Micro-organismes parasites bactéries virus champignons Invertébrés Vertébrés ~ 2 000 000 espèces ~ 45 000 espèces Holométaboles Hétérométaboles Poissons Amphi- Reptiles biens Oiseaux Mammifères Immunité Innée Placodermes 5% Inné et Adaptatif Insectes Mollusques Laurence Guglielmi 95% Inné Gnathostomes - 450 Ma Echinodermes Annélides Agnathes Urochordés Institut de Recherche en Cancérologie (IRCM – INSERM U896) [email protected] - 800 Ma 1 Mécanismes de reconnaissance des micro-organismes : Récepteurs de l’immunité innée Expression : cellules susceptibles d’entrer d entrer en contact avec des microorganismes Expression : lymphocytes B et T (cellules endothéliales et épithéliales, DC, monocytes/macrophages, …) Spécificité non variable Spécificité extrêmement variable Reconnaissance de motifs moléculaires microbiens (LPS, peptidoglycane, …) - Non spécifique - Spécifique d’Ag - Immédiate - Non Immédiate - Sans mémoire - Douée D é d de mémoire é i - Barrières Naturelles - Immunité Humorale - Réaction Inflammatoire - Immunité à Médiation Cellulaire - Phagocytose (chaque cellule T ou B subit des recombinaisons génomiques aléatoires) 100-200 récepteurs différents / espèces Immunité adaptative (ou acquise) Immunité innée (ou naturelle) Récepteurs de l’immunité adaptative - Facteurs du complément Immense répertoire : 1012 récepteurs des cellules B 1015 récepteurs des cellules T Coopération cellulaire Reconnaissance illimitée (antigène infectieux, de l’environnement, soi, non soi…) - contact cellulaire direct - médiateurs solubles (chimiokines, cytokines, …) Page 1 BARRIERES Barrières physiques : • peau (≈ 1,7 m2) • muqueuses (≈ 390 m2) (respiratoire, digestive, uro-génitale) Barrières naturelles Barrières biologiques / biochimiques : Flore intestinale • pH : acidité locale (estomac, urine, vagin) Notion de danger et reconnaissance • acides gras toxiques (peau) • peptides antimicrobiens Réaction inflammatoire • enzymes : lysozymes (salive, sueur, larmes) Les lymphocytes de la réponse innée pepsine (intestin) Barrière écologique : • flore bactérienne Symbiose hôte-microbes ~ 1012 cellules Barrières naturelles ~ 3.104 gènes Flore intestinale ~ 1014 germes Notion de danger et reconnaissance Réaction inflammatoire ~ 3.106 gènes ~ 1000 espèces bactériennes Les lymphocytes de la réponse innée Colonisation dès la naissance Évolution parallèle chez les mammifères depuis des millions d’années Page 2 Microbiote = Flore bactérienne Homéostasie intestinale Bactéries Commensales Rôles : Pathogènes Limitation du contact direct entre bactérie et épithélium : • Métabolisme : destinée à augmenter la digestion en Microbiote = flore intestinale Mucus Bactéries commensales (≈ 1014) + IgA sécrétoires (IgAs) dégradant les polysaccharides, à produire + peptides anti-microbiens des vitamines et des acides gras à chaîne légère • Protection contre les bactéries pathogènes - compétition avec les pathogènes (nutriments, captation du fer) Cellules épithéliales - blocage d'accès pour l'épithélium - production de substances antibiotiques (colicine) • Développement du système immunitaire Défensines = peptides antimicrobiens Sites de production des plasmocytes IgA : - Ganglions lymphatiques mésentériques - Plaques de Peyer - Follicules lymphoïdes isolés • peptides de 2-6 kDa, - Lamina propria • produites par neutrophiles, les GALT cellules épithéliales, certains macrophages, les cellules NK, les cellules de Paneth, • microbicide, • recrutement des neutrophiles, m qu , • activité chimiotactique, • stimulation de la phagocytose Structure dimérique des -défensines humaines adapté de Izcue A, et al. Annu. Rev. Immunol 2009. 