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Immunologie de Janeway | t initialement perturb et tudi se sont r v l es r sistantes au choc l tal (voir Section 3-20) induit par l'administration de LPS. Cela a conduit les chercheurs conclure que la caspase 1 agissait dans la r ponse inflammatoire au LPS. Mais les chercheurs ont d couvert plus tard que cette souche de souris tait galement porteuse d'une mutation naturelle qui inactivait le g ne Casp4 apparent . Parce que les g nes Casp1 et Casp4 r sident moins de 2 kilobases l'un de l'autre sur le chromosome 9 de la souris, ils n'ont pas r ussi se s parer ind pendamment lors des r trocroisements g n tiques exp rimentaux ult rieurs avec d'autres souches de souris. Ainsi, les souris que l'on pensait initialement manquer de la prot ine caspase 1 taient en fait d pourvues la fois de caspase 1 et de caspase 11. Plus tard, des souris d pourvues uniquement de caspase 1 ont t g n r es en exprimant Casp4 fonctionnel en tant que transg ne ; ces souris sont devenues sensibles aux chocs induits par le LPS. Des souris ont galement t g n r es qui ne manquaient que de caspase 11, et celles-ci se sont av r es r sistantes au choc induit par le LPS. Ces r sultats ont indiqu que la caspase 11, et non la caspase 1 comme on le pensait l'origine, est responsable du choc induit par le LPS. La caspase 11 est responsable de l'induction de la pyroptose, mais pas du traitement de l'IL-1 ou de l'IL-18. On soup onnait que TLR-4 n' tait pas le capteur de LPS qui activait l'imflammasome non canonique, car les souris d pourvues de TLR-4 restent sensibles aux chocs induits par le LPS. Des preuves r centes ont sugg r que la caspase 11 elle-m me est le capteur LPS intracellulaire, ce qui en fait un exemple de prot ine qui est la fois un capteur et une mol cule effectrice. Une activation inappropri e de l'inflammasome a t associ e diverses maladies. On sait depuis de nombreuses ann es que la goutte provoque une inflammation dans les tissus cartilagineux par le d p t de cristaux d'urate monosodiques, mais la fa on dont les cristaux d'urate provoquaient une inflammation tait un myst re. Bien que le m canisme pr cis ne soit pas encore clair, les cristaux d'urate sont connus pour activer l'inflammasome NLRP3, qui induit les cytokines inflammatoires associ es aux sympt mes de la goutte. Les mutations dans le domaine NOD de NLRP2 et NLRP3 peuvent activer les inflammasomes de mani re inappropri e, et elles sont l'origine de certaines maladies auto-inflammatoires h r ditaires, dans lesquelles l'inflammation se produit en l'absence d'infection. Les mutations de NLRP3 chez l'homme sont associ es des syndromes de fi vre p riodique h r ditaire, tels que le syndrome inflammatoire familial du froid et le syndrome de Muckle-Wells (discut plus en d tail au chapitre 13). Les macrophages des patients atteints de ces affections montrent une production spontan e de cytokines inflammatoires telles que l'IL-1 . Nous discuterons galement de la fa on dont les agents pathog nes peuvent interf rer avec la formation de l'inflammasome au chapitre 13. 3-10 Les r cepteurs de type RIG-I d tectent les ARN viraux cytoplasmiques et activent le MAVS pour induire la production d'interf ron de type I et de cytokines pro-inflammatoires. TLR-3, TLR-7 et TLR-9 d tectent les ARN et les ADN viraux extracellulaires qui p n trent dans la cellule par la voie endocytaire. En revanche, les ARN viraux produits dans une cellule sont d tect s par une famille distincte de prot ines appel es r cepteurs de type RIG-I (RLR). Ces prot ines servent de capteurs viraux en se liant aux ARN viraux l'aide d'un domaine de type h licase de l'ARN dans leur terminaison carboxy. Le domaine h licase RLR a un motif d'acide amin t trapeptide DExH et est un sous-groupe de prot ines de la famille DEAD-box. Les prot ines RLR contiennent galement deux domaines amino-terminaux CARD qui interagissent avec les prot ines adaptatrices et activent Fig. 3.21 RIG-I et d'autres RLR sont des capteurs cytoplasmiques de l'ARN viral. Premier panel : avant de d tecter l'ARN viral, RIG-I et MDA-5 sont cytoplasmiques et en conformations inactives et auto-inhib es. La prot ine