Quelques définitions Reconnaissance

Master BMC – MV403 Adrien Six – 16 novembre 2010

Université Pierre et Marie Curie 1

Reconnaissance acquise de l’antigène:lymphocytes, TCR et anticorps

Adrien Six ([email protected])

Université Pierre et Marie Curie novembre 20101

Reconnaissance acquise de l’antigène

1. Quelques définitions2. Historique3. Reconnaissance de l’antigène par les

anticorps et le TCR4 Recombinaison V(D)J et génération de4. Recombinaison V(D)J et génération de

la diversité5. Différenciation et sélection des

lymphocytes B et T3

Quelques définitions

• Epitope: configuration stéréochimique = « forme » reconnue par l’anticorps« forme » reconnue par l anticorps

• Antigène: collection d’épitopes• Anticorps: immunoglobuline reconnaissant

un antigène (les deux notions sont liées)• Immunogène: Antigène capable d’induire laImmunogène: Antigène capable d induire la

production d’anticorps• Haptène: Antigène non immunogène

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Reconnaissance

• Définition: Reconnaissance: action de reconnaître de se remettre en l’espritreconnaître, de se remettre en l esprit l’idée, l’image d’une personne ou d’une chose.Pour reconnaître il faut avoir déjà vu!Mémoire (individuelle, collective, évolution) ( )Spécificité (pouvoir de discrimination)On peut croire reconnaître.

(cf. « déjà vu », jumeaux, mimétisme…)5



Spécificité• Définition: Qualité de ce qui est spécifique,

c’est-à-dire précis, déterminé.Cette notion est relative au système étudiéCette notion est relative au système étudié

et au connu.La spécificité à 100% n’existe pas.

(cf. dégénérescence)En terme de reconnaissance, la spécificité

concerne les régions en interactionsconcerne les régions en interactions(directes ou indirectes) sans leur contexte.(cf. clés, sondes ADN, épitopes, forme)Relation spécificité & diversité

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lymphocytes B et T7

Emergence de l’Immunologie• À la fin du 19ème siècle, de la microbiologie• Développement de la vaccination par Louis• Développement de la vaccination par Louis Pasteur (1822–1895) (choléra, anthrax, rage)

• Immunité naturelle ou innée: Phagocytose des microorganismes par les macrophages (Metchnikoff)

• Immunité acquise ou adaptative:Découverte des anticorps ou immunoglobulines (von Behring et Kitasato) spécificité et mémoire de la réponse anticorps

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Théorie humorale de l’immunité

L é i it i i t l•La réponse immunitaire acquise est le résultat des anticorps secrétés qui neutralisent les microorganismes

•Ces anticorps spécifiques peuvent être induits contre un vaste (infini?) ensembleinduits contre un vaste (infini?) ensemble d’antigènes

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Théorie des chaînes latéralesP.Erhlich (1854–1915)

• Les anticorps sont des substances naturelles ancrées à la surface desnaturelles ancrées à la surface des cellules

• Leur spécificité est prédéterminée par une configuration stéréochimique

• Le nombre de spécificités différentes disponibles est énorme

• Pour induire la production d'un anticorps donné en quantité, il suffit que l'antigène se lie au récepteur approprié et ainsi stimule la cellule qui le porte à libérer l'anticorps dans le sérum

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Théories de la diversité des Ac• Théorie sélective de Erhlich réfutée par Landsteiner anticorps contre des antigènes artificiels

• Comment la sélection naturelle conserve des gènes codant des anticorps dirigés contre des molécules qui n’existaient pas auparavant? Émergence des théories instructives et directives

• Développements de la génétique impliquent qu’un tel pp g q p q qphénomène suppose une modification de la séquence ADN après l’interaction pré-Ac/Ag Retour aux théories sélectives (Burnet/Jerne)

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Théorie de la sélection clonale (1)

• Chaque lymphocyte exprime un type unique

Burnet (1899–1985)

exprime un type unique de récepteur spécifique d’antigène

• Les lymphocytes exprimant un récepteur dirigé contre un antigène du soi sont éliminés lors de la différenciation

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Théorie de la sélection clonale (2)• La liaison avec une bonne

affinité d’une molécule étrangère et d’unétrangère et d un récepteur entraîne l’activation du lymphocyte

• Les cellules effectricesLes cellules effectrices différenciées à partir d’un lymphocyte activé donné expriment des récepteurs de même spécificité