27:313 Page 3 TRANSCYTOSE via les entérocytes Lumière intestinale dimère IgA + pièce sécrétoire Barrières naturelles Flore intestinale Notion de danger et reconnaissance Réaction inflammatoire récepteur d’Ig d Ig polymériques dimère IgA Les lymphocytes de la réponse innée Plasmocytes Lamina propria Notion de DANGER Notion de DANGER Comment distinguer le soi et le non-soi (les microbes) ? Récepteur Toll chez la drosophile : - intervient dans le développement dorso-ventral, - intervient dans la défense anti-infectieuse. Prix Nobel 2011 : Jules Hoffmann (Strasbourg), Bruce Beutler Microorganismes Récepteurs PAMPs PRR Pathogen-Associated Molecular Patterns Pattern-Recognition Receptor (La Jolla), Ralph Steinman (NY) MAMPs MAMP Microbe-Associated Molecular Patterns 1997 : Charles Janeway et al. découvrent l’équivalent chez l’homme : les Toll-like-receptors (TLR). Page 4 Pathogen‐Associated Molecular Patterns (PAMPs) Pattern Recognition Receptor (PRR) Caractéristiques : PGN (Gram+) Zymosan (levure) LPS "atypique" … • Produits uniquement par les micro‐organismes, • Motifs structuraux très conservés entre micro‐organismes d'une classe donnée, Lipoprotéines Lipoprotéines … … LPS HSP60 … TLR2 TLR4 Flagelline levure bactérie MILIEU EXTRACELLULAIRE (motifs répandus, invariants et communs à de nombreux micro‐organismes) • Rôle essentiel dans la physiologie et la survie des micro‐organismes TLR2 (mutations importantes improbables peu de possibilités d'échappement au système immunitaire) CYTOPLASME TLR6 TLR2 TLR1 TLR5 DC-SIGN NKG2D Dectin-2 TOLL-LIKE RECEPTOR : TLR C-TYPE LECTIN RECEPTOR : CLR TLR3 ARN db TLR7/8 ARN sb NOD-LIKE RECEPTOR : NLR RIG-LIKE RECEPTOR : RLR ADN CpG RIG-1 ARN viral TLR9 ENDOSOME MDA-5 LGP2 NOD1 Peptidoglycane NOD2 NLRP1 NLRP3 Toll Like Receptor (TLR) DAMPs : Danger‐Associated Molecular Patterns dommage / stress/ nécrose tissue Signaux d’alarme Heat shock proteins (HSP) Acide urique ATP extracellulaire High mobility group 1 (HMGB1) High mobility group 1 (HMGB1) IL‐1 F‐actine Dérivé oxygéné ROS Dissolution de la matrice extra‐cellulaire … 13 TLR identifiés chez le mammifère Page 5 T APC DAMPs : Danger‐Associated Molecular Patterns Activation des PRR • Production de cytokines et chimiokines inflammatoires chimiokines inflammatoires (TNF‐, IL‐6, IL‐12, IL‐8, IL‐1) • Réponse anti‐virale : production d'IFN de type I (IFN‐, IFN‐) inflammation MyD88‐/‐ infections bactériennes inflammation Adapté de Kawai & Akira, Nat. Immunol., 2010, 11(5):373 Inflammasome Inflammasome Deganais M et al. 2012. Cell Death Differ Page 6 pro-IL-1 IL-1 IL-1 pro-IL-18 IL-18 IL-18 Activation de la réponse immunitaire adaptative par la réponse immunitaire innée Cytokines (IL-1, IL6, IL12, …) PRR lymphocyte T lymphocyte T naïf CD80/CD86 CD28 T NF-B CMH TCR Phagosome Ex : Burnet 1969 Récepteur phagocytaire Microorganismes pathogènes cellule présentatrice d'antigène Janeway 1989 Matzinger 2002 L’activation des PRR induit : • Maturation des CPA • Augmentation de l'expression des molécules de co‐stimulation (CD80/CD86) Pradeu & Cooper, Frontiers in Immunology, 2012 Expl : immunité des muqueuses Bactéries commensales Pathogènes « Ménage à trois » : Microbiote - hôte - pathogène pathogène Microbiote résident Microbiote Microbiote Microbiote résident Microbiote résident résident résident Microbiote pathogène Microbiote Microbiote résident résident résident DC « tolérogène » IL-10 Signaux de danger TGF TGF- IL 1 IL IL-1, IL-6, 6 IL IL-8, 8 CCL5 T4 DC T4 DC INFLAMMATION PNN DC « immunogène » TOLERANCE Epithélium intestinal à l’homéostasie Epithélium intestinal inflammatoire Th17 « Switch » commensalisme - pathogénicité