoduline

Calcineurine

NFAT

JNK

AP-1 NFkB Activation B

Blk

Transduction du signal par le BCR

Syk BTK

BLNK

Iga (CD79a)

Igb (CD79b)

ITAM ITAM

Aggregats

Lyn

Fyn

PLC-g

Ras, Raf,

MEKK1

CD21

Activation B

Blk

Transduction du signal par le BCR

Syk

CD19 CD81

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

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

thymus Lymphocyte T

Ganglion lymphatique

Tissu ou organe

infecté

Lymphocyte B

naïf

plasmocyte

T, B mémoire

Cellule

Dendritique Antigène B

T

B

T

sang

Anticorps

T

T effecteur

cytotoxique

sang

T

T

Activation

Différenciation Recirculation

Réponse immunitaire

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 des 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

S S

S

S

s s

s s

s s

s s

S S

S

S

s s s

Hybridome