La Tolérance Immunitaire

(1)

La Tolérance Immunitaire

(2)

La superposition de deux systèmes fonctionnellement

très différents…

(3)

La superposition de deux systèmes fonctionnellement

très différents…

Immunité non adaptative (Innate Immunity)

 Cellules dendritiques

 Macrophages

 Polynucléaires

(4)

La superposition de deux systèmes fonctionnellement

très différents…

Immunité adaptative

 Lymphocytes T

 Lymphocytes B

(5)

MDC PN

Immunité non adaptative

Un jeu fixe de récepteurs invariants à des molécules microbiennes

Gram^- Lipopolysaccharide (LPS) Gram⁺ Peptidoglycans

Acide lipotéichoïque Champignons Mannans

(6)

Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…

Immunité non adaptative

(7)

La tolérance intrinsèque au soi de l’immunité naturelle a été acquise

après des centaines de millions d’années d’évolution qui ont

sélectionné des récepteurs reconnaissant des produits

microbiens et non des produits du

soi …

(8)

Limitations

Immunité non adaptative

 Répertoire antimicrobien limité

 Pas d’adaptation aux mutations microbiennes

 Pas de perception des microbes

intracellulaires

(9)

La superposition de deux systèmes fonctionnellement

très différents…

Immunité adaptative

 Lymphocytes T

 Lymphocytes B

(10)

Immunité adaptative

• Un seul récepteur de structure donnée sur chaque cellule (et sur ses cellules-filles).

•Une multitude de récepteurs différents au

niveau de la population

(11)

TCR : T cell receptor BCR : B cell receptor

« Le » récepteur spécialisé des

cellules de l’immunité adaptative

(12)

Son ligand : l’antigène

« Le » récepteur spécialisé des

cellules de l’immunité adaptative

(13)

Fait face à la diversité des microbes et à leurs mutations par la génération

aléatoire et continue de nouveaux récepteurs

Immunité adaptative

Avantages

(14)

Perception analytique de

séquences peptidiques mais pas de perception intrinsèque de ce qui est microbien ou pas, hostile

ou non

…par la génération aléatoire et

continue de nouveaux récepteurs

(15)

Perçoit les microbes intracellulaires grâce au système d’échantillonnage et

de présentation par les molécules du complexe majeur d’histocompatibilité

(CMH)

Immunité adaptative

Avantages

(16)

Toute protéine présente dans la

cellule est découpée en peptides dont certains sont « chargés » sur des

molécules présentatrices et

« présentés » au TCR des lymphocytes T

TCR

(17)

Ce système d’échantillonnage ne discrimine pas les protéines

selon leur contexte

Accès égal au système

d’échantillonnage pour les protéines du

soi et les protéines étrangères

(18)

Ces deux avantages de

l’immunité adaptative ont un prix…

•Génération aléatoire de récepteurs

• Système d’échantillonnage

« universel »

(19)

…la perception permanente de multiples signaux

dont certains sont inopportuns

(20)

Quels sont les signaux opportuns?

( auxquels il faut répondre )

Les signaux associés à des agents

étrangers hostiles

(21)

Quels sont les signaux inopportuns?

(auxquels il faut être tolérant)

Les signaux associés à des agents étrangers non hostiles

– Fœtus

– Protéines alimentaires

– Particules inertes dans l’air inspiré

– Organe greffé, sain et fonctionnel

(22)

La multitude de signaux

« de l’intérieur » les signaux du soi

Quels sont les signaux inopportuns?