IMMUNITE Treg Th1 Tr1 Treg Treg Th2 Page 7 Th17 Tr1 Treg Th1 Th2 Réaction inflammatoire Reconnaissance de mico-organismes Barrières naturelles Au m nt ti n d Augmentation de lla perméabilité vasculaire Flore intestinale Notion de danger et reconnaissance Modification des propriétés d’adhérence de l’endothélium Réaction inflammatoire Les lymphocytes de la réponse innée Libération de médiateurs par les cellules phagocytaires. Réparation du tissu lésé et prise en charge de l’Ag par des CPA. Réaction inflammatoire Reconnaissance de mico-organismes Réaction inflammatoire Agent agresseur C3a C5a basophile mastocyte Au m nt ti n d Augmentation de lla perméabilité vasculaire Modification des propriétés d’adhérence de l’endothélium Libération de médiateurs par les cellules phagocytaires. Reconnaissance de mico-organismes Agent agresseur Au m nt ti n d Augmentation de lla perméabilité vasculaire PN histamine histamine Modification des propriétés d’adhérence de l’endothélium Mo TISSU ENDOTHELIUM Libération de médiateurs par les cellules phagocytaires VAISSEAU Plasma PN Mo Coagulation TISSU ENDOTHELIUM VAISSEAU Apport de médiateurs plasmatiques solubles Libération d'amines vasoactives Réparation du tissu lésé et prise en charge de l’Ag par des CPA. Complément Kinines PN Réparation du tissu lésé et prise en charge de l’Ag par des CPA (Rougeur, chaleur) Page 8 (Gonflement) VOIE DES LECTINES VOIE CLASSIQUE VOIE ALTERNE MBL, ficolines complexe immun Ag-Ac membrane microbienne C1r MASP MBL Action du complément C3b C1s C2 C1 Inhibitor C1QBP C1q mannose Complexe d’attaque membranaire (C5b, C6, C7, C8, C9) pathogène bactéries C3a Défense anti-infectieuse C3b C4 Facteur D Facteur H C2 C4a Bb C2b Ba CR1, CR2, MCP CD46, Facteur I C2a C4BP, CD46, Facteur I C4b C3a C3b C3a C3b C3 Bb LYSE DAF C3b C2a -30aine 30 i protéines éi plasmatiques l i Mastocytes Bb C3b C3b ou membranaires, C5a Médiateurs Médi t d de l’inflammation C5 C5a Prostaglandines C5b - la plupart sont des enzymes "cascade d'activation du complément" C5a VAISSEAU SANGUIN Cytokines TISSU C6-C9 à activité protéolytique, elles-même activées par clivage enzymatique. OPSONISATION & PHAGOCYTOSE C3 C4b Système du complément: Neutrophile Macrophage bactérie Facteur B CD59 poly C9 C8 Leucotriènes C6 C7 C5b COMPLEXE D'ATTAQUE MEMBRANAIRE LYSE Histamines DEGRANULATION RECRUTEMENT DES PHAGOCYTES Bhakdi S. et Tranum-Jensen J. PNAS, 1979 Réaction inflammatoire Ligand de sélectine Récepteur de chimiokine Reconnaissance de mico-organismes 2 Intégrine PNN Au m nt ti n d Augmentation de lla perméabilité vasculaire Modification des propriétés d’adhérence de l’endothélium Esélectine ou Psélectine Roulement Activation Adhérence irréversible Protéoglycane et chimiokine Diapédèse ICAM1 Recrutement des phagocytes vers le foyer infectieux V A I S S E A U ENDOTHELIUM IL-1 T I S S U TNF Libération de médiateurs par les cellules phagocytaires Activation de l’endothélium Chimiotactisme vers le site d’infection Réparation du tissu lésé et prise en charge de l’Ag par des CPA Mastocyte (Macrophage) Page 9 bactéries Gradient chimiokines attractives Phagocytose Phagocytose 1. CHIMIOTACTISME 2 catégories de récepteurs phagocytaires : - récepteurs liant des particules opsonisées - destruction des agents pathogènes (i.e. marquées par des molécules solubles qui RFc les enrobent) Récepteur des fragments Fc des Ig - récepteurs liant directement les microbes : • récepteur du mannose, dectine-1, … • récepteurs éboueurs ("scavenger • CD14 … 3. INTERNALISATION Rôle de la phagocytose : polymérisation d’actine d actine - élimination des cellules apoptotiques opsonisation lysosomes - évacuation de particules exogènes RC3b Récepteur du complément receptors") inertes Macrophage Neutrophile DC ffusion du phagosome i d h avec des granules et des lysosomes = phagolysosome Récepteurs phagocytaires 4. DESTRUCTION (enzymes, O2‐, H2O2, dérivés NO) 2. CAPTURE Réaction inflammatoire Réaction inflammatoire Reconnaissance de mico-organismes Reconnaissance de mico-organismes Augmentation Au m nt ti n d de lla perméabilité vasculaire Augmentation Au m nt ti n d de lla perméabilité vasculaire DC Mo Enzymes lysosomiales Radicaux libres oxygénés PN Modification des propriétés d’adhérence de l’endothélium PN PN PN Mo Mo Modification des propriétés d’adhérence de l’endothélium Ac.arachidonique Libération de médiateurs par les cellules phagocytaires PG LT TISSU Libération de médiateurs par les cellules phagocytaires IL 6 IL-6 PAF ENDOTHELIUM IL-8 VAISSEAU Macrophage TISSU ENDOTHELIUM Réparation du tissu lésé et prise en charge de l’Ag par des CPA Page 10 CSF T VAISSEAU Inflammation chronique Réparation du tissu lésé et prise en charge de l’Ag par des CPA Mo Moelle osseuse Cytokines : régulation de l'inflammation Cytokines : régulation de l'inflammation TNF IL-1 IL-1-R IL-1 IL-1ra activité chimiotactique macrophage TNF- TNF-R temps Recrutement de R leucocytes IFN Rôle de l’IL-6 Barrières naturelles immunité acquise Lymphocytes T et B Polynucléaires y persistance prolifération cellulaire fibrose IL-1ra, TNF-Rs, IL-4, IL-6, IL-10, IFN immunité mm innée Monocytes TGF Inflammation aigue : Inflammation chronique : sTNF-R Bloque les cytokines pro-inflammatoires Supprime CXCL1 et CXCL8 Induit CXCL5 et CXCL6 Induit les antagonistes d’IL-1 et TNF Induit l’apoptose des polynucléaires PDGF EGF FGF IGF-1 IGF-2 NGF IL-8 PF4 NAE2 MIP-1 MIP 1 MCAF Flore intestinale Influence la polarisation des T Empêche l’apoptose des T Contrôle la régulation T Favorise la migration Contrôle la différenciation d sm des monocytes t s Contrôle la maturation des cellules dendritiques Contrôle l’expression des récepteurs de chimiokines sur les T Notion de danger et reconnaissance Réaction inflammatoire Les lymphocytes de la réponse innée Page 11 Morphologie et phénotype Famille des grands lymphocytes granuleux (LGL) Absence d’expression de récepteur pour l’antigène Cellules NK Récepteurs Inhibiteurs NK Récepteurs Activateurs CD16 (natural killer) Récepteur de basse affinité pour le fragment Fc des IgG cellules « tueuses naturelles » CD56 (NCAM) capacité à lyser spontanément, sans activation et amplification 2 populations distinctes préalable des cellules tumorales ou infectées tout en préalable, épargnant les cellules saines. CD56+ CD16+ CD56+++ CD16- ~ 90% des cellules NK circulantes Organes lymphoïdes secondaires activité cytotoxique Récepteurs activateurs / inhibiteurs sécrétion de cytokines/chimiokines Récepteurs activateur / inhibiteur 2 grandes familles des Récepteurs : Récepteur Inhibiteur Membre de la superfamille des Ig : KIR (Killer cell Immunoglobuline-like Receptor) ligands = molécules du CMH classe I Famille des lectines de type C (CD94/NKG2) signal OFF NK Récepteur activateur Récepteur Activateur Récepteur inhibiteur Expl : récepteurs KIR nombreux ligands (protéines de stress, marqueurs d’infections,…) DAP12 P signal ON P Récepteurs Inhibiteurs Récepteurs Activateurs activation en cascade de phosphorylases / kinases - + CYTOTOXICITE ITAM : Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif ITIM : Immunoreceptor Tyrosine-based Inhibition Motif Page 12 ITAM ITIM P P activation de phosphatases Modes d’action 1. Cytotoxicité naturelle Immunosurveillance Perforine Cellule normale Exocytose perforine/granzyme