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Étude des mécanismes d'inhibition de l'activation des lymphocytes T par les immunoglobulines intraveineuses (IgIV)

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(1)

Étude des mécanismes d’inhibition de l’activation

des lymphocytes T par les immunoglobulines

intraveineuses (IgIV)

Thèse

Lauriane Padet

Doctorat en Microbiologie

Philosophiae Doctor (Ph.D.)

Québec, Canada

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Résumé

Les immunoglobulines intraveineuses (IgIV) sont des préparations thérapeutiques couramment utilisées pour le traitement de diverses maladies auto-immunes et inflammatoires. Récemment, les IgIV ont également été proposées comme thérapie de prophylaxie ou suite à des transplantations afin de réduire les rejets de greffe et de maladie du greffon contre l’hôte (GvHD). Malgré le large spectre d’efficacité des IgIV, leurs modes d’action demeurent encore mal compris. Des observations cliniques ont rapporté que les IgIV modulaient les fonctions des lymphocytes T chez les patients traités mais l’étude in vivo et in vitro des mécanismes responsables de ces modulations n’a pas permis de déterminer précisément comment les IgIV exercent leur effet anti-inflammatoire sur les lymphocytes T. Afin d’apporter des éléments de réponse à ce sujet, nous avons étudié les mécanismes impliqués dans l’inhibition de l’activation des lymphocytes T suite à la stimulation avec des lectines ou des billes anti-CD3/CD28. Nos résultats ont mis en évidence que les IgIV n’affectent pas directement les fonctions des lymphocytes T activés. En effet, nous avons montré que l’inhibition apparente de l’activation des lymphocytes T par les IgIV est en fait la conséquence d’une neutralisation des agents activateurs par les IgIV plutôt qu’un effet direct des IgIV sur les lymphocytes T. En utilisant la réaction lymphocytaire mixte (RLM) comme modèle in vitro de rejet de greffe et de GvHD, nous avons proposé que l’inhibition de l’activation des lymphocytes T par les IgIV est en partie attribuée à l’induction de monocytes avec un phénotype CD80faible/PD-L1élevé.. Finalement, nous avons montré que les modulations inhibitrices des IgIV dans les RLM corrèlent avec la modulation de miARN spécifiques suggérant que des agonistes ou antagonistes de miARN pourraient être utilisés comme substituts thérapeutiques aux IgIV afin de répliquer les effets des IgIV sur les fonctions des lymphocytes T dans le contexte de désordres auto-immuns ou de transplantations.

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Abstract

Intravenous immunoglobulin (IVIg) is a therapeutic preparation commonly used to treat various autoimmune and inflammatory diseases. Recently, IVIg was also proposed as prophylactic and

post-transplant therapy to reduce allograft rejection and graft-versus-host disease (GvHD). Despite

the broad efficacy of IVIg, its modes of action remain unclear. Clinical observations reported that IVIg modulated the T cell functions in IVIg-treated patients but the in vivo and in vitro study of the mechanisms responsible for these modulations did not permit to clearly determine how IVIg exerts its anti-inflammatory effects on T cells. To gain more insight into the effect of IVIg on this population, we studied the mechanisms implicated in the inhibition of T cell activation by IVIg following stimulation with lectins or anti-CD3/CD28-coated microbeads. Our results showed that IVIg did not directly affect the functions of activated T cells. In fact, we showed that the apparent inhibition of T cell activation by IVIg is the consequence of stimulatory agents neutralization by IVIg rather than a direct effect of IVIg on T cells. Using mixed lymphocyte reaction (MLR) as an in vitro model of allograft rejection and GvHD, we proposed that the inhibition of T cell activation by IVIg is in part attributed to the induction of monocytes with a CD80low/PD-L1high phenotype. Finally, we showed that the inhibitory modulations of IVIg observed in MLR correlate with the modulation of specific miRNA suggesting that miRNA agonists or antagonists could be used as therapeutic substitutes to replicate the effects of IVIg on T cell functions in the context of autoimmunes disorders or transplantations.

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Table des matières

Résumé ... iii

Abstract ... v

Table des matières ... vii

Liste des tableaux ... xi

Liste des figures ... xiii

Liste des abréviations ... xv

Remerciement ... xxi

Avant propos ... xxiii

Introduction ... 1

1. Le système immunitaire ... 1

1.1 L’hématopoïèse ... 1

1.2 L’immunité innée ... 1

1.2.1 Les cellules phagocytaires ... 2

1.2.2 Les cellules NK ... 3

1.3 L’immunité adaptative ... 4

1.3.1 Des lymphocytes T naïfs aux lymphocytes T effecteurs ... 4

1.3.1.1 Migration des lymphocytes T et DCs matures aux organes lymphoïdes périphériques ... 5

1.3.1.2 Activation des lymphocytes T ... 6

1.3.1.3 Différenciation et fonction des lymphocytes T effecteurs ... 9

1.3.2. Des lymphocytes B aux plasmocytes et cellules mémoires ... 10

1.3.2.1 Initiation de l’activation des lymphocytes B ... 10

1.3.2.2 Amplification de l’activation des lymphocytes B par les lymphocytes T ... 10

1.3.3 Les immunoglobulines ... 11

2. La tolérance immunitaire ... 15

2.1 La tolérance centrale ... 15

2.1.1 La tolérance centrale chez les lymphocytes B ... 15

2.1.2 La tolérance centrale chez les lymphocytes T ... 16

2.2 La tolérance périphérique ... 17

2.2.1 L’absence des molécules de co-stimulation ... 17

2.2.2 La présence des molécules d’inhibition ... 17

2.2.3 Les lymphocytes Treg ... 19

3. Les maladies auto-immunes ... 21

3.1 Les facteurs responsables du développement de maladies auto-immunes ... 21

3.1.1 Les prédispositions génétiques ... 21

3.1.2 Les facteurs environnementaux ... 22

3.1.3 Les infections microbiennes et le mimétisme moléculaire ... 22

3.2 Les conséquences ... 23

(8)

4.2 La réaction du greffon contre l’hôte ... 28

5. Les traitements utilisés contre les maladies auto-immunes, les rejets de greffe et les GvHD ... 30

5.1 Les glucocorticoïdes et autres immunosuppresseurs ... 30

5.1.1 Les glucocorticoïdes ... 30

5.1.2 Les autres immunosuppresseurs ... 31

5.2 Les anticorps monoclonaux ... 31

5.2.1 Les utilisations cliniques ... 31

5.2.2 Les échecs et avenues potentielles ... 33

5.3 La plasmaphérèse ... 34

5.4 Les miARN comme thérapie potentielle ... 34

6. Les immunoglobulines intraveineuses (IgIV) ... 36

6.1 Mode de production ... 36

6.2 Utilisation thérapeutique des IgIV ... 36

6.2.1 Traitement d’immunodéficiences primaires et secondaires ... 36

6.2.2 Traitement de désordres auto-immuns et inflammatoires reconnus par la FDA ... 37

6.2.3 L’utilisation « off-label » des IgIV ... 38

6.3 Mécanismes d’action des IgIV ... 40

6.3.1 Mécanismes FcR dépendants ... 40

6.3.1.1 Les FcγRs activateurs ... 41

6.3.1.2 Les FcγRs inhibiteurs ... 41

6.3.1.3 Les récepteurs Fc néonataux (FcRn) ... 42

6.3.2 Mécanismes Fab-dépendant ... 43

6.3.2.1 La neutralisation des anticorps ... 43

6.3.2.2 La neutralisation du complément ... 44

6.3.2.3 La neutralisation des cytokines et des récepteurs ... 45

6.3.3 Modulation de l’apoptose par les IgIV ... 45

6.3.4 Modulation de la réponse immune innée par les IgIV ... 47

6.3.4.1 Effet modulateur de IgIV sur les monocytes/DCs ... 47

6.3.4.2 Effet modulateur des IgIV sur les cellules NK ... 48

6.3.5 Modulation de la réponse immune adaptative par les IgIV ... 49

6.3.5.1 Effet modulateur des IgIV sur les lymphocytes B et les auto-anticorps ... 49

6.3.5.2 Effet modulateur des IgIV sur les lymphocytes T ... 49

6.4 Les IgIV dans les transplantations ... 52

7. Problématique et hypothèse de travail ... 54

8. Objectifs ... 55

Chapitre I La neutralisation des lectines mitogéniques par les IgIV empêche l’activation des lymphocytes T : les IgIV ont-elles réellement un effet direct sur les lymphocytes T? ... 57

