TSSIBS – Les Mastocytes

19 octobre 2015 (11h - 12h)DUCLAUD Julie L2CR : Kévin BOUÉTissu sanguin et système immunitaire. Bases générales.Pr. VITTE12 pages

Les Mastocytes

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Plan

A. GénéralitésI. Aspect en microscopie optiqueII. Aspect en microscopie électroniqueIII. Aspect en immunofluorescenceIV. Les granules du mastocyte

B. La dégranulation mastocytaireI. PhysiologieII. ColocalisationIII. Après la dégranulationIV. Fonctions du mastocyte

C. La tryptase, le médiateur préformé du mastocyteI. Rôle physiologique des tryptasesII. La tryptase en pratique médicale

D. Mastocyte / Basophile

E. Ce qu'il faut retenir sur le mastocyte

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A. Généralités

Les mastocytes sont des cellules immunitaires, d'origine hématopoïétique tout comme la lignée myéloïde (granulocytes, monocytes, …). Ils quittent la moelle sous forme immature puis migrent dans les tissus en passant par le sang (sous forme de précurseurs qui ne sont pas identifiables sur frottis). Ils subissent un phénomène de maturation dans les tissus, influencé par le micro-environnement et l'état physiologique ou pathologique. C'est ce que l'on appelle la plasticité du phénotype.Le mastocyte, au singulier, est une généralisation très poussée car il existe une hétérogénéité des mastocytes au sein de l'organisme. En effet, le mastocyte péritonéal n'a rien à voir avec le mastocyte de la paroi digestive, de la peau, bronchique…

Ils ont été décrits en 1878 (thèse médecine Paul Ehrlich, futur prix nobel) mais sont difficiles à étudier car ce sont des cellules tissulaires très différentes d'un tissu à l'autre. En effet :

• leur rôle dans les manifestations allergiques a été établi après 1950,• leurs fonctions immunitaires sont restées inconnues jusqu'aux années 2000.

Étymologiquement, mastocyte vient du grec « masto » qui veut dire nourriture.Ehrlich pensait que les mastocytes étaient des cellules nourricières car elles sont chargées de gros grains.

I. Aspect en microscopie optique

→ A l'état normal, les mastocytes sont juste en dessous de la surface cutanée ce qui explique que lapeau réagit très vite et facilement.On en trouve aussi sous la muqueuse des bronches, du tube digestif… Ils sont superficiels.Ils sont visibles mais ne sont pas très nombreux.

→ A l'état pathologique, on observe une augmentation du nombre de mastocytes.A fort grossissement, on voit que c'est une cellule circulante et qui possède plein de gros grains qui recouvrent le noyau.

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II. Aspect en microscopie électronique

Quand on regarde en microscopie électronique à transmission, on observe que les granules sont très hétérogènes en taille, en structure et coloration (la plupart sont très gros et foncés mais d'autres sont clairs et plus petits). CR : La surface du mastocyte est boursouflée à cause de la proéminence des grains.

En microscopie électronique à balayage, on observe que la cellule rétrécit lorsqu'elle est activée et des granules sortent tels quels de la cellule (dégranulation et exocytose très marquées). Ils vont transmettre à distance les messages de la cellule. CR : La surface du mastocyte devient lobulée avec des granules isolées dans le milieu extra-cellulaire. Le nombre de granules à l'intérieur du mastocyte diminuent et des espaces apparaissent entre eux.

III. Aspect en immunofluorescence

On utilise des anticorps spécifiques des molécules d'intérêt (il y a donc une reconnaissance précise des molécules choisies). Ces anticorps sont identifiés grâce à des marquages avec des fluorochromes distincts. En superposant les images ont peut effectuer une analyse de colocalisation.

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IV. Les granules du mastocyte

Il y a différents types de granules :

• Les granules sécrétoires sont les plus importants.• Ils sont très gros : 500 nm à 1 micron.• Ce sont eux qui vont stocker une dizaine de médiateurs préformés (effecteurs de la crise allergique

comme l'histamine) et les libérer très rapidement lors de la dégranulation. • Un mastocyte peut libérer d'un seul coup jusqu'à 100 % du contenu de ses granules et une fois qu'il a

dégranulé il ne meurt pas (contrairement au neutrophile). Il peut ainsi participer à de multiples épisodes de dégranulation, avec un temps de régénération de ses granules de 72 heures.

• Vésicules de sécrétion • Elles sont beaucoup plus petites (80 nm de diamètre).• On les retrouve dans toutes les cellules qui ont une activité protéique. Dans le cas des mastocytes,

on retrouve des cytokines.

B. La dégranulation mastocytaire

I. Physiologie

La dégranulation comporte 2 étapes :• une translocation des granules du cytoplasme vers la membrane plasmique, indépendante du calcium.• une exocytose, dépendante du calcium.

La dégranulation est Dose – Dépendante.

