Lymphocytes B et immunoglobulines : INTRODUCTION Généralités

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MED306 – Immunologie Dr. Gregory Gatouillat S3 – 23/09/2021

BILLECOQ Agathe GENTILHOMME Mathis Correction : Arthur LEFEVRE Cours 2 – Lymphocytes B et Immunoglobulines

Lymphocytes B et immunoglobulines : INTRODUCTION Généralités

● 2 grands types de défense contre les pathogènes : l’immunité innée et adaptative o Liens entre les deux

o Chacune a sa spécificité

Innée Adaptative

Rapidité de la réponse Quelques minutes à plusieurs

heures Plusieurs jours

Spécificité Limité et fixée Très importante, augmente pendant la réponse Réponse à des infections

répétées Identique à chaque fois Plus rapide et efficace à chaque nouvelle exposition Composants majeurs

Barrières, phagocytes, molécules de reconnaissance

de motifs

LyB et T, Anticorps, récepteurs spécifiques d’Ag

Page 2 sur 18 Lymphocytes B et immunoglobulines : IMMUNOGLOBULINES (IG)

Structure

Généralités

- Les Ig sont des glycoprotéines ayant une activité d’anticorps. Elles vont :

o Lutter contre les agents pathogènes en les reconnaissant

o Créer une liaison très spécifique à un déterminant antigénique unique = épitope (seule partie de l’Ag reconnue par l’Ig)

- Elles peuvent être de 2 types/formes : o Membranaires

o Elles jouent alors un rôle de récepteur. Ex : BCR o Excrétée par les plasmocytes

o On les retrouvera solubles dans le plasma, les liquides extra- vasculaires et les sécrétions

- Dans une électrophorèse de protéines, les Ig seront retrouvées à l’extrémité au niveau de la fraction la plus lourde : les γ globulines

- Toutes les Ig ont une structure monomérique de base identique o 2 chaines lourdes (H) identiques (en jaune)

o 2 chaines légères (L) identiques (en bleu)

o Reliées entre elles par des ponts disulfures (entre les cystéines) o Il y a au centre une région dite charnière qui est une zone de jonction

flexible Réponse

adaptative

- Humorale : Lymphocytes B (plasmocyte) et anticorps - Cellulaire : Lymphocytes T

Le LyB

= Réponse immunitaire

adaptative humorale

- Taille comparable aux globules rouges, gros noyau - Environ 10% des lymphocytes circulants

- Pas différenciable des autres Ly au microscope lorsqu’on le regarde seul

- LyB vient de « bourse de fabricius » :

• Organe lymphoïde chez l’oiseau - Récepteur du LyB = BCR (=B Cell Receptor)

• Chaque LyB possède à sa surface membranaire des milliers de récepteurs BCR

• Ce sont des immunoglobulines de surface

• Expression clonale : tous les BCR d’un LyB donné auront la même spécificité pour l’Ag

• Associé à des protéines transmembranaires o Igα (=CD79a)

o Igβ (=CD79b) - Réponses : si BCR lié

• Transduction du signal

• Activation des facteurs de transcription

• Modification des fonctions cellulaires :

activation, prolifération, apoptose, internalisation du récepteur…

- Les LyB jouent un rôle majeur dans la réponse immunitaire adaptative humorale - 2 grandes fonctions :

• Cellules présentatrices d’Ag :

Va interner le complexe du récepteur/Ag et va présenter aux LyT grâce au Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) II

• Synthèse d’immunoglobulines :

Cellules capables de se différencier en plasmocyte pour synthétiser des immunoglobulines (= anticorps)

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A l’aide d’enzymes comme la papaïne, on peut cliver l’Ig et obtenir plusieurs fragments :

- 2 fragments FAB (Antigen Binding)

• Partie variable

• Reconnaissance Ag - 1 fragment FC (Cristallisable)

