Les lymphocytes T . B et Les cellules NK

Les lymphocytes T (LT) ou cellule T, dont la lettre « T » provient du « Thymus » (organe humain dans lequel les LT arrivent à maturité), sont responsables de la réponse immunitaire cellulaire spécifique, qui vise à détruire les cellules pathogènes, que ça soit des bactéries ou des cellules cancéreuses.
I) Caractéristique structural des lymphocytes T


La structure globale des lymphocytes T est identiques, ils se distinguent par leurs TCR toujours accompagné du cluster de différenciation CD3, ainsi que du CD4 ou du CD8 suivant le lymphocyte considéré.
En plus du TCR et du CD3, les lymphocytes T expriment un certain nombre de protéines membranaires : des immunoglobulines, des intégrines, des sélectines L, des récepteurs de cytokines, ainsi qu’un certain nombre de cluster de différentiation (CD2, CD28 et CD45).
1) Le TCR


Les TCR sont des récepteurs membranaires caractéristiques des lymphocytes T, on ne les trouve donc nulle part ailleurs. Ils procurent aux LT la propriété de reconnaitre des fragments peptidiques antigéniques associés aux molécules du CMH et ceci de manière spécifique.
a) Structure des TCR


Les TCR sont des hétéro-dimères extrêmement polymorphique au sein de l’individu. Ils sont de deux types suivant les chaînes composant l’hétéro-dimère (cf. suite du cours) et sont caractérisés par différentes régions présentes au niveau des deux chaînes associées l’une à l’autre par un pont disulfure :

• Une région V (pour variable) qui va permettre la reconnaissance de l’antigène et qui va être à l’origine du polymorphisme des TCR. Elle-même possède des régions hypervariables CDR (pour « Complementary Determining Region ») qui sont les zones de contact avec l’antigène.
  
• Une région C (pour constante).
  
• Une région transmembranaire.
  
• Une région intra-cytoplasmique qui est très courte.
  

b) Les différents types de TCR


Les TCR sont présent sous deux formes qui se distinguent par leur précocité d’expression. En effet les lymphocytes portant le TCR-1 sortent avant ceux qui portent le TCR-2 (les plus courants).

• Les TCR-1 sont donc ceux exprimés en premiers, et sont constitués des chaînes γ et δ. Ils sont associés au cluster de différenciation CD3 mais ne sont en générale pas associés aux clusters CD4 et CD8. Ce type de TCR ne présente qu’un très faible polymorphisme. Les lymphocytes présentant le TCR-1 sont à cheval entre l’immunité innée et l’immunité spécifique ; ils reconnaissent les antigènes présentés par les molécules CD1 qui sont structurellement proches des molécules du CMH-I (cf. chapitre Complexe majeur d’histocompatibilité).
  
• Les TCR-2 sont ceux exprimés en deuxièmes, et sont constitués des chaînes α et β. Ils sont associés aux clusters de différenciation CD3 et un des deux clusters de différenciation CD4 et CD8 qui caractérisent le type de lymphocyte (LT-CD4 ou LT-CD8).
  

c) Caractéristiques des gènes codant le TCR




Comme dit précédemment, les TCR ont pour rôle de reconnaître les fragments peptidiques antigéniques présentés par le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) et ceci de manière spécifique. Les fragments peptidiques étant très variés, l’organisme humain à du développer des alternatives et ceci par la mise en place de TCR très variés ; on parle de répertoire de TCR. Il est important de préciser qu’un lymphocyte ne possède qu’un seul type de TCR exprimé en plusieurs exemplaires.
Chaque chaîne α, β, γ, δ, vont être codées par plusieurs gènes qui ne vont être fonctionnels que dans la lignée T.

• Les chaînes α et γ sont codées chacune par 3 gènes : un gène V (pour variable), un gène J (pour jonction) et un gène C (pour constante).
  
• Les chaînes β et δ vont être codées par 4 gènes, les même que précédemment plus un gène D (pour diversité).
  

Pour chacune de ces chaînes il existe plusieurs gènes V, plusieurs gènes J, plusieurs gènes D et plusieurs gènes C. Au niveau des précurseurs de la lignée T (cellules qui arrivent au thymus), ces gènes sont en configuration germinale, autrement dit ces gènes sont non fonctionnels étant éloignés les uns des autres sur les chromosomes.
d) Expression du TCR et recombinaisons VDJ


La variété de TCR étant tellement importante, il n’est pas possible qu’un seul d’entre eux soit à chaque fois codé par un seul gène. Ceci a été résolu par la mise en place de réarrangement somatique au sein des gènes codant pour les chaînes du TCR permettant ce polymorphisme.
Comme on le sait déjà, la maturation des lymphocytes T se fera au niveau du thymus ; celle-ci consistera entre autre en l’expression d’un TCR fonctionnel et ceci par des réarrangements somatique dit réarrangement VDJ. Ces réarrangements se font dans des ordres bien définit suivant les chaînes considérées.

• Pour les chaînes α et γ il y aura juxtaposition d’un gène V avec un gène J.
  
• Pour les chaines β et δ il y aura juxtaposition d’un gène D avec un gène J, puis d’un gène V avec la juxtaposition DJ précédente.
  

A chacune des juxtapositions réalisées, un gène C se rajoutera afin de compléter le gène. Ainsi dans chaque cellule il va y avoir des rapprochements de gènes afin d’obtenir un vrai gène fonctionnel qui pourra être traduit. Le choix du gène V, du gène J, du gène D et du gène C se fera au hasard expliquant le polymorphisme des TCR. Le mécanisme du réarrangement VDJ sera expliqué dans le chapitre « Les lymphocytes B ».
2) Les clusters de différenciation : CD3, CD4 et CD8


Les clusters de différenciation sont des molécules associées au TCR et ayant des fonctions complètement différentes les uns des autres. Les LT présentent le TCR associé avec le complexe CD3, plus un des deux clusters de différentiation CD4 ou CD8.
a) Le CD3


On a vu précédemment que les chaînes α et β du TCR possèdent une région intra-cytoplasmique très courte ; ceci ne permet donc pas de transmettre le signal secondaire au sein de la cellule. La transmission du signal est donc réalisée par d’autres chaînes possédant des segments intra-cytoplasmiques plus longs, qui font parties du complexe protéique CD3 toujours associé au TCR. Le CD3 est indispensable à l’expression du TCR.
Le complexe CD3 n’es pas polymorphique au sein de l’espèce humaine. Les chaînes du complexe ne possèdent pas de sites de liaisons à un ligand mais jouent simplement comme rôle de transmettre le signal d’activation du TCR lorsque celui-ci rentre en contact avec les peptides antigéniques présentées sur le CMH.
Les chaînes du complexe CD3 sont au nombre de 6 :

• La chaîne γ, la chaîne δ et les deux chaînes ε possèdent chacune un domaine immunoglobuline-like et une région intra-cytoplasmique longue présentant des motifs ITAM (cf. suite du cours). Chacune des chaînes ε s’associent en hétéro-dimères avec les chaînes γ et δ.
  
• Les deux chaînes ζ (zêta) ont une très grande partie intra-cytoplasmique, possèdent chacune deux motifs ITAM et forment entre elles un homo-dimère.
  

Les motifs ITAM sont des motifs d’activation présentant des tyrosines. Ces tyrosines vont pouvoir être phosphorylées par des kinases lors de la transmission du signal, afin d’activer le LT.
b) Le CD4


Le CD4 est une protéine monomérique membranaire présentant 4 domaines immunoglobuline-like et associé au TCR.
Le CD4 est exprimé par certains lymphocytes T (LT-CD4), leur permettant de reconnaître les molécules du CMH-II présentent à la surface des cellules présentatrices d’antigène, au niveau de la région immunoglobuline-like formée par les domaines β2-microglobuline et α3 (cf. chapitre Complexe majeur d’histocompatibilité). Il joue donc un rôle dans le renfort de l’interaction entre le LT et la cellule présentatrice d’antigène, ainsi que dans la transmission du signal aux LT.
Attention le CD4, contrairement aux TCR, n’est pas exprimé exclusivement au niveau des lymphocytes mais également au niveau des monocytes, macrophages, cellules microgliales et cellules dendritiques.
c) Le CD8


Le CD8 est une protéine hétéro-dimérique membranaire associé au TCR et dont chacune des chaînes α et β présentent un domaine immunoglobuline-like. Les deux chaînes sont associées l’une à l’autre par un pont disulfure.
Le CD8 est exprimé par certains lymphocytes (LT-CD8), leur permettant de reconnaître les molécules du CMH-I présentent à la surface de cellules cibles, au niveau de la région immunoglobuline-like formée par les domaines α2 et β2 (cf. chapitre Complexe majeur d’histocompatibilité). Il joue ainsi un rôle dans le renfort de l’interaction entre le LT et la cellule cible, ainsi que dans la transmission du signal aux LT.


II) Les différents types de lymphocytes T


On distingue plusieurs types de lymphocytes T qui se distinguent par des marqueurs de surfaces :

• Les LT-CD8 qui ont comme destinée leur évolution en LT cytotoxique et se caractérisent par le cluster de différentiation CD8, ainsi que par le TCR-2.
  
• Les LT-CD4 qui donneront des LT helper (ou auxiliaires) qui ont un rôle de régulation de la réponse immunitaire adaptative par activation d’autres cellules immunitaires. Ils agissent par interactions cellule-cellules ainsi que par des cytokines. Ils se caractérisent par le cluster de différentiation CD4 et par le TCR-2.
  
• Les LT-γδ sont des lymphocytes T particuliers caractérisés par l’expression d’un TCR-1 associé à un CD3 mais ne présentant ni CD4, ni CD8. Ils sont beaucoup plus rares que les LT présentant un TCR-2.
  

Les LT-CD8 et LT-CD4 peuvent après rencontre avec l’Ag,, en plus de leur destiné à action immédiate (respectivement LT cytotoxique et LT helper), se transformer en cellules dites « mémoires ». Ces cellules vivent très longtemps et permettent une réponse beaucoup plus rapide et beaucoup plus forte à l’Ag.
III) Ontogénie des lymphocytes T


L’ontogénie des lymphocytes T correspond d’une part au développement de ceux-ci, à leur maturation et enfin à l’acquisition de la tolérance au soi. Globalement on peut considérer que la maturation des lymphocytes correspond à l’acquisition de leur TCR associé au CD3, plus au CD4 ou au CD8, et que l’acquisition de la tolérance au soi correspond aux phénomènes de sélections qui sont mis en place pour ne pas que la réaction immunitaire de s’attaque au soi.
1) De la moelle osseuse au thymus


Les progéniteurs, ou pro-thymocytes proviennent de la moelle osseuse (cf. cours d’hématologie) et vont gagner le thymus par la circulation sanguine. Ils se logeront dans la trame épithéliale après avoir traversé l’endothélium par diapédèse. A ce stade, ils peuvent encore donner des LT, des LB ou des cellules NK. Au thymus ils vont alors recevoir un signal qui va les orienter vers la lignée T, on parlera alors de thymocytes. Ce signal leurs est donné par le récepteur Notch.
Dans le thymus on observera également une forte prolifération de ces thymocytes, mais la grande majorité d’entre eux mourra suite aux sélections mises en place, qui permettront l’acquisition de la tolérance au soi indispensable à une réaction immunitaire dirigée vers les éléments pathogènes exogènes, autrement dit les éléments du non-soi.
La différenciation se fera en plusieurs étapes et prendra en compte le réarrangement des gènes codant le TCR afin de permettre son expression.
2) Maturation des thymocytes et acquisition de la tolérance au soi


Les progéniteurs rentrant dans le thymus sont au premier stade, appelé « stade double négatif » qui est caractérisé par une absence de CD4, de CD8, de CD3 et de TCR. Ces cellules constituent environ 5% de la population totale du thymus.
a) Choix du lignage


Le choix du lignage correspond à un réarrangement de gène qui déterminera la lignée que prendra la cellule considérée, autrement dit soit en LT-αβ, soit en LT-γδ soit en cellule NKT. De cette manière, sur la population de thymocytes au stade double négatif :

• 20% va réarranger les gènes γ et δ pour donner des LT-γδ qui exprimeront un TCR-1 associé au CD3, mais sans CD4, ni CD8.
  
• 20% va réarranger les gènes α et β pour donner des cellules NKT qui exprimeront un TCR-2 associé au CD3 mais sans CD4, ni CD8.
  
• 60% va réarranger les gènes α et β pour donner LT-αβ qui exprimeront un TCR-2 associé au CD3, plus aux deux clusters de différenciation CD4 et CD8. On dira alors que ces thymocytes sont au stade « double positif » et ce sont les seuls qui poursuivront la différenciation.
  

De cette manière 60% des thymocytes au stade double négatif vont commencer à se multiplier, et à réarranger la chaîne β du TCR. Cette chaîne β va être exprimée en surface, associé à un bout de chaîne α constante ; on est alors face à un TCR incomplet. Si ce réarrangement est productif, la cellule reçoit un signal de survie, grâce à l’expression du CD3. Ces cellules se multiplient alors fortement. Elles vont passer à un « stade double positif » au cours duquel elles réarrangent la chaîne α, qui va s’associer à la chaîne β ; on est face à un TCR α-β complet associé au CD3, au CD4 et au CD8.
Les TCR qui sont alors formés ont la capacité de reconnaître n’importe quel peptide qu’il soit du soi ou du non-soi, et présentés par n’importe quelle molécule du CMH qu’elle soit du soi ou du non-soi. Il est donc indispensable de mettre en place des phénomènes de « sélections » qui sélectionneront les thymocytes qui reconnaîtront les peptides du non-soi présentés par les molécules du CMH du soi.
b) Sélection positive au niveau du cortex


Pour acquérir la tolérance au soi, le thymus met tout d’abord en place une sélection vis-à-vis du CMH dite « sélection positive », qui se réalise au niveau du cortex. En effet le thymus possède des cellules épithéliales qui présentent les molécules du CMH du soi. De cette manière, les interactions entre les molécules du CMH des cellules épithéliales et le TCR des thymocytes au stade double positif seront responsables de cette sélection positive ; on est face à trois possibilités :

• Soit le thymocyte est capable de reconnaître la molécule du CMH avec une faible affinité, il sera alors considéré comme acceptable et sera sélectionné positivement en recevant un signal de survie.
  
• Soit le thymocyte est capable de reconnaître la molécule du CMH avec une forte affinité, il sera alors considéré comme délétère pour le soi, ne recevant pas le signal de survie et il mourra donc.
  
• Soit le thymocyte ne reconnait aucunes molécules du CMH, il ne pourra donc pas recevoir de signal de survie et mourra de ce fait.
  

c) Choix du cluster de différenciation


Les thymocytes au stade double positif ayant été sélectionnés positivement au niveau du cortex devront ensuite se délester d’un cluster de différenciation afin de n’en exprimer plus qu’un seul et ainsi passer au stade « simple positif ». Le choix de cluster dépendra de la molécule de CMH que le TCR reconnaîtra :

• Si le TCR se lie à une molécule de classe 1 du CMH, il diminuera l’expression du CD4 et augmentera l’expression du CD8.
  
• Si par contre il interagit avec une molécule de classe 2 du CMH, il diminuera l’expression du CD8 et augmentera l’expression du CD4.
  

d) Sélection négative au niveau de la médulla


Les thymocytes simples positifs reconnaissent alors encore les molécules du soi comme les molécules du non-soi. Ils vont donc ensuite migrer vers la médulla au niveau de laquelle ils continueront leurs maturations et subiront la sélection vis-à-vis du peptide dite « sélection négative ». Cette dernière utilisera la caractéristique des cellules dendritiques à exprimer un facteur de transcription appelé AIRE (pour Auto-Immune-Regulator-Element) qui lui-même permet l’expression de peptides du soi de tissus n’ayant aucun rapport avec le thymus, eux-mêmes présentés par des molécules du CMH du soi ; ces cellules sont dites auto-réactives.
Ici ce sera donc les interactions entre les peptides du soi présentés par les molécules du CMH du soi exprimés à la surface des cellules dendritiques et le TCR des thymocytes au stade simple positif qui seront responsables de cette sélection négative ; on est à nouveau face à trois possibilités :

• Soit le thymocyte est capable de reconnaître le peptide présenté par les molécules du CMH avec une forte affinité, il sera alors considéré comme délétère pour le soi et sera sélectionné négativement en recevant un signal de mort.
  
• Soit le thymocyte est capable de reconnaître le peptide présenté par les molécules du CMH avec une faible affinité, il sera alors considéré comme acceptable et ne recevra pas de signal de mort.
  
• Soit le thymocyte n’interagit pas, il recevra alors un signal de mort.
  

Il est important de préciser que malgré la sélection positive et la sélection négative il reste toujours encore certains LT auto-réactifs qui sont dus au fait que le facteur de transcription AIRE ne permet pas l’expression de TOUS les peptides du soi, mais ceux-ci sont maintenus silencieux par des mécanismes de tolérance périphérique.



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Les lymphocytes B

• I) Les immunoglobulines de l’immunité : BCR et anticorps
  
  
  
  • 1) Caractéristiques structurales des immunoglobulines
    
    
    
    • a) Constitution des chaînes lourdes et des chaînes légères
      
    • b) Digestion enzymatique des immunoglobulines
      
    
    
  • 2) Les différents isotypes des immunoglobulines
    
  • 3) Caractéristiques des BCR
    
    
    
    • a) Caractéristiques générales
      
    • b) Le dimère Igα-Igβ
      
    
    
  • 4) Caractéristiques des anticorps
    
  • 5) La recombinaison VDJ : expression du BCR et des anticorps
    
    
    
    • a) Caractéristiques des gènes codant le BCR et les anticorps
      
    • b) Mécanisme général de la recombinaison VDJ
      
    • c) Les différentes étapes de la recombinaison VDJ
      
    
    
  
  
  
  
• II) Ontogénie des lymphocytes B
  
  
  
  • 1) Développement lymphocytes B
    
  • 2) Maturation des cellules pro-B et acquisition de la tolérance au soi
    
  • 3) L’exclusion allélique
    
  
  
• III) Conséquence de l’activation du BCR
  
  
  
  • 1) Hypermutation somatique
    
  • 2) Commutation de classe
    
    
    
    • a) Les lymphocytes B matures naïfs
      
    • b) Principe de la commutation de classe
      
    
    
  
  
  
  
• IV) Diversité des immunoglobulines
  

Les lymphocytes B (LB) ou cellule B, dont la lettre « B » provient de la « Bourse de Fabrice » (organe d’oiseaux dans lequel les LB arrivent à maturité), arrivent à maturité, chez l’Homme, dans la moelle osseuse. Ils sont responsables de la réponse immunitaire humorale spécifique grâce aux anticorps qu’ils produisent et qui serviront à la reconnaissance spécifique et à la destruction de l’agent pathogène.
Les lymphocytes B jouent également le rôle de cellules présentatrices d’antigènes.
I) Les immunoglobulines de l’immunité : BCR et anticorps


Les immunoglobulines sont des protéines présentent sous forme membranaire (BCR) et sous forme soluble (anticorps).
1) Caractéristiques structurales des immunoglobulines


Les BCR et les anticorps sont des hétéro-tétramères extrêmement polymorphique au sein de l’individu, qui sont constitués de deux chaînes lourdes H (pour Heavy) et deux chaînes légères L (pour Light) liées entre elles de manière covalente par des ponts disulfures. Les deux chaînes H et les deux chaînes L sont respectivement identiques entre elles. Chacune de ces quatre chaînes sera caractérisée par une région variable V (extrémité N-terminale) qui est le site de liaison à l’antigène, et par une région constante C (extrémité C-terminale).


a) Constitution des chaînes lourdes et des chaînes légères


Les chaînes légères sont constituées de deux régions :

• Une région variable VL (pour « Variable domain from Light chain »), elle-même constituée par 3 régions hypervariables HV1, HV2, HV3.
  
• Une région constante CL (pour « Constant domain from Light chain ») d’un domaine immunoglobuline.
  

Il existe 2 types de chaînes L : κ et λ qui diffèrent par leur région constante.
Les chaînes lourdes sont constituées de deux régions :

• Une région variable VH (pour « Variable domain from Heavy chain »), elle-même constituée par 3 régions hypervariables HV1, HV2, HV3.
  
• Une région constante CH (pour « Constant domain from Heavy chain ») d’un certain nombre de domaines immunoglobulines suivant l’isotype considéré : 3 pour les immunoglobulines IgG, IgA et IgD et 4 pours les immunoglobulines IgM et IgE.
  

Les BCR et les anticorps ont une forme de « Y », et possèdent ainsi deux sites de liaison à l’antigène. Ces sites de liaison à l’antigène sont constitués par l’association des 3 régions hypervariables de la chaîne H (HV1, HV2 et HV3) aux 3 régions hypervariables de la chaîne L (HV1, HV2 et HV3). Les régions hypervariables prennent également l’appellation de CDR (pour « Complementary Determining Region ») et sont séparées par des régions dites « framework » qui permettent un maintient en place de la structure.
b) Digestion enzymatique des immunoglobulines


Les BCR et les anticorps peuvent également être caractérisés par des fragments fonctionnels qui sont déterminés suite à une digestion enzymatique par la papaïne ou la pepsine.

• La papaïne entraîne la formation de 2 fragments Fab qui contiennent chacun un site de liaison à l’antigène, et d’un fragment Fc (pour Fragment cristallisable) qui correspond à la partie constante du de ces immunoglobulines.
  
• La pepsine entraîne la formation d’un fragment F(ab)’₂ qui correspond globalement au deux fragments Fab, et d’un fragment pFc’ de taille plus réduite que le Fc. On note que contrairement à la papaïne, la pepsine possède plusieurs sites de coupure au niveau de ces immunoglobulines.
  

2) Les différents isotypes des immunoglobulines


Les isotypes correspondent aux différents types d’immunoglobulines qui se distinguent les unes des autres par des changements de structure de la région constante de leurs chaînes (cf. suite du cours), mais sans toucher leur site de liaison à l’agent pathogène et donc à leur action d’anticorps. Ainsi les différentes classes d’immunoglobuline peuvent lier un même antigène au niveau d’un même épitopes (= site de liaisons à l’anticorps). Ces isotypes sont spécifique de l’espèce, autrement dit, ils sont identiques chez chacun d’entre nous. On distingue ainsi 3 niveau d’isotypie :

• La classe des immunoglobulines déterminée par des variations de structure de la région constante de leur chaîne lourde :
  
  
  
  • Les IgM sont les premières immunoglobulines présentes à la surface des lymphocytes B lors de l’expression du BCR et sont les premiers anticorps circulants exprimés par les plasmocytes suite à une primo-infection par un agent pathogène. La concentration sanguine des IgM diminue très rapidement pour être remplacée par d’autres isotypes. La structure pentamérique des IgM solubles (cf. suite du cours) leurs procure un rôle efficace dans l’agglutination des antigènes, ainsi que dans l’activation du complément ; elles ne peuvent par contre pas traversés le placenta.
    
  • Les IgD sont co-exprimées avec les IgM à la surface des lymphocytes B. Elles n’ont pas de rôle dans l’activation du complément et ne peuvent pas traverser le placenta, mais joueraient un rôle indispensable dans la différenciation des lymphocytes B en plasmocytes et cellules mémoires.
    
  • Les IgG sont les plus abondants des anticorps circulant et jouent ainsi un rôle important dans la détection d’infection. Elles ont la caractéristique d’activer le complément ainsi que de passer aisément à travers les parois des vaisseaux sanguins et du placenta, procurant ainsi une défense immunitaire au fœtus.
    