CR :

Explication de la particularité dose-dépendante du mastocyte :• Très faible dose d'allergène : la cellule ne réagit pas• À partir d'un seuil : la dégranulation a lieu, mais de manière incomplète• Au-delà de ce seuil : la dégranulation augmente jusqu'à atteindre un plateau pour une dose d'allergène

donnée, c'est la stimulation maximale.• Au-delà de la stimulation maximale : la cellule est inhibée et il n'y a pas de dégranulation

On utilise ce phénomène pour la désensibilisation dans les allergies (ex : pollen). On expose le patient à des doses d'allergène de plus en plus fortes pour modifier la réponse immunitaire dans le but qu'il ne fasse plus de crise d'allergie face aux faibles doses retrouvées dans la nature. On fait en sorte que la dégranulation des mastocytes ait lieu pour des doses de plus en plus élevée, en dépassant les doses présentes en milieu naturel.

La cinétique de dégranulation est très rapide :• 30 % à 1 minute,• 60 % à 5 minutes,• 100 % à 45 minutes

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L'exocytose des granules peut se dérouler de 2 manières :

• soit une fusion directe d'un granule avec la membrane plasmique, il va se former un « pore » pour permettre la libération du contenu granulaire dans l'espace extra-cellulaire. C'est la fusion primaire.

• soit une fusion de nouveaux granules avec la membrane d'un granule déjà ouvert à la membrane. C'est une exocytose compensée ou cumulative.→ Ceci accentue le phénomène cataclysmique de la dégranulation mastocytaire : Les granules profondément enfouis dans le cytoplasme n'auront pas besoin de rejoindre la membrane (donc sans translocation) pour libérer leur contenu.

(La prof ne posera pas de question là dessus : Quand un granule arrive à la membrane, il va fusionner avec, de manière active à l'aide de protéines spécifiques déjà présentes sur sa membrane et la membrane plasmique. Certaines protéines vont stabiliser le granule mais dès l'arrivée d'un nouveau signal le granule peutêtre exocyté. C'est un processus actif qui nécessite de l'énergie et qui est régit par des complexes supra-moléculaires).

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II. Colocalisation

Le principe est le suivant : c'est le couplage de protéines d’intérêt avec des marqueurs fluorescents et l'observation de cellules au repos (granules intacts) puis stimulées (granules fusionnés avec la membrane).

SNAP est une protéine (en vert) de la membrane plasmique qui permet l'amarrage à la cellule.Lorsque le mastocyte est activé, tous les granules vont rejoindre la membrane plasmique, il y a donc disparition du rouge dans le cytoplasme. Du jaune apparaît. C'est la colocalisation. Celle-ci met en évidence l'efficacité de la fusion cellulaire.

Colocalisation d'une protéine granulaire et d'une protéine régulatrice « gatekeeper »

Au repos : protéines associées dans le cytoplasme.Stimulation → dissociation puis translocation des granules à la membrane plasmique.

III. Après la dégranulation

La dégranulation (phase immédiate) est suivie par la production de métabolites de l'acide arachidonique et par l'induction de la synthèse de cytokines et de chémokines, conduisant aux phases retardées avec afflux et activation in situ de leucocytes et risques de transition vers l'inflammation allergique chronique.

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Une fois que le mastocyte a dégranulé grâce à la protéine kinase C (PKC), on observe différents effets immédiats (qui font partie de l'hypersensibilité immédiate, tout comme les effets retardés) comme :

• une vasodilatation,• une augmentation de la perméabilité vasculaire,• une augmentation de l'adhésion des leucocytes,• une bronchoconstriction.

Ensuite (de l'ordre de quelques dizaine de minutes) il y a une activation de la phospholipase A2 qui active le métabolisme des phospholipides membranaires (acides arachidoniques). Cela va permettre le maintien des effets immédiats et l'initiation des effets retardés.

De plus, il y a activation d'un mécanisme de transcription. Au bout de 8 à 24 heures, on va avoir synthèse de cytokines et de chémokines. Ces cytokines seront responsables des effets retardés :

• inflammation,• recrutement, activation et survie des leucocytes,• activation TH1 et TH2,• remodelage tissulaire …

Attention à ne pas confondre l'hypersensibilité immédiate avec ses effets retardés et l'hypersensibilité retardée. Dans la crise d'asthme c'est la phase retardée de l'hypersensibilité immédiate qui abîme les bronches.

IV. Fonctions du mastocyte

Les mastocytes participent à l'immunité innée et adaptative en tant que cellules sentinelles à l'interface organisme – environnement, aux fonctions variées. Ils participent à :

• la défense anti-microbienne et anti-parasitaire,• la présentation d'antigènes• l'induction et la régulation des réponses des lymphocytes T.

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Actuellement, le rôle le plus important du mastocyte en pratique médicale reste la phase effectrice de laréponse allergique : dégranulation massive et brutale avec libération de médiateurs préformés vasoactifs, pro-inflammatoires et nociceptifs, induite par l'action des immunoglobulines (IgE) portées par des récepteurs membranaires RFceI, avec l'allergène multivalent correspondant.