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Le système immunitaire

1. Fonctionreconnaissance

réactions liaison récepteur-ligand

2. Fonction 3. Fonctioneffectrice

- Phagocytose- Anticorps- Cytotoxicité…

régulatrice- Sélection- Tolérance- Régulation…

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lymphocytes B et T15

Les lymphocytes B et T

caractérisés par leur récepteur spécifique d’antigène16

La molécule anticorps

• La molécule anticorps ou immunoglobuline est composée de 2 chaînescomposée de 2 chaînes lourdes (IgH) et 2 chaînes légères (Ig ou Ig)

• Chaque chaîne comprend une région constante et une région gvariable

• La région variable porte le site de liaison à l’antigène

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Fonction spécifique = Fonction anticorps « reconnaissance »

Fonctions anticorps et effectrice

« reconnaissance »

V

C

Fonction non spécifique = Fonction effectrice

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Reconnaissance d’une forme

L’anticorps reconnaît directement l’antigène: Paratope Epitope

Site de liaison à l’Ag déterminant antigénique19

Epitope & Paratope

L’épitope (sur l’Ag) interagit directement avec le paratope (dans le site Ac).

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Anticorps polyréactifs

Comment?-Epitope redondant-Epitopes dégénéré-Epitopes distincts-…

Weller, S. et al. (1997) J. Immunol. 159:3890-3898. 21



Reconnaissance par le TCR• A l’inverse des anticorps qui reconnaissent les

protéines natives, le TCR reconnaît des petits peptidespeptides– produits de dégradation des protéines– présentés par les molécules du CMH

• Pendant leur différenciation dans le thymus, les lymphocytes T sont “éduqués” pour reconnaître les molécules du CMH de l’organisme grestriction par le CMH

• Lymphocytes T périphériques:– Auxiliaires CD4+ CMH de classe II– Cytotoxiques CD8+ CMH de classe I

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Nature des peptides liés au CMH

Domaine de fixation 1/2 1/1

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Nature de la poche fermée ouverteTaille des peptides 8-10 aa 13-18 aaRésidus d’ancrage aux extrémités tout au longNature du peptide structure étirée aux extrem. structure étirée

arche au centre à plat au fond

Le complexe TCR/CMH/Peptide

Evavold, B. D. et al. (1993)Immunol.Today 14:602-609.

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Restriction par le CMH

APC

Self

CMH TCR

T cell ActivationAPC

APC

Non-Self

T cell

T cell Activation

APC

Self

T cell

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anticorps et le TCR4 Recombinaison V(D)J et génération4. Recombinaison V(D)J et génération

de la diversité5. Différenciation et sélection des


La théorie sélective pose le problème de l’origine génétique de la diversité :

Théorie de la sélection clonale (3)

g q

• Comment expliquer l’extraordinaire diversité ?(Landsteiner a montré qu’elle est « illimitée »)

• Comment expliquer la constance des domaines constants alors que la diversité se concentre dans l d i i bl (Ed l 1969) ?les domaines variables (Edelman, 1969) ?

• Combien de gènes doit-on considérer ?

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Les régions hypervariables (1)

V = nb aaf aamax

Si l’on aligne les séquences variables d’IgH ou IgL, on observe trois régions hypervariables dites régions «CDRs», qui forment le site de liaison à l’antigène…

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Les régions hypervariables (2)

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Un paradoxe génétique

• Beadle et Tatum (1941): un gène, une protéine20 000 è d l é h i• ~20 000 gènes dans le génome humain

• Capacité de production d’une variété « infinie » d’anticorps et de récepteurs T différents

=> Théorie des réarrangements somatiquesLa recombinaison V(D)J (Tonegawa, 1976)

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Les régions variables sont créées pendant la recombinaison V(D)J

DNA germinalFamille V (Famille D) Famille J C

Recombinaison D JCVn V2

Recombinaison V DJ

DNA germinal

CDR3 = jonction V(D)J

DNA réarrangéVDJ

CVn V2

Contact avec l’antigène (Ig)Contact avec le complexe CMH/peptide (TCR)

Diversité des chaînes Ig et TCR• La diversité des chaînes d’Ig et de TCR

est le produit de:C bi t i d t V(D)J– Combinatoire des segments V(D)J

– Appariement IgH/L, TCR/ or TCR/– Ajout/élimination aléatoire de nucléotides à la

jonction des segments géniques (CDR3)CDR3

NNN NNNN

NB: les segments V, D et J recombinés sont les mêmesmais les jonctions CDR3 résultantes varient en séquence et en longueur.