• Partie constante

• Fonction effectrice de l’anticorps

o Liaison au

complément ainsi qu’à des récepteurs membranaires spécifiques

- Divalent (2 bras) : 2 sites de reconnaissance antigénique identiques = paratopes

• Complémentaire à l’épitope

• Liaison Ag/Ac réversible (mais forte)

L’antigénicité est différente de l’immunogénicité :

Antigénicité : capacité à se lier à des Ac libres ou récepteurs de LyB ou T Immunogénicité : capacité à déclencher une RI spécifique de l’Ag

Haptène : Ag trop petit pour être immunogène (sels de métaux, médicaments, hormones) doit être couplé à une grosse molécule (protéine) pour devenir immunogène.

Antigènes (Ag)

- Grosses molécules (protéines, glucides, lipides) du non-soi (en principe) o Xéno-Ag : Ag des micro-organismes, virus, parasites, bactéries

o Allo-Ag : Molécules différentes selon les individus d’une même espèce, c’est le cas des groupes sanguins.

o Auto-Ag : Maladie auto-immune

o Néo-Ag : Tumeurs qui produisent de nouveaux Ag

- Un Ag est immunogène s’il est capable de déclencher une réponse - Les LyT ne reconnaissent que des épitopes linéaires

- Les LyB peuvent reconnaître des épitodes linéaires ou conformationnels grâce aux récepteurs BCR.

• Linéaire : séquence continue d’AA (Ex : structure I peptidique)

• Conformationnels (Ex : structure II avec replis, structure III avec rapprochements de chaine)

• Ils les reconnaissent donc indépendamment de la structure 3D de la protéine

La dénaturation d’un épitope conformationnel lui fait perdre son immunogénicité

Chaines lourdes

- 5 différentes classes appelées isotypes définies par leurs chaines lourdes :

• Isotype μ donnant la classe IgM

o Pentamères uniquement reliés par une chaine j

• Isotype δ donnant classe IgD

• Isotype γ donnant la classe IgG (sous classes IgG1/2/3/4)

• Isotype α donnant la classe IgA (sous classes IgA1/2) o Monomères > dimères > trimères

o Transport à travers les muqueuses par une pièce sécrétoire

• Isotype ε donnant la classe IgE

Chaque chaine lourde est organisée en domaines, plusieurs constants et un variable.

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o CH : constant o VH : variable

- Les sous classes diffèrent par leur structure et donc ils ont une fonction peu modifiée, par exemple les IgG1/2/3/4 :

• IgG1 et IgG3 : neutralisent les toxines

• IgG2 : affinité pour les polysaccharides bactériens

• IgG4 : n’activent pas le complément

Chaines légères

- 2 types de chaines légères :

• κ = Kappa (++)

• λ = Lambda

• Chez l’homme on a deux fois plus de κ que de λ chez un individu en bonne santé

- Chaque chaine légère est organisée en domaines, un constant, un variable.

o CL : constant

o VL : variable (s’adapte à l’Ag.)

- Chaque type de chaine légère peut se combiner avec n’importe quelle classe de chaine lourde mais il faut :

o 2 chaines légères identiques o 2 chaines lourdes identiques

Région hypervariable

- Au sein des régions variables (VL et VH) on trouve des régions hypervariables (HVR) :

• HVR = CDR = complementarity determining regions

• 3 CDR avec liaison spécifique à l’Ag (points d’ancrages) pour chaque VL et VH - Régions charpentes (frameworks) stabilisent la structure des CDR

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Propriétés et fonctions

Fonctions portées par

FAB

- Neutralisation des virus

- Neutralisation des toxines bactérienne

Fonctions portées par FC

- Transport des Ac

- Opsonisation et phagocytose

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- Cytotoxicité dépendante du complément (CDC) = fixation et activation du complément

- Cytotoxicités cellulaire dépendante des Ac (ADCC)

Les Ac peuvent alors faire le lien entre le système innée et le système humoral.