Granzymes Récepteur inhibiteur NK "Soi manquant" Cellule tumorale ou infectée cellules infectées ou tumorales Récepteur activateur CYTOTOXICITE FasL "Soi modifié" nécrose Fas (CD95) NK Cellule tumorale ou infectée Récepteurs de mort cellules infectées ou tumorales NK apoptose p p Alloréactivité TRAIL Cellule étrangère molécules CMH classe I incompatibles TRAILR TNF- Sécrétion de TNF- NK TNF-R Modes d’action Récepteur inhibiteur HLA Classe I Récepteur activateur Ligand activateur Modes d’action 2. Cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps (ADCC) cellules infectées ou tumorales apoptose 3. Production de cytokines IL-12 TNF- Mφ TNF perforine IFN- NK macrophage h TNF- IL-10 Chimiokines pathogènes NK CD16 Fc-récepteur Cellule cible Anticorps IgG IL-15 IFN- Cellule stromale Régulation de la réponse inflammatoire : recrutement et activation de macrophages et cellules dendritiques Antigène Contrôle de la réplication virale par la production d’IFN- Orientation de la réponse adaptative (humorale / cellulaire / régulatrice) Page 13 Lymphocytes NKT Lymphocytes T Distribution Distribution • Sang : 1 à 5% des lymphocytes circulants (DN CD4- CD8-) • Sang : 0,001 % à 3 % des lymphocytes circulants • Epithéliums (intestin, peau) : 50% des cellules T (CD8 dans l'intestin) • organes lymphoïdes (rate thymus, OL2aire) : 2,5% des LT • foie : 30% des LT Fonction Expriment des marqueurs de cellules NK (CD56 et CD16) et de • Production de cytokines/chimiokines cellules T (TCR et CD3). • Cytotoxicité TCR très conservé (semi-invariant): chaîne du TCR : V14-J18 Le répertoire de TCR est très limité associé préférentiellement à la CD16 Pas de restriction aux molécules de CMH classiques chaîne du TCR : V11 TCR V14-J18 Reconnaissent des épitopes conservés au sein de pathogènes CD56 Natural Killer T lymphocyte semi-invariant (iNKT) Lymphocytes B1 IgM B1 CD161 IFN- APC TCR V14-J18 CD1d Ac naturels et IgA IL-4 Présence d’Ac "naturels" préexistants à une infection, sécrétés par les cellules B1 IL-17 protection précoce, rapide contre les infections virales et bactériennes Cellules B1 Développement durant la vie fœtale et post‐natale, puis maintient par auto‐renouvellement. Reconnaissance d’Ag (glyco)lipides endogènes ou exogènes (paroi de localisation : cavités péritonéale et pleurale, lamina propria de l’intestin b té i bactéries G Gramm n n’exprimant xp im nt pas p de d LPS) p présentés é nté par p la l molécule m lé l Production d’Ac indépendante des LT, sans stimulation antigénique : CD1d exprimée par les CPA telles que les DC et MΦ. • IgM "naturels" et IgA • diversité très limitée (utilisation exclusive des segments VH les plus proches de D, absence de diversité jonctionnelle) Production massive de cytokines • Page 14 absence d’HMS Lymphocytes B MZ 3 sous‐populations de lymphocytes B IgM IgM IgG IgA MZ Ac naturels et IgA B1 innate-like "innate-like" Production rapide d’Ac (~3 jours) contre les agents infectieux (polysaccharides des MZ IgM IgG IgA bactéries encapsulées) présents dans le sang apoptose Cellules MZ Centre germinatif Nombre peu élevé chez le nouveau‐né, effectif significatif ~ 1‐2 ans Prolifération et mutations Localisation : zone marginale (MZ) de la rate Cellule mémoire B2 Phénotype de cellules activées adaptatif Cellule folliculaire IgG IgA IgE Production d’Ac indépendante des LT après stimulation antigénique : IgM • IgM, IgG, IgA Sélection et commutation isotypique • diversité moyenne • absence d’HMS ??? Adapté de Shapiro‐Shelef & Calame, Nat Rev Immunol. 2005; 5:230‐242. Page 15 Semaine 1 Semaine 2 Survie dans MO Semaine 3
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