adaptatrice MAVS est attach e la membrane externe mitochondriale. Deuxi me panel : la d tection d'ARN 5'-triphosphate non coiff par RIG-I, ou d'ARNdb viral par MDA-5, modifie la conformation de leurs domaines CARD pour devenir libres d'interagir avec le domaine CARD amino-terminal de MAVS. Cette interaction implique la g n ration de polyubiquitine li e K63 partir des ligases E3 TRIM25 ou Riplet, bien que les d tails structurels ne soient pas encore clairs. Troisi me panneau : l'agr gation induit une r gion riche en proline de MAVS interagir avec les TRAF (voir texte) et conduit la g n ration d'un chafaudage suppl mentaire de polyubiquitine li K63. Comme dans la signalisation TLR, cet chafaudage recrute les complexes TBK1 et IKK (voir Figs. 3.15 et 3.16) pour activer IRF et NF B, produisant respectivement des int |
Immunologie de Janeway | erf rons de type I et des cytokines pro-inflammatoires. la signalisation pour produire des interf rons de type I lorsque les ARN viraux sont li s. Le premier de ces capteurs avoir t d couvert tait RIG-I (g ne I inductible par l'acide r tino que). RIG-I est largement exprim dans les tissus et les types de cellules et sert de capteur intracellulaire pour plusieurs types d'infections. Les souris d ficientes en RIG-I sont tr s sensibles l'infection par plusieurs types de virus ARN simple brin, y compris les paramyxovirus, les rhabdovirus, les orthomyxovirus et les flavivirus, mais pas les picornavirus. RIG-I fait la distinction entre l'h te et l'ARN viral en d tectant les diff rences l'extr mit 5 des transcrits d'ARN simple brin. L'ARN eucaryote est transcrit dans le noyau et contient un groupe 5-triphosphate sur son nucl otide initial qui subit une modification enzymatique ult rieure appel e couronnement par l'ajout d'une 7-m thylguanosine au 5-triphosphate. Cependant, la plupart des virus ARN ne se r pliquent pas dans le noyau, o le coiffage se produit normalement, et leurs g nomes d'ARN ne subissent pas cette modification. Des tudes biochimiques ont d termin que RIG-I d tecte l'extr mit 5'-triphosphate non modifi e du g nome viral de l'ARNss. Les transcrits de l'ARN du flavivirus ont le 5'-triphosphate non modifi , comme le font les transcrits de nombreux autres virus ARNss, et ils sont d tect s par RIG-I. En revanche, les picornavirus, qui comprennent le poliovirus et l'h patite A, se r pliquent par un m canisme qui implique la fixation covalente d'une prot ine virale l'extr mit 5 de l'ARN viral, de sorte que le 5-triphosphate est absent, ce qui explique pourquoi le RIG-I n'est pas impliqu dans leur d tection. MDA-5 (melanoma differentiation-associated 5), galement appel h licard, a une structure similaire RIG-I, mais il d tecte l'ARNdb. Contrairement aux souris d ficientes en RIG-I, les souris d ficientes en MDA-5 sont sensibles aux picornavirus, ce qui indique que ces deux capteurs d'ARN viraux jouent des r les cruciaux mais distincts dans la d fense de l'h te. Des mutations inactivatrices dans les all les de RIG-I ou MDA-5 humaines ont t rapport es, mais ces mutations n' taient pas associ es une immunod ficience. Le membre de la famille RLR LGP2 (cod par DHX58) conserve un domaine h licase mais n'a pas de domaines CARD. LGP2 semble coop rer avec RIG-I et MDA-5 dans la reconnaissance de l'ARN viral, car les souris d pourvues de LGP2 ont des r ponses antivirales alt r es normalement m di es par RIG-I ou MDA-5. Cette reconnaissance virale coop rative par LGP2 semble d pendre de son domaine h licase, car chez la souris, les mutations qui perturbent son activit ATPase entra nent une alt ration de la production d'IFN- en r ponse divers virus ARN. La d tection des ARN viraux active la signalisation par RIG-I et MDA-5 qui conduit la production d'interf ron de type I appropri pour la d fense contre l'infection virale (Fig. 3.21). Avant l'infection par des virus, RIG-I et MDA-5 sont dans le cytoplasme dans une configuration auto-inhib e qui est stabilis e par des interactions entre les domaines CARD et h licase. Ces interactions sont perturb es lors de l'infection lorsque l'ARN viral s'associe aux domaines h licase de RIG-I ou MDA-5, lib rant ainsi les deux domaines CARD pour