Résumé ... 59

Abstract ... 60

Introduction ... 61

Materials and methods ... 62

(9)

Discussion ... 68

Acknowledgment ... 71

Figure Legends ... 72

Figures ... 74

Chapitre II Les IgIV empêchent l’activation in vitro des lymphocytes T en neutralisant les agents activateurs utilisés pour stimuler les lymphocytes T ... 81

Résumé ... 83

Abstract ... 84

Introduction ... 85

Materials and methods ... 86

Results ... 89 Discussion ... 92 Acknowledgment ... 94 Figure Legends ... 95 Figures ... 97 Chapitre III Induction de PD-L1 sur les monocytes: un nouveau mécanisme par lequel les IgIV inhibent les réactions lymphocytaires mixtes ... 103

Résumé ... 105

Summary ... 106

Introduction ... 107

Materials and methods ... 109

Results ... 111 Discussion ... 116 Acknowledgment ... 119 Tables ... 120 Figure Legends ... 124 Figures ... 126 Figures supplémentaires ... 130 Chapitre IV L’utilisation des IgIV pour identifier des miARN comme cibles potentielles pour le traitement des rejets de greffe et de GvHD ... 135

Résumé ... 137

Abstract ... 138

Introduction ... 139

Methods ... 140

Results and discussion ... 142

Acknowledgment ... 144

Table ... 145

(10)

1.1 Les IgIV inhibent l’activation des lymphocytes T en neutralisant les agents mitogènes .. 149

1.2 Les IgIV inhibent l’activation des lymphocytes T lors de RLM en modulant les fonctions des monocytes ... 151

1.2.1. Les IgIV induisent des monocytes avec un phénotype CD80faible/PD-L1élevé ... 151

1.2.2. L’induction de PD-L1 par les IgIV pourrait jouer un rôle cruciale dans le maintien de la tolérance ... 153

1.2.3. Les IgIV modulent l’expression de CD14 à la surface des monocytes ... 154

1.3. L’effet des IgIV sur les sous-populations de lymphocytes T ... 154

1.3.1 Les populations de lymphocytes T CD4+ et CD8+ ... 154

1.3.2 Les lymphocytes Th17 ... 155

1.3.3 Les lymphocytes Treg CD4+ ... 156

2. Les substituts potentiels aux IgIV : le développement de mimiques ou d’inhibiteurs de miARN ... 157

3. Les autres pistes par lesquelles les IgIV pourraient moduler les fonctions des cellules immunes: modulation des exosomes par les IgIV? ... 158

Conclusion ... 161

Annexes ... 163

(11)

Liste des tableaux

Tableau 1. Activité fonctionnelle des différentes sous-classes d’immunoglobulines G humaines………...……….………..……….. 13 Tableau 2. Exemples de maladies auto-immunes systémiques ou spécifiques d’organe avec les cibles auto-antigènes connues………..……..…………..………. 24 Tableau 3. Maladies pour lesquelles les immunoglobulines intraveineuses sont approuvées par la « Food and Drug Administration » (FDA)………...….……...………. 37 Tableau 4. Maladies pour lesquelles l’utilisation des IgIV est considérée « off-Label » par la « Food and Drug Administration » (FDA)………..……….………….……… 39 Tableau 5. Auto-anticorps associés à des maladies qui sont neutralisés par les IgIV... 44 Table 3.1. IVIg slightly decreases the number of B cells after 24 hr of MLR………..…….…… 120 Table 3.2. IVIg increases adhesion and immunological synapse-related molecule expression on monocytes during MLR………...……….…...…… 121 Table 3.3. IVIg decreases co-stimulatory (CD80) and increases inhibitory (PD-L1) molecule expression on monocytes during MLR……….…………...…….…... 122 Table 3.4. IVIg induces a phenotypic change on monocytes in resting PBMC similar to that observed during MLR………..……… 123 Table 4.1. Modulation of miRNA expression in T cells and monocytes in IVIg-supplemented MLR………. 145 Tableau S1. Les IgIV diminuent l’expression membranaire de CD80 mais pas de PD-L1 à la surface de monocytes purifiés……….………… 163 Tableau S2. Les IgIV diminuent l’expression membranaire de CD14 à la surface des monocytes………...…. 164

(12)
(13)

Liste des figures

Figure 1. Les cellules du système immunitaire inné et adaptatif………..………..…………...….… 2 Figure 2. Présentation des différentes interactions de co-stimulation entre APC et lymphocytes T……….………..………...………...…… 8 Figure 3. Représentation générale de la structure moléculaire d’une immunoglobuline G……... 12 Figure 4. Présentation des différentes interactions d’inhibition entre APC et lymphocytes T………...……….. 18 Figure 5. Les différentes voies menant à l’induction d’une réponse immunitaire contre le greffon : la voie directe (A), la voie indirecte (B) et la voie semi-directe (C)………. 27 Figure 6. Distribution annuelle des IgIV au Québec entre 1998 et 2013…...……….………. 40 Figure 1.1. Combined effect of IVIg and PHA concentrations on Jurkat T cell activation……….……….………...….. 74 Figure 1.2. IVIg interferes with the binding of PHA to Jurkat T cell…………..…...……....…….. 75 Figure 1.3. IVIg-treated Jurkat T cells are responsive to PHA activation………….………... 76 Figure 1.4. Depletion of PHA-reactive IgG from IVIg abolishes its inhibitory activity...77 Figure 1.5. F(ab')2 fragments are as efficient as IVIg to interact with PHA and inhibit Jurkat T cell activation………... 78 Figure 1.6. IVIg interferes with PHA during primary T cell activation…...….. 79 Figure 1.7. IVIg contains IgG reactive with lectins other than PHA and neutralizes their stimulatory activity………... 80 Figure 2.1. Dose-dependent inhibition of T cell activation by IVIg…...………….…………..….. 97 Figure 2.2. Inhibition of bead-to-cell binding by IVIg………...……..……….………..….. 98 Figure 2.3. Effect of IVIg on CD3 and CD28 detection and expression…...………... 99 Figure 2.4. Binding of IVIg to beads reduces bead-to-cell binding and the subsequent T cell activation... 100 Figure 2.5. Responsiveness of IVIg-treated T cells to activation with anti-CD3/CD28 beads... 101 Figure 2.6. Effect of IVIg on IL-2 secretion by activated T cells………..……...………….. 102

(14)

Figure 3.3. Effect of IVIg on the proportion and viability of T cells and APC after 24 hours of MLR………..………..………..…………... 128 Figure 3.4. Effect of PD-L1 blockade on MLR intensity………….……..………..……….. 129 Figure 3.S1. Representative histograms for T cell (CD3), B cell (CD19) and monocyte (CD14) adhesion and immunological synapse-related molecule analysis by flow cytometry…………...130 Figure 3.S2. Representative histograms for T cell (CD3), B cell (CD19) and monocyte (CD14) co-stimulatory and inhibitory molecule analysis by flow cytometry………...……...…. 131 Figure 3.S3. Representative histograms for monocyte (CD14) marker analysis by flow cytometry….……….... 132 Figure 3.S4. Effect of IVIg on PD-L1 mRNA expression in resting monocytes…………....…... 133 Figure 4.1. Effect of IVIg on pro-inflammatory cytokine secretion and co-stimulatory molecule expression during MLR………..………...….. 146 Figure S1. Évaluation de la présence de réactivité anti-CD3 et anti-PMA dans les préparations d’IgIV……….……….…… 165 Figure S2. Les IgIV interfèrent avec la liaison des anticorps anti-CD28 à la surface des lymphocytes T……….………… 166