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Estimation de la diversité

1012 1015 1018

35

~1012 ~1015 ~1018








Différenciation des lymphocytesOrigine: moelle osseuse

Diffé i tiDifférenciation: organeslymphoïdes centraux moelle osseuse (B)et thymus (T)

Fonction dans les organes lymphoïdes périphériques: rate, ganglions lymphatiques, tissus lymphoïdes associés aux muqueuses 37

• Les différentes populations identifiées

Stades de différenciation

correspondent à des stades de différenciation successifs

• Chaque stade peut-être critique pour:– les réarrangements du TCR/Ig

la restriction par le CMH (pour le TCR)– la restriction par le CMH (pour le TCR)– la sélection positive ou négative

notion de points de contrôle (checkpoint)

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Sélections positive et négative (1)

• Sélection positive: le TCR doit avoir une certaine réactivité avec une molécule du CMH du soi

• L’expression du co-récepteur CD4/CD8 suit la restriction pour le CMH CD4/classe II et CD8/classe I

• Sélection négative: les cellules T autoréactives (reconnaissant « trop » CMH +.peptide du soi) sont éliminées

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CMH TCRAutoréactivité


Sélectionnégative

Reconnaissance du CMH

Sélection positive

Education thymique40


Mort parMort parnégligence

Délétionclonale

négligence

Thymocytes immatures

Lymphocytes Tpériphériques

matures

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Moelle osseuse/Thymus

V D J CLocus IgH/TCR

V J CLocus IgL/TCR

Notions de répertoires (1)

Répertoire

Sélection positiveSélection négative

BCR/TCR

Réarrangements

Répertoirepotentiel(génétique)

Répertoireémergent

Sélection négative

Lymphocytemature BCR/TCR

Périphérie

Répertoiredisponible

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• La diversité des récepteurs spécifiques del’antigène du répertoire disponible deg p plymphocytes matures périphériquesconditionne la capacité à répondre auxantigènes du non-soi.

• Cette diversité disponible est en faitfaçonnée, notamment pendant ladifférenciation lymphocytaire, par lesantigènes du soi.

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Répertoire Répertoire

Moelle Osseuse/Thymus


potentiel émergent

+/-

Infection- virale- bactérienne

+/-

+/-

Répertoiredisponible

Périphérie

- parasitaire

Répertoireeffecteur

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Réponse adéquate vs. inadéquateLors d’une infection, le système immunitaire peut rencontrer, en même temps, diverses molécules :- Antigènes- Antigènes- Mitogènes- Superantigènes ou activités superantigènes

En réponse à ces molécules, il peut apparaître des réponses adéquates ou réponses inadéquates.

Les réponses inadéquates peuvent brouiller ou masquer les réponses adéquates. Ces réponses peuvent être «spécifiques» ou «non-spécifiques», protectrices ou pathogènes.

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Conclusion

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Quand parler de reconnaissance?

• Reconnaissance acquise (Ac/TCR):– Oui mais « rarement » au sens strict– Infection chronique, réinfection– Vaccination– Autoimmunité (cf. réseau, rupture de tolérance)

– Réactivité croisée, mimétisme moléculaire

Mémoire

• Reconnaissance innée:– Oui spécificité PRR inscrite dans le génome– Sélection au cours de l’évolution PAMP– Pas de mémoire?

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1ère vaccination par Edward Jenner(1749–1823)

Jenner découvre en 1796 que l’inoculation de la vaccine (bovine) induit une protection contre la variole (humaine). Il appelle cette procédure vaccination. …200 ans plus tard, l’OMS annonce l’éradication de la variole (en 1979).

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Challenge de la vaccination…

54Welsh and Fujinami (2007) Nat. Rev. Microbiol. 5:555-563.

Challenge de la vaccination…

55Welsh and Fujinami (2007) Nat. Rev. Microbiol. 5:555-563.

1. Fonctionreconnaissance

Le système immunitaire

- Adaptative: TCR/Ig - Innée: TLR, NOD…

2. Fonction 3. Fonction

+ +

-/+effectrice

- Phagocytose- Anticorps- Cytotoxicité…

régulatrice- Sélection- Tolérance- Régulation…

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