Sur les cellules du système immunitaire, il existe différents récepteurs pour le fragment FC des Ig :

• Ils peuvent fournir à la cellule qui les porte un signal activateur ou inhibiteur, pour lancer ou réguler la réponse immunitaire par exemple. Le rôle des récepteurs Fc est alors primordial.

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Propriétés des différentes classes d’Ig

IgA

- Ig de l’immunité des muqueuses - Dans le sang : IgA1, monomérique

- Dans les sécrétions : IgA2, dimérique (mucus du tube digestif, lait, larmes, salive

- Neutralisation des toxines, pathogènes - ADCC

- Traversent la barrière épithéliale

- N’activent pas le complément, ne traversent pas la barrière placentaire

IgE

- Essentiellement tissulaires, très peu dans le sang - Immunité anti-parasitaire

- Implication dans l’asthme et les allergies

• Effet puissant sur la dégranulation des éosinophiles et mastocytes par leur fixation sur leur surface

• Libération de médiateurs de l’allergie

- N’activent pas le complément, ne traversent pas la barrière placentaire

IgG

- Majoritairement dans le sang (80%) - Opsonisation/phagocytose

- Neutralisation des toxines et virus

- Activation du complément (sauf IgG4) et ADCC.

Développement d’Ac monoclonaux - Traversent la barrière placentaire

• Bénéfique mais parfois délétère (incompatibilité groupe sanguin RH)

Propriétés utilisées pour le développement de vaccins, dans le traitement des cancers (biothérapie).

IgM

- Pentamérique dans le sang : le BCR membranaire du LyB est une IgM monomérique

- Directement agglutinantes

- Ac de faible affinité : 1^ère classe d’Ig synthétisée (RI primaire) - Certaines IgM sont des Ac naturels et persistent toute la vie (Ig

contre les groupes sanguins étrangers) - Opsonisation/phagocytose

- Activation complément +++

- Ne traversent pas la barrière placentaire

- Pendant la vie fœtale, protection par les Ig maternels (transfert passif) :

Classement par concentration sérique adulte : IgG(13g/L) > IgA(3,5) > IgM(1.5) >

IgD(0.03) > IgE(0.0003)

- Juste après la naissance : IgM > IgG > IgA Conclusion

- Les Ig n’ont pas toutes le même rôle parce qu’elles n’ont pas toutes la même structure

• IgG = neutralisation

• IgA = transport à travers les épithéliums

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Génétique et diversité des Ig

Généralités

- 1 gène (ADN) → ARNm → 1 protéine

- Problème : la protection de l’hôte requiert la reconnaissance par le système immunitaire d’un large éventail de micro-organismes qui évoluent rapidement - Nécessité de produire un répertoire varié de récepteurs/Ig tout en limitant la

reconnaissance du soi - Chez l’homme :

• Le répertoire d’Ig est > 10¹¹ molécules différentes

• Le génome contient moins de 100 000 gènes

• 1 gène pour 1 Ig = impossible !

- Nombre limité de gènes (=3) codant pour les chaines lourdes et légères des Ig.

Dans les cellules productrices d’Ig, ces gènes subissent des réarrangements et des mutations.

Organisation et expression des gènes des

Ig

- 2 chaines lourdes identiques et 2 chaines légères identiques - 3 gènes divisés en segments :

• Segment V (variabilité)

• Segment D (diversité)

• Segment J (jonction)

• Segment C → région constante

- 1 gène codant pour les chaines lourdes et 2 gènes codant pour les chaines légères (1 pour les κ et 1 pour les λ)

• Lourdes résultent de la recombinaison des segments JCVD

• Légères résultent de la recombinaison des segments JCV

• La recombinaison est guidée par des séquences signal de recombinaison SSR

Combinaison des 3 segments donne une région variable

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Génération de la diversité de

la région variable des Ig

- Diversité centrale (indépendante de l’Ag) → maturation du LyB dans la moelle osseuse (avant tout contact avec les pathogènes)

o Diversité combinatoire : combinaison aléatoire de segments VJ (légères) ou VDJ (lourdes), et de chaines lourdes et légères entre elles.

o Diversité jonctionnelle : addition ou délétion de nucléotides au niveau des zones de jonction.

