Chapitre 1: La lymphopoïèse B
I) Les immunoglobulines et leur loci
Chez la souris comme chez l’Homme, les gènes d’Ig sont regroupés en trois loci
distincts, localisés sur trois chromosomes. On distingue deux loci codant les chaines légères,
le locus Ig et le locus Igλ, et un codant les chaines lourdes, le locus IgH. Dans leur
configuration germinale, ces loci sont composés d’une succession de gènes, formant
différents segments μ de 5’ en γ’, on distingue les segments de variabilité « V », les segments de diversité « D » (uniquement sur le locus IgH), les segments de jonction « J », et enfin les segments constants « C ». Les segments V(D)J codent les régions variables, tandis que les segments C codent les régions constantes des chaines d’Ig.
Malgré les différences existant entre les différentes espèces de mammifères, les loci murins et humains possèdent une organisation très similaire, faisant de la souris un modèle
d’étude idéal pour leur analyse (Hirano et al., 2011). Je détaillerai donc ici uniquement
l’organisation des loci d’Ig murins, sur lesquels j’ai travaillé.
1 Les loci des chaines légères 1.aLe locus kappa
Le locus Kappa murin (Ig ), situé sur le chromosome 6, comporte dans sa conformation germinale 176 segments V (dont λ4 à λ6 sont fonctionnels) et 5 segments J
(dont 4 fonctionnels). δa région constante est codée par un seul segment C (Fig. 2A).
(Giudicelli et al., 2005; Thiebe et al., 1999)
1.bLe locus lambda
δe locus λ murin (Igλ), situé sur le chromosome 16, possède une structure particulière.
Il est constitué de trois segments Vλ et de 4 familles comprenant chacune une paire de
6 deux « sub-loci », organisés de façon ordonnée Vλβ-Vλγ-Jλβ-Cλβ-Jλ4-Cλ4 et Vλ1-Jλγ-Cλγ -Jλ1-Cλ1 (Fig. 2B). Les différents segments Vλ s’associent préférentiellement aux segments
Jλ-Cλqu’ils précèdent, ainsi Vλβet γ s’associent généralement à Jλβ et Cλβ (Jλ4 et Cλ4 étant
défectifs), tandis que Vλ1 s’associe plus fréquemment à Jλγ-Cλγ et Jλ1-Cλ1. (Carson and Wu, 1989; Sanchez et al., 1991; Storb et al., 1989).
Seul un très faible pourcentage (environ 5%) des cellules B murines expriment une Igλ
(contre environ un tiers chez l’homme). Cette préférence pour les Ig s’explique par une plus
grande probabilité d’obtenir un réarrangement productif sur le locus que sur le locus λ (60%
vs β0% respectivement), ainsi que par une activation plus précoce du locus Ig (Arakawa et
al., 1996; Engel et al., 1999).
2 Le locus des chaines lourdes
Le locus des chaines lourdes (IgH) est situé sur le chromosome 1β, et s’étend sur plus de trois mégabases. δa formation de la région variable de la chaine d’Ig est assurée par un
exon nommé VDJ, qui est formé par l’association aléatoire de trois segments : un segment
variable (V), un segment de diversité (D) et un segment de jonction (J). Du coté 5’ (localisé à proximité du télomère) au coté γ’, le locus contient 152 segments VH (dont 97 sont fonctionnels) regroupés en 15 familles, 17 à 20 segments D (dont 14 sont fonctionnels) regroupés en 4 familles (DFL16, DSP2, DST4 et DQ52) et 4 segments JH tous fonctionnels. Plus de la moitié des segments VH appartiennent à la famille J558. (Giudicelli et al., 2005; Johnston et al., 2006). Il est également important de noter que les exons V sont précédés
d’une séquence de 60 à λ0pb, nommé exon L (pour Leader), qui code la majeure partie du
peptide signal de la protéine.
En γ’ des segments VDJ, on trouve les κ gènes codant les différents isotypes de la
région constante des Ig, dans l’ordre µ, δ, γγ, γ1, γβb, γβa, et α (Fig. 2C). Chaque gène est
composé de plusieurs exons codant les différents domaines de chaque classe d’Ig (CH1 à CH3
ou CH4 selon les isotypes) et la région charnière. Enfin, des exons indépendants codent pour les régions transmembranaires et intra-cytoplasmiques des Ig membranaires, ou pour l’exon de sécrétion des Ig sécrétées (Fig. 2D).
Eléments VH Eléments D Eléments JH Recombinaisons VHDJH Cµ Cµ Cµ VHDJH Eléments VL Eléments JL Recombinaisons VLJL Cκ Cκ VLJL Moelle osseuse Phase précoce du développement B :
Création d’un répertoire d’Ig fonctionnelles
Cµ Sγ1 Sµ Cγ1 Recombinaison isotypique et hypermutation somatique Cγ1 SHM *** Organes lymphoides secondaires Phase tardive du développement B
Figure 3 : Représentation schématique des évènements de recombinaison de la lymphopoïèse B. Lors des phases précoces, qui précèdent la rencontre avec l’antigène, ont lieu les réarrangements VHDJH et VLJL (ici VκJκ) qui permettent l’expression d’une Ig fonctionnelle, et donc d’un BCR.
Lors des phases tardives du développement B, en présence de l’antigène, ont lieu les phénomènes de SHM et de CSR, visant à optimiser l’affinité du récepteur pour l’antigène et à modifier l’isotype d’Ig exprimée.
7 Des éléments cis-régulateurs, contrôlant l’expression des gènes des chaines lourdes d’Ig sont disséminés tout au long du locus IgH. Ces éléments seront décrits en détails dans le chapitre 3.
3 Obtention d’une Ig fonctionnelle
Dans leur conformation germinale, les loci d’Ig sont non fonctionnels. Ils doivent ainsi
subir plusieurs évènements géniques de recombinaison pour permettre l’expression de chaines
d’Ig fonctionnelles par le lymphocyte B(Fig. 3).
Ces évènements ponctuent la lymphopoïèse. On distingue les évènements dits « précoces », qui ont lieu dans la moelle osseuse et précèdent la rencontre avec l’antigène, des évènements dit « tardifs », qui ont lieux dans les organes lymphoïdes secondaires (rate, plaques de Peyer et ganglions lymphatiques) après la rencontre avec l’antigène. (Pieper et al., 2013)
Les évènements précoces contiennent les recombinaisons VLJL et VHDJH, respectivement sur les loci de chaines légères et lourdes. Les segments codant la partie variable vont ainsi être réarrangés pour former des exons VJ et VDJ fonctionnels, et permettre
l’expression d’une immunoglobuline, et donc d’un BCR fonctionnel. (Pour revue: Jung et al.,
2006; Schlissel, 2004)
Les évènements tardifs regroupent les mécanismes de recombinaison isotypique (CSR, pour Class Switch Recombination, ou simplement « switch ») et d’hypermutation somatique (SHM, pour Somatic HyperMutation). La CSR, qui a lieu uniquement sur le locus IgH, va
permettre l’expression d’une Ig d’isotype différent de l’Igε, isotype sécrété « par défaut » en
premier lieu lors d’une réponse immune, grâce à une recombinaison entre les gènes codant la
partie constante des chaines lourdes d’Ig (Xu et al., 2012b). δa SHε permet l’introduction de
mutations à des fréquences élevées dans les régions codant la partie variable de l’Ig, afin de
modifier le site de liaison à l’antigène. (Pour revue : Maul and Gearhart, 2010). Ces
évènements vont permettre de diversifier le répertoire antigénique pour optimiser l’efficacité de la réponse immune, d’une part en augmentant l’affinité de l’Ig pour l’antigène, et d’autre part en adaptant ses fonctions effectrices.
Figure 4 : Origine de la lignée lymphocytaire B.
Toutes les cellules sanguines sont issues de cellules souches multipotentes, elles mêmes issues de cellules souches hématopoïétiques. Ces cellules, sous l’influences de facteurs de transcriptions, vont progressivement s’engager dans la lignée lymphoïde, en formant des précurseurs communs aux lymphocytes T et B, mais aussi aux cellules NK, avant de se différencier en pré-pro B et ainsi entamer leur différenciation en lymphocytes B.
8