TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

25/09/2014 CR: BRASSIER Julia. TEHHANI Anissa L2TSSIBSPierre BONGRAND8 pages

Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

Pour approfondir ses connaissance :– Cour d'immunobiologie de Janeway– Bach & Chatenoud

L'examen se constitue de 20 QCMpierre.bongrand@inserm.fr

Introduction

Le système immunitaire joue un rôle important dans la plupart des pathologies :– les infections (l'homme est un milieu de culture pour les agents infectieux notamment les bactéries) le

problème des individus complexes était de développer un système difficile à contourner par les agents infectieux,

– la maladie cardiovasculaire : le système immunitaire joue un rôle important comme dans l'athérosclérose qui est une maladie inflammatoire, les déchet sur les parois des vaisseaux attirent les cellules de l'immunité, les cellules de l'immunité doivent les éliminer seulement ce travail peut être mal fait,

– les allergies, on assiste à une augmentation de l'incidence allergique elles sont très liées à l'environnement (exemple de la réunification de Allemagne des procédés sont devenues communs entre les deux Allemagnes et on a vu apparaître une augmentation des allergies des deux côtés) ,

– les maladies auto-immunes (plus rares comme maladies comme le diabète insulinodépendant, le système immunitaire détruit le pancréas et donc l'insuline),

– les transplantations (thérapeutique efficace et est essentielle, problème de compatibilité),– les biomatériaux (cathéter, prothèses dentaires, prothèses articulaires, deux problèmes à éviter :

infection ou inflammation stérile qui provoque une ostéolyse autour de la prothèse par exemple),

1/8

Plan

Introduction

A. Définition, description et cinétiqueI. Définition et caractérisationII. Distribution tissulaire et maturationIII. Activation des phagocytes mononucléés

B. Les fonctions des cellules myéloidesI. Migration (interaction avec l'endothélium, chimiotactisme)II. PhagocytoseIII. Présentation de l'antigèneIV. Libération de facteurs biologiquement actifsV. CytotoxicitéVI. Phagocytes mononucléés et athéroscléroseVII. Fonction ostéoclastique

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

– les cancers, cellules tumorales peuvent être considérées comme des cellules étrangères, on pense à l'immunostimulation pour les supprimer => encore au stade de recherche, le concept de l'immunosurveillance des cancers, ils sont plus fréquents chez les transplantés mais pas de manière significative, cela n'empêche pas que l'immunothérapie puisse être utilisée.

Dans tous les domaines de la pathologie, il y a une nécessité de comprendre le système immunitaire.

Le système immunitaire repose sur deux grands mécanismes :– l'immunité innée– l'immunité adaptative

Historiquement on s'est d'abord intéressé à l'immunité spécifique qui était plus fascinante pour l'Homme, le système immunitaire apprend à reconnaître spécifiquement un agent étranger et l'élimine.On s'est aperçu que l'immunité spécifique ne suffisait pas, il y a aussi l'immunité innée. Si on avait pas de mécanismes qui permettent de barrer la route très vite l'immunité spécifique n'aurait pas le temps de réagir, il faut un dialogue entre l'immunité innée et spécifique. Dans l'immunité spécifique il faut reconnaître ce qui est dangereux, il ne peut pas se mettre en marche tout de suite à chaque intrusion il faut qu'il y ait des signaux pour dire au système spécifique que cela vaut la peine de se déclencher. Le système innée élimine vite et alerte le système spécifique.

Comment identifier une infection ?– les agents infectieux sont souvent des bactéries qui ont des structures propres donc reconnaissables, les

cellules de l'immunité peuvent reconnaître ces structures reconnaissables– s'il n'y avait que ça il y aurait eu adaptation de la part des agents infectieux et ils nous ressembleraient

pour ne pas être éliminés de notre organisme, le deuxième mécanisme consiste à reconnaître des cellules endommagées, et à envoyer des signaux.

Les cellules myéloïdes sont impliquées dans les deux mécanismes.

A. Définition, description et cinétique

Comment donner une définition une population cellulaire ?

I. Généralité - Histoire

Historiquement le système réticulo-endothéliale a été identifier par Ashoff. Dans les année 70 on a défini le système des phagocytes mononuclées.

Trois populations à distinguer :– les polynucléaires : aspect morphologique = noyau multinucléé, on les appelle granulocytes car il ont

des granulations particulières. Ils ont une fonction essentielle qui est la phagocytose : élimination des agents infectieux

– les phagocytes mononuclées : population de cellule phagocytaire avec un noyau différent des granulocytes, ces cellules les phagocytes mononuclées ont plein de fonctions et vivent plus longtemps et doivent être activées pour phagocyter, les polynucléaires neutrophiles sont plus efficaces pour éliminer les agents infectieux car ils sont toujours prêts

– les cellules dendritiques : de découverte plus récente elles sont largement associées aux phagocytes mononuclées, elles stimulent la réponse spécifique.