Le mastocyte à de nombreuses fonctions, la réponse allergique n'est qu'une petite partie de ses fonctions.Le schéma n'est pas à retenir.

C. La tryptase, le médiateur préformé du mastocyte

La tryptase est une sérine-peptidase très abondante dans les granules des mastocytes humains et animaux. Elle est quasi-spécifique du mastocyte (car on en trouve aussi dans des basophiles mais en quantité moindre, de plus, il y a beaucoup moins de basophiles que de mastocytes, donc négligeable dans les dosages).Il existe 3 types de tryptases humaines : β > α > γSeules les tryptases β semblent donner des formes matures in vivo (forme tétramérique).

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Les tétramères de tryptases sont associés à des protéoglycannes. Ces tétramères sont les témoins d'unedégranulation massive.

Les tryptases γ restent accrochées à la membrane, dans l'espace extra-cellulaire, et ne passeront jamais dans le sang. Donc dans le sang, on retrouve : les tétramères β de tryptases, les monomères α et β inactifs.

Lors du dosage de la tryptase dans le sang :

• il faut maîtriser le temps de prélèvement : les protéoglycannes (encombrants) associés aux tétramères de tryptase mettent du temps pour atteindre la circulation sanguine. Du coup il faut attendre 30 minutes à 2 heures après le début des symptômes pour prélever la tryptase aiguë.

• il faut faire 2 prélèvements : on mesure la tryptase aiguë (accident allergique anaphylactique) en la comparant à la tryptase basale.

Il faut absolument connaître ces 2 notions !

I. Rôle physiologique des tryptases

Les tryptases font plutôt partie des effets retardés de l'hypersensibilité immédiate.

Les tryptases matures seraient impliquées dans :• la dégradation et le remodelage des matrices extra-cellulaires,• la production de médiateurs pro-inflammatoires,• le recrutement par chimiotactisme des neutrophiles et éosinophiles,• l'activation des monocytes et macrophages,• la synthèse de collagène et la prolifération fibroblastique.

II. La tryptase en pratique médicale

Actuellement, il n'y a q'une seule méthode commerciale pour doser la tryptase sérique ou plasmatique (ImmunoCAP tryptase, Phadia ThermoFisher).La « tryptase sérique totale » est la mesure des tryptases immatures et α et β matures.C'est une méthode convenable d'évaluation du nombre de mastocyte et de leur état d'activation.

Tous les détails ci-dessous ne sont pas à savoir (la prof est passée très rapidement sur cette diapo).• Les tryptases sont quasi-spécifiques des mastocytes : 10 à 35 pg/cellule (100 x moins dans les

basophiles).• Sécrétion continue ou brutale qui renseigne sur la richesse en mastocytes de l'individu et sur leur degré

d'activité.• T 1/2 Tryptase sérique – 2 heures après une dégranulation.• Stabilité dans le prélèvement sanguin : excellente, à +4°C comme à température ambiante.• Bonne corrélation entre libération d'histamine et celle de tryptase en cas d'anaphylaxie.

→ La mesure de tryptase est désormais indispensable en première intention devant une suspicion d'anaphylaxie.

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Cette diapo n'est pas à retenir.

D. Mastocyte / Basophile

Mastocytes Basophiles

Cellules de l'immunite presentes le long des barrieres naturelles (peau, voies aeriennes, tube digestif..).

Origine hematopoietique.Quittent la moelle a un stade precoce (immatures). Differenciation dans les tissus.

< à 1% des leucocytes circulants.Origine hematopoietique.Quittent la moelle apres la differenciation.Peuvent passer dans les tissus et s'y maintenir(selon environnement des cytokines).

Ces 2 types de cellules ont des points communs, comme :

• la morphologie avec des granules métachromatiques contenant des médiateurs préformés.• un profil de surface, morphologie, pathologie → parenté mastocyte / basophile.• ils sont activés par :

• des IgE → libération des médiateurs pré et néoformés (médiateurs lipidiques, cytokines,...)• bactéries, cytokines, fractions du complément → large spectre d'activités dans l'immunité innée.

Les mastocytes participent à la présentation d'Ag aux lymphocytes T et donc à l'induction des réponsesadaptatives.

Les basophiles : grâce aux stocks préformés d'IL-4, ils constituent probablement les inducteurs des réponses de types Th-2.

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E. Ce qu'il faut retenir sur le mastocyte

• Origine hématopoïétique, maturation tissulaire selon le micro-environnement, localisation aux interfaces organisme-milieu extérieur.

• Cellule sentinelle dont le rôle le mieux connu est celui d'effecteur de la phase immédiate de la réaction allergique (mais implication clinique de mieux en mieux connue dans de nombreuses autres pathologies).

• Gros granules sécrétoires contenant des médiateurs préformés : incluant l'histamine, principal responsable des symptômes allergiques et la tryptase, meilleur marqueur du mastocyte dont l'exocytose massive caractérise la phase immédiate de la réaction allergique.

• Petits granules contenant des médiateurs type cytokines, facteurs de croissance… sécrétés en dehors de la phase immédiate.

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