- Diversité périphérique (suite à une stimulation par l’Ag) → maturation de l’affinité

• Après contact avec l’Ag, le LyB prolifère dans les organes lymphoïdes secondaires et subit des mutations ponctuelles au niveau des gènes codant pour les régions variables des Ig : hypermutations somatiques dans le but d’obtenir la meilleure affinité possible avec l’épitope rencontré.

• Enzyme responsable des hypermutations somatiques : AID (Activation Induced cytidin Deaminase). Présente exclusivement dans les centre germinatifs spécifiques des LyB activés : désamination de la cytosine en uracile. Le but est d’améliorer l’affinité Ac/Ag.

Génération de la diversité de

la région constante des

Ig

Le but est d’obtenir différentes classes d’Ig à partir des IgM qui sont les 1ers produits.

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Développement dans la moelle osseuse

Généralités

- 1^ère phase : différenciation et maturation indépendante de l’Ag (moelle)

• LyB immature exprimant une Ig de surface spécifique d’une l’Ag - 2^ème phase : activation dépendante de l’Ag (organes lymphoïdes secondaires)

• Plasmocytes et cellules B mémoires spécifiques de l’Ag - A partir de cellules souches hématopoïétiques (CSH)

• Source de toutes les cellules sanguines (érythroïdes/myéloïdes/lymphoïdes)

• Différenciation en progéniteurs qui vont s’engager dans la lignée lymphoïde

- Expression séquentielle de molécules d’adhésion et de récepteurs de surface

→ réception de signaux de prolifération et de différenciation en LyB - Chez le fœtus, le foie est le 1^er organe de différenciation des cellules

immunitaires, relayé à la naissance par la moelle osseuse

- Hématopoïèse produit environ 10⁸ LyB chaque jour (en continue) - Dans la moelle aussi, il existe aussi des cellules non hématopoïétiques

• Ostéoblastes : stimulent et nourrissent les cellules souche

• Cellules stromales : assurent le soutien de la croissance des CSH - Ces cellules qui libèrent des cytokines et expriment des molécules d’adhésion,

ou par contact direct vont l’orienter dans sa différenciation.

- Organes lymphoïdes primaires : thymus et moelle osseuse

- Secondaires : ganglions, rate, vaisseaux lymphatiques, amygdales…

Les stades du développement

- Cellules souches hématopoïétique (CSH) :

• Auto-renouvellement dans la moelle osseuse.

• Multipotentes (peut donner tous les types de cellules sanguines)

• Expriment CD34 ; génome encore inchangé.

• Différenciation en progéniteurs plus avancés jusqu’à obtention de progéniteurs lymphoïdes communs

Ces marqueurs servent à la reconnaissance des LyB, mais sont également utilisés comme cibles thérapeutiques de certains médicaments.

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- Progéniteurs lymphoïdes communs (PLC) :

• Possèdent encore les capacités de différenciation mais sont engagés dans la voie lymphoïde

• Expriment à leur surface les récepteurs de l’interleukine 7 → IL7 libérée par les cellules stromales se fixent sur ces récepteurs → signal de prolifération et engagement dans la lignée lymphoïde B

- Cellules pré-pro B :

• Restent en contact avec les cellules stromales

• Préparation de la 1^ère recombinaison du gène d’Ig (début d’expression et de production de RAG1/2 afin de recombiner les chaînes H et L)

- Cellules pro-B (fabrication de la chaîne lourde) :

• Se déplacent dans la moelle osseuse à la recherche de cellules stromales sécrétant de l’IL7

• Réarrangement de la chaîne lourde d’Ig : recombinaison DJH puis recombinaison VHDJH (RAG1/2)