La plasticité des différentes populations rend difficile la distinction des types cellulaires, il vaut mieux représenter un réseau qu'un arbre pour catégoriser les cellules, dire qu'il existe des populations cellulaires est une approximation.

2/8

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

Comment définir une population cellulaire ?

Morphologie : examen morphologique à la base de la définition.

Cytochimie : mettre en évidence des enzymes particuliers dans les différents types cellulaires.

Fonctions : phagocytose=> cellules phagocytaires, adhésion, présentation,

Marqueur antigénique : technique d'identification des marqueurs immunologiques reconnus par des Anticorps avec cytométrie de flux.

Le transcriptome : mettre en évidence l'activation de tout les gènes, moyen d'étudier le population cellulaire. Actuellement stade où la biologie a trop de données et ne sait pas quoi en faire.

La cytométrie de flux : outil accessible en routine

=> principe on prend des cellules du sang on les analyse une par une, on crée un écoulement liquide de très faible dimension, les cellules passent une par une au travers du faisceau du laser et chaque fois qu'elles passent on les analyse.

On mesure la diffusion de la lumière (détournement de la lumière) : une partie de la lumière va être transformée en une lumière de longueur d'onde différente (fluorescence) grâce à cela on peut étudier des molécules seules.

Classiquement le principe de base c'est une fois que les cellules sont passées on les marque avec des anticorps fluorescents et chaque fois qu'une cellule passe on regarde la diffusion de la lumière qui permet de différencier des cellules. Plus la cellule est grosse plus elle diffuse, et quand une cellule contient plein de granule elle diffuse plus car il y a beaucoup de changement d'indice de réfraction, donc on mesure les petits angles de réfraction pour la taille et les grands angles pour les granulations.

Les anticorps monoclonaux sont des outils très importants : en immunologie principe de la théorie clonale,les lymphocytes fabriquent des anticorps, est ce qu' un lymphocytes peut fabriquer un ou plusieurs anticorps ?

Un lymphocyte fabrique un seul type d'anticorps, il faut donc des millions de cellules immunitaires, cette spécificité paraissait paradoxale, si un individu reconnaît la bactérie il y a plusieurs anticorps différents qui reconnaissent différentes parties de la bactérie qui sont produites par cet individu. Cela a rendu les anticorps difficile à utiliser.

3/8

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

On a comparé les résultats des différents laboratoires, tester les cellules pour voir quels anticorps elles reconnaissaient, il y a des familles d'anticorps qui reconnaissent toutes la même chose, les clusters de différenciation (CD) donc des antigènes de surface des leucocytes, à quoi ils servent ?

LFA1 : molécules d'adhésion, le premier antigène dont on sait à quoi il sert.

Les anticorps servent à caractériser des cellules :– CD14 relativement spécifique des phagocytes avec fonction reconnaissance des lipopolysaccharides

(LPS) des bactéries (gram -) – CD11/CD18 molécules d'adhésion leucocytaire de la famille des intégrines (deux chaînes α et β), les

intégrines β2 sont leucocytaires (β3 plutôt pour l'hématologie), ils ont au moins deux intégrines β2 dont LFA1 qui est une molécule d'adhésion leucocytaire et surtout lymphocytaire, MAC1/CR3 (macrophage 1) les anticorps monoclonaux servent à reconnaître les populations cellulaires MAC1 spécifiques des macrophages c'est aussi une intégrine β2

– CD16, CD32, CD64, récepteur de immunoglobuline (monocyte) important pour la phagocytose.

L'analyse en composant principaux : procédé abstrait de traiter des données multidimensionnelles. (pas à l'examen)

II. Distribution tissulaire et maturation

➢ Les granulocytes sont essentiellement dans la sang donc vivent quelque jours et disparaissent, en cas d'infection ils vont dans les tissus.

➢ Les phagocytes mononuclées, ils sont sous forme de monocytes dans le sang puis passent dans les tissus et peuvent y vivrent plusieurs mois, (cellule Kupffer dans le foie, ostéoclastes dans les os, macrophage dans la cavité pleurale, péritonéal et péricardique...) ce sont des cellules ubiquitaires.

➢ Les cellules dendritiques périphériques sont très phagocytaires et immatures (ex des cellules de Langerhans), elles se mettent en mouvement après ingestion de l'agent puis se différencient et vont rencontrer les lymphocytes (qui sont dans les ganglion). => c'est le cycle dendritiqueRégulation de ce cycle avec des facteurs de croissances tel que MCSF, GCSF, GMCSF, MultiCSF:IL3.

III. Activation des Phagocytes mononuclées

Ce sont des cellules de grande plasticité (difficile a étudier), un macrophage est au repos dans les tissus, pas très utile, c'est un phagocyte avec de grandes capacités, avec plusieurs fonctions mais ne les fait pas toutes en même temps et il faut l'activer !

Sur les infections, il existe des germes/bactérie à développement intracellulaire se développent très vite et vont dans les phagocytes car ce sont des cellules qui vivent longtemps (ex de bactérie le BK pour bacille de Koch responsable de la tuberculose), la digestion dépend de l'activation du macrophage qui est donc essentielle. Un macrophage résident (dans les tissus) est endormi, pour le réveiller complètement et qu'il soit capable de digérer complètement le germe il faut les interferons γ.

Plus récemment à partir de ce concept est venue cette notion :un macrophage qui s'active peut s'activer selon deux voies différentes (adaptation au type d'infection)

– voie M1 agent à développement intracellulaire la capacité de digestion est augmentée (comme le BK)– voie M2 pour les agents à développement extracellulaire qui se baladent dans les liquides biologiques,

la capacité de phagocytose est augmentée.

4/8

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

La réponse immunitaire des macrophages s'adapte au type d'agent infectieux, on peut aussi distinguer la réponse cellulaire et humorale pour les lymphocytes.

On s'est dit qu'il y avait trois voies, les macrophages ont plusieurs fonctions donc trois voies d'activation différentes :

– voie effectrice (M1 ou M2) développement de capacité d'élimination d'agent infectieux (destruction)– voie de réparation, on élimine tout puis on doit réparer les tissus, il doit pour cela inhiber la réponse

immunitaire et stimuler les fibroblastes grâce à des messages (ex des ostéoplastes)– présentation aux lymphocytes des antigènes

Si le macrophage est trop actif il détruit l'antigène en digérant les germes, donc pas de réponse possible et s'il n'est pas assez actif, il n'y pas de réponse non plus.

Pour être activé, et pour la reconnaissance d'agents infectieux un macrophage a des récepteurs qui lui permet de reconnaître une infection :

• soit parce que des molécules sont libérées par les cellules endommagées (MAF/ interféron γ)• des récepteurs TLR qui reconnaissent les agents infectieux (l'ARN à deux brins des agents)• aussi les scavenger receptor ou récepteurs éboueurs qui jouent un rôle dans l'athérosclérose en

reconnaissant les lipides dénaturés.

B. Les fonctions des cellules myéloïdes

I. Migration des leucocytes

Les cellules immunitaires patrouillent en permanence, les cellules dans le sang vont s'arrêter dans les vaisseaux et les traverser pour agir.

=> interaction avec l'endothéliumÉtape essentielle de la réaction inflammatoire, accrochage des cellules immunitaires aux parois des vaisseaux grâce à des molécules d'adhésion.

Famille de molécule d'adhésion :

– découvertent tardivement, les sélectines (les plus simples) permettent l'accrochage, aux parois des vaisseaux, des leucocytes qui passent à toute vitesse. Ainsi appelées car leurs extrémités porte un groupement lectine (molécule qui fixe des sucres), trois types de sélectines :• P-selectine dans les plaquettes et les cellules endothéliales• L-selectine sur les leucocytes• E-selectine sur les cellules endothélialesIls peuvent s'accrocher car les cellules endothéliales stimulées se mettent à exprimer des sélectines (soit E soit P). Les selectines accrochent les leucocyte par les mucines (ligand, écouvillon=grande tige peptidique avec sucre) : PSGL1) ;

– les intégrines, intégrées dans la membrane, intégrine β1 interaction avec la matrice extracellulaire (laminine), α4 β1 reconnaît aussi les CAM ;

– les molécules de la superfamille des immunoglobulines, les CAM. Les protéines sont faites d'un certain nombre de domaine (= structure remarquable trouvée dans des protéines qui ont une certaine fonction et une certaine autonomie et une stabilité), faire un domaine est complexe si on prend 100 AA ont n'aura pas de protéine, au cours de l'évolution il y a apparition des domaines dans les protéines. Le domaine Ig est retrouvé dans des molécules d'adhésion dont ICAM (molécule ubiquitaire) qui lie l'intégrine LFA.