(15)

Liste des abréviations

AAV

virus adéno-associé

ADCC

antibody-dependent cellular cytotoxicity

ADN

acide désoxyribonucléique

AMH

antigène mineur d’histocompatibilité

AMR

antibody-mediated rejection

AP

activator protein

APC

cellule présentatrice d'antigène

Apo-1

apoptosis-1

BCL-6

B-cell lymphoma-6

BCR

B cell receptor

Blimp

B lymphocyte-induced maturation protein

BrdU

5-bromo-2-deoxyuridine

CCL

C-C motif ligand

CCR

C-C motif récepteur

CD

cluster of differentiation

CD40-L

CD40-ligand

CIDP

chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy

CMH

complexe majeur d'histocompatibilité

CMV

cytomégalovirus

ConA

Concanavalin-A

CTLA

cytotoxic T-lymphocyte antigen

CXCL

C-X-C motif ligand

DC

cellule dendritique

DC-SIGN

dendritic cell-specific ICAM-grabbing non-integrin

DCIR

dendritic cell immunoreceptor

E-selectin

Endothetial-selectin

EAE

experimental autoimmune encephalomyelitis

EBNA-1

EBV nuclear antigen-1

EBV

virus Epstein-Barr

FcγR

récepteur Fc gamma

FDA

Food and Drug Administration

GRB-2

growth factor receptor-bound protein 2

GvHD

graft-versus-host disease

H2O2

Peroxyde d'hydrogène

HEV

high endothelial venules

HLA

human leukocyte antigen

ICAM

intercellular adhesion molecule

(16)

IMD

inosine monophosphate déhydrogénase

ITAM

immunoreceptor tyrosine-based activation motif

ITIM

immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif

ITP

thrombocytopénie immune

IVIg

intravenous immunoglobulin G

JNK

c-Jun N-terminal kinase

KIR

killer cell immunoglobulin-like receptor

KLR

killer lectin-like receptor

LAG-3

lymphocyte activation gene-3

LFA-1

leukocyte function-associated antigen-1

LPS

lipopolysaccharide

MAC

membrane attack complex

MAPK

mitogen-activated protein kinase

MHC

major histocompatibility complex

miARN

micro-ARN

MIC

MHC class I-related chain

miRNA

micro-RNA

MLR

mixed lymphocyte reaction

MMF

mycophenolate mofetil

mTOR

mammalian target of rapamycin

NCRs

natural cytotoxicity receptors

NF-κB

nuclear factor-kappa B

NFAT

nuclear factor of activated T cells

NK

natural killer

NKG2D

Natural Killer Group 2D

NO

oxyde nitrique

Nrp-1

neuropilin-1

O2-

anion superoxyde

OVA

ovalbumine

PAMPs

pathogen-associated molecular patterns

PBMC

peripheral blood mononuclear cell

PD-1

programmed cell death-1

PD-L1

programmed cell death ligand-1

PDB

phorbol dibutyrate

PGE2

prostaglandin E2

PHA-L

phytohemagglutinin-L

PLC-γ

phospholipase C-gamma

PMA

phorbol myristate acétate

PP2B

protein phosphatase 2B

PRR

pattern recognition receptor

PWM

pokeweed mitogen

(17)

RLM

réaction lymphocytaire mixte

SA-IgIV

fraction sialylée de la région Fc de certains IgG

SIGLEC

sialic-acid-binding immunoglobulin-like lectin

SIP

sphingosine 1-phosphate

SLE

systemic lupus erythematosus

Sm

nucléoprotéine smith

STAT3

signal transducer and activator of transcription-3

TCR

T cell receptor

Th

T helper

TLR4

Toll-like receptor 4

TNF-α

tumor necrosis factor alpha

Treg

T régulateur

VCAM-1

vascular cell-adhesion molecule-1

VIH

virus de l'immunodéficience humaine

Zap-70

zeta chain-associated protein kinase 70

(18)
(19)

« Il vaut mieux se perdre dans sa passion que

de perdre sa passion».

(20)
(21)

Remerciement

Mener à bien un projet de doctorat est une expérience unique qui permet de mieux se connaître et aussi d’apprécier l’aide de ses proches ou de ses collaborateurs. Aussi, je tiens à profiter de cet avant propos pour remercier tous ceux qui, à des degrés divers, ont pu faire en sorte que cette aventure se concrétise.

En premier lieu, je me dois de remercier ma directrice de recherche, Dre Renée Bazin ainsi que mon co-directeur, Dr André Darveau. Tous deux ont su, malgré des emplois du temps toujours plus que chargés, faire preuve à mon égard de disponibilité, de sens critique, de gentillesse et de rigueur. De plus, ils ont su dès le départ me faire confiance et me soutenir dans les moments les plus difficiles de cet exercice de longue haleine qu’est l’accomplissement d’un troisième cycle universitaire.

Ensuite, je souhaite adresser mes plus sincères remerciements aux personnes qui par leurs compétences, leur patience, leur soutien, leur amitié, leur affection ou tout simplement leur bonne humeur m’ont aidé activement à aller au bout de ce stimulant travail de recherche. Je pense entre autres aux assistants de recherche Tony Tremblay, Isabelle Paré, Hélène Émond et Pascal Rouleau, pour leur aide bienveillante et leurs précieux conseils. Je pense aussi à mes collègues étudiants, Isabelle St-Amour, Dominic Paquin-Proulx, Éric Aubin, Patrick Trépanier, Dominique Chabot, Cassandra Ringuettte-Goulet et Marie-Eve Rhéaume pour nos discussions scientifiques enrichissantes et la confrontation de nos idées. Je remercie également Lionel Loubaki pour la pré-lecture de ma thèse et pour ses commentaires constructifs à cet effet.

En outre, l’aboutissement de ce doctorat n’aurait pu se faire sans le soutien, les commentaires et les suggestions de tous les scientifiques d’Héma-Québec ainsi que des membres de mon comité d’encadrement, Dre Maria Fernandes et Dre Caroline Gilbert. Leur contribution fut particulièrement importante lors des diverses présentations orales de mes travaux que j’ai eu l’occasion de faire au cours de ces quatre dernières années.

Sur une note plus personnelle, je tiens à remercier mes amis, ma famille et mon conjoint Clément pour m’avoir supportée et accompagnée tout au long de mes études universitaires. Arriver au bout d’un doctorat est impossible sans bénéficier de l’attention et de l’amour de ses proches.

(22)
(23)

Avant propos

Chapitre I

:

La neutralisation des lectines mitogéniques par les IgIV empêche l’activation des lymphocytes T : les IgIV ont-elles réellement un effet direct sur les lymphocytes T?

Auteurs : Lauriane Padet, Isabelle St-Amour, Éric Aubin et Renée Bazin Contribution des auteurs :

Lauriane Padet a conceptualisé et effectué toutes les expériences et a analysé toutes les données présentées dans ce manuscrit. Lauriane Padet a participé à la rédaction de ce manuscrit. Isabelle St-Amour et Éric Aubin ont participé aux discussions de ce manuscrit. Renée Bazin a supervisé les travaux et a participé à la rédaction de ce manuscrit.

Article publié dans : Clinical and Experimental Immunology, 2011, 166 (3) : 352-360

Chapitre II

:

Les IgIV empêchent l’activation in vitro des lymphocytes T en neutralisant les agents activateurs utilisés pour stimuler les lymphocytes T

Auteurs : Lauriane Padet et Renée Bazin Contribution des auteurs :

Lauriane Padet a conceptualisé et effectué toutes les expériences et a analysé toutes les données présentées dans ce manuscrit. Lauriane Padet a participé à la rédaction de ce manuscrit. Renée Bazin a supervisé les travaux et a participé à la rédaction de ce manuscrit.

