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Effets des immunoglobulines intraveineuses sur la présentation antigénique et développement de substituts potentiels

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Texte intégral

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EFFETS DES IMMUNOGLOBULINES

INTRAVEINEUSES SUR LA PRÉSENTATION

ANTIGÉNIQUE ET DÉVELOPPEMENT DE

SUBSTITUTS POTENTIELS

Thèse

PATRICK TRÉPANIER Doctorat en Microbiologie Philosophiae Doctor (Ph.D.)

Québec, Canada

© Patrick Trépanier, 2014

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Résumé

Les immunoglobulines intraveineuses (IgIV) sont utilisées dans le traitement de maladies auto-immunes et inflammatoires depuis le début des années 1980. L’accroissement constant de la consommation des IgIV augmente les risques de pénuries de ce produit pour lequel il n’existe encore aucun substitut. La compréhension des mécanismes d’action complexes et controversés de cet agent thérapeutique permettrait de rationaliser son utilisation et de développer des substituts. Sachant que les IgIV sont capables d’interférer avec la présentation d’antigène et la réponse des lymphocytes T CD4, les travaux présentés se sont intéressés aux caractéristiques physicochimiques responsables de ces effets, de même qu’à l’élargissement de nos connaissances des effets des IgIV sur la présentation et la réponse des lymphocytes T CD8. Ces connaissances permettront d’établir des fondements scientifiques pour le développement de substituts.

Nous avons montré dans un premier temps qu’une préparation d’IgIV rendue fortement cationique (cIgIV) était capable d’inhiber la présentation d’antigènes et la réponse subséquente des lymphocytes T CD4 in vitro. Ensuite, des essais ont permis de démontrer la possibilité d’utiliser les cIgIV avec une bio distribution améliorée dans le foie et la rate chez la souris, mais le potentiel thérapeutique amélioré dans un modèle de thrombocytopénie passive n’a pu être démontré.

Le deuxième volet de cette thèse a permis de dévoiler la capacité des IgIV d’inhiber l’activation et l’expansion des lymphocytes T CD8 in vitro et chez la souris. De plus, nous avons fait la preuve de la capacité des IgIV d’inhiber la cytotoxicité en réduisant l’expression de la perforine et en bloquant certains récepteurs des cellules T. Ces résultats permettent d’améliorer notre compréhension du rôle des IgIV dans le traitement des maladies auto immunes grâce à leur interférence avec la génération et la cytotoxicité effectrice des lymphocytes T CD8.

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Abstract

Intravenous immunoglobulins (IVIg) are used in the treatment of many inflammatory and autoimmune diseases since the beginning of the 80s. The constant increase of their use exposes the users and the providers to important shortage risks. A better understanding of their complex mechanisms of action would help in developing potential substitutes. Knowing that IVIg are able to modulate the immune function of antigen presenting cells and the resulting CD4 T cell response, work presented here questioned the physicochemical characteristics of IVIg which could be related to these effects, as well as to the extension of their effect to the CD8 T cell compartment.

In the first part of this thesis, we showed that cationized IVIg (cIVIg) was capable to inhibit in vitro antigen presentation. Next, we showed that cIVIg displayed an ameliorated bio distribution in mice, although the therapeutic potential of the preparation could not be demonstrated in a passive model of throbomcytopenia.

The second part of this thesis revealed a novel capacity of IVIg in inhibiting the activation and expansion of CD8 T cells in vitro and in immunized mice. Furthermore, IVIg were shown to reduce cytotoxicity by decreasing the expression of perforin and by blocking some T-cell receptors (TCR). These results provide a better understanding of the beneficial effects of IVIg in treated patients by providing an interference with the generation and effector functions of CD8 T cells.

Altogether, this thesis propose a physicochemical characteristic, the cationic state, on which a potential substitute to IVIg could be further developed, as well as a novel inhibitory effect of IVIg on the generation and cytotoxic functions of CD8 T cells, which could help create alternative therapy to the scarce and expensive IVIg preparation.

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Table des matières

RÉSUMÉ ... III TABLE DES MATIERES ... VII LISTE DES FIGURES ... XI LISTE DES ABRÉVIATIONS ... XIII REMERCIEMENTS ... XVII AVANT-PROPOS ... XIX INTRODUCTION ... 1 1. LE SYSTÈME IMMUNITAIRE... 1 1.1 L’HÉMATOPOÏÈSE ... 1 1.2 L’IMMUNITÉ INNÉE ... 2 1.3 L’IMMUNITÉ ADAPTATIVE ... 3 1.4 LES LYMPHOCYTES T ... 4

1.4.1 Le développement des lymphocytes T ... 4

1.4.2 L’activation des lymphocytes T : la présentation antigénique ... 4

1.4.3 Fonctions des lymphocytes T CD8 ... 8

1.4.4 Fonctions des lymphocytes T CD4 ... 9

1.5 LES LYMPHOCYTES B ... 10 1.5.1 Développement ... 10 1.5.2 Activation et fonctions ... 11 1.6 LES IMMUNOGLOBULINES ... 12 1.6.1 Structure et fonction ... 12 1.6.2 Récepteurs d’immunoglobulines ... 14 1.7 LA TOLÉRANCE ... 15 1.7.1 La tolérance centrale ... 15 1.7.2 La tolérance périphérique ... 16 2 AUTO-IMMUNITÉ ... 19 2.1 GÉNÉRALITÉS ... 19 2.2 ÉTIOLOGIE ... 19 2.2.1 Génétique ... 19 2.2.2 L’environnement ... 20

2.3 CARACTÉRISTIQUES DE LA RÉPONSE DES LYMPHOCYTES T DANS LES DÉSORDRES AUTO-IMMUNS ... 21

2.4 TRAITEMENTS –GÉNÉRALITÉS ... 22

2.4.1 Les glucocorticostéroïdes et les inhibiteurs de calcineurines ... 22

2.4.2 Anticorps monoclonaux... 23

3 IMMUNOGLOBULINES INTRAVEINEUSES (IGIV) ... 25

3.1 GÉNÉRALITÉS ... 25

3.2 PRODUCTION ... 25

3.3 UTILISATION ... 25

3.4 PROBLÉMATIQUE ... 26

3.5 MÉCANISMES D’ACTION ... 27

3.5.1 Mécanismes Fc gamma R dépendants ... 27

3.5.2 Mécanismes FcγR-indépendants ... 28

3.5.3 Effets à long terme ... 29

3.5.4 Effets des IgIV sur la présentation d’antigène ... 32

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viii

4 HYPOTHÈSE ET OBJECTIFS ... 35

5 L’INHIBITION DE LA PRÉSENTATION ANTIGÉNIQUE : RÔLE PRÉDOMINANT DES IGG NATURELLEMENT CATIONIQUES ... 37

5.1 RÉSUMÉ : ... 38

5.3 INTRODUCTION ... 41

5.4 MATERIALS AND METHODS ... 43

5.4.1 Cells and reagents ... 43

5.4.2 Chromatography procedures ... 43

5.4.3 Chemical cationization of IVIg and HSA ... 44

5.4.4 Analysis of protein internalization ... 44

5.4.5 Antigen presentation assay ... 44

5.4.6 Statistical analysis ... 45

5.5 RESULTS ... 46

5.5.1 Preparation of IVIg enriched in cationic IgG ... 46

5.5.2 Internalization of cationic IgG inside antigen presenting cells ... 46

5.5.3 Inhibition of T cell activation by cationic IgG ... 47

5.5.4 Internalization and inhibitory effect of chemically cationized proteins ... 48

5.6 DISCUSSION ... 50

5.7 ACKNOWLEDGMENTS ... 53

5.8 FIGURE LEGENDS ... 54

5.9 FIGURES ... 56

6 ÉVALUATION DES IGIV CATIONISÉES COMME SUBSTITUTS AUX IGIV DANS LE TRAITEMENT DE L’ITP PASSIF CHEZ LA SOURIS ... 61

6.1 RÉSUMÉ : ... 63

6.2 ABSTRACT ... 65

6.3 INTRODUCTION ... 65

6.4 MATERIALS AND METHODS ... 66

6.4.1 Animals ... 66

6.4.2 IVIg cationization and chromatography procedures ... 66

6.4.3 Pharmacokinetics and biodistribution evaluation ... 67

6.4.4 Mouse model of passive thrombocytopenia ... 68

6.5 RESULTS ... 68

6.5.1 Physicochemical characterization of cIVIg ... 68

6.5.2 Pharmacokinetics of cIVIg ... 69

6.5.3 Biodistribution of IVIg and cIVIg in mice ... 69

6.5.4 Effect of cIVIg in a mouse model of passive immune thrombocytopenia ... 70

6.6 DISCUSSION ... 71

6.7 ACKNOWLEDGEMENTS ... 73

6.8 FIGURES LEGENDS ... 74

6.9 FIGURES ... 75

7 LES IMMUNOGLOBULINES INTRAVEINEUSES INHIBENT L’ACTIVATION DES LYMPHOCYTES T CD8 ... 81 7.1 RÉSUMÉ: ... 82 7.2 LETTER ... 84 7.3 ACKNOWLEDGEMENTS ... 86 7.4 FIGURE LEGENDS ... 87 7.5 FIGURE ... 88

8 INTERFÉRENCE DES IGIV AVEC LA RÉPONSE ET LA CYTOTOXICITÉ DES LYMPHOCYTES T CD8 ... 89

(9)

ix

8.1 RÉSUMÉ : ... 90

8.2 ABSTRACT ... 92

8.3 INTRODUCTION ... 93

8.4 MATERIALS AND METHODS ... 94

8.4.1 Animals ... 94

8.4.2 Cells and reagents ... 94

8.4.3 Cross-presentation assay ... 95

8.4.4 Analysis of T cell response following OVA immunization... 95

8.4.5 Flow cytometry... 96

8.4.6 Cytotoxicity assay ... 96

8.4.7 Statistical analysis ... 96

8.5 RESULTS ... 97

8.5.1 IVIg inhibits the in vitro CD8 T cell response to native OVA ... 97

8.5.2 IVIg inhibits the CD4 and CD8 responses in immunized C57BL/6 mice ... 98

8.5.3 IVIg decreases the number of T cells expressing cytotoxicity markers ... 99

8.5.4 IVIg modulates the cytotoxic activity of CD8+ T cells ... 100

8.5.5 IVIg blocks TCR but not MHC-I and CD8 ... 100

8.6 DISCUSSION ... 101

8.7 ACKNOWLEDGEMENTS ... 103

8.8 FIGURE LEGENDS ... 103

8.9 FIGURES ... 106

9 CONCLUSION ... 111

9.1 L’ÉTAT CATIONIQUE DES IGIV ... 111

9.1.1 L’inhibition de la présentation antigénique in vitro ... 111

9.1.2 Les cIgIV chez la souris et dans le traitement de l’ITP ... 112

9.1.3 Conclusion du volet 1 – L’état cationique ... 113

9.2 LES IGIV ET LA RÉPONSE CD8 ... 114

9.2.1 Inhibition de l’activation des lymphocytes T CD8 par les IgIV ... 114

9.2.2 Diminution de l’expansion clonale des lymphocytes T CD8 par les IgIV ... 115

9.2.3 Effet direct sur la cytotoxicité ... 115

9.3 LA ROUTE VERS UN TRAITEMENT ALTERNATIF ... 116

9.3.1 L’alternative cationique ... 117

9.3.2 Cibler les lymphocytes T CD8 ... 117

9.4 CONCLUSION GÉNÉRALE ... 118

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xi

Liste des figures

Figure 1.1.1 – L’hématopoïèse ... 2

Figure 1.4.1 - Caractéristiques des molécules du CMH de classe I et de classe II ... 8

Figure 1.4.2 – La diversité des lymphocytes T CD4 effecteurs ... 10

Figure 1.5.1 – Les récepteurs de lymphocyte B et de lymphocyte T ... 11

Figure 1.6.1 – Structure fondamentale des immunoglobulines. ... 13

Figure 1.6.2 - Les récepteurs humains pour la région constante des IgG ... 15

Figure 3.4.1 – Consommation annuelle d’IgIV par Héma-Québec entre 1999 et 2012. 27 Figure 5.8.1- IgG pI distribution in IVIg and in the eluate and bound fractions from SP Sepharose chromatography... 54

Figure 5.8.2- Internalization of IgG into APCs. ... 54

Figure 5.8.3- Effect of IVIg, IVIg enriched in cationic IgG and IVIg depleted from cationic IgG on the OVA-specific T-cell activation. ... 54

Figure 5.8.4- Internalization and inhibitory effect of chemically cationized proteins. . 55

Figure 6.8.1 Analysis of pI and molecular weight profiles of IVIg, cIVIg+ and cIVIg++. ... 74

Figure 6.8.2 Phamarcokinetics of IVIg and cIVIg+ in mice. ... 74

Figure 6.8.3 Biodistribution of human IgG in mice. ... 74

Figure 6.8.4 Prevention of platelet clearance by IVIg and cIVIg+ in a mouse model of passive thrombocytopenia. ... 74

Figure 7.4.1- IVIg prevents the activation of CD4 and CD8 T cells. ... 87

Figure 8.8.1 Effect of IVIg on the MHC-I-specific CD8+ T cell activation, proliferation and cytokine secretion. ... 103

Figure 8.8.2 Effect of IVIg on OVA-specific antibody and CD8+ T cell generation in vivo ... 104

Figure 8.8.3 IVIg decreases the number of perforin- and CD107a-, but not granzyme B- or FAS-L-expressing CD8+ T cells ... 104

Figure 8.8.4 IVIg inhibits the class-I restricted T cell-mediated cytotoxicity ... 105

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Liste des abréviations

APS Anti-phospholipid syndrome

BCR B-cell receptor; récepteur de cellule B

CMH I/II Complexe majeur d’histocompatibilité de classe I/II CPA Cellule présentatrice d’antigène

CSH Cellule souche hématopoïétique CTLA-4 Cytotoxic T lymphocytes antigen 4 DC Cellule dendritique

FcγR Récepteur Fc gamma GBS Guillain-Barré Syndrome

GM-CSF Granulocytes/macrophages-colony stimulating factor HLA Human leukocyte antigen

HSA Human serum albumin IFN Interféron

IgM, IgA, IgG, IgE, IgD Immunoglobuline M, A, G, D ou E IL Interleukine

IPEX immunodérégulation, polyendocrinopathie, entéropathie auto-immune lié au chromosome X

ITAM Immunoreceptor tyrosine-based activation motif ITIM Immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif JAK Janus kinase

LFA Lymphocyte function-associated antigen LSE Lupus systémique érythémateux

NK Natural Killer

PAMP Pathogen-associated molecular pattern

PDIC Polyneuropathie demyelinisante inflammatoire chronique PD-1 Programmed cell death-1

PD-L1/L2 Programmed cell death ligand-1/2 PI Point isoélectrique

(14)

xiv

PRR Pathogen recognition receptor RA Arthrite rhumatoïde

RE Réticulum endoplasmique SRE Système réticulo endothélial Tc Lymphocyte T cytotoxique Th Lymphocyte T helper Treg Lymphocyte T regulateur TNF Tumor necrosis factor

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xv

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(17)

xvii

Remerciements

Savoir-faire. Efficience. Synergie. Respect. Désir de réussite. Inspiration. Plaisir. Que les mots les plus grands peuvent décrire le travail que mes directeurs ont fait à mon égard. Renée Bazin et André Darveau ont cru en moi et ont su me fournir un environnement qui m’a permis de devenir ce que je suis et qui contribuera à ce que je deviendrai. Je vous remercie de votre grandeur. Ce fut un honneur.

Merci à mon comité d’encadrement, Fatiha Chandad et Sonia Néron, pour avoir pris le temps de construire, de participer, de partager.

Merci à mon équipe de recherche directe et à mes collaborateurs, mais aussi à ceux qui font partie de mon équipe scientifique bien au-delà de l’organigramme : mes complices, voisins de bureau, de labo, de resto. De la sagesse, de la nouveauté, de la fraîcheur, de la confusion, des questionnements, du respect… Vous avez rendu mon passage académique magique et si vous croyez que je vous ai aidé, sachez que vous m’avez aidé du double.

Merci aux supporters financiers, soit Héma-Québec ainsi que les deux paliers du gouvernement : le CRSNG (Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada) et le FQRNT (Fonds québécois de recherche Nature et Technologies).

Merci à ma famille et mes proches bien évidemment. Vous savez qui vous êtes. Merci pour votre amour.

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xix

Avant-Propos

Chapitre 5 - L’inhibition de la présentation antigénique : rôle prédominant des IgG naturellement cationiques

Patrick Trépanier, Éric Aubin et Renée Bazin

J’ai effectué le travail dans son entier et rédigé l’article. Éric Aubin a participé aux

discussions. Renée Bazin a supervisé les travaux, participé à la rédaction et édité la version finale de l’article.

Publié dans Clin Immunol, 2012. 142(3): p. 383-9.

Chapitre 6 -Évaluation des IgIV cationisées comme substituts aux IgIV dans le traitement de l’ITP passif chez la souris

Patrick Trépanier, Isabelle St-Amour et Renée Bazin

J’ai effectué le travail dans son entier et rédigé l’article. Isabelle St-Amour a participé aux discussions et aux manipulations. Renée Bazin a supervisé les travaux, participé à la rédaction et édité la version finale de l’article.

Publié dans International Immunopharmacology (2013)

Trepanier, P., I. St-Amour, and R. Bazin, Cationized IVIg as a potential substitute to IVIg for the treatment of experimental immune thrombocytopenia. Int Immunopharmacol, 2013.

Chapitre 7 - Les immunoglobulines intraveineuses inhibent l’activation des lymphocytes T CD8

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xx

Patrick Trépanier et Renée Bazin

J’ai effectué le travail dans son entier et rédigé l’article. Renée Bazin a supervisé les travaux, participé à la rédaction et édité la version finale de l’article.

Publié dans Blood, 2012. 120(13): p. 2769-70

Chapitre 8 - Interférence des IgIV avec la réponse et la cytotoxicité des lymphocytes T CD8

Patrick Trépanier, Dominique Chabot et Renée Bazin

J’ai effectué le travail dans son entier et rédigé l’article. Dominique Chabot a participé aux discussions et aux manipulations. Renée Bazin a supervisé les travaux, participé à la rédaction et édité la version finale de l’article.

(21)

1

Introduction

1. Le système immunitaire

1.1 L’hématopoïèse

La moelle osseuse contient des cellules souches pluripotentes capables de proliférer et de se différencier pour générer la totalité des cellules qui constituent le système immunitaire (Figure 1). Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) peuvent emprunter deux embranchements principaux de différenciation, soit le sentier lymphoïde et le sentier myéloïde. Les progéniteurs lymphoïdes permettent la génération des cellules NK (Natural

Killer), des lymphocytes B et des lymphocytes T. Les lymphocytes subiront un rigoureux

processus de sélection positive et négative dans la moelle osseuse (lymphocytes B) ou dans le thymus (lymphocytes T). Les progéniteurs myéloïdes permettent quant à eux la différenciation desérythrocytes et des mégacaryocytes. Ces derniers sont responsables de la production des plaquettes sanguines. La lignée myéloïde permet aussi la production de granulocytes (les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles, ainsi que les mastocytes) et les monocytes et les cellules dendritiques (DC). Les DC peuvent toutefois émerger d’un progéniteur lymphoïde ou myéloïde [1].

(22)

2

Figure 1.1.1 – L’hématopoïèse

Une cellule souche hématopoïétique (CSH) peut se différencier en un progéniteur myéloïde ou lymphoïde, puis continuer de se différencier pour donner l’ensemble des cellules du système immunitaire. Adapté de Häggström, M., Hematopoiesis.svg [2].

1.2 L’immunité innée

La peau constitue la première barrière physique qui permet aux organismes supérieurs de se défendre contre des menaces physiques, chimiques ou contre des microorganismes. Le passage des agresseurs externes au-delà de cette barrière peut toutefois survenir lors d’une lésion, ou par des voies moins bien protégées comme le tractus génital et gastro-intestinal, les voies respiratoires, les yeux ou les oreilles. Des composantes moléculaires et cellulaires permettent ensuite la prise en charge des microorganismes envahisseurs. Les peptides antimicrobiens, le système du complément et les anticorps naturels sont les principaux

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3 constituants moléculaires de l’immunité innée. Les peptides antimicrobiens sont capables d’interférer et de restreindre l’activité de certains microorganismes et ainsi prévenir leur prolifération [3]. Les molécules du complément sont quant à elles capables de lier directement un pathogène, de reconnaître des résidus bactériens ou de lier un complexe anticorps-antigène préformé [4]. Ces trois possibilités mènent au recrutement du complexe d’attaque membranaire et à la lyse de la cible [4]. Les anticorps naturels reconnaissent quant à eux une variété importante de structures étrangères. La liaison des anticorps à leur ligand peut entraîner l'activation du complément, la neutralisation ou l’élimination de la cible ou encore l’activation de cellules immunitaires. Ces stratégies de défense moléculaires peuvent ainsi permettre le recrutement de cellules immunitaires. Les macrophages et les neutrophiles sont les principales cellules de l’immunité innée. Elles sont capables de phagocyter, de dégrader et ainsi, d’éliminer des pathogènes [5]. Il existe des récepteurs de reconnaissance de motifs (PRRs, Pattern Recognition Receptors) qui sont capables de reconnaître des structures étrangères (PAMPs, Pathogen-associated Molecular Pattern), tel que l’ARN double brin ou le peptidoglycane. La famille principale de ces récepteurs est celle des TLRs (Toll-like Receptors) et ils sont exprimés par de nombreuses cellules de l’immunité innée et de l’immunité adaptative [6]. La liaison des TLRs à leurs ligands entraîne des cascades de signalisation qui mènent à la maturation des cellules concernées. La détection d’un signal de danger par les constituants de l’immunité innée permet ainsi de signaler une menace aux intervenants de l’immunité adaptative qui pourront la prendre en charge [7].

1.3 L’immunité adaptative

La réponse immunitaire adaptative est initiée par la présentation d’un antigène par des cellules spécialisées aux lymphocytes T. L’activation spécifique des lymphocytes T qui découle de la présentation d’un antigène permettra le déclenchement de deux principaux types de réponse, soit la réponse humorale (CD4) et la réponse cellulaire (CD8) [8]. La réponse des lymphocytes T CD4 permettra leur différenciation en cellules capables de recruter, entre autres, des lymphocytes B capables de produire des anticorps spécifiques. La réponse des lymphocytes T CD8 mènera quant à elle à la production de cellules

(24)

4

cytotoxiques [4]. Ces réponses aboutiront au développement d’une mémoire immunitaire capable de répondre plus efficacement contre un antigène donné [9, 10]. Puisque les lymphocytes T ne peuvent reconnaître les antigènes dans leur forme native, ils ont besoin que ceux-ci soient apprêtés par des cellules spécialisées, puis présentés sur les molécules adaptatrices du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH).

1.4 Les lymphocytes T

1.4.1 Le développement des lymphocytes T

Le développement des lymphocytes T survient dans le thymus. Les deux principaux types de lymphocytes T, CD4 et CD8, y sont produits. Les progéniteurs lymphoïdes sont d’abord doublement négatifs pour l’expression des molécules CD4 et CD8. Ils subiront une cascade de réarrangements génétiques du récepteur de cellule T (TCR) dans les segments V, D et J des loci α et β ou γ et δ [11]. Durant cette cascadeon assiste à une co-expression transitoire des molécules CD4 et CD8. Lorsqu’un réarrangement productif du TCR est obtenu, les thymocytes immatures conserveront l’expression unique d’une des molécules CD4 ou CD8. Ces cellules potentiellement fonctionnelles seront ensuite contrôlées par deux mécanismes de tolérance centrale, qui seront discutés dans la section 1.7- Tolérance. Le TCR possède une région constante et une région variable (Figure 1.5.1). La région constante possède un domaine transmembranaire liée au complexe CD3. Plusieurs copies de la chaîne intraplasmique ζ sont aussi associées au TCR et permettent des événements de signalisation. La région variable du TCR permet quant à elle la reconnaissance d’un peptide spécifique associé aux molécules du CMH [4].

1.4.2 L’activation des lymphocytes T : la présentation antigénique

La présentation d’antigène est un mécanisme biologique d’activation immunitaire effectué par des intervenants nommés cellules présentatrices d’antigènes professionnelles (CPAs). Les lymphocytes B, les DC et les macrophages font partie de ces CPAs [12, 13]. Les DC sont toutefois reconnues pour avoir un rôle d’avant-plan dans l’initiation de la réponse

(25)

5 adaptative in vivo [14]. Le processus de la présentation antigénique débute avec l’internalisation d’un antigène par une CPA, suivi de la dégradation de celui-ci, de son apprêtement, puis du chargement des peptides résultants sur des molécules du CMH de classe I ou II dont les caractéristiques sont présentées à la figure 1.4.1. Ces molécules sont capables d’interagir avec les lymphocytes T CD8 et CD4, respectivement. Ces deux types de présentation comportent des différences intrinsèques notables [15].