(auxquels il faut être tolérant)

(23)

…d’où la nécessité de mettre en place un système actif de

filtrage des signaux

(24)

Un filtrage à deux niveaux

Sites de production

Organes lymphoïdes primaires

Thymus (T)

Moelle osseuse (B)

Sites d’initiation des réponses Organes lymphoïdes secondaires

Rate

Ganglions MALT

R ép on se s i m m un ita ire s

(25)

La Tolérance Immunitaire

• 1. La nature du problème

• 2. Tolérance centrale

• 3. Tolérance périphérique

• 4. Aspects particuliers à la tolérance des lymphocytes B

• 5. Résumé et conclusions

(26)

Tolérance centrale

Sites de production

Thymus (T)

Moelle osseuse (B)

Rate

Ganglions

MALT

(27)

Tolérance centrale

Thymus (T)

Moelle osseuse (B)

Rate

Ganglions MALT

Eliminer dès leur élaboration des lymphocytes dont le récepteur peut percevoir des signaux

inopportuns

(28)

Tolérance centrale dans le

thymus

(29)

Tolérance centrale dans le thymus

Physiquement isolé des signaux

extérieurs

Espace de filtrage

des signaux du soi

(30)

Peut-on prouver l’élimination de lymphocytes T autoréactifs

dans le thymus?

Capables de

percevoir les

signaux du soi

(31)

Peut-on prouver l’élimination de lymphocytes T autoréactifs dans

le thymus?

Souris TCR transgéniques

(32)

Répertoire des lymphocytes T

« Sauvage » « TCR transgénique »

(33)

Souris transgéniques TCR anti-HY

TG TCR

une protéine codée par un gène

sur le

chromosome Y et qui n’est

exprimée que chez le sujet mâle

(34)

Souris transgéniques TCR anti-HY

CD8

Thymus

CD8

Strasser et al. 1994

(35)

Doubles transgéniques TCR/bcl-2

CD8

Strasser et al. 1994

CD8 bcl-2

Antagonise l’apoptose, la mort

cellulaire programmée

(36)

 une élimination par apoptose des lymphocytes T potentiellement autoréactifs prend place dans le

thymus...

Des anomalies de l’apoptose peuvent entraîner une rupture de la tolérance au soi!

(37)

S’il y a filtrage, il doit y avoir des signaux du soi dans le thymus…

Sospedra et al. 1998

(38)

Sospedra et al. 1998

(39)

des cellules du thymus

expriment un large échantillon des protéines du soi et les

présentent aux lymphocytes en

cours de différenciation

(40)

Notion importante!

• Le thymus reste fonctionnel chez l’adulte même à un âge avancé

• Production continue de « nouveaux »

lymphocytes T qui partent vers les organes lymphoïdes secondaires (5 x 10

⁷

/jour!)

Des anomalies fonctionnelles du thymus liées au

vieillissement ou à des tumeurs peuvent entraîner une rupture de tolérance

(41)

Tous les lymphocytes T autoréactifs sont-ils

éliminés dans le thymus?

(42)

Baldwin et al. 2000 0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Nég. +/- + ++ +++

% d’élimination des thymocytes autoréactifs

Affinité de la liaison à l’autoantigène

Affinité et élimination intrathymique

(43)

Pourquoi laisser passer des lymphocytes T

autoréactifs?

(44)

Si les lymphocytes T étaient monospécifiques...

Mason et al. 1998

(45)

Réactivité croisée

Peptide du soi Peptide microbien

A

B

(46)

Réactivité croisée

Peptide du soi Peptide microbien

A

B

Trop d’affinité pour le

soi : à éliminer

(47)

Réactivité croisée

Peptide du soi Peptide microbien

A

B

Affinité modérée pour le soi mais excellente affinité pour

un peptide microbien : à

conserver!

(48)

Réactivité croisée

Peptide du soi Peptide microbien

A

En cas d’infection ultérieure par ce microbe, l’activation du clone A pourra révéler une certaine réactivité contre le soi.

Théorie du mimétisme moléculaire

(49)

Lovett-Racke et al. 1998

Reconnaissance de la MBP chez

des individus sains

(50)

Il existe donc dans le sang des sujets sains des lymphocytes T

dont le TCR reconnaît des peptides d’une protéine de la

myéline

(51)

De même, chez les sujets sains, existence de lymphocytes T dirigés contre de multiples déterminants du

soi (la myélopéroxydase

thyroïdienne, le collagène, les

récepteurs de l’acétylcholine, etc.)