d'autres interactions. La partie la plus amino-proximale des deux domaines CARD peut alors recruter des ligases E3, y compris TRIM25 et Riplet (cod s par RNF153), qui initient des chafaudages de polyubiquitine li s K63 (voir Section 3-7), soit sous forme de cha nes de polyubiquitine libres, soit sur des liaisons au sein du deuxi me domaine CARD. Les d tails pr cis ne sont pas clairs, mais cet chafaudage semble aider RIG-I et MDA-5 interagir avec une prot ine adaptatrice en aval appel e MAVS (prot ine de signalisation antivirale mitochondriale). MAVS est attach la membrane mitochondriale externe et contient un domaine CARD qui peut se lier RIG-I et MDA-5. Cette agr gation des domaines CARD, comme dans l'inflammasome, peut initier l'agr gation des MAVS. Dans cet tat, MAVS propage des signaux en recrutant diverses ubiquitines ligases E3 de la famille TRAF, notamment TRAF2, TRAF3, TRAF5 et TRAF6. L'importance relative de chaque ligase E3 peut diff rer d'un type de cellule l'autre, mais leur production suppl mentaire de polyubiquitine li e K63 conduit l'activation de TBK1 et IRF3 et la production d'interf rons de type I, comme d crit pour la signalisation TLR-3 (voir Fig. 3.16), ainsi qu' l'activation de NF B. Certains virus ont mis au point des contre-mesures pour contrecarrer la protection conf r e par les RLR. Par exemple, m me si le g nome de l'ARN de sens n gatif de la grippe Le virus se r plique dans le noyau, certains transcrits d'ARN viral produits lors de l'infection grippale ne sont pas coiff s mais doivent tre traduits dans le cytoplasme. La prot ine non structurale d |
Immunologie de Janeway | e la grippe A 1(NS1) inhibe l'activit de TRIM25 et interrompt ainsi les actions antivirales que RIG-I pourrait exercer contre l'infection. 3-11 Les capteurs d'ADN cytosolique signalent par STING la production d'interf rons de type I. Les capteurs inn s qui reconnaissent l'ARN cytoplasmique utilisent des modifications sp cifiques, telles que la coiffe 5, pour faire la distinction entre l'h te et l'origine virale. L'ADN de l'h te est g n ralement limit au noyau, mais l'ADN viral, microbien ou protozoaire peut se trouver dans le cytoplasme divers stades de l'infection. Plusieurs capteurs inn s de l'ADN cytoplasmique ont t identifi s, ce qui peut conduire la production d'interf ron de type I en r ponse des infections. Un composant de la voie de d tection de l'ADN, STING (stimulateur des g nes de l'interf ron), a t identifi dans un criblage fonctionnel des prot ines pouvant induire l'expression d'interf rons de type I. STING (cod par TMEM173) est ancr la membrane du r ticulum endoplasmique par un domaine transmembranaire t traspan amino-terminal ; son domaine carboxy-terminal s' tend dans le cytoplasme et interagit pour former un homodim re STING inactif. STING est connu pour servir de capteur d'infection intracellulaire, en raison de sa reconnaissance des dinucl otides cycliques (CDN) bact riens, y compris le diguanylate monophosphate cyclique (c-di-GMP) et le diad nylate monophosphate cyclique (c-di-AMP). Ces mol cules sont des seconds messagers bact riens et sont produites par des enzymes pr sentes dans la plupart des g nomes bact riens. Les CDN activent la signalisation STING en modifiant la conformation de l'homodim re STING. Cet homodim re recrute et active TBK1, qui son tour phosphoryle et active IRF3, conduisant la production d'interf ron de type I (Fig. 3.22), similaire la signalisation par TLR-3 et MAVS (voir Figs. 3.16 et 3.21). TRIF (en aval de TLR3), MAVS et STING contiennent chacun un motif de s quence d'acides amin s similaire leurs terminaisons carboxy qui devient phosphoryl par la s rine lorsque ces mol cules sont activ es. Il semble que ce motif, lorsqu'il est phosphoryl , recrute la fois TBK1 et IRF3, permettant IRF3 d' tre efficacement phosphoryl et activ par TBK1. STING joue galement un r le dans les infections virales, car les souris d pourvues de STING sont sensibles l'infection par l'herp svirus. Mais jusqu' r cemment, il n' tait pas clair si STING active la kinase TBK1 pour phosphoryler IRF3, qui p n tre dans le noyau et induit l'expression des g nes de l'interf ron de type I Premier panneau : le cGAS r side dans le cytoplasme et sert de capteur d'ADN double brin (ADNdb) des virus. Lorsque le cGAS se lie l'ADNdb, son activit enzymatique est stimul e, conduisant la production de GMP-AMP cyclique (cGAMP). Les bact ries qui infectent les cellules produisent des seconds messagers tels que les dinucl otides cycliques, notamment le diguanylate monophosphate cyclique (c-di-GMP) et le diad nylate monophosphate cyclique (c-di-AMP). Deuxi me panel : cGAMP et d'autres dinucl otides bact riens peuvent se lier et activer le dim re STING pr sent sur la membrane du RE. Troisi me panneau : dans cet tat, STING active TBK1, bien que les d tails de cette interaction ne soient pas encore clairs. TBK1 actif active IRF3, comme d crit sur la Fig. 3.16. STING reconnaissait l'ADN viral directement ou n'agissait qu'en aval d'un capteur d'ADN viral inconnu. Il a t constat que l'introduction d'ADN dans les cellules, m me sans infection vivante, g n rait une autre deuxi me mol cule messag re qui activait STING. Ce deuxi me messager a t identifi comme tant le guano-sinus monophosphate-ad nosine monophosphate cyclique (GMP-AMP cyclique), ou cGAMP. Le cGAMP, comme les CDN bact riens, se lie aux deux sous-unit s du dim re STING et active la signalisation STING. Ce r sultat sugg re galement la pr sence d'un capteur d'ADN agissant en amont de STING. La purification de l'enzyme qui produit la cGAMP en r ponse l'ADN cytosolique a permis d'identifier une enzyme jusqu'alors inconnue, appel e cGAS, pour la GAMP synthase cyclique. La cGAS contient un motif prot ique pr sent dans la famille des enzymes nucl otidyltransf rases (NTase), qui comprend l'ad nylate cyclase (l'enzyme qui g n re la deuxi me mol cule messag re AMP cyclique) et diverses ADN polym rases. Le cGAS peut se lier directement l'ADN cytosolique, ce qui stimule son activit enzymatique pour produire du cGAMP partir du GTP et de l'ATP dans le cytoplasme, activant STING. Les souris h bergeant un g ne cGAS inactiv pr sentent une sensibilit accrue l'infection par l'herp svirus, d montrant son importance dans l'immunit . Il existe plusieurs autres capteurs d'ADN candidats, mais on en sait moins sur le m canisme de leur reconnaissance et de leur signalisation, ou sur leur activit in vivo. IFI16 (prot ine 16 inductible par l'IFN- ) est un membre de la famille PYHIN apparent AIM2, mais semble fonction |
Immunologie de Janeway | ner dans la d tection de l'ADN et agit par l'interm diaire de STING, TBK1 et IRF3 plut t que d'activer une voie d'inflammasome. DDX41 (DEAD box polypeptide 41) est un RLR li RIG-I et fait partie de la famille des DEAD-box, mais semble signaler par STING plut t que par MAVS. MRE11A (homologue a de la recombinaison m itotique 11) peut d tecter l'ADN double brin cytosolique pour activer la voie STING, mais son r le dans l'immunit inn e est actuellement inconnu. 3-12 Activation de capteurs inn s dans les macrophages et effets dendritiques de grande port e sur la r ponse immunitaire. Outre l'activation des fonctions effectrices et de la production de cytokines, un autre r sultat de l'activation des voies de d tection inn es est l'induction de mol cules co-stimulatrices sur les cellules dendritiques tissulaires et les macrophages (voir Section 1-15). Nous les d crirons plus en d tail plus loin dans le livre, mais nous les mentionnons maintenant parce qu'ils fournissent un lien important entre les r ponses immunitaires inn es et adaptatives. Deux mol cules co-stimulatrices importantes sont les prot ines de surface cellulaire B7.1 (CD80) et B7.2 (CD86), qui sont induites sur les macrophages et les cellules dendritiques tissulaires par des capteurs inn s tels que les TLR en r ponse la reconnaissance des agents pathog nes (Fig. 3.23). B7.1 et B7.2 sont reconnus par des r cepteurs de co-stimulation sp cifiques exprim s par les cellules de la r ponse immunitaire adaptative, en particulier les lymphocytes T CD4, et leur activation par B7 est une tape importante dans l'activation des r ponses immunitaires adaptatives. Des substances telles que le LPS qui induisent une activit de co-stimulation sont utilis es depuis des ann es dans des m langes qui sont co-inject s avec