5/8

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

Quand l'endothélium est activé il exprime une selectine qui accroche des leucocytes (PSGL1) ce qui entraîne un mouvement : le rolling, qui correspond à la rupture de la liaison mucine-selectine et à la formation d'une autre liaison tout cela de manière très vite. Les leucocytes sont maintenus et des molécules activatrices, les molécules chimiotactrices, qu'ils n'auraient pas vu à grande vitesse sont libérées et donc il y a activation des intégrines, à ce moment LFA1 va pouvoir s'attacher à ICAM et le leucocyte va s'arrêter puis il va ramper sur les parois pour trouver le bon endroit pour traverser.

=> chimiotactismeune fois que la traversée a été réaliser, il faut se diriger vers l'infection , capacité des cellules à reconnaître un gradient de concentration de substances dites chimiotactiques pour se diriger vers la source.

Les substances chimiotactiques sont :– les protéines des bactéries qui commencent par du formyl méthionine (eucaryote méthionine) les

phagocyte ont des séquences qui reconnaissent la formyl méthionine (FMF) ;– les anticorps activent les constituants du complément en se fixant sur les bactéries, ils produisent des

fragments du complément qui activent les phagocytes ;– les chimiokines, molécules reconnues par les leucocytes.

Au laboratoire deux techniques d'étude de chimiotactisme :

➔ La chambre de Boyden, principe on sépare deux chambres par un filtre dans le compartiment supérieur on met les leucocytes et dans la chambre en dessous facteurs chimiotactiques. Les leucocytes migrent à travers le filtre, on peut les observer grâce à la coloration.

Chambre artisanale

Migration des PMNs dans un filtresans (à gauche) et en présence (à

droite) d’un facteurchimiotactique

➔ La migration sous agarose : on fait des puits sur la couche d'agarose, d'un coté on met des substances chimiotactiques et de l'autre les cellules migratrices (les leucocytes) au bout d'un certain temps on peut voir les leucocytes qui ont migré.

6/8

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

II. Phagocytose

Il y a trois étapes de phagocytose :

1-Reconnaissance : Le phagocyte doit reconnaître l'agent infectieux, il y a des récepteurs Fc et récepteurs du complément qui reconnaissent une particule, du moment qu'elle a été marqué. Récepteur mannose qui fixe le mannane.

2-Ingestion

– Plusieurs phagocytoses– "fermeture éclair"– Consommation et réorganisation de la membrane

3-Digestion (étape essentielle), s'il n'y a pas de digestion l'infection se développe, digestion par plusieurs mécanismes :

– l'acidification du phagosome (certains agents sont adaptés au milieu acide, ça dépend de l'agent infectieux et de son mécanisme)

– explosion oxydative et libération de composés oxygénés production active et rapide de dérivée de l'oxygène (anion superoxyde, H2O2, chloration, NO et peroxynitrite) granulomatose chronique ce système marche pas

– fusion phagosome-lysosome

III. Présentation de l'antigène aux lymphocytes T

Les phagocytes dégradent les bactéries, puis les ré-expriment en partie associées à des molécules du complexe majeur d'histocompatibilité pour les présenter aux lymphocytes.

IV. Libération de facteurs biologiquement actifs

➔ les cytokines et interleukines

– les cytokines de l'inflamation IL1 IL6 TNF alpha– les chimiokines qui attirent les leucocytes– les cytokines qui activent la réponse immunitaire– les facteurs de croissance

➔ autres facteurs

7/8

TSSIBS – Différenciation et fonctions immunitaires des cellules myéloïdes

– Coagulation (facteur tissulaire, activateur du plasminogène)– Régulateurs enzymatiques (a2 macroglobuline, a1 anti-trypsine)– Médiateurs lipidiques de l'inflammation (PAF, prostaglandines, leucotriènes)

V. Cytotoxicité des phagocytes mononuclées

– Plusieurs mécanismes de déclenchement (ADCC, CD23, autres récepteurs ?– Plusieurs mécanismes effecteurs:

• Dérivés réactifs de l'oxygène• Facteurs inducteurs de l'apoptose (TNFa, TRAIL)• Protéase

VI. Métabolisme des lipides et athérosclérose (maladie inflammatoire)

Les phagocytes envahissent les cellules endothéliales.

VII. Résorption osseuse : les ostéoclastes

Pour préserver l'homéostasie, les ostéoclastes rongent l'os et les ostéoplastes les sécrètent.L'ostéoporose peut être dû à un hyperactivité des ostéoclastes et il peut y avoir la situation inverse mais c'est plus rare.

8/8