  • Les IgA jouent un rôle particulier au niveau des muqueuses (digestives, respiratoires, génito-urinaire,…), empêchant ainsi la fixation des agents pathogènes aux surfaces des cellules épithéliales. Elles sont sécrétées sous forme de dimère.
    
  • Les IgE jouent un rôle important dans les mécanismes allergiques, et ceci par la présence de récepteurs aux domaines constant des IgE à la surfaces des mastocytes et des polynucléaires basophiles.
    
  
  
• La sous-classe des immunoglobulines également déterminée par des variations de structure de la région constante de leur chaîne lourde : une sous-classe d’IgM, d’IgD et d’IgE, mais deux sous-classes d’IgA (IgA1 et IgA2) et quatre sous-classes d’IgG (IgG1, IgG2, IgG3 et IgG4).
  
• Le type de chaîne légère déterminée par des variations de structure de la région constante : κ (kappa) et λ (lambda).
  

3) Caractéristiques des BCR


a) Caractéristiques générales


Les BCR sont des récepteurs membranaires caractéristiques des lymphocytes B, qui leurs procurent la propriété de reconnaitre directement des peptidiques antigéniques présent à la surface de l’agent pathogène et ceci de manière spécifique. A la surface du lymphocyte B, les BCR sont toujours accompagnés d’un dimère Igα-Igβ.
Il est important de préciser que chaque LB n’exprime qu’un seul type de BCR en plusieurs exemplaires, et qu’il l’acquiert lors de son développement dans la moelle osseuse.
Les gènes codant pour les BCR contiennent des exons qui codent pour la partie transmembranaire de l’immunoglobuline, on observera donc un épissage qui sélectionnera cette partie transmembranaire, afin qu’ils puissent être exprimés en surface des cellules B.
On précise ici que quand les différentes classes d’immunoglobulines sont sous formes membranaires, elles existent toutes sous formes monomériques.


b) Le dimère Igα-Igβ


Tout comme le TCR, le BCR ne peut à lui seul transmettre le signal, et ceci dû à la petite taille de la région intra-cytoplasmique. De cette manière il est toujours associé au dimère Igα-Igβ, dont chacun des monomères possède :

• Une partie extracellulaire avec deux domaines immunoglobuline-like relié par un pont disulfure,
  
• Une partie transmembranaire,
  
• Une partie intra-cytoplasmique qui n’a pas la même longueur suivant si l’on regarde la chaîne d’Igα ou d’Igβ, et qui permettra la transmission du signal en cas d’activation du BCR, grâce à des motifs ITAM.
  

Le dimère Igα-Igβ permet également l’expression du BCR, en effet la cellule stop le développement si le dimère n’est pas présent sur la cellule. Mais il n’intervient en rien dans la reconnaissance de l’antigène. En effet de la même manière que pour le TCR et le CD3, le site de reconnaissance est présent sur le BCR, et lui-même activera le dimère par des kinases au niveau de ses motifs ITAM.
4) Caractéristiques des anticorps


Les anticorps sont des immunoglobulines sécrétés par les plasmocytes (cellules B différenciées), qui jouent le rôle de médiateur de l’immunité humorale. Ils ont la propriété de se lier spécifiquement à l’antigène entraînant ainsi trois effets complémentaires : la neutralisation, l’opsonisation et l’activation du complément.
Les gènes codant les anticorps contiennent des exons qui codent pour une pièce sécrétoire, qui sera sélectionnée lors de l’épissage.
Contrairement aux BCR, certaines immunoglobulines sous formes sécrétées existent sous forme polymérique et plus monomérique ; c’est le cas des IgM présentent sous forme pentamérique et des IgA présentent sous forme dimérique. Cette polymérisation est permise par la présence de cystéines dans la partie C-terminale qui polymérisent en présence de la chaîne J (pour jonction). Cette chaîne J est liée de manière covalente par un pont disulfure, respectivement aux deux IgA ou aux cinq IgM.
Il est important de préciser qu’un anticorps est toujours monoclonal, c’est-à-dire qu’il est dirigé vers un seul épitope de l’antigène. Le sérum quant à lui est constitué de tous les anticorps induit par l’inoculation de l’antigène, autrement dit dirigés vers un grand nombre d’épitope de l’antigène ; on parle ainsi de sérum polyclonal.
5) La recombinaison VDJ : expression du BCR et des anticorps


a) Caractéristiques des gènes codant le BCR et les anticorps


Les chaînes lourdes et légères des immunoglobulines de l’immunité (BCR et anticorps) vont être codées par plusieurs gènes qui ne vont être fonctionnels que dans la lignée B.

• Les chaînes légères sont codées chacune par 3 gènes : un gène V (pour variable), un gène J (pour jonction) et un gène C (pour constante).
  
• Les chaînes lourdes vont être codées par 4 gènes, les même que précédemment plus un gène D (pour diversité).
  

Pour chacune de ces chaînes il existe plusieurs gènes V, plusieurs gènes J, plusieurs gènes D et plusieurs gènes C. Au niveau des précurseurs de la lignée B, ces gènes sont en configuration germinale, autrement dit ces gènes sont non fonctionnels étant éloignés les uns des autres sur les chromosomes.
b) Mécanisme général de la recombinaison VDJ


Comme pour le TCR, l’organisme a du mettre en place un certain nombre de mécanismes permettant d’assurer la diversité des immunoglobulines indispensable à la reconnaissance spécifique de la grande variété des peptides antigéniques. On rappelle ici qu’un lymphocyte B n’exprime qu’un seul type de BCR (ou d’anticorps pour les plasmocytes).
La recombinaison VDJ est une de des alternatives permettant l’indispensable diversité des immunoglobulines. Elle correspond à un mécanisme de réarrangements somatiques au sein des gènes codant pour les chaînes lourdes et légères, permettant ainsi ce polymorphisme. On observe la formation de locus de gènes arrangés. Ces réarrangements se faisant au hasard, ils augmentent la diversité des immunoglobulines ; on parle de diversité combinatoire.
Cette recombinaison est dirigée par des séquences RSS (pour Séquences Signales de Recombinaison) qui bordent chaque gène V, D ou J. Ces séquences sont composées par des heptamères (7 bases d’ADN) qui sont contigus aux différents gènes V, D ou J. La séquence heptamère est suivit d’un domaine espaceur de 12 ou 23 bases d’ADN. Il y a ensuite une séquence nonamère.
On observera tout d’abord une recombinaison VDJ au niveau des gènes codant la chaîne lourde : juxtaposition d’un gène D avec un gène J, puis d’un gène V avec la juxtaposition DJ précédente. Par la suite on aura une recombinaison VJ au niveau des gènes codant la chaîne légère : juxtaposition d’un gène V avec un gène J. Ces réarrangements seront ou ne seront pas productifs, et seuls les réarrangements productifs entraineront la formation des chaînes.
La recombinaison VDJ doit néanmoins respecter certaines règles :

• L’arrangement des locus de gènes doit toujours se faire sur le même chromosome, évitant ainsi les recombinaisons entre les gènes de chaînes lourdes et les gènes de chaînes légères.
  
• La recombinaison se produit entre un gène dont la séquence RSS contient un espaceur de 23 bases d’ADN avec un gène dont la séquence RSS contient un espaceur de 12 bases d’ADN. De cette manière deux gènes possédant le même espaceur ne peuvent pas recombiné. Ceci évite des recombinaisons entre le gène J et le gène V des chaînes lourdes.
  

Il est important de préciser que le gène C n’est ne rentre pas en compte dans la recombinaison VDJ ; en effet le locus VDJ est associé au gène Cμ, se trouvant directement en aval du gène J, par épissage et non par réarrangement somatique. Le premier isotype exprimé à la surface de la cellule B est ainsi l’IgM.
c) Les différentes étapes de la recombinaison VDJ

1. Rapprochement des gènes cibles :
   Cette étape fait intervenir deux protéines (spécifiques des LB et LT), Rag-1 et Rag-2. Elles vont reconnaître les séquences RSS des gènes cibles au niveau des espaceurs afin de les rapprocher et formeront ainsi le complexe recombinase. Ce dernier clivera ensuite l’ADN entre le segment codant et la séquence RSS, laissant cependant libre quelques bases d’ADN qui formeront une structure en épingle à cheveux avec le brin opposé. Tout ce complexe recrutera par la suite d’autres protéines nécessaires aux étapes suivantes.
   
2. Clivage de l’épingle à cheveux :
   Ces épingles à cheveux vont être reconnues par 4 protéines : une protéine kinase ADN dépendante, Ku70 et Ku80 qui vont recruter et activer la quatrième, Artemis. Cette dernière est une endonucléase qui va cliver les épingles à cheveux, permettant ainsi la fusion entre les gènes cibles.
   
3. Modifications des extrémités et fusion des gènes cibles :
   Suite au clivage de l’épingle à cheveux, plusieurs protéines jouent un rôle dans l’addition ou la délétion de bases d’ADN aux extrémités des gènes cibles et ceci de manière aléatoires, notamment la TdT (pour Terminal désoxynucléotidyl Transférase). Ces modifications sont responsables d’une augmentation de la diversité des immunoglobulines ; on parle de diversité jonctionnelle. Au niveau des chaines légères cette diversité jonctionnelle est faible.
   
4. Fusion des gènes cibles :
   La ligation est assurée par une ADN ligase IV qui permettra d’une part la formation du locus codant et d’autre part du joint signal qui n’est autre que la structure en épingle à cheveux dont les deux extrémités ont fusionnées et qui permet de prouver qu’il y a bien eut recombinaison.
   

II) Ontogénie des lymphocytes B


L’ontogénie des lymphocytes B correspond d’une part au développement de ceux-ci, à leur maturation et enfin à l’acquisition de la tolérance au soi. Globalement on peut considérer que la maturation des lymphocytes correspond à l’acquisition de leur BCR associé au dimère Igα-Igβ, et que l’acquisition de la tolérance au soi correspond aux phénomènes de sélections qui sont mis en place pour ne pas que la réaction immunitaire de s’attaque au soi.
1) Développement lymphocytes B


Le développement des lymphocytes B se fera au niveau de la moelle osseuse à partir des cellules souches hématopoïétique. Ces dernières formeront des progéniteurs lymphocytaires communs (CLP) sont une partie migrera vers le thymus pour la formation des lymphocytes T et l’autre restera dans la moelle pour former les lymphocytes B ; on parlera de cellule pro-B.
Au niveau de la moelle osseuse, l’ontogénie des lymphocytes B dépend d’un contact étroit entre les ces derniers et les cellules stromales constituant la moelle. En effet elles permettent l’expression de facteurs, membranaires ou sécrétés, indispensable à leur maturation.
Cette cellule pro-B subira des maturations afin qu’elle exprime le BCR, ainsi que le dimère Igα-Igβ. Le BCR sera acquis suite aux recombinaisons VDJ (cf. plus haut dans le cours).
2) Maturation des cellules pro-B et acquisition de la tolérance au soi


La maturation des lymphocytes B et l’acquisition de la tolérance au soi est différente des lymphocytes T pour plusieurs raison. Tout d’abord les cellules B n’ont qu’une seule destinée, en dehors des cellules mémoires, les plasmocytes ; il n’y a donc pas d’étapes d’acquisition des clusters de différenciation CD4 et CD8. Mais d’un autre côté la maturation des LB doit faire face aux réarrangements des gènes des différentes classes de BCR, contrairement aux LT qui ne possèdent qu’une seule classe de TCR.
On distingue différentes étapes dont chacune est caractérisée par les stades de l’évolution des lymphocytes B :

• Au stade « pro-B précoce » on observe le réarrangement D-J de la chaîne lourde sur les deux chromosomes.
  
• Au stade « pro-B tardif » se réalise le réarrangement V-DJ de la chaine lourde sur un chromosome, si ce réarrangement est productif alors le développement continuera, sinon le réarrangement V-DJ se fera sur le deuxième chromosome.
  