(24)

Chapitre III

:

Induction de PD-L1 sur les monocytes: un nouveau mécanisme par lequel les IgIV inhibent les réactions lymphocytaires mixtes

Auteurs : Lauriane Padet, Lionel Loubaki et Renée Bazin Contribution des auteurs :

Lauriane Padet a conceptualisé et effectué toutes les expériences et a analysé toutes les données présentées dans ce manuscrit. Lauriane Padet a participé à la rédaction de ce manuscrit. Lionel Loubaki a participé aux discussions de ce manuscrit. Renée Bazin a supervisé les travaux et a participé à la rédaction de ce manuscrit.

Article publié dans : Immunobiology, 2014, pii: S0171-2985(14)00083-7. doi: 10.1016/j.imbio.2014.04.001

Chapitre IV

:

L’utilisation des IgIV pour identifier des miARN comme cible potentielle pour le traitement des rejets de greffe et de GvHD

Auteurs : Lauriane Padet, Lionel Loubaki et Renée Bazin Contribution des auteurs :

Lauriane Padet a conceptualisé et effectué toutes les expériences et a analysé toutes les données présentées dans ce manuscrit. Lauriane Padet a participé à la rédaction de ce manuscrit. Lionel Loubaki a conceptualisé les expériences et participé aux manipulations, à l’analyse des données et à la rédaction de ce manuscrit. Renée Bazin a supervisé les travaux et a participé à la rédaction de ce manuscrit.

(25)

Introduction

1. Le système immunitaire

1.1 L’hématopoïèse

Tous les constituants cellulaires présents dans la circulation sanguine (leucocytes, érythrocytes et plaquettes) dérivent d’une même source cellulaire : les cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse. Ces cellules sont dites pluripotentes dû à leur capacité à générer tous les types cellulaires du sang et peuvent donner naissance à des progéniteurs lymphoïdes ou myéloïdes. Le progéniteur lymphoïde est le précurseur de la lignée lymphoïde qui comprend les lymphocytes B, les lymphocytes T et les cellules NK (natural killer) que l’on retrouve dans le sang. Le progéniteur myéloïde peut quant à lui se différencier en une plus grande variété de cellules qui regroupe les granulocytes (neutrophiles, éosinophiles et basophiles), les monocytes, les cellules dendritiques, les érythrocytes et les plaquettes présents dans le sang ainsi que les mastocytes et les macrophages que l’on retrouve dans les tissus. A l’exception des érythrocytes, l’ensemble de toutes ces cellules forme un système complexe, appelé système immunitaire, qui permet à l’organisme de lutter efficacement contre le développement et l’éradication des pathogènes. Le système immunitaire est doté de deux types de mécanismes de défense: l’immunité innée et l’immunité adaptative (Figure 1) qui ensemble assurent quatre principales fonctions : la reconnaissance immunologique qui permet de détecter l’infection; le développement de fonctions immunitaires effectrices qui permet d’éradiquer l’infection; la tolérance immunitaire et la mémoire immunologique [1, 2].

1.2 L’immunité innée

L’immunité innée représente la forme de défense la plus primaire et la plus rapide que l’organisme possède pour lutter efficacement contre toute forme d’agression pathogénique. Elle est constitutive, induite immédiatement, non spécifique de l’agent pathogène et non adaptative. Ce sont les cellules épithéliales de la peau qui constituent la première ligne de défense de l’immunité innée en formant une barrière physique (jonctions serrées, etc.) pour empêcher l’entrée des pathogènes dans l’organisme. La sécrétion de mucus participe également à cette défense. Les mucus recouvrent les voies du système respiratoire, du tractus intestinal et génito-urinaire et capturent les pathogènes ingérés ou inhalés. Les cils retrouvés dans les épithéliums assurent ensuite l’expulsion de ces mucus

(26)

s’avèrent être insuffisantes pour prévenir l’invasion pathogénique, d’autres acteurs du système immunitaire inné interviennent afin d’éradiquer l’infection.

Figure 1. Les cellules du système immunitaire inné et adaptatif. L’immunité innée est

constituée des monocytes, macrophages, cellules NK, mastocytes et granulocytes

(neutrophiles, basophiles, éosinophiles). Les représentants de l’immunité adaptative sont les

lymphocytes T CD4+, CD8+ et les lymphocytes B. A la frontière entre l’immunité innée et

adaptative sont retrouvés les cellules dendritiques, les lymphocytes T et les cellules NKT.

1.2.1 Les cellules phagocytaires

Les premières cellules à être mobilisées suite à une infection sont les macrophages situés dans les tissus à proximité du site d’infection [4]. Ces cellules possèdent à leur surface des récepteurs de reconnaissance de motif ou PRRs (pattern recognition receptors) qui leur permettent de détecter des structures très conservées présentes à la surface des micro-organismes. Ces structures sont appelées motifs moléculaires associés aux pathogènes ou PAMPs (pathogen-associated molecular patterns) et le plus connu d’entre eux est le LPS (lipopolysaccharide), spécifique aux bactéries Gram négatif, qui est reconnu par les PRRs TLR4 (Toll-like-receptor 4) et le CD14 (cluster of differentiation 14) [5]. Suite à l’interaction PRRs/PAMPs, les macrophages ingèrent le pathogène par phagocytose ou

monocyte macrophage cellule dendritique cellule NK mastocyte neutrophile basophile éosinophile granulocytes lymphocyte Tα:β CD4+ NKT lymphocyte T γ:δ lymphocyte Tα:β CD8+ lymphocyte B

(27)

par endocytose lorsque les composantes sont de petite taille (antigène, virus, toxines). Quel que soit le mode d’ingestion, les corps étrangers sont ensuite détruits par des mécanismes oxydatifs via la production de dérivés actifs de l’oxygène (O2- (anion superoxyde), H2O2 (peroxyde d’hydrogène), etc.) et des mécanismes non oxydatifs incluant les enzymes (lysosyme, hydrolase acide), le NO (oxide nitrique), les peptides anti-microbiens (cathélicidines, défensines, etc.) et l’environnement acide contenu dans les lysosomes [6, 7]. En se liant aux pathogènes, les macrophages vont également déclencher une réponse inflammatoire locale en sécrétant les chimiokines CXCL8 (C-X-C motif ligand 8) et en produisant des cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-1β (interleukine-1β), l’IL-6 et le TNF-α (tumor necrosis factor alpha) [8]. Ces cytokines vont induire la dilatation des vaisseaux sanguins locaux et augmenter le niveau d’expression des molécules d’adhérence (sélectines, intégrines et molécules d’adhérence intercellulaire (ICAM, intercellular adhesion molecule)) à la surface des cellules endothéliales qui bordent ces vaisseaux [9, 10]. Ces modulations vont permettre l’extravasion des neutrophiles attirés par le CXCL8 [11]. A l’instar des macrophages, les neutrophiles possèdent des PRRs et peuvent phagocyter les pathogènes qu’ils détruisent dans des vésicules intracellulaires au moyen d’enzymes lytiques [12]. L’arrivée des neutrophiles au site d’inflammation est suivie de très près par l’afflux des monocytes qui se différencient rapidement en macrophages renforçant ainsi la réponse immunitaire innée [13].

1.2.2 Les cellules NK

La fonction principale des cellules NK est de détecter et de contrôler les infections virales [14]. Lorsque les virus infectent une cellule, ils vont souvent induire une réduction de l’expression des molécules du CMHI (complexe majeur d’histocompatibilité de classe I) à la surface des cellules infectées afin de ne pas être détectés par l’immunité adaptative (voir la section 1.3). Les cellules NK sont capables de repérer de telles modifications grâce à leurs récepteurs inhibiteurs KIR (killer cell immunoglobulin-like receptor) et KLR (killer lectin-like receptor) dont le rôle est de détecter si l’expression des molécules du CMHI est altérée à la surface des cellules immunes [15]. Afin de faciliter le repérage des cellules infectées par des virus, les cellules NK activées par les cytokines produites par les monocytes/macrophages (IL-12, IFN (interféron)-α, IFN-β) [16, 17] sécrètent de grandes quantités d’IFN-γ au site d’inflammation ce qui permet d’augmenter l’expression des CMHI à la surface des cellules avoisinantes [18]. Une faible détection des molécules de CMHI mène les cellules NK à lyser les cellules infectées via la sécrétion de granules cytotoxiques

(28)

histocompatibility complex (MHC) class I-related chain) et ceux de la famille RAET1 (retinoid acid early transcript 1) qui sont fortement exprimés à la surface des cellules infectées [19-21].