1.4.2.1 Présentation par le CMH-I

Les molécules du CMH-I sont constituées de trois sous-unités α et d’une sous-unité β (Figure 1.4.1). La présentation de peptides par les molécules du CMH de classe I est essentielle dans le déclenchement de la réponse des lymphocytes T CD8. L’ensemble des cellules nucléées exprime des molécules du CMH-I capables de présenter des peptides issues de la dégradation de protéines endogènes [16]. Le produit de dégradation de ces protéines est transporté dans le réticulum endoplasmique, où les peptides seront chargés sur des molécules nouvellement formées du CMH-I, puis exportés à la surface par la voie de l’appareil de Golgi [17]. Ce système permet la reconnaissance par le système immunitaire de cellules transformées ou infectées qui présentent des peptides du soi modifiés ou étrangers à leur surface. Les cellules CD8 naïves ne peuvent toutefois pas éliminer directement les cellules cibles à cause de l’absence de signaux inflammatoires de co-stimulation. En effet, pour devenir des cellules effectrices, les lymphocytes T CD8 doivent avoir préalablement été activés par des CPA professionnelles qui portent des molécules de co-stimulation [18]. Dans le cas où ces CPAs n’expriment pas un peptide de l’antigène qui doit être attaqué, les CPAs devront être capables d’acquérir cet antigène et de le présenter à leur surface. C’est ce qu’on appelle la présentation croisée d’antigène [19].

Les peptides qui sont présentés sur les molécules du CMH-I sont composés de 8 à 10 acides aminés et peuvent provenir de protéines exprimées de façon endogène par la cellule présentatrice, de protéines cytosoliques exogènes (virus, bactérie) ou de toute protéine de l’environnement qui a été internalisée. Certains récepteurs tels que DC-SIGN [20] et

(26)

DEC-6

205 [21] sont reconnus pour diriger efficacement leurs ligands vers les sentiers de la présentation croisée. Les DC sont les seules cellules capables d’effectuer la présentation croisée d’antigène in vivo [22]. Les antigènes internalisés peuvent emprunter deux des sentiers principaux de présentation par le CMH-I, soit le sentier cytosolique et le sentier vacuolaire. Le premier sentier fait intervenir la dégradation antigénique par le protéasome [23], les transporteurs peptidiques TAP1 et TAP2 [24, 25], ainsi que les aminopeptidases ERAP1 [26] et IRAP [27]. Ces dernières permettent le clivage terminal requis pour le chargement des peptides sur les molécules du CMH-I. Le deuxième sentier connu, dit vacuolaire, est insensible aux inhibiteurs du protéasome et indépendant de TAP, mais il est sensible aux inhibiteurs de protéases endosomales. La cathepsine S est la protéase la plus importante de ce sentier [28]. Une fois exportées à la surface de la DC, les molécules du CMH-I chargées de peptides permettront l’activation des lymphocytes T CD8 dans le système réticulo-endothélial. La présence de molécules de co-stimulation telles que CD27 et CD28 chez les lymphocytes T CD8, ainsi que CD80/CD86 et CD70 chez les DC est requise pour l’activation des lymphocytes T cytotoxiques [29, 30]. La présence de lymphocytes T CD4 activés (voir section 1.3.1.2) est aussi requise pour aboutir à une activation fonctionnelle des lymphocytes T CD8 [31, 32].

1.4.2.2 Présentation par le CMH-II

Contrairement aux molécules du CMH-I, les molécules du CMH-II sont constituées de deux sous-unités α et de deux sous unités β [4]. Les CMH-II sont exprimées exclusivement par les CPA professionnelles (Figure 1.4.1). La maturation des CPA induite par la liaison des PRRs par un antigène à leur surface mène à sa capture et à sa dégradation par la voie endosomale et lysosomale [33]. Les cathepsines S, D, B, L et H font partie des protéases responsables de la dégradation lysosomale et de l’apprêtement des antigènes à être présentés via le CMH-II [34, 35]. Comme les molécules du CMH-I, les molécules du CMH-II sont produites dans le réticulum endoplasmique. Les molécules naissantes sont associées à la chaine invariante (Ii). La région CLIP de cette chaine occupe la poche peptidique de la molécule adaptatrice pour empêcher la liaison de peptides endogènes du

(27)

7 RE. Les molécules du CMH-II sont exportées vers les endolysosomes par la voie de l’appareil de Golgi. Une fois dans la vésicule acide, le CMH-II subira des clivages protéolytiques par les cathepsines F, S et L [36], ainsi que la protéine chaperonne HLA-DM. Ces clivages permettront la libération de la poche peptidique. Des peptides de 17 à 20 acides aminés suffisamment affins pourront alors se lier aux molécules de CMH-II qui seront ensuite exportées à la surface de la cellule. Les complexes CMH-II/peptides exportés à la surface des CPA pourront ainsi entrer en contact avec les lymphocytes T CD4.

(28)

8

Type de présentation

Caractéristiques Via le CMH-I Via le CMH-II

Structure moléculaire

Type de lymphocytes T

compatibles CD8+ CD4+

Type de réponse

initiée Cytotoxique Humorale

Patron d’expression Cellules nucléées cellules endothélialesCPAs, certaines Longueur des

peptides chargés 8-10 acides aminés 17-20 acides aminés Protéines impliqués

dans le transport et le chargement

peptidique

TAP, ERAP, IRAP HLA-DM, Ii (CLIP), HLA-DO Enzymes de

dégradation Cathepsine SProtéasome, Cathepsines L, S, F, B, D, H Figure 1.4.1 - Caractéristiques des molécules du CMH de classe I et de classe II

Images adaptées de Wikimedia.org et Murphy et al, Immunobiology [4].

1.4.3 Fonctions des lymphocytes T CD8

Une fois activés par la présentation antigénique, les lymphocytes T qui expriment le corécepteur CD8 sont appelés les lymphocytes T cytotoxiques (Tc). Les Tc sont capables de reconnaître les peptides présentés sur les molécules du CMH-I à la surface des CPA via leurs TCR. Le co-récepteur CD8 permet la stabilisation de la liaison TCR/CMH-I lors de la formation d’une synapse entre le lymphocyte T et la CPA. Plusieurs autres molécules d’adhésion et de co-stimulation constituent la synapse immunologique entre le lymphocyte T et la CPA, telles que CD28/CD80-CD86 et LFA-1/ICAM-1 [37]. Ces molécules sont

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9 requises pour permettre l’activation des lymphocytes T. Les Tc activés peuvent se différencier en deux principaux types de cellules : les Tc effecteurs à courte vie ou les Tc à mémoire [38]. Les TC effecteurs sont capables de tuer des cellules cibles grâce à un arsenal

moléculaire de cytolyse. Les granules de cytotoxicité contiennent, entre autres, des perturbateurs de la membrane (perforine et granulysine), des sérine-protéases (Granzymes A, B), des inhibiteurs de perforine pour protéger la cellule porteuse (calreticuline), des enzymes qui permettent le clivage des granzymes (cathepsine C), ainsi que des molécules effectrices d’induction de l’apoptose telle que FAS-L [39]. Les Granzymes A et B sont les enzymes de cytotoxicité les plus abondantes chez la souris et chez l’humain [39]. Ces outils de la cytotoxicité permettent d’éliminer de façon spécifique des cellules qui portent à leur surface un peptide d’intérêt associé à un danger. Les Tc permettent ainsi l’élimination des cellules infectées par un virus ou une bactérie intracellulaire, des cellules cancéreuses qui expriment un antigène particulier, ou alors des cellules du soi dans un contexte auto-immun. Les Tc à mémoire survivent quant à eux lorsqu’une infection se résorbe et peuvent persister aussi longtemps que l’hôte est en vie [40]. Le phénotype des Tc à mémoire est controversé, complexe et varie dans le temps, ainsi que selon le type de stimuli immunitaire à la base de leur activation [41].

1.4.4 Fonctions des lymphocytes T CD4

Les lymphocytes T capables d’interagir avec les molécules du CMH-II via leur TCR expriment la glycoprotéine CD4, au lieu de la molécule CD8 chez les Tc qui interagissent avec les I. Lorsque le TCR d’un lymphocyte T CD4 naïf reconnaît un couple CMH-II/peptide avec suffisamment d’affinité et en un nombre suffisant de copies, ainsi qu’en présence de molécules de co-stimulation, il se produit une activation intracellulaire du lymphocyte T. Les motifs d’activation tyrosine-dépendante (ITAM) portés par les sous-unités ζ associées au TCR permettront le recrutement de kinases comme Zap-70, Lck et JAK [42]. La cascade d’activation qui en découle fait intervenir des facteurs de transcription tels que NF-κB, T-bet et GATA-3, qui permettront la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocyte T effecteurs, ou TH pour T helper.

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10

Th1, Th2, Th17, Treg ou Th9, qui ont tous un profil de cytokines signatures qui leur est spécifique, ainsi qu’un rôle biologique distinct [43] (Figure 2). Certains lymphocytes T CD4 activés possèdent ainsi la capacité de recruter et d’activer des lymphocytes B spécifiques et de favoriser la sécrétion d’anticorps par ces derniers.

Figure 1.4.2 – La diversité des lymphocytes T CD4 effecteurs

Les lymphocytes T CD4 effecteurs peuvent exprimer des facteurs de transcription et des cytokines qui permettent de les regrouper en sous-population distinctes telles que Th1, Th2, Th17 et Treg. Figure tirée de Zhou, L., et al. [44].

1.5 Les lymphocytes B

1.5.1 Développement

Les lymphocytes B subiront une sélection qui ressemble à celle décrite pour les lymphocytes T, mais qui se déroule dans la moelle osseuse au lieu du thymus. L’assemblage du complexe du BCR survient dans la moelle osseuse via le réarrangement des segments V, D et J dans les loci IgH (heavy chain) et IgL (light chain) des gènes d’immunoglobuline [45]. Ces réarrangements permettent de créer une grande diversité d’anticorps qui feront partie du complexe du BCR, constitué d’une immunoglobuline membranaire et de deux chaines transmembranaires, Igα et Igβ [4] (Figure 1.5.1). Le BCR

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11 servira à la reconnaissance antigénique spécifique au cours de la vie du lymphocyte B. L’absence de liaison ou une liaison trop forte entre le BCR exprimé par le lymphocyte B et un antigène du soi entraînera l’anergie ou la mort par apoptose [46]. Les lymphocytes B immatures qui ne sont pas auto-réactifs pourront ensuite rejoindre les organes lymphoïdes secondaires [47].

Complexe du récepteur de cellule B et T

Caractéristiques

BCR

TCR

Structure moléculaire

Composition

2 x chaines lourdes (IgH)

2x chaines légères (IgL) 1 x Igα et 1 x Igβ 1x Sous-unités α et β ou γ et δ 3x CD3 (γ, δ et ε) Chaines ζ Type de

lymphocytes Lymphocyte B Lymphocyte T

Figure 1.5.1 – Les récepteurs de lymphocyte B et de lymphocyte T Images adaptées de Plevy, S., 2002 [48].

1.5.2 Activation et fonctions

Les lymphocytes B possèdent des rôles diversifiés de présentation antigénique, de sécrétion d’anticorps et de mémoire immunitaire (revue dans Niiro et al. [49]) . Les lymphocytes B sont capables de reconnaître un antigène sous sa forme native via leur BCR, de l’internaliser et de le présenter via le CMH-II. L’activation subséquente des lymphocytes B peut survenir de façons dépendante ou indépendante des lymphocytes T. Dans le cas de l’activation dépendante des lymphocytes T, le premier signal provient de la liaison du BCR

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12

à son ligand spécifique, alors que le deuxième signal d’activation provient d’un lymphocyte T CD4 préalablement activé et spécifique pour le même antigène [50]. L’activation indépendante des lymphocytes T diffère relativement à la nature du deuxième signal, qui provient de la liaison des TLR exprimés par le lymphocyte B, ou de motifs répétés et immunogènes capables de lier un nombre suffisant de BCR pour mener à son activation [51]. Dans le cas plus probable d’une réaction T-dépendante [52], la sécrétion de cytokines par le lymphocyte T provoquera la prolifération et la différenciation du lymphocyte B en plasmocyte capable de sécréter des anticorps [53]. Alors que les immunoglobulines de classe M (IgM) et D (IgD) sont exprimées initialement par le lymphocyte B, des événements de commutation isotypique peuvent survenir. Ils sont influencés par l’affinité de l’interaction CMH-II-TCR, les molécules de co-stimulation présentes dans la synapse entre le B et le T, ainsi que par les cytokines produites par le lymphocyte T CD4 préalablement activé [54]. Ainsi, la commutation isotypique permettra au lymphocyte B d’exprimer un IgG, un IgA ou un IgE en guise de BCR et éventuellement, comme immunoglobuline sécrétée. Le lymphocyte B activé et en prolifération subira aussi des hypermutations somatiques dans des régions hypervariables de son immunoglobuline qui lui permettront d’augmenter l’affinité avec laquelle son anticorps reconnait un antigène [55]. Enfin, certains lymphocytes B deviendront des cellules à mémoire capable de réagir à une menace récurrente [56]. Ainsi, un des rôles majeurs des lymphocytes B est leur capacité à se différencier en cellules spécialisées capables de sécréter des immunoglobulines qui possèdent des fonctions variées.

1.6 Les immunoglobulines

1.6.1 Structure et fonction

Les immunoglobulines sont des glycoprotéines sécrétées par les lymphocytes B différenciés en plasmocytes et elles sont utilisées par le système immunitaire dans la reconnaissance et la neutralisation des pathogènes. La structure de base de ces protéines comporte des chaines peptidiques reliées par des ponts disulfures et divisées en deux chaines légères et deux chaines lourdes (Figure 3). Une région hautement variable située au niveau N-terminal permet la reconnaissance antigénique spécifique. Cette région est

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13 communément appelée Fab. Le répertoire des spécificités antigéniques des immunoglobulines est dû aux nombreux polymorphismes présents dans cette région hypervariable. Une région constante se retrouve au niveau C-terminal de la protéine et se nomme la région Fc, pour fragment cristallisable. Les immunoglobulines possèdent diverses fonctions telles que la capacité de recruter le complément, l’opsonisation et la neutralisation de pathogènes ainsi que l’aide à la phagocytose [57]. Chez l’humain, on retrouve 5 classes d’immunoglobulines, soit IgG, IgA, IgM, IgE et IgD [58]. Quatre sous-classes d’IgG existent (IgG1, IgG2, IgG3 et IgG4) [59] de même que deux sous-sous-classes d’IgA (IgA1 et IgA2) [60]. Les IgA solubles se retrouvent principalement sous une forme de dimère, alors que les IgM se retrouvent principalement sous une forme de pentamère lorsqu’ils sont sécrétés [61]. On retrouve des sucres liés sur des asparagines à différents endroits sur les immunoglobulines. Plus d’une quarantaine de glycovariants ont été identifiés pour les IgG et cette glycosylation affecte leur capacité de liaison à certains récepteurs des immunoglobulines [62]. Les IgG possèdent aussi un spectre isoélectrique qui s’étend entre 6.0 et 9.5 [63]

Figure 1.6.1 – Structure fondamentale des immunoglobulines. (Patrick Trépanier©) -SS- -SS-Fab Fc Chaine lourde Chaine légère Glycosylation Région constante

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14

1.6.2 Récepteurs d’immunoglobulines

Il existe des récepteurs qui reconnaissent les anticorps IgA, IgE et IgG : les récepteurs Fcα, Fcε et Fcγ, respectivement. Ces récepteurs de la région Fc des anticorps contribuent aux fonctions de protection du système immunitaire. Un seul type de récepteur Fcα a été identifié : le FcαRI. Ce récepteur est exprimé par les neutrophiles, les éosinophiles, les monocytes, les macrophages et les DC [64]. Grâce à son association avec la chaine FcR γ qui permet des événements de signalisation, ce récepteur peut induire l’activation du complément, la phagocytose IgA-dépendante et la sécrétion de médiateurs d’inflammation [65]. Deux types de récepteurs Fcε sont quant à eux exprimés chez l’humain, soit le FcεRI de haute affinité et le FcεRII de faible affinité. Le FcεRI est exprimé par les granulocytes et les mastocytes et il est un médiateur des réactions allergiques [66]. Le FcεRII est quant à lui exprimé par les lymphocytes B et les éosinophiles. Il permet la croissance et la différenciation des lymphocytes B [67] et l’adhésion chez les éosinophiles [68].

Les récepteurs Fcγ (FcγR) humains peuvent avoir un rôle activateur ou inhibiteur des cellules immunitaires qui les expriment (Figure 1.6.2) (revue dans Ravetch et al. [69]). Le rôle activateur des récepteurs Fcγ est possible grâce à la présence d’un motif ITAM (immunoreceptor tyrosine-based activation motif) sur sa chaine cytoplasmique, ainsi que par la présence de la chaine FcR γ associée aux récepteurs FcγRI et IIIA. Le motif ITAM peut être phosphorylé et recruter des kinases telles que ZAP-70 et Syk [70]. La présence d’un motif ITIM (immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif) sur le récepteur FcγRIIB permet quant à lui le recrutement de phosphatases dont SHIP, qui permet entre autres l’inhibition de l’activation cellulaire dépendante des récepteurs activateurs de la même cellule [71]. Ainsi, un équilibre fin entre l’activation et l’inhibition de certaines cellules immunitaires est établi grâce à l’expression de ces récepteurs. Il existe aussi un récepteur nommé FcRn pour néonatal. Il possède un rôle de liaison aux IgG pour augmenter leur demi-vie en circulation, ainsi que la capacité de transférer les IgG de la mère au fœtus au travers du placenta [72]. En dépit de son appellation, ce récepteur possède une structure qui s’apparente aux molécules du CMH-I.

(35)

15

Type Activateurs Inhibiteur

Structure

Nom FcγRI FcγRIIA FcγRIIC FcγRIIIA FcγRIIIB FcγRIIB

Affinité aux

IgG Forte Faible à moyenne

Figure 1.6.2 - Les récepteurs humains pour la région constante des IgG Image adaptée de Nimmerjahn, F., et al., 2008 [73].

1.7 La tolérance

La capacité de l’organisme humain de se défendre contre les microorganismes repose principalement sur l’imposante diversité des récepteurs de lymphocytes T et B (TCR et BCR). Tous les individus sont tolérants à leurs propres composants potentiellement immunogènes, mais ils sont aussi capables de se défendre contre un nombre important de dangers. La capacité de tolérer la présence de certains antigènes est introduite par le mécanisme d’induction de la tolérance centrale et est maintenue par l’induction de la tolérance périphérique.

1.7.1 La tolérance centrale

La tolérance centrale se manifeste par l’élimination des lymphocytes immatures qui reconnaissent des antigènes du soi. Ces événements surviennent dans le thymus pour les lymphocytes T et dans la moelle osseuse pour les lymphocytes B, lors de leur développement (Section 1.4.1 et 1.5.1, respectivement) [74]. Les lymphocytes T subissent une première ronde de sélection positive qui permet la survie de ceux portant un TCR capable d’interagir avec des molécules du CMH de l’hôte. Des cellules endothéliales corticales et médullaires, des lymphocytes B thymiques, des DC et des macrophages participentà cette étape de sélection positive des lymphocytes T [75]. La deuxième étape de l’induction de la tolérance centrale est la sélection négative. Quand les TCR exprimés par les lymphocytes T immatures sont compatibles avec les molécules du CMH endogène, ils

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16

ne doivent pas reconnaître avec trop d’affinité les peptides du soi constitutivement exprimés sur les CMH en périphérie, pour ne pas initier de réponse immunitaire indésirable. La sélection négative permet d’éliminer ces cellules qui réagissent trop fortement avec les antigènes du soi via l’induction d’un phénomène d’anergie ou d’apoptose [76]. Une fois que les deux types de sélection sont survenus, les lymphocytes T peuvent quitter le thymus et occuper le système réticulo-endothélial en attente de la présentation de l’antigène pour lequel ils sont spécifiques. Les lymphocytes B subissent eux aussi une induction d’une tolérance similaire dans la moelle osseuse. Un lymphocyte B immature qui exprime un BCR trop fortement réactif avec un antigène du soi, ou bien trop faiblement pour permettre sa survie, est éliminé par une induction d’anergie ou d’apoptose [47].

1.7.2 La tolérance périphérique

Le processus d’induction de la tolérance centrale est efficace, mais pas infaillible. Il arrive que des lymphocytes auto réactifs échappent à cette sélection et c’est pourquoi le système immunitaire possède des points de contrôle qui permettent de limiter le déclenchement d’auto-réactivité en périphérie.

1.7.2.1 La co-stimulation

L’activation des lymphocytes T en périphérie requiert la présence de molécules de co-stimulation comme un deuxième signal, en plus de celui transmis via l’interaction TCR/CMH [77, 78]. Ces molécules sont présentes à la surface des lymphocytes T et des CPA. Les molécules de co-stimulation peuvent être exprimées de façon constitutive ou induite par la présence de médiateurs inflammatoires [79]. Les lymphocytes T naïfs expriment plusieurs éléments de co-stimulation (ICOS, CD5, OX40), mais CD28 est considérée comme la molécule principale qui permet leur activation [80]. Le système immunitaire se comporte de façon à ce que même si un TCR reconnaît un peptide sur une molécule du CMH, l’absence de signalisation via CD28 l’empêchera de sécréter d’IL-2 requise pour proliférer et mènera à l’anergie [42, 81]. En plus de l’absence de co-stimulation qui mène à l’anergie, certaines molécules anti-inflammatoires peuvent directement induire un état anergique. C’est le cas de CTLA-4 (Cytotoxic T-Lymphocyte

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17

Antigen 4) qui est une molécule de co-stimulation exprimée tardivement par les

lymphocytes T activés. Elle permet de rendre anergique les lymphocytes activés après l’élimination du danger, pour ainsi prévenir la persistance de l’inflammation et de l’activation immunitaire [82]. D’autres molécules anti-inflammatoires peuvent être exprimées par les lymphocytes T telle que PD-1 (Programmed cell death-1), qui permet de prévenir leur activation lorsqu’il est reconnu par son ligand PD-L1 ou PD-L2 exprimé par les CPA dites tolérogéniques [83, 84]. En effet, certaines cellules dendritiques se spécialisent dans l’induction de tolérance périphérique des lymphocytes T. En plus d’exprimer des molécules de co-stimulation tolérogéniques, elles expriment de hauts niveaux de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 et d’indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), capable de prévenir la prolifération des lymphocytes T et de certains microorganismes par la métabolisation du tryptophane [85]. Ces cellules sont aussi résistantes aux signaux de maturation induits par les TLR, elles peuvent favoriser l’apoptose de T activés et enfin, stimuler la formation de Treg [86, 87].

1.7.2.2 Treg

Une population de lymphocyte T CD4 qui exprime le récepteur CD25 de haute affinité pour l’IL-2 ainsi que le facteur de transcription FOXP3 a été démontrée comme étant capable de limiter la réponse de lymphocytes T activés [88]. Les Treg seraient capables d’induire la tolérance périphérique par contact direct via CTLA-4, CD73 et LAG-3 et par la sécrétion de cytokines anti-inflammatoires comme l’IL-10 et le TGF-β, menant ainsi à l’inhibition de l’activation des macrophages et des lymphocytes T effecteurs [88, 89].

Par contre, aussi perfectionnés que soient les mécanismes d’induction de tolérance centrale et périphérique, il arrive que la complexité de ces systèmes jumelée à des facteurs environnementaux mène au développement de maladies dites auto-immunes.

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19

2 Auto-immunité

2.1 Généralités

Initialement décrit comme «horror autoxicus», le concept de l’auto-immunité a été prédit par Paul Erlich, récipiendaire d’un prix Nobel au début du 20e siècle. Ses expérimentations

lui ont permis de conclure que notre organisme évite d’attaquer les tissus du soi et se concentre à éliminer les éléments étrangers. Toutefois, cette mécanique n’est pas infaillible et peut mener au développement de l’auto-immunité. Ainsi, il arrive que les mécanismes d’induction et de maintien de la tolérance ne suffisent pas à prévenir l’activation de cellules réactives contre des composantes du soi [90]. En sachant que le but de la réponse immunitaire est l’élimination complète du danger, une réponse contre un constituant du soi peut représenter un risque sérieux ou mortel. Les maladies auto-immunes sont difficiles, voire impossibles à guérir puisque l’objet de la réponse, un antigène du soi, ne peut pas être complètement éliminé. La persistance de l’antigène du soi alimente la réponse auto-immune et mène à une stimulation en boucle des défenses de l’hôte. On estime que de 3 à 8% de la population en Amérique souffre de maladies auto-immunes [91] et on compte plus de 80 maladies déclarées [92]. L’incidence de plusieurs maladies auto-immunes est plus élevée chez la femme, probablement à cause de la présence de gènes régulateurs des cellules immunitaires sur le chromosome X [93], ou à la régulation de la fonction de certaines cytokines par l’estrogène [94, 95]. Le développement de maladies auto-immunes ne peut souvent qu’être expliqué que par un ensemble multifactoriel de causes.

2.2 Étiologie

2.2.1 Génétique

Des mutations dans certains gènes associés à la tolérance ou à l’immunité ont été reconnues pour contribuer à la susceptibilité d’un individu à développer une maladie auto-immune. Ces gènes sont généralement associés à des protéines et facteurs de transcription responsables de l’induction de la tolérance centrale et périphérique. Parmi ces protéines, on retrouve AIRE [96, 97], CTLA-4 [98], FOXP3 [99], FAS/FAS-L [100] et la composante C4 du complément [101]. Des mutations dans ces gènes peuvent mener au développement

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20

de maladies auto-immunes telles que APS-1 (autoimmune polyendocrine syndrome), la maladie de Graves, le diabète de type I, le lupus ou le syndrome IPEX (Immunodysregulation polyendocrinopathy enteropathy X-linked). De plus, puisque les molécules du CMH, ou HLA (human leukocyte antigens) contribuent à l’activation des lymphocytes T et à l’induction de la tolérance, des données ont permis d’associer certaines prédispositions à développer une condition auto-immune avec des polymorphismes présents dans ces gènes [102]. Par exemple, des variantes génétiques contenues dans HLA-DR3 et HLA-DR4 ont été identifiées chez des patients atteints de diabète de type 1, du lupus et de la sclérose en plaques, alors que d’autres variantes dans HLA-DR1, 4 et 10 l’ont été chez des gens arthritiques ou qui souffrent de la maladie de Crohn [103]. Malgré l’incidence directe que la présence de ces facteurs génétiques peut avoir sur le développement d’une condition auto-immune, d’autres facteurs peuvent aussi être impliqués.