• Au stade « grande cellule pré-B » le réarrangement de la chaîne lourde est terminé, permettant de cette manière son expression associée à une pseudo-chaine légère constituée de deux protéines la VpréB et λ5. La chaîne lourde et la pseudo-chaîne légère ainsi associées forment le pré-BCR. Une fois le pré-BCR exprimé la cellule sera soumise à une première sélection, dite « sélection positive ». Cette dernière permettra à la grande cellule pré-B, dans le cas où l’expression est productive, de recevoir un signal de survie afin de poursuivre sa maturation, dans le cas contraire la cellule mourra.
  
• Au stade « petite cellule pré-B » se fera le réarrangement V-J de la chaîne légère κ, et si le réarrangement n’est pas productif, de la chaîne légère λ.
  
• Au stade « B immature », si le réarrangement de la chaîne légère a été productif, la cellule exprimera l’immunoglobuline IgM. La cellule sera ainsi soumise à la deuxième sélection, dite « sélection négative », qui permettra l’acquisition de la tolérance au soi en purgeant les LB auto-réactifs. Cette sélection est possible par la présence, au niveau de la moelle osseuse, de cellules stromales qui expriment à leur surface les peptides du soi à la surface des molécules du CMH, de la même manière que les cellules dendritiques au niveau du thymus. On est face à trois possibilités :
  
  
  
  • Soit la cellule B immature est capable de reconnaître le peptide présenté par les molécules du CMH avec une forte affinité, elle sera alors considéré comme délétère pour le soi et sera sélectionné négativement en recevant un signal de mort.
    
  • Soit la cellule B immature est capable de reconnaître le peptide présenté par les molécules du CMH avec une faible affinité, elle sera alors considéré comme acceptable et ne recevra pas de signal de mort.
    
  • Soit la cellule B immature n’interagit pas, elle recevra alors un signal de mort.
    
  
  
• Au stade « B mature », on aura une co-expression de l’IgM et l’IgD par épissage alternatif. Le lymphocyte B mature naïf est le stade ultime de développement dans la moelle. Ces cellules vont ensuite migrer vers les organes lymphoïdes secondaires, au niveau desquels ils rencontreront l’antigène qui induira l’hypermutation somatique et la commutation de classe.
  

3) L’exclusion allélique


Tous les gènes codant pour les chaines légères et les chaines lourdes sont présent sous forme poly-allélique. Comme nous l’avons vu précédemment, on observe tout d’abord un réarrangement sur le premier chromosome et si celui-ci n’est pas productif, un deuxième réarrangement se fera au niveau du deuxième chromosome, et si finalement ce dernier n’est pas non plus productif alors la cellule mourra.
Dans le cas où le premier arrangement est productif, il est nécessaire d’arrêter tout autre réarrangement ; ce mécanisme s’appelle l’exclusion allélique et permet d’obtenir un seul type de chaîne légère et un seul type de chaîne lourde. Cette inhibition de tout réarrangement est possible par inactivation des deux protéines Rag-1 et Rag-2 responsables de la recombinaison VDJ. L’exclusion allélique est un mécanisme présent au niveau de l’expression du TCR et du BCR.


III) Conséquence de l’activation du BCR


A la suite de l’activation du BCR par liaison à un antigène, un signal activera des mécanismes qui induiront des modifications responsables d’une augmentation de la diversité des immunoglobulines. Ces mécanismes sont indispensables à l’augmentation de la spécificité de la réaction immunitaire, ainsi qu’à l’augmentation de la spécificité vis-à-vis de l’antigène. On compte d’une part à l’hypermutation somatique et d’autre part à la commutation de classe, qui tout deux ne prennent en compte que les LB (pas les LT) et se réalisent au niveau des centres germinatifs des follicules secondaires présents au niveau des organes lymphoïdes secondaires.
1) Hypermutation somatique


L’hypermutation somatique est un processus par lequel des mutations ponctuelles sont introduites dans les régions variables des chaînes lourdes et légères du BCR suite à l’activation du BCR par liaison à un antigène et grâce à l’aide des LT.
Ces mutations se faisant au hasard, elles vont être de 4 sortes : silencieuses, neutres, délétères et positives. Seules deux d’entre elles auront une incidence sur l’affinité de l’antigène pour son BCR :

• Les mutations délétères sont responsables d’une diminution de l’affinité de l’antigène pour son BCR ; la sélection négative sera responsable de la mort de ces cellules.
  
• Les mutations positives sont responsables d’une augmentation de l’affinité de l’antigène pour son BCR ; ces cellules vont vivre.
  

Le but de ce processus est de permettre une sélection des LB qui auront une meilleure affinité pour l’antigène, afin d’obtenir des anticorps plus efficaces et des cellules mémoires plus spécifiques si une deuxième infection se révélait.
2) Commutation de classe


Comme énoncé précédemment dans le cours, il existe 5 classes d’immunoglobulines qui diffèrent par des variations de leur région constante : IgM, IgD, IgG, IgE, IgA. Pour chacun de ces isotypes il existe un gène de région constante : Cμ (pour les IgM), Cδ (pour les IgD), Cγ (pour les IgG), Cε (pour les IgE), Cα (pour les IgA).
Il est important de repréciser ici que tous ces isotypes reconnaissent le même antigène, en effet seul les régions constantes les diffèrent les uns des autres.
a) Les lymphocytes B matures naïfs


Comme vu plus haut dans le cours, le premier isotype que la cellule B exprime en surface est une IgM, et ceci car le gène Cμ se trouve directement en aval du gène J. Par la suite les LB matures naïfs co-expriment à leur surface des IgM et des IgD, et ceci grâce à un épissage alternatif. En effet Cδ se trouve directement en aval du gène Cμ permettant ainsi un épissage non possible avec les autres gènes codant les chaînes lourdes.
b) Principe de la commutation de classe