En résumé, l’immunité innée permet de contrôler les infections via des mécanismes plus ou moins spécifiques. Lorsque le système immunitaire inné se révèle insuffisant pour contenir l’infection, une réponse immune adaptative est nécessaire et peut alors être mise en branle.

1.3 L’immunité adaptative

Contrairement à la réponse innée qui intervient immédiatement après l’infection, le développement d’une réponse immunitaire adaptative prend plusieurs jours. Bien que plus lente à être mise en place, l’immunité adaptative possède l’avantage d’être spécifique et d’induire une réponse puissante. De plus, l’immunité adaptative est capable de générer une mémoire immunitaire ce qui permet à l’organisme de répondre encore plus efficacement lors d’une infection subséquente avec le même pathogène. Les acteurs principaux de cette immunité sont les lymphocytes T et les lymphocytes B.

1.3.1 Des lymphocytes T naïfs aux lymphocytes T effecteurs

Les lymphocytes T sont issus des précurseurs lymphoïdes de la moelle osseuse qui se sont différenciés dans le thymus pour donner naissance à deux populations bien distinctes : les lymphocytes T γ :δ (<10 %) et les lymphocytes T α:β (>90 %) [22]. Les lymphocytes T γ:δ participent à la fois à l’immunité innée et adaptative. Ils sont principalement présents dans les épithéliums de la peau et des muqueuses (digestives, respiratoires, vaginales, utérines) ce qui leur permet de répondre rapidement aux infections [23]. Ces cellules peuvent reconnaître directement les antigènes bactériens contrairement aux lymphocytes T α:β qui nécessitent que l’antigène soit présenté via les molécules de CMH par une cellule présentatrice d’antigène. Les lymphocytes T α:β font quant à eux partie uniquement du système immunitaire adaptatif. Par défaut, les lymphocytes T α:β seront appelés lymphocytes T dans le cadre de cette thèse. Suite aux processus de sélection positive et négative qui se déroulent dans le thymus (voir la section 2.1.2), les lymphocytes T se divisent en deux sous-catégories de lymphocytes T naïfs et matures: les lymphocytes T auxiliaires (appelés aussi T helper ou CD4+) et les lymphocytes T cytotoxiques (CD8+) [24]. Ces populations sont toutes les deux présentes dans la circulation sanguine et représentent respectivement environ 70 % et 30 % des lymphocytes T. Régulièrement, ces cellules quittent la circulation sanguine pour migrer dans les organes lymphoïdes périphériques (dits aussi secondaires), où elles inspectent les

(29)

cellules dendritiques (DCs) afin de détecter la présence d’un éventuel antigène étranger pour lequel elles sont spécifiques.

1.3.1.1 Migration des lymphocytes T et DCs matures aux organes lymphoïdes

périphériques

Les organes lymphoïdes périphériques sont les ganglions lymphatiques, la rate et les tissus lymphoïdes associés aux muqueuses (plaques de Peyer, amygdale et appendice iléo-caecal) et c’est dans ces organes que se développe l’immunité adaptative. L’entrée des lymphocytes T naïfs dans les ganglions lymphatiques se fait via les veinules à endothélium élevé (HEV, high endothelial venules) et est orchestrée par l’activité coordonnée des molécules d’adhésion (sélectines et intégrines) et des signaux chimiotactiques (chimiokines) [25]. La présence de la sélectine CD62-L (appelée aussi L-selectin) à la surface des lymphocytes T permet dans un premier temps à ces cellules de lier le motif glucidique sialyl-LewisX exprimé par les adressines vasculaires (CD34, GlyGAM-1) du HEV [26]. L’interaction de la chimiokine CCL21 (C-C motif ligand 21), présente sur les parois du HEV, avec son récepteur spécifique CCR7 (C-C motif récepteur 7) exprimé par les lymphocytes T, induit ensuite l’activation de l’intégrine LFA-1 (leukocyte function-associated antigen-1) sur les lymphocytes T [27, 28]. Il en résulte une forte liaison entre les lymphocytes T et les cellules du HEV via l’interaction LFA-1/ICAM-1. Cette liaison stabilise l’interaction entre les deux types cellulaires et assure la migration des lymphocytes T par diapédèse dans les tissus lymphoïdes où ils pourront rencontrer les DCs.

Les DCs sont des cellules ubiquitaires que l’on retrouve aussi bien dans les tissus lymphoïdes que dans les épithéliums de surface, les organes solides (cœur, rein) ou encore dans la circulation sanguine. La plupart des DCs sont naturellement présentes dans l’organisme mais elles peuvent également se différencier dans les tissus à partir des monocytes [29-31]. Ce sont les DCs qui sont les principales instigatrices de l’activation des lymphocytes T naïfs dans les organes lymphoïdes même s’il a également été rapporté que les autres cellules présentatrices d’antigènes (APC), c’est à dire les macrophages, les monocytes et les lymphocytes B, peuvent participer au processus d’activation des lymphocytes T [32]. Tout comme les cellules phagocytaires, les DCs immatures possèdent la capacité d’ingérer des antigènes extracellulaires soit par endocytose dépendante de récepteur, soit par macropinocytose ou soit par l’entrée directe dans le cytosol (endocytose fluidique) si ces antigènes sont des particules virales [33, 34]. Ce phénomène a lieu au site

(30)

DCs. Suite à l’internalisation des antigènes, les DCs dégradent ces derniers en peptides qui sont ensuite présentés en surface via la voie classique de CMHI ou CMHII [35, 36]. La source de l’antigène détermine le plus souvent le CMH qui sera utilisé pour former le complexe CMH : peptide. Ainsi, les peptides endogènes, viraux ou dérivés de parasites sont spécifiquement présentés par les CMHI tandis que les toxines ou les peptides bactériens peuvent être présentés à la fois par les CMHI (présentation croisée) ou les CMHII. Suite à l’apprêtement des antigènes en surface, les DCs entament leur processus de maturation qui se manifeste tout d’abord par l’augmentation du CCR7 guidant ainsi les cellules jusqu’au ganglion lymphoïde en empruntant la lymphe [37]. La maturation des DCs se poursuit par une augmentation importante du nombre de CMH, ce qui permet de présenter davantage de peptides antigéniques [38]. Additionnellement, les DCs matures se mettent à exprimer des taux élevés de molécules d’adhérence (ICAM-1, ICAM-2, DC-SIGN (dendritic cell-specific ICAM-grabbing non-integrin)) ce qui permettra un contact prolongé des DCs avec les lymphocytes T [39-41]. Deux nouvelles glycoprotéines transmembranaires vont aussi être exprimées en grande quantité suite au processus de maturation. Ce sont les molécules de co-stimulation CD80 (B7-1) et CD86 (B7-2) qui sont initialement absentes (CD80) ou faiblement exprimées (CD86) à la surface des DCs immatures [42, 43]. L’ensemble de toutes ces modulations est important car il permet de rendre les DCs matures (ou tout autre APC mature) aptes à stimuler spécifiquement et fortement les lymphocytes T naïfs.

1.3.1.2 Activation des lymphocytes T

Une fois arrivés aux organes lymphoïdes secondaires, les lymphocytes T sont attirés auprès des DCs matures grâce à la chimiokine CCL18 qui est produite par ces dernières [44]. Les lymphocytes T inspectent alors les complexes CMH : peptide des DCs. S’ils ne rencontrent pas l’antigène pour lequel ils sont spécifiques, les lymphocytes T retournent dans la circulation sanguine, guidés par la molécule sphingosine 1-phosphate (SIP) [45]. En revanche, s’il y a reconnaissance de l’antigène et activation subséquente des lymphocytes T, ces derniers perdent leur récepteur spécifique à SIP et restent alors piégés dans les organes lymphoïdes.