2.2.2 L’environnement

De nombreux facteurs environnementaux peuvent participer au développement de l’auto-immunité. Ils peuvent être d’origine bactérienne, virale ou chimique.

2.2.2.1 Bactéries et virus

La bactérie qui cause les ulcères d’estomac, Helicobacter pylori, pourrait être responsable du développement de la thrombocytopénie auto-immune [104]. Cette maladie auto-immune est une condition où le système immunitaire réagit contre les plaquettes sanguines responsables de la coagulation. Les espèces bactériennes Campilobacter jejuni et Borrelia

burgdorfeii participeraient quant à elles à l’étiologie du syndrome de Guillain-Barré (GBS)

[105] et de l’arthrite rhumatoïde (RA) [106, 107], respectivement. Le Syndrome de Guillain-Barré entraîne la destruction de la myéline qui recouvre les neurones périphériques et peut mener à la paralysie, alors que l’arthrite rhumatoïde induit de l’inflammation dans les articulations. Des études ont aussi associé la présence du virus Epstein-Barr dans le développement du lupus systémique érythémateux [108], de la sclérose en plaques [109] et du diabète de type I [110]. D’autre part, le virus de la varicelle et de la rubéole, ainsi que le virus de l’immunodéficience humaine seraient potentiellement impliqués dans l’apparition

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21 de la thrombocytopénie auto-immune [111, 112]. Les hypothèses mécanistiques qui permettent d’expliquer la participation des microorganismes au développement de maladies auto-immunes sont le mimétisme moléculaire [113-115] et la présence de super-antigènes [116-118]. Le mimétisme moléculaire survient lorsqu’un peptide bactérien ou viral stimule le système immunitaire alors que la séquence peptidique à la base de la réponse est fortement apparentée à un peptide du soi. C’est le cas, par exemple, entre un peptide antigénique de Helicobacter pylori et une phosphatase associée au développement d’auto-immunité gastro-intestinale [119]. La présence de super-antigènes d’origine virale ou bactérienne peut quant à elle permettre l’activation directe, en l’absence de co-stimulation, de lymphocytes T auto-réactifs en périphérie et mener à au développement de l’arthrite [120], par exemple.

2.2.2.2 Produits chimiques

La toxicologie de certains produits chimiques a été reconnue comme un élément de contribution au développement de maladies auto-immunes. Les sources d’exposition peuvent être nombreuses, telles que l’ingestion de médicaments, l’exposition dans le milieu professionnel, le tabagisme ou encore la contamination des aliments [121]. Au fait, un nombre inquiétant médicaments a été associé au développement du lupus, entre autres à cause de leur interférence avec le processus de méthylation de certains gènes associés à l’activation des lymphocytes, tel que LFA-1 [122-124]. Enfin, la fumée de cigarette serait responsable d’une augmentation de la production de certaines cytokines inflammatoires telle que le TNF-α, l’IL-1, l’IL-8 et le GM-CSF [125]. Cette augmentation du niveau inflammatoire pourrait contribuer à la maturation des CPA et favoriser l’activation des lymphocytes auto-réactifs. Globalement, des facteurs environnementaux de différentes origines semblent être responsables d’une part non négligeable de l’étiologie des maladies auto-immunes.

2.3 Caractéristiques de la réponse des lymphocytes T dans les désordres

auto-immuns

La plupart des maladies auto-immunes possèdent des caractéristiques immunologiques communes. La première caractéristique est la présence d’auto-anticorps qui permettent la

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22

persistance et l’amplification de la stimulation immunitaire contre un antigène du soi. On retrouve la présence d’auto-anticorps dans la majorité des maladies auto-immunes, tel que la thrombocytopénie auto-immune [126, 127], le pemphigus vulgaire cutané [128], le RA [129] et le lupus [130].

La deuxième caractéristique biologique principale de plusieurs maladies auto-immunes est la présence de lymphocytes T CD8 cytotoxiques auto-réactifs. Puisque toutes les cellules nucléées possèdent des molécules du CMH-I, on peut supposer que les lymphocytes T CD8 ont un grand potentiel de destruction des tissus dans le cas d’une réponse auto-immune. La contribution des lymphocytes T CD8 dans le développement, la persistance et la sévérité de certaines maladies auto-immunes est de plus en plus reconnue, surtout dans les désordres neurologiques du système nerveux central et périphérique [131, 132], ainsi que dans le lupus [133]. La polyneuropathie chronique inflammatoire est quant à elle une maladie auto-immune du système nerveux périphérique [134]. Une expansion oligoclonale des lymphocytes T CD8 a été mesurée dans des biopsies nerveuses de patients atteints de cette maladie, témoignant ainsi de leur importance potentielle dans cette affection [135]. Enfin, une composante CD8 a été associée à d’autres désordres auto-immuns comme le diabète de type 1 [136], la sclérose en plaques [137], ainsi que son modèle expérimental, l’encéphalite auto-immune expérimentale [138].

2.4 Traitements – Généralités

La prise en charge et le traitement de l’auto-immunité sont rendus possibles grâce à différents agents thérapeutiques. Leurs modes d’action sont variés, mais l’effet global commun de ces thérapies est un rétablissement vers un niveau basal d’activation immunitaire.

2.4.1 Les glucocorticostéroïdes et les inhibiteurs de calcineurines

Les glucocorticostéroïdes sont couramment utilisés dans le traitement de maladies auto-immunes, notamment à cause de leur efficacité accrue et de leur prix. Bon nombre de patients atteints de maladies tel que la thrombocytopénie immune [139], le RA [140], le GBS [141] et la maladie de Crohn [142] répondent positivement à ce traitement. On croit

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23 que le mécanisme d’action principal de cet agent thérapeutique serait relié à la liaison de différents facteurs de transcription tels que NF-kappaB et AP-1 [143], facteurs associés à la production de cytokines pro-inflammatoires telles que le TNF-α et l’IL-8. Le désavantage principal des corticostéroïdes lors d’une utilisation prolongée est le développement possible de désordres associés à l’obésité et au diabète [144]. Les inhibiteurs de calcineurines (cyclosporine) sont quant à eux généralement utilisés pour contrôler les rejets de greffes [145]. Ces anti-inflammatoires puissants sont aussi utilisés dans certaines maladies auto-immunes comme le psoriasis [146] et l’arthrite rhumatoïde [147]. Le mécanisme d’action principal des cyclosporines est la neutralisation de la calcineurine, un important activateur du facteur de transcription NF-AT, connu pour être associé à l’activation des lymphocytes T et à la sécrétion subséquente de cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-2 et l’IFN-gamma [148].

2.4.2 Anticorps monoclonaux

Le concept de «magic bullet», en faisant référence à un traitement hautement spécifique, a été établi par les Drs Paul Elhrich et Élie Metchnikoff au début des années 1900 [149]. Ce concept suppose que si un composé peut être conçu de façon à cibler spécifiquement l’agent causal d’une maladie, alors une toxine pour cette cible pourrait être livrée en profitant de cette spécificité. Ce concept est encore bien présent dans le développement pharmaceutique au 21e siècle avec une trentaine d’anticorps monoclonaux sur le marché et

plusieurs en développement [150]. Aux États-Unis seulement, le marché représentait 18.5 milliards de dollars en 2010 [151]. Les anticorps monoclonaux peuvent être murins (terminologie –momab), chimériques (-ximab), humanisés (-zumab) ou complètement humains (-mumab). Les régions aminées précises de la partie Fc des IgG qui permettent une association à des composantes immunitaires comme les FcγRs, le récepteur FcRn ou des sous-unités du complément sont connues [152]. Des modifications de séquences peuvent ainsi être apportées dans ces régions pour adapter le comportement de l’anticorps avec les besoins thérapeutiques, soit en augmentant ou en annulant l’affinité avec ces structures. Puisque le patron de glycosylation des IgG affecte aussi la liaison avec les FcγRs, il peut être modifié et optimisé pour favoriser une liaison avec certains de ces

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24

récepteurs [152]. D’autres modifications peuvent aussi être effectuées sur les anticorps monoclonaux pour diminuer l’agrégation entre les molécules, pour coupler un agent cytotoxique ou un peptide à être livré spécifiquement avec l’anticorps ou pour diminuer leur immunogénicité [150].