(52)

Comment un lymphocyte T potentiellement autoréactif peut-

il ne pas déclencher de réponse?

Tolérance périphérique

(53)

La Tolérance Immunitaire

• 5. Conclusions

(54)

Tolérance périphérique

 Pour certains signaux du soi

 Pour tous les signaux

étrangers non hostiles (qui

n’ont pas été exprimés dans le

thymus)

(55)

Tolérance périphérique

Sites de production

Thymus (T)

Moelle osseuse (B)

Rate

Ganglions MALT

R ép on se s im m un it ai re s

(56)

Tolérance périphérique

Sites de production

Thymus (T)

Moelle osseuse (B)

Rate

Ganglions MALT

R ép on se s i m m un ita ire s

(57)

Tolérance périphérique

Organes lymphoïdes SECONDAIRES

Rate

Ganglions MALT

Proliférer et se différencier

Atteindre le tissu cible

PR IM A IR E S

REPONSE

Percevoir le signal

(58)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

PR IM A IR E S

Percevoir le signal

Proliférer et se différencier

Atteindre le tissu cible

REPONSE

(59)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

Percevoir le signal

Perception du signal par le

lymphocyte T auxiliaire CD4

⁺

Présentation par une

molécule de classe II du CMH

(60)

Perception des antigènes par les lymphocytes auxilaires CD4

⁺

Cellule dendritique

Macrophage

C M H c la ss e II C M H c la ss e II

TCR

CD 4

(61)

Les cellules des parenchymes, les cellules endothéliales et

épithéliales sont normalement dépourvues de molécules

CMH II.

Elles ne peuvent donc initier la réponse des CD4

⁺

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

Percevoir le signal

(62)

Elles peuvent toutefois acquérir des molécules CMH II après

exposition à certains médiateurs inflammatoires (comme l’IFN-)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

Percevoir le signal

Interféron-

(63)

Delvenne et al. 1997

Sain

Infecté par HPV

(64)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

Proliférer et se différencier

?

Percevoir le signal

(65)

DR7

Lymphocytes T CD4

⁺

DR4

Cellules dendritiques DR4

⁺

« stimulatrices »

« répondeuses »

(66)

DR7

Lymphocytes T CD4

⁺

DR4

Cellules dendritiques DR4

⁺

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

Nombre de cellules stimulatrices

P ro li fé ra ti on

(67)

Réponse allogénique DR7 anti DR4

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

P ro li fé ra ti on

Nombre de cellules stimulatrices

Frasca et al. 1998

(68)

DR7

CD4

⁺

DR4

Cellules épithéliales classe II induites (DR4

⁺

)

« stimulatrices »

« répondeuses »

(69)

DR7

CD4

⁺

DR4

Cellules épithéliales classe II induites (DR4

⁺

)

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

Nombre de cellules stimulatrices

P ro li fé ra ti on

Frasca et al. 1998

(70)

Les cellules épithéliales

« forcées » à exprimer des

molécules CMH de classe II sont de mauvaises stimulatrices de

réponses immunitaires

(71)

Réponse secondaire

Lymphocytes CD4

⁺

(sujet DR7)

Dendritiques DR4

⁺

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

Nombre de cellules stimulatrices

DR7 x DR4

(72)

Les cellules « répondeuses » sont vivantes mais ne répondent plus :

elles sont anergiques

Une tolérance s’est installée

(73)

Réponse secondaire

Lymphocytes CD4

⁺

(sujet DR7)

Dendritiques DR15

⁺

Nombre de cellules stimulatrices

DR7 x DR4

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

(74)

Une tolérance s’est installée, elle est spécifique du signal qui l’a

induite

Ne pas confondre la tolérance : phénomène spécifique et l’immunosuppression : phénomène global