Les lymphocytes T naïfs requièrent trois signaux émis par les APC avant de devenir des cellules effectrices [46, 47]. Le premier signal est la reconnaissance d’un complexe CMH : peptide antigénique par le complexe TCR (T cell receptor) des lymphocytes T [48]. Ce complexe est constitué de 8 chaînes peptidiques : les chaînes α et β forment la molécule du TCR et servent de site de liaison pour le peptide antigénique ; les chaînes ε (x2), γ, et δ forment le complexe CD3 et participent avec les chaînes intra-plasmiques ζ à l’activation intracellulaire des lymphocytes T [49].

(31)

Chaque sous-population de lymphocytes T reconnait un CMH particulier. Ainsi les lymphocytes T possédant le co-récepteur CD8 (CD8+) reconnaissent les peptides présentés par les CMHI tandis que les lymphocytes T CD4+ reconnaissent les complexes CMHII : peptide. L’engagement de plusieurs TCR induit l’agrégation de ces derniers ce qui provoque une cascade d’activation chez les lymphocytes T aboutissant à la translocation nucléaire de plusieurs facteurs de transcription impliqués dans la synthèse de cytokines dont NFAT (nuclear factor of activated T cells), AP-1 (activator protein-1) et NFκB (nuclear factor-kappa B) qui se lient à la région promotrice du gène de l’IL-2 [47, 48]. Ceci a pour conséquence d’activer la production d’IL-2 qui est un facteur de survie pour les lymphocytes T et favorise leur différenciation en cellules effectrices [50].

Le premier signal n’est cependant pas suffisant pour induire l’activation et l’expansion clonale des lymphocytes T. Les lymphocytes T ont en effet besoin d’un second signal qui est transmis via la liaison de leur récepteur CD28 avec les molécules de co-stimulation CD80/CD86 exprimées par les DCs matures [51, 52]. La molécule CD28 est exprimée de manière constitutive à la surface de la majorité des lymphocytes T CD4+ et sur 50 % des lymphocytes T CD8+ [53]. Bien que plusieurs molécules de co-stimulation puissent augmenter la signalisation du TCR (Figure 2), c’est le CD28 qui est la molécule la plus puissante pour induire l’activation optimale des lymphocytes T [54]. Les signaux de co-stimulation activent les facteurs de transcription NF-κB, NFAT et AP-1 qui stabilisent l’ARNm de l’IL-2 et contrôlent la prolifération, la différenciation et la mort cellulaire. Les signaux de co-stimulation amplifient d’une centaine de fois la production d’IL-2 et assurent l’augmentation de la chaîne alpha du récepteur de l’IL-2 (CD25). Ce récepteur possède une très haute affinité pour l’IL-2 et la liaison de cette cytokine au récepteur CD25 va stimuler la prolifération cellulaire. En l’absence de signaux de co-stimulation, les lymphocytes T ne peuvent pas être activés efficacement et entrent alors en apoptose ou en anergie [52, 55, 56]. Finalement, les lymphocytes T activés achèveront leur différenciation en cellules effectrices suite à des signaux de polarisation délivrés par des cytokines spécifiques présentes dans leur environnement et produites par les APC (signal 3) [57, 58].

(32)

8

Figure 2. Présentation des différentes interactions de co-stimulation entre APC et

lymphocytes T. Adapté de Chen et al [59].

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(33)

1.3.1.3 Différenciation et fonction des lymphocytes T effecteurs

La nature des cytokines produites par les DCs dépend directement de l’environnement local et du type de pathogène rencontré et présenté par les DCs [57, 58]. Ces cytokines vont permettre aux lymphocytes T CD8+ de se différencier en cellules cytotoxiques et aux lymphocytes T CD4+ (dits aussi helper, Th) de se différencier en quatre principales sous-populations effectrices : en présence des cytokines IL-12 et IFN-γ, les lymphocytes Th activés acquièrent le phénotype Th1 (T helper 1) ; l’IL-4 induit les lymphocytes Th2 ; l’IL-6 et le TGF-β polarisent les lymphocytes CD4+ en lymphocytes Th17 et l’IL-2 et le TGF-β sont impliqués dans l’induction de lymphocytes T CD4+ régulateurs (Treg) [60-62]. D’autres sous-populations de lymphocytes T CD4+ sont également répertoriées mais ne seront pas discutées dans le cadre de cette thèse. Il s’agit des lymphocytes T régulateurs Th3 qui sont impliqués dans l’immunité mucosale [63], des lymphocytes T régulateurs Tr1 qui jouent un rôle dans la tolérance périphérique [64, 65], des lymphocytes Th9 dont le rôle n’est pas clairement défini mais qui semblent être impliqués dans les maladies allergiques [66] et les lymphocytes Th22 qui participent l’immunité épidermale [67]. Suite à la différenciation des lymphocytes T CD8+ et CD4+, ces cellules expriment à nouveau le récepteur SIP et peuvent alors retourner dans la circulation sanguine et migrer au site d’infection où ils pourront exercer leurs différentes fonctions [45].

Les lymphocytes T CD8+ effecteurs ont une fonction cytotoxique. Ils reconnaissent principalement les virus présentés par les CMHI des cellules infectées et cette reconnaissance induit la libération de granules cytotoxiques (perforine, granzymes, granulysine) ce qui provoque la fragmentation de l’ADN et l’apoptose des cellules infectées [68]. Les lymphocytes T CD4+ effecteurs peuvent induire à la fois une immunité cellulaire (activation des cellules phagocytaires) et humorale (activation et différenciation des lymphocytes B en plasmocytes). Ils jouent un rôle central dans la régulation et le maintien de réponse immune spécifique à l’antigène. Au site d’infection, les lymphocytes Th1 reconnaissent les pathogènes internalisés et présentés par les CMHII des macrophages/monocytes et ils stimulent la lyse intracellulaire de ces pathogènes en sécrétant de l’IFN-γ [69]. Les lymphocytes Th1 et Th2 sont également capables de reconnaître des antigènes présentés par les CMHII des lymphocytes B. Suite à cette reconnaissance, les lymphocytes T stimulent alors la commutation isotypique des lymphocytes B naïfs via la transmission de signaux de co-stimulation. Ces modifications permettent de produire des isotypes particuliers d’anticorps

(34)

CCL20, les lymphocytes Th17 stimulent les fibroblastes ainsi que les cellules épithéliales et endothéliales à produire des médiateurs pro-inflammatoires (IL-6, TNF-α, IL-1β, PGE2 (prostaglandin E2), NO, CXCL1, CXCL8, CCL2) ce qui permet le recrutement massif des cellules immunes au site d’inflammation [73, 74]. Les lymphocytes Treg exercent quant à eux une fonction régulatrice. Ils suppriment et contrôlent les réponses immunitaires par contact ou en sécrétant des cytokines inhibitrices (IL-10, TGF-β) (voir la section 2.2.3).

1.3.2. Des lymphocytes B aux plasmocytes et cellules mémoires

1.3.2.1 Initiation de l’activation des lymphocytes B

Les lymphocytes B naissent et se développent dans la moelle osseuse, suite à quoi ils migrent dans la circulation sanguine [75, 76]. A l’instar des lymphocytes T, les lymphocytes B naïfs et matures quittent régulièrement le sang pour se rendre dans les organes lymphoïdes secondaires via les HEV [25]. Les lymphocytes B possèdent le BCR (B cell receptor) comme récepteur d’antigène de la cellule. C’est une immunoglobuline de surface composée de deux chaînes lourdes et de deux chaînes légères [77]. Les lymphocytes B matures et naïfs co-expriment les immunoglobulines de classe M (IgM) et de classe D (IgD) comme BCR. La reconnaissance directe d’un antigène spécifique par les IgM membranaires active les lymphocytes B qui perdent l’expression membranaire des IgD [78]. Additionnellement, les lymphocytes B activés vont sécréter rapidement des IgM spécifiques mais de faible affinité pour l’antigène. Les lymphocytes B activés se mettent aussi à exprimer les récepteurs CCR7 et sont alors attirés vers les chimiokines CCL19 et CCL21 présentes dans la zone des lymphocytes T du thymus [79]. Dans cette zone, les lymphocytes B peuvent potentiellement présenter des antigènes reconnus par des lymphocytes T CD4+ et atteindre ainsi leur activation maximale. En revanche, si les lymphocytes B ne rencontrent pas de lymphocytes T auxiliaires spécifiques à l’antigène qu’ils présentent, ils meurent dans les 24 heures en l’absence de signaux d’activation [80].

1.3.2.2 Amplification de l’activation des lymphocytes B par les lymphocytes T

Suite à la reconnaissance de l’antigène par le BCR, le complexe BCR : antigène est internalisé par les lymphocytes B activés [81, 82]. L’antigène est ensuite dégradé puis apprêté par les CMHII des lymphocytes B. Tout comme les DCs matures, les lymphocytes B activés expriment de hauts niveaux de molécules de co-stimulation (CD80/CD86, CD40) et de CMHII. La reconnaissance du complexe CMHII: peptide par des lymphocytes T CD4+, combinée à des signaux de co-stimulation, déclenche la sécrétion de cytokines de type Th1/Th2 ainsi que l’expression membranaire du ligand

(35)

de CD40 (CD40-L ou CD154) par les lymphocytes T [83]. L’interaction CD40/CD40-L et les cytokines induisent l’activation de facteurs de transcription (STAT-3 (signal transducers and activators of transcription-3), BCL-6 (B-cell lymphoma-6) et Blimp-1 (B lymphocyte-induced maturation protein-1)) impliqués dans la prolifération des lymphocytes B, la différenciation en cellules mémoires ou plasmocytes (cellules sécrétrices d’anticorps à longue vie) et la sécrétion d’immunoglobulines [84, 85]. Les lymphocytes B mémoires vont retourner dans la circulation afin de pouvoir déclencher une réponse rapide en cas de réinfection par le même pathogène [86]. Les plasmocytes vont migrer quant à eux dans la moelle osseuse et assurer la production d’anticorps très spécifiques et de haute affinité, suite aux processus d’hypermutation somatique et de commutation de classe des immunoglobulines qui ont lieu dans les centres germinatifs des organes lymphoïdes [87, 88]. L’hypermutation somatique permet d’augmenter l’affinité du BCR envers l’antigène qu’il reconnaît. Pour ce faire, des mutations sont introduites au hasard dans les gènes de la région variable des immunoglobulines membranaires. Les lymphocytes B possédant des BCR ayant la plus forte affinité pour l’antigène sont sélectionnés tandis que les autres sont éliminés par apoptose [89]. La commutation isotypique permet quant à elle de changer les isotypes produits par les lymphocytes B. Des réarrangements des gènes codant pour la partie constante de la chaîne lourde induisent ainsi l’expression d’IgG, d’IgA ou d’IgE par les lymphocytes B à la place des IgM [90-92]. Ce sont les cytokines produites par les lymphocytes T qui influencent le type d’immunoglobuline qui va être obtenu puis sécrété par les plasmocytes. Par exemple, l’IL-2 et l’IFN-γ sécrétés par les lymphocytes de type Th1 contribuent à la production d’IgG chez l’homme [93, 94]. Les Th2 favorisent plutôt la production d’IgE chez l’humain en sécrétant de l’IL-4, l’IL-5, l’IL-10 et l’IL-13 suite à la reconnaissance de parasite [95].

1.3.3 Les immunoglobulines

Les immunoglobulines (Ig) sont réparties en 5 classes (IgM, IgD, IgE, IgA et IgG), chacune ayant une activité fonctionnelle particulière et une distribution unique dans l’organisme [96]. Les immunoglobulines sont composées de deux chaînes lourdes et de deux chaînes légères reliées entre elles par des ponts disulfures [96]. Elles sont constituées de deux régions dont chacune possède des fonctions immunes qui leur sont propres : la région Fab est variable et reconnaît de manière spécifique un antigène ; la région Fc est constante et lie les récepteurs Fc (FcRs) retrouvés à la surface de la plupart des cellules (Figure 3).

(36)

Figure 3. Représentation générale de la structure moléculaire d'une immunoglobuline

G (IgG). L’IgG est une protéine qui consiste en deux chaînes lourdes identiques (bleu) et

deux chaînes légères identiques (rouge). L’IgG se divise en deux régions : la région Fc qui

interagit avec le complément et les récepteurs Fc présents à la surface de certaines cellules

immunes et la région Fab qui est le site de liaison avec les antigènes.

Les IgM sont les premières immunoglobulines à être produites suite à l’activation des lymphocytes B et sont présentes dans la circulation sanguine (1.1-1.5 mg/ml) [97]. Elles ont peu d’affinité pour les antigènes mais forment des pentamères d’immunoglobulines et possèdent donc 10 sites de fixation antigénique pouvant reconnaître simultanément des antigènes multivalents [98]. Cette particularité confère aux IgM une très grande avidité pour les antigènes et leur permet d’activer effacement le complément. Les IgD sont rares dans la circulation sanguine (0.03 mg/ml) mais la présence de lymphocytes B exprimant spécifiquement des IgD sont présents dans les muqueuses des voies respiratoires supérieures. Les IgD peuvent se lier à la surface des basophiles via un récepteur mobilisant le calcium ce qui induit la sécrétion de facteurs anti-microbiens (cathélicidine, penthraxine-3, β-défensine) [99]. Les IgA sont constituées de deux sous-classes IgA1 et IgA2 qui se distinguent par leur structure et leur distribution dans l’organisme. La fonction principale des IgA est la neutralisation des toxines et pathogènes [100, 101]. Les IgA1 ont une région charnière plus

Antigène

e

Épitope

Région Fab

(variable)

Région Fc

(constante)

Pont dissulfure

Région charnière

(37)

affinité que les IgA2. Les IgA1 sont les principales IgA retrouvées dans la circulation sanguine (2-3 mg/ml) où elles sont majoritairement sous forme monomérique [100]. Les IgA1 et IgA2 sont également présentes dans les mucus des voies intestinales et respiratoires où elles prédominent sous forme dimérique. Les IgE sont monomériques et faiblement exprimées dans la circulation sanguine et les fluides extracellulaires. Elles sont capables de lier les mastocytes via les récepteurs Fc epsilon (FcεR) et d’induire ainsi le relargage de médiateurs chimiques participant à la défense contre les parasites [102]. Finalement, les IgG sont les immunoglobulines les plus abondantes du sang (10-15 mg/ml) [100] et des fluides extracellulaires. Les IgG sont réparties en quatre sous-classes (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4) qui possèdent des propriétés physico-chimiques (longueur de région charnière, nombre de pont disulfure, glycosylation) différentes ce qui leur confère des fonctions particulières [103, 104] (Tableau 1).

Tableau 1. Activité fonctionnelle des différentes sous-classes d'immunoglobulines G

humaines. Adapté de Janeway et al [105].