La commutation de classe ou CSR (pour « Class Switch Recombinaison ») sert au remplacement du locus Cµ par un autre locus, afin d’exprimer une immunoglobuline d’un autre isotype qui aura un rôle bien déterminé au sein de l’organisme. En effet le choix de l’isotype se fait suivant la réponse immunitaire voulue.
Ce mécanisme correspond à un réarrangement irréversible de l’ADN, et ceci par excision des séquences d’ADN situé entre le gène J et le gène codant pour la chaîne lourde voulue. Ceci est possible par la présence de séquences caractéristiques appelées régions S (pour régions Switch) en amont de chaque gène, entrainant le rapprochement des séquences codantes pour l’IgM et l’Ig voulue, puis l’excision de toutes les séquences d’ADN situées entre ces deux régions Switch.
IV) Diversité des immunoglobulines


Pour répondre à un grand nombre d’antigène, le système immunitaire doit avoir un répertoire de BCR varié. L’organisme a de ce fait mis en place un certain nombre de mécanisme afin d’augmenter la diversité des immunoglobulines. Suivant le mécanisme responsable utilisé, on compte 5 niveaux de diversité :

• La diversité combinatoire relative à la recombinaison VDJ et due à des associations aléatoires des différents gènes V, gènes D et gènes J.
  
• La diversité jonctionnelle due à des mécanismes d’additions et de délétions aléatoires au niveau des extrémités des gènes V, gènes D et gènes J avant fusion lors de la recombinaison VDJ. On rappel que ce mécanisme est surtout présent au niveau de la chaîne lourde.
  
• La diversité « H-L » obtenue par une association au hasard des chaînes lourdes et légères.
  
• L’hypermutation somatique due à une augmentation de mutations ponctuelles au niveau des régions variables des chaînes lourdes et légères.
  
• La commutation de classe due à des changements de régions constantes.
  

Attention, on rappel ici que l’hypermutation somatique et la commutation de classe sont des mécanismes concernant uniquement le BCR et non le TCR, mais qui sont tout deux activés par l’interaction entre les lymphocytes B et des lymphocytes T préalablement activés.

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Les cellules NK

• I) Caractéristique structurale des cellules NK
  
• II) Mécanisme d’action des cellules NK
  
  
  
  • 1) Théorie du « missing self »
    
  • 2) Mécanisme ADCC
    
  
  

La cellule NK (cellule « Natural Killer ») fait parti des lymphocytes car elle découle du progéniteur lymphoïde au niveau de la moelle osseuse ; elle fait partie des grands lymphocytes granuleux (GLG). Elle ne correspond cependant ni à un lymphocyte B ni à un lymphocyte T, ne présentant respectivement ni le dimère Igα-Igβ ni le cluster de différentiation CD3. La cellule NK est elle, caractérisée par le cluster de différentiation CD56. La spécificité de ces cellules est d’être capable de lyser des cellules malades sans nécessiter d’activation préalable et sans rentrer en contact avec l’agent pathogène.
I) Caractéristique structurale des cellules NK


La cellule NK peut tuer les cellules cibles de manière spontanée, en faisant intervenir les molécules de classe 1 du CMH, et sont capables de faire la différence entre une cellule saine et une cellule « malade ». Pour se faire elle présente deux grands types de récepteurs :

• des récepteurs activateurs ayant comme ligand le « ligand activateur » présent à la surface des cellules de l’organisme.
  
• des récepteurs inhibiteurs ayant comme ligand les molécules de classe 1 du CMH qui sont exprimées par toutes les cellules saines nucléées de l’organisme.
  

La cellule NK est donc spontanément une cellule tueuse envers toutes les cellules, mais inhibée par la présence de molécule de classe 1 du CMH, d’où sont nom de cellule « Natural Killer », ce qui donne en français « cellule tueuse naturelle ».
La cellule NK exprime également :

• Un dimère DAP-12 associé au récepteur activateur et présentant des motifs ITAM nécessaire à la transmission du signal intracellulaire, le récepteur activateur ne présentant pas de régions intracellulaires.
  
• Un récepteur RFc qui reconnait les fragments constants (Fc) des anticorps Ig-G. En effet ces anticorps jouent le rôle d’opsonines, qui sont reconnu par la cellule NK permettant la lyse de la cellule cible. Le récepteur RFc n’est autre que le cluster de différenciation CD16.
  

II) Mécanisme d’action des cellules NK


Les cellules NK agissent de deux manières différentes afin de jouer leur rôle de cellule tueuse :

• Par une réaction d’activation-inhibition qui suit la théorie du « missing self ».
  
• Par reconnaissance des anticorps suivant le mécanisme ADCC (pour « Antibody Dependant Cell mediated Cytotoxicity ») qui procure à la cellule NK une cytotoxicité dépendante des anticorps.
  

1) Théorie du « missing self »


Les cellules NK sont activées suivant la « théorie du missing self ». On est face à deux situations :

• Dans les conditions normales la cellule cible présente à sa surface le ligand activateur et les molécules du CMH-I. Le récepteur activateur est donc activé de manière permanente. Mais la transmission du signal par DAP-12 est inhibée par la liaison des molécules du CMH-I au récepteur inhibiteur.
  
• Lorsqu’on est en présence de cellule anormale (cellule infectée, cellule tumorale …), très souvent l’infection ou cancérisation d’une cellule entraine une modification de l’expression des molécules de classe 1 du CMH afin de ne pas être reconnu par les LT. De cette manière l’inhibition des cellules NK va être levée et le signal est transmis par DAP-12 permettant la lyse de la cellule cible.
  

Il est important de préciser ici que, comme dit dans les cours précédent, certaines cellules de l’organisme ne présentent pas les molécules du CMH-I, elles risqueraient donc de se faire attaquer par les cellules NK. Mais ceci n’en ai rien, car il existe un phénomène de sélection au niveau des tissus qui empêche l’action des cellules NK.
2) Mécanisme ADCC


Les anticorps (Ig-G) jouent un rôle d’opsonine pour la phagocytose, mais pour des cellules entières les anticorps se fixent sur des antigènes à la surface (reconnaissance des cellules tumorales …). Les cellules NK présentent des récepteurs RFc qui vont reconnaitre le fragment Fc des anticorps (partie constante) induisant la lyse de la cellule cible

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