Des anticorps monoclonaux sont présentement utilisés dans le traitement de certaines maladies auto-immunes. Des anticorps dirigés contre le TNF-alpha permettent le traitement de l’arthrite rhumatoïde [153] grâce à leur capacité à neutraliser cette cytokine pro-inflammatoire. Le rituximab est quant à lui un anticorps dirigé contre la molécule CD20 qui est exprimée par les lymphocytes B. Cet anticorps fonctionne en induisant la lyse de la cellule par le recrutement du complément, en induisant l’apoptose et en dérégulant l’expression du BCR. Il a d’abord été utilisé dans le traitement de lymphomes, mais il est aussi utilisé en dernier recours dans le traitement de maladies auto-immunes résistantes aux autres thérapies [154].

Les stéroïdes et les anticorps monoclonaux ne sont toutefois pas nécessairement indiqués ou efficaces dans l’ensemble des maladies auto-immunes et certaines thérapies anti-inflammatoires alternatives sont parfois prescrites.

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25

3 Immunoglobulines intraveineuses (IgIV)

3.1 Généralités

Malgré l’introduction de nouveaux médicaments aux mécanismes d’action hautement spécifiques, certains types de thérapies persistent à travers le temps. L’utilisation des immunoglobulines G comme thérapie de remplacement de défense immunitaire s’effectue depuis les années 50. L’administration du médicament s’effectuait d’abord par injection sous-cutanée ou intramusculaire, puis éventuellement par une voie intraveineuse grâce à l’élimination d’agrégats et l’ajustement de l’osmolarité de la préparation.

3.2 Production

Les IgIV sont des préparations thérapeutiques d’IgG issues du fractionnement industriel de plasma de plusieurs milliers de donneurs sains. Le produit final est constitué de 90-99% d’IgG monomériques, de 1 à 10% de dimères d’IgG et de traces d’IgA et d’IgM [155]. Une préparation d’IgIV représente donc l’ensemble de la diversité de reconnaissance antigénique des donneurs [156].

3.3 Utilisation

Initialement, les IgIV étaient utilisées comme une thérapie de remplacement chez les patients souffrant d’immunodéficiences primaires ou secondaires. Dans ces indications, le traitement aux IgIV à faible dose (jusqu’à 0.6 mg/kg) permet d’établir une défense contre certains agents pathogènes opportunistes [157]. C’est en 1981 que Paul Imbach observa pour la première fois que les IgIV pouvaient avoir un effet protecteur dans le traitement de la thrombocytopénie auto-immune chez des enfants [158]. Depuis ces observations, plusieurs études ont mené à l’homologation par les organismes réglementaires de l’utilisation des IgIV dans le traitement de diverses conditions auto-immunes tel que le PTI, le syndrome de Guillain-Barré, la maladie de Kawasaki et les neuropathies motrices multifocales [159]. Les IgIV sont aussi utilisées dans le traitement expérimental non approuvé de nombreux désordres auto-immuns [160]; entre autres chez des patients devenus réfractaires aux traitements stéroïdiens. Pour la plupart de ces indications, les

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évidences des bénéfices des IgIV reposent sur de petites études cliniques contrôlées ou sur l’expérience clinique du praticien avec un nombre limité de patients.

3.4 Problématique

Les statistiques de l’utilisation des IgIV fournies par Héma-Québec depuis sa création permettent de constater une augmentation considérable de la quantité annuelle utilisée au cours du temps (Figure 4). La quantité d’IgIV utilisée dans le traitement des indications existantes est en croissance constante depuis la fin des années 80, en incluant les indications non approuvées. De plus, le Québec ne fournit que 12% du plasma nécessaire à préparer la quantité consommée en IgIV annuellement, le plaçant ainsi dans une situation désavantageuse dans le cas d’une pénurie. Finalement, des études jusqu’à maintenant prometteuses suggèrent un rôle protecteur des IgIV dans deux désordres pour lesquels ils n’existent actuellement aucune thérapie, soit la maladie d’Alzheimer [161, 162] et le virus de l’immunodéficience humaine [163]. La quantité d’IgIV requise pour le traitement potentiel de ces maladies ne pourrait être supportée par le système d’approvisionnement actuel.

L’importance de cette problématique est renforcée par l’absence de consensus sur les mécanismes biologiques d’action des IgIV. La compréhension des mécanismes d’action du médicament permettrait de rationaliser son utilisation et de développer des bioéquivalents.

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27 19 99-2000 20 00-2001 20 01-2002 20 02-2003 20 03-2004 20 04-2005 20 05-2006 20 06-2007 20 07-2008 20 08-2009 20 09-2010 20 10-2011 20 11-2012

0

5.0×10

5

1.0×10

6

1.5×10

6

Année

Con

som

m

at

ion

(g

)

Figure 3.4.1 – Consommation annuelle d’IgIV par Héma-Québec entre 1999 et 2012. Source : Rapports annuels de Héma-Québec.

3.5 Mécanismes d’action

3.5.1 Mécanismes Fc gamma R dépendants

L’existence de récepteurs des immunoglobulines G, les récepteurs FcγRs, suggère que la compréhension des mécanismes d’action des IgIV pourrait résider dans des interactions entre les IgG et ces récepteurs qui possèdent des motifs de signalisation pro ou anti-inflammatoire [164]. Un des mécanismes qui a été proposé est le blocage des FcγRs chez les macrophages [165] et les neutrophiles [166], qui mènerait à une inhibition de l’activation de ces cellules. Aussi, certains groupes proposent que les IgIV diminuent l’expression des FcγRs activateurs [167, 168] et augmentent l’expression du récepteur inhibiteur, le FcγRIIb, chez les macrophages [169] et les lymphocytes B [170]. Cette augmentation de l’expression du FcγRIIb serait attribuée à la liaison des IgIV au FcγRIII sur les DC [171], ainsi qu’à la liaison de SIGN-R1 exprimé par des macrophages spléniques [172]. De plus, la liaison du FcγRIII chez les macrophages les rendrait

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réfractaires à la présence d’IFNγ via l’inhibition de l’expression d’une sous-unité du récepteur de cette cytokine pro-inflammatoire [173], ce qui mènerait à une inhibition de l’activation du facteur de transcription NFκB chez les monocytes [174]. Les IgIV pourraient aussi directement agir sur les cellules NK qui expriment certains FcγRs. Des études ont permis de montrer que les IgIV entrainent la dégranulation des NK en l’absence de cellules cibles, menant à une baisse de leur capacité pro-inflammatoire [175], ainsi qu’à une baisse de leur nombre en circulation chez les femmes enceintes qui montrent des problèmes d’avortements spontanés récurrents pour lesquels elles reçoivent des IgIV [176]. D’autres études ont quant à elles montré que les IgIV augmenteraient l’activité des NK chez des patients atteints du syndrome de Kawasaki [177].

Le récepteur FcRn protège les IgG du catabolisme en les liant et en les empêchant ainsi d’être dirigées vers la dégradation lysosomale. Cette liaison permet entre autres de conférer aux IgG une demi-vie significativement plus longue que les autres protéines du plasma [72]. Des études proposent que l’augmentation transitoire de la concentration en IgG plasmatique à la suite du traitement aux IgIV saturerait l’activité des FcRn et augmenterait le catabolisme de tous les IgG, y compris ceux pathologiques et associés à un désordre [178, 179].

3.5.2 Mécanismes FcγR-indépendants 3.5.2.1 Anti-idiotypes

Les IgIV ont la capacité de reconnaître spécifiquement leurs ligands grâce à la région Fab. Un des mécanismes d’action proposés relativement à cette région variable serait la liaison des anticorps pathologiques responsables de désordres immunitaires via des liaisons anti-idiotypiques [180, 181]. Cette liaison empêcherait ainsi les autoanticorps de lier leurs cibles et de contribuer à la persistance de la stimulation immunitaire pathologique. Par exemple, des anticorps dirigés contre d’autres anticorps anti-ADN seraient capables de prévenir le développement du lupus dans un modèle murin [182]. Les anticorps anti-idiotypiques n’expliqueraient toutefois pas l’effet des IgIV dans tous les modèles, puisque dans certains cas, la partie Fc des IgG suffit à fournir une protection, tel que dans un modèle murin de thrombocytopénie immune [183] ou chez des patients humains [184].

Figure

Figure 1.1.1 – L’hématopoïèse
Figure 1.4.2 – La diversité des lymphocytes T CD4 effecteurs
Figure 1.5.1 – Les récepteurs de lymphocyte B et de lymphocyte T  Images adaptées de Plevy, S., 2002 [48]
Figure 1.6.1 – Structure fondamentale des immunoglobulines.
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