(75)

Outre le signal de l’antigène lui- même, les cellules dendritiques

ont délivré aux lymphocytes T CD4

⁺

, un autre signal que les

cellules épithéliales n’ont pu

fournir…

(76)

+

CD28 TCR

CD4

CMH II

Lymphocyte T CD4

⁺

Seules les cellules présentatrices

« professionnelles » peuvent exprimer CD80 et CD86

Cellule présentatrice d’antigène

CD80 ou CD86

(77)

CD28

CD80 ou CD86

L ym ph oc yt e T C D 4

+

C ell ule p ré se nta tri ce

(78)

CD28

TCR

CD4

CD80 ou CD86

TCR

CD4

Activation (prolifération, différenciation)

Pas d’activation

Anergie

(79)

CD28

TCR

CD4

CD80 ou CD86

Pas de perception du signal 1 Pas d’activation

Pas d’anergie, Pas de tolérance

TCR

CD4

Perception du signal 1

Pas de perception du signal 2 Pas d’activation

Anergie Tolérance

CD28

CD80 ou CD86

Plus logique de chercher à bloquer le signal 2 que le

signal de l’antigène chez un greffé d’organe

(80)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

Percevoir le signal

Proliférer et se différencier

(81)

Les cellules présentatrices

« professionnelles » (comme les cellules dendritiques) sont-elles

toujours promotrices de l’activation, toujours « anti-

tolérance »?

(82)

Un exemple :

la « Tolérance Orale »

(83)

Souris transgéniques TCR-ova

0 20000 40000 60000 80000 100000

- Sous-cut. Per Os

Prolifération in vitro en réponse à l’ovalbumine

Chen et al. 1995

(84)

Ce phénomène est-il lié à une carence en cellules

dendritiques dans la lamina

propria?

(85)

Non!

• Expansion de la population de cellules dendritiques de la lamina propria

 Amplification marquée de la tolérance orale!

• Activation des cellules dendritiques de l’intestin (toxine du choléra ou IL-1)

 Abolition de la tolérance orale

Viney et al. 1998 Williamson et al. 1999

(86)

Que fait l’activation des cellules dendritiques?

Williamson et al. 1999

Les ligands de CD28=les pourvoyeurs du 2^ème signal

(87)

La cellule dendritique décide de la tolérance ou de la non tolérance

• Faible niveau d’expression de CD80/CD86 (comme dans la lamina propria normale)

carence du second signal

tolérance

• Haut niveau d’expression de CD80/CD86 second signal puissant

pas de tolérance

(88)

La cellule dendritique décide de la tolérance ou de la non

tolérance

Activer les cellules dendritiques pour faire de bons vaccins (adjuvants)

Eviter l’activation des cellules dendritiques d’un rein à transplanter pour qu’il soit toléré

(89)

Qu’est-ce qui active les cellules

dendritiques et augmente leur

expression de CD80 et CD86?

(90)

Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…

Immunité non adaptative

(91)

CD11c (marqueur des cellules dendritiques)

CD80CD86

Contrôle LPS

Galucci et al. 1999

Majorité de cellules

dendritiques tolérogènes

(92)

Perception intrinsèque de ce qui est microbien, voire de ce qui est hostile…

Immunité non adaptative

(93)

CD11c (marqueur des cellules dendritiques)

CD80CD86

Contrôle LPS

Galucci et al. 1999

Majorité de cellules dendritiques

activatrices (anti-

tolérance)

(94)

CD11c (marqueur des cellules dendritiques)

CD86

Galucci et al. 1999

Contrôles Vivants Apoptotiques Nécrotiques

Incubation avec des fibroblastes (soi ou non-soi)

Mort cellulaire non naturelle,

résultant d’une agression

(95)

• Phagocytose de cellules apoptotiques

(en l’absence d’autre signal de danger)