• Expriment le CD19

- Cellules pré-B (fabrication de la chaîne légère) :

• Expriment un récepteur pré-B : chaîne lourde réarrangée associée à une pseudo chaîne légère (VpréB/lambda5) → signal de prolifération et de début du réarrangement de la chaîne légère → recombinaison VLJL

(RAG1/2)

• Expriment CD19

• Présence d’une chaine lourde (IgM) intra-cytoplasmique - Cellule B immatures :

• Expriment une IgM de surface fonctionnelle (reconnaissance spécifique d’un Ag)

• Expriment CD19 et IL7R

• Contrôle de la recombinaison : dès que IgM est exprimée à la surface, elle subit un contrôle assurant la non-reconnaissance des Ag du soi (=sélection centrale dans la moelle osseuse)

• Au cours de sa différenciation, la cellule B a la possibilité de réviser son BCR si son Ig est jugée non-correcte ou infonctionnelle par le contrôle

• Si la cellule B est auto-réactive → apoptose

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Contrôle de la recombinaison VDJ – exclusion

allélique

Régulation de la différenciation lymphocytaire B

Processus qui fonctionne 2 fois sur 3 ; ce qui explique que l’on retrouve deux fois plus de chaînes kappas que de lambdas chez une personne en bonne santé.

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Maturation des cellules B immatures

Dans les organes lymphoïdes secondaires

- Cellule B immature (IgM membranaire)

• Prête à migrer dans la rate pour compléter sa maturation

• Quitte la moelle osseuse, et passe par un stade intermédiaire = cellule B transitionnelle

- Cellule B transitionnelle :

• Co-expression d’IgM et IgD membranaires

• Subit une 2ème sélection (périphérique) : élimination des cellules auto- réactives (au niveau de la rate)

• Après la sélection, les cellules qui ont survécu vont se différencier en 2 types :

o LyB folliculaires (80%) : résident dans les follicules de la rate, réponse antigénique thymo-dépendante car elles auront besoin de l’action des LyT pour agir

o LyB de la zone marginale de la rate : réponse antigénique thymo- indépendante

⇒ Terminent leur développement pour donner les LyB matures mais naïfs (CD19 & CD20 positif ainsi que le récepteur HLA de classe II qui lui permettra d’assurer sa fonction de présentation de l’Ag)

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Activation, différenciation et mémoire des LyB

Description

2 types de réponses cellulaires des LyB contre les Ag :

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Réponse cellulaire B :

thymo- dépendante

- Reconnaissance de l’Ag par le BCR (dans le sang ou les organes lymphoïdes)

• Signal de survie

• (Un LyB qui ne rencontre pas d’Ag pendant les mois suivants sa sortie de la moelle finit par mourir, il a besoin d’être stimulé par son Ag)

• Btk (Bruton tyrosine kinase), protéine de la chaîne réactionnelle, si déficit en Btk= Agammaglobulinémie lié à l’X c’est la maladie de Bruton (aucun anticorps produit chez le jeune sujet qui subit des infections à répétition, peut être fatale si non diagnostiquée rapidement)

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des signaux de survie pour les maintenir, les stimuler et les protéger.

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Réponses cellulaires B :

thymo- indépendantes

Lymphocytes B et immunoglobulines : LES LYMPHOCYTES B LyB et pathologies

Schéma

Lymphocytes B et immunoglobulines : LES LYMPHOCYTES B Régulation négative des LyB

Description

- Stimulation antigénique, activation et prolifération rapides des cellules B - Existence de mécanismes de contrôle permettant :

• De freiner la prolifération des cellules B quand un nombre suffisant de cellules a été généré

• D’éliminer ces cellules après l’élimination du pathogène - Ces mécanismes font intervenir :

• Des molécules de surface du LyB (CD22, FcRII : récepteurs transmettant un signal inhibiteur sur la prolifération cellulaire)

• L’IL10 (cytokine anti-inflammatoire) libérée par les cellules B régulatrices