Activité fonctionnelle

IgG1 IgG2 IgG3 IgG4

Neutralisation

+ +

+ +

+ +

+ +

Opsonisation

+ + +

+

+ +

+

Sensibilisation à l’induction de mort par les NK

+ +

-

+ +

-

Activation du complément

+ +

+

+ + +

-

Demi-vie 21 21 20 7 21 Cytotoxicité à médiation cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) m e

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L’une des principales fonctions des IgG est la neutralisation c’est à dire la liaison des toxines, antigènes ou virus par la région variable Fab des IgG [106, 107]. La neutralisation empêche ainsi l’élément étranger d’induire une activité inflammatoire. Les complexes immuns formés par la liaison des IgG aux pathogènes peuvent également être phagocytés via les récepteurs Fc gamma (FcγRs) des cellules phagocytaires [108]. On parle alors d’opsonisation du pathogène qui implique à la fois les régions Fab et Fc et l’efficacité de cette activité varie selon les sous-classes d’IgG. Cette variabilité s’explique par le fait que les FcγRs possèdent des affinités de liaison pour les IgG qui diffèrent selon le type de sous-classe [109]. Ainsi, les FcγRI, FcγRII et FcγRIII possèdent une très haute affinité pour les IgG1 et IgG3 alors que les sous-classes d’IgG2 et d’IgG4 sont uniquement et faiblement reconnues par les FcγRIII et FcγRI respectivement. Pour cette raison, les IgG1 et IgG3 sont donc les IgG les plus efficaces à opsoniser c’est à dire induire la phagocytose des pathogènes. De la même manière, ce sont les IgG1 et IgG3 qui sont responsables de l’ADCC (antibody-dependent cellular cytotoxicity) induite par les cellules NK. L’ADCC est une réponse immune cytotoxique qui implique l’opsonisation de pathogène par les IgG1 ou IgG3 suivi par la liaison de ces IgG à la surface des FcγRIII présents sur les cellules NK [110, 111]. Le relargage de perforine et de granzyme mène à la lyse du pathogène. Les IgG peuvent finalement activer la voie classique du complément et cette activation est initiée par la reconnaissance et la liaison du composant C1q par les IgG [112, 113]. Ce sont les IgG3 qui lient le plus efficacement C1q suivies par les IgG1 puis IgG2. Les IgG4 ne peuvent pas quant à eux lier C1q et n’activent donc pas le complément. La liaison de C1q au complexe IgG-pathogène active la cascade du complément menant ainsi à la formation du complexe d’attaque membranaire ou MAC (membrane attack complex) qui va détruire directement les pathogènes opsonisés en créant des pores dans leur membrane [114]. L’activation du complément mène aussi à la production locale des anaphylatoxines C3a et C5a dont la fonction est analogue à celle des chimiokines. Ces petits fragments du complément sont en effet de puissants peptides médiateurs de l’inflammation qui amplifient le recrutement local des phagocytes [115].

En résumé, le système immunitaire adaptatif est orchestré par les lymphocytes T, les lymphocytes B et les immunoglobulines. Il est caractérisé par l’expansion clonale des lymphocytes spécifiques à un antigène et s’accompagne d’une immunité cytotoxique, cellulaire et humorale qui permet d’éradiquer spécifiquement et efficacement les agents pathogènes (bactéries, virus, parasites, etc.). De plus, la mise en place d’une mémoire immunologique par l’immunité adaptative permettra de détruire plus rapidement et encore plus efficacement les pathogènes lors d’une prochaine infection.

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2. La tolérance immunitaire

Afin de protéger l’organisme (cellules, tissus, organes) d’une éventuelle attaque par le système immunitaire adaptatif, la réponse immunitaire adaptative est pourvue de mécanismes lui permettant de faire la distinction entre les constituants de l’hôte et les éléments étrangers selon la théorie de la discrimination du soi et du non soi. La distinction du soi et du non soi est à l’origine de la tolérance immunologique et se fait au cours du développement et de la différenciation des lymphocytes T et des lymphocytes B [116].

2.1 La tolérance centrale

2.1.1 La tolérance centrale chez les lymphocytes B

Les lymphocytes B subissent de multiples réarrangements géniques des segments V, D et J situés sur les loci de la chaîne lourde (IgH) et de la chaîne légère (IgL) du BCR, au cours de leur développement dans la moelle osseuse [117]. Ces réarrangements assurent une importante diversité du récepteur BCR qui est à ce stade un IgM membranaire. Ceci permet aux lymphocytes B de reconnaître une grande variété de pathogènes. Suite à leur différenciation, les lymphocytes B sont soumis à un test d’auto-réactivité avant de pouvoir quitter la moelle osseuse [118, 119]. Les lymphocytes B immatures survivent s’ils ne reconnaissent pas les auto-antigènes ou s’ils les reconnaissent très faiblement. Les lymphocytes B atteignent alors leur maturité en co-exprimant les IgD et IgM membranaires puis migrent dans la circulation sanguine.

Les lymphocytes B immatures qui sont capables de lier un auto-antigène réagissent quant à eux différemment selon la nature et la force de liaison des IgM membranaires aux molécules du soi. Si la reconnaissance est efficace et que l’antigène du soi est polyvalent, les lymphocytes B subissent des réarrangements géniques de la chaîne légère afin que l’IgM membranaire ne soit plus auto-réactif [119]. Si les lymphocytes B demeurent encore auto-réactifs contre les constituants du soi suite à ces réarrangements, ils meurent par apoptose. Lors d’une reconnaissance de faible affinité du soi, les lymphocytes B entrent dans un état d’anergie. Ils diminuent leur nombre d’IgM membranaire et les remplacent par des IgD. Le rôle des molécules d’IgD à la surface des lymphocytes B n’est pas clair mais il semblerait que les signaux d’activation initiés par la reconnaissance d’un antigène par un IgD soient très faibles et insuffisants pour monter une forte réponse immune [120]. Ces cellules

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qu’ils ne peuvent le détecter efficacement (comme c’est le cas en l’absence d’agrégation des BCR), ces cellules sont dites « ignorantes » et sont également autorisées à migrer en périphérie [119].

2.1.2 La tolérance centrale chez les lymphocytes T

Les lymphocytes T se développent dans le thymus où ils subissent de multiples réarrangements géniques. Les segments V, D et J situés sur les loci α et β du TCR sont notamment réarrangés afin de générer des TCR d’une grande diversité [121, 122]. Au stade où les lymphocytes T sont dits « double positifs », c’est-à-dire au moment où ils expriment à la fois les co-récepteurs CD4 et CD8, ces cellules vont subir successivement les processus de « sélection positive » et « sélection négative » [116, 123-125].

Au cours de la « sélection positive », les lymphocytes T « double positifs » CD4+ CD8+ immatures rencontrent dans le cortex profond du thymus des cellules épithéliales qui arborent à leur surface des complexes CMH du soi : peptide du soi [123]. Une liaison de faible affinité mais soutenue entre le TCR et les CMH active faiblement les protéines kinases telles que Zap-70 (zeta chain-associated protein kinase 70) [126] et p56lck (Lck) [127] qui à leur tour induisent l’expression des facteurs de transcription NFAT et AP-1 [128] contribuant ainsi à la survie des lymphocytes T. Cette rencontre va permettre aussi la restriction d’un seul co-récepteur à la surface des lymphocytes T c’est à dire que les lymphocytes T vont perdre soit l’expression du CD4 soit celle du CD8. Ainsi, une reconnaissance faible du complexe CMHI : peptide ou CMHII : peptide par le TCR des lymphocytes T engendrera respectivement un phénotype CD8+ et CD4+ [123, 129]. En l’absence de reconnaissance de ces complexes, les lymphocytes T mourront par apoptose ce qui représente environ 70-90 % des lymphocytes T double positifs.

La « sélection négative » se fait successivement dans la médullaire thymique où les DCs et macrophages présentent à leur tour des complexes CMH du soi : peptide du soi aux lymphocytes T CD4+ ou CD8+ [123, 129, 130]. Si les lymphocytes T ont une forte affinité pour les antigènes du soi, ils meurent par apoptose suite à l’activation des protéines kinases JNK (c-Jun N-terminal kinase), p38 et de la protéine adaptatrice GRB2 (growth factor receptor-bound protein 2). Une reconnaissance de faible affinité assure la survie des lymphocytes T qui peuvent alors migrer en toute sécurité dans la circulation sanguine. La sélection positive et la sélection négative permettent donc de générer un répertoire de lymphocytes T matures qui sont à la fois tolérants au CMH du soi et aux constituants du soi ce qui assure l’intégrité de l’organisme.

Figure

Figure 1. Les cellules du système immunitaire inné et adaptatif. L’immunité innée est  constituée des monocytes, macrophages, cellules NK, mastocytes et granulocytes  (neutrophiles, basophiles, éosinophiles)
Figure  2. Présentation des différentes interactions de co-stimulation entre APC et  lymphocytes T
Figure 3. Représentation générale de la structure moléculaire d'une immunoglobuline  G (IgG)
Tableau  1. Activité fonctionnelle des différentes sous-classes d'immunoglobulines G  humaines
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