 Perte d’expression de CD80 et de CD86

 Effet tolérogène

• Phagocytose de cellules nécrotiques

 Accroissement de l’expression de CD80 et de CD86

 Rupture éventuelle de tolérance

Toutes les situations d’agression du soi (infectieuses ou non) peuvent favoriser une rupture de tolérance

Eviter toute nécrose au sein d’un greffon améliorera la tolérance à ce dernier

(96)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

•Tolérance orale

•Tolérance fœtale

•Tolérance au soi

Proliférer et se différencier

Percevoir le signal

(97)

Coopération des systèmes non adaptatifs et adaptatifs :

Replacer dans un contexte la puissance analytique du

répertoire des lymphocytes T

(98)

Que deviennent les

lymphocytes T CD4 ⁺ qui ont interagi avec des cellules

présentatrices tolérogènes?

(99)

Cellule dendritique tolérogène

Lymphocyte T naïf

Anergie

Apoptose

Pas compatible avec expériences de transfert!

(100)

Induction d’une tolérance orale

Prélèvement de lymphocytes T chez la souris « tolérisée »

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

Transfert adoptif chez une souris non tolérisée

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

0 10 20 30 40 50 60

0 2.5 5 7.5 10

(101)

Cellule dendritique tolérogène

Lymphocyte T

naïf TGF-

Lymphocyte T régulateur

IL-4IL-10 Apoptose

Anergie

(102)

Lymphocytes T régulateurs

• Responsables du transfert

expérimental de la tolérance et plus généralement de la mémoire de la tolérance

• Sécrétion de cytokines inhibitrices (TGF-IL-10,…)

Transforming growth factor 

(103)

Lymphocytes T régulateurs

• Population de lymphocytes T qui inhibent l’activation d’autres lymphocytes T CD4+

soit par des facteurs solubles soit directement

• « activés » par une interaction tolérogène mais predestinés à cette fonction

(population CD4 CD25 déjà présente dans

le thymus)

(104)

Une autre sous-population de lymphocytes T

régulateurs

– Cellules NKT

• Population de lymphocytes T qui possèdent tous le même TCR et qui reconnaissent des glycolipides présentés par le CD1

• Ils sécrètent des cytokines de type Th2

(105)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions

MALT Atteindre le tissu cible

PR IM A IR E S

Proliférer et se différencier

Percevoir le signal

(106)

Interdire l’accès de certains tissus aux lymphocytes T activés et

potentiellement autoréactifs

Tissus « immunoprivilégiés »

(107)

Plusieurs barrières pour garder l’entrée du sanctuaire.

L’une des plus efficaces : FasL

FasL

Apoptose

(108)

Expression de FasL dans l’œil d’une souris normale

Ferguson et al. 1997

(109)

Infiltration lymphocytaire en réponse à une inoculation

virale dans la chambre antérieure

Souris normale

Souris génétiquement déficiente en FasL

Ferguson et al. 1997

(110)

De même expression de FasL

• Dans le testicule

• Dans le cerveau (astrocytes)

• Dans l’utérus et le placenta

– Rôle dans la tolérance du fœtus

Les anomalies de l’apoptose lymphocytaire induite par Fas peuvent favoriser l’irruption de cellules immunitaires dans des

sanctuaires immunoprivilégiés

(111)

Tolérance périphérique

Rate

Ganglions MALT

PR IM A IR E S

Percevoir le signal

Proliférer et se différencier

Atteindre le tissu cible

REPONSE

(112)

La Tolérance Immunitaire

(113)

Aspects particuliers à la tolérance

des lymphocytes B

(114)

Trois compartiments bien distincts

(115)

Moelle osseuse

Organes lymphoïdes secondaires

(Rate et ganglions lymphatiques)

Follicules lymphoïdes

1 2 3

(116)

Organes lymphoïdes secondaires

(Rate et ganglions lymphatiques)

Follicules lymphoïdes

2 3

•Essentiel pour la maturation de la réponse humorale

•Anticorps de forte affinité

•Passage des IgM

aux IgG

(117)

Follicules lymphoïdes

1 2 3

Strictement dépendant des lymphocytes T

CD4

⁺

(118)

Comme dans le thymus, élimination centrale de lymphocytes B autoréactifs.

Deux différences toutefois : 1. Transfert d’antigènes

périphériques vers le compartiment central

Certains facteurs du complément sont essentiels à ce transfert : les déficits du complément peuvent donc provoquer des anomalies de

la tolérance des lymphocytes B.

(119)

Comme dans le thymus, élimination centrale de lymphocytes B autoréactifs.

Deux différences toutefois : 1. Le filtrage doit être

beaucoup moins rigoureux : plus grand rôle de la

réactivité croisée

(120)

2 3

Beaucoup de lymphocytes B

autoréactifs

?

(121)

Injections répétées de lysozyme chez une souris

normale

Follicules lymphoïdes

Lymphocytes B anti-lysozyme

RATE

Townsend et al. 1999

(122)

Prélèvement de lymphocytes B chez une souris injectée

itérativement avec le lysozyme

Transfert de ces lymphocytes B chez une souris transgénique

pour le lysozyme

Townsend et al. 1999

RATE

Le lysozyme est, pour elle,

un signal du soi

(123)

2 3

Beaucoup de lymphocytes B

autoréactifs

(124)

2 3

Beaucoup de lymphocytes B

autoréactifs

Faute de l’aide adéquate des T,

interdiction d’entrer dans le follicule

(125)

2 3

Beaucoup de lymphocytes B

autoréactifs

IgM autoréactives

Activité antimicrobienne

de première ligne

(126)

2 3

IgM autoréactives

Faible affinité, pas de lésions tissulaires…

Une rupture de tolérance des lymphocytes T permet à des lymphocytes B autoréactifs d’entrer dans le follicule et de

sécréter des IgG de haute affinité, générateurs de lésions tissulaires.

(127)

La Tolérance Immunitaire

(128)

La tolérance immunitaire

• La nature du problème

– Les lymphocytes T et les lymphocytes B perçoivent constamment des signaux

antigéniques auxquels il serait inopportun de répondre

– Un système de filtrage actif des signaux doit donc être mis en place.

– L’effet de ce filtrage, c’est la tolérance

immunitaire

(129)

La tolérance immunitaire

• La tolérance centrale

– C’est dans les organes lymphoïdes primaires que la plus grande partie des lymphocytes

capables de percevoir le soi (autoréactifs) sont éliminés par apoptose

– Ces organes doivent donc posséder un échantillon des signaux du soi

• Générés localement (thymus)

• Importés de la périphérie (moelle osseuse)

(130)

La tolérance immunitaire

• La tolérance périphérique

– Une fraction de lymphocytes autoréactifs échappe au filtrage des organes lymphoïdes primaires et contribue à la compétence du répertoire

– Le filtrage périphérique des signaux prévient leur réponse inopportune contre le soi : c’est la tolérance périphérique

– Elle est aussi essentielle pour le filtrage des

signaux exogènes non hostiles (qui ne sont pas

présents dans le thymus)

(131)

La tolérance immunitaire

• Les cellules présentatrices d’antigène (et en particulier les cellules dendritiques ) jouent un rôle fondamental dans le maintien ou la rupture de la tolérance périphérique

• L’état d’activation de ces dernières et en particulier leur niveau d’expression des

molécules CD80 et CD86 (pourvoyeuses du

signal 2) en est le facteur déterminant.

(132)

La tolérance immunitaire

• Une meilleure compréhension des interactions cellulaires et moléculaires entre les « deux »

systèmes immunitaires sera la base de nouveaux traitements induisant sélectivement la tolérance ou la non tolérance à un antigène donné

http://www.ulg.ac.be/medint/accueil.html