des antig nes prot iques pour am liorer leur immunog nicit . Ces substances sont connues sous le nom d'adjuvants (voir l'annexe I, section A-1), et il a t constat empiriquement que les meilleurs adjuvants contiennent des composants microbiens qui incitent les macrophages et les cellules dendritiques tissulaires exprimer des mol cules de costimulation et des cytokines. Comme nous le verrons aux chapitres 9 et 11, les cytokines produites en r ponse aux infections influencent le fonctionnement caract re de la r ponse immunitaire adaptative qui se d veloppe. De cette fa on, la capacit du syst me immunitaire inn discriminer entre diff rents types d'agents pathog nes est utilis e par l'organisme pour assurer un module appropri de r ponse immunitaire adaptative. 3-13 La signalisation Toll chez la drosophile se fait en aval d'un ensemble distinct de mol cules de reconnaissance des agents pathog nes. Avant de quitter la d tection inn e, nous verrons bri vement comment les Toll, TLR et NOD sont utilis s dans l'immunit inn e des invert br s. Bien que Toll soit essentiel la d fense contre les agents pathog nes bact riens et fongiques chez la drosophile, Toll lui-m me n'est pas un r cepteur de reconnaissance de formes, mais se trouve en aval d'autres prot ines qui d tectent les agents pathog nes (Fig. 3.24). Chez la drosophile, il existe 13 g nes codant pour les prot ines de reconnaissance des peptidoglycanes (PGRP) qui se lient aux composants peptidoglycanes des parois cellulaires bact riennes. Une autre famille, les prot ines de liaison Gram n gatif (GNBP), reconna t le LPS et les glucanes li s l' -1,3. Les GNBP reconnaissent les bact ries Gram n gatif et, de mani re inattendue, les champignons, plut t que les bact ries Gram positif. Les membres de la famille GNBP1 et PGRP-SA coop rent dans la reconnaissance du peptidoglycane partir de bact ries Gram positif. Ils interagissent avec une prot ase s rine appel e herbe, qui initie une cascade prot olytique qui se termine par le clivage de la prot ine Sp tzle. L'un des fragments cliv s forme un homodim re qui se lie Toll et induit sa dim risation, ce qui stimule son tour la r ponse antimicrobienne. Une prot ine de reconnaissance sp cifique du champignon, GNBP3, active galement la cascade prot olytique, provoquant le clivage de Sp tzle et l'activation de Toll. Chez la drosophile, les cellules adipeuses et les h mocytes sont des cellules phagocytaires qui agissent dans le cadre du syst me immunitaire de la mouche. Lorsque le dim re Sp tzle se lie Toll, les h mocytes synth tisent et s cr tent des peptides antimicrobiens. La voie de signalisation Toll chez la drosophile active un facteur de transcription appel DIF, qui est li la NF B des mammif res. Le DIF p n tre dans le noyau et induit la transcription des g nes des peptides antimicrobiens tels que la drosomycine. Un autre facteur de la drosophile de la famille NF B, Relish, induit la production de peptides antimicrobiens en r ponse la voie de signalisation Imd (immunod ficience), qui est d clench e chez la drosophile par des PGRP particuliers qui reconnaissent les bact ries Gram n gatif. La relish induit l'expression |
Immunologie de Janeway | des peptides antimicrobiens dipt ricine, attacine et c cropine, qui sont distincts des peptides induits par la signalisation Toll. Ainsi, les voies Toll et Imd activent des m canismes effecteurs pour liminer l'infection par diff rents types d'agents pathog nes. Quatre homologues de PGRP chez les mammif res ont t identifi s, mais agissent diff remment que chez la drosophile. L'un d'eux, le PGLYRP-2, est s cr t et fonctionne comme une amidase pour hydrolyser les peptidoglycanes bact riens. Les autres sont pr sents dans les granules de neutrophiles et exercent une action bact riostatique par interactions avec le peptidoglycane de la paroi cellulaire bact rienne. Fig. 3.23 Le LPS bact rien induit des changements dans les cellules dendritiques, les stimulant migrer et initier une immunit adaptative en activant les lymphocytes T. Panneau sup rieur : les cellules dendritiques immatures de la peau sont fortement phagocytaires et macropinocytaires, mais n'ont pas la capacit d'activer les lymