Introduction à l’Immunologie - CIME...
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20/07/2009 1Unité qui présente / Réf présentation
Introduction à l’Immunologie
Serge CandéiasLaboratoire Lésions de Acides Nucléiques
CEA-Grenoble
20/07/2009 2Unité qui présente / Réf présentation
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.
20/07/2009 3Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 6Unité qui présente / Réf présentation
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?
20/07/2009 7Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 9Unité qui présente / Réf présentation
Les cellules du système immunitaire
Immunité adaptative Immunité innée
20/07/2009 10Unité qui présente / Réf présentation
Les organes du système immunitaire
Organes lymphoïdes primaires différenciation des lymphocytes
20/07/2009 11Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 12Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 13Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 16Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 18Unité qui présente / Réf présentation
Les cellules phagocytaires:Leur rôle est d’absorber (phagocyter) les
microorganismes pour les neutraliser
20/07/2009 19Unité qui présente / Réf présentation
Activation du macrophage
Production de facteurs solubles:� recrutement d’autres effecteurs
Digestion du microorganisme:� élimination du pathogène
20/07/2009 21Unité qui présente / Réf présentation
La réponse immunitaire
Réponseinnée
Réponseadaptative
20/07/2009 22Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 23Unité qui présente / Réf présentation
L’activation du complément favorise la phagocytose
20/07/2009 24Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 26Unité qui présente / Réf présentation
Les organes du système immunitaire
Organes lymphoïdes primaires différenciation des lymphocytes,acteurs de l’immunité adaptative
20/07/2009 27Unité qui présente / Réf présentation
- 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
20/07/2009 29Unité qui présente / Réf présentation
Les Ig reconnaissent un déterminant antigénique sur une molécule
20/07/2009 30Unité qui présente / Réf présentation
Diversité de structures des sites antigéniques des anticorps
20/07/2009 36Unité qui présente / Réf présentation
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).
20/07/2009 37Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 38Unité qui présente / Réf présentation
Le CMH
Les allèles paternels et maternels des protéines du CMH sont exprimés en même temps à la surface des cellules.
Immunology, Kuby
20/07/2009 39Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 40Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 45Unité qui présente / Réf présentation
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.
20/07/2009 47Unité qui présente / Réf présentation
La réponse secondaire
La réponse secondaire est quantitativement et qualitativement différente
20/07/2009 48Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 49Unité qui présente / Réf présentation
La vaccination
Influence de la variabilité de l’agent pathogène
20/07/2009 52Unité qui présente / Réf présentation
�Plus de 25 maladies/syndromes humains d’immunodéficience pour lesquelsun modèle animal est disponible
Déficits immunitaires
20/07/2009 54Unité qui présente / Réf présentation
- Blocage sévère de la différenciation des lymphocytes T et NK; - Nombre normal voire élevé de lymphocytes B peu fonctionnels (pas de production d’Ig)
20/07/2009 55Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 56Unité qui présente / Réf présentation
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?
20/07/2009 57Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 58Unité qui présente / Réf présentation
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.
20/07/2009 59Unité qui présente / Réf présentation
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?
20/07/2009 62Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 63Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 64Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 66Unité qui présente / Réf présentation
Production in vitro de formes différentes d’anticorps
20/07/2009 68Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 70Unité qui présente / Réf présentation
Surface de bactéries Gram+ et de bactéries Gram-
Les microorganismes ont une « signature » moléculaire propre
20/07/2009 71Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 75Unité qui présente / Réf présentation
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
20/07/2009 76Unité qui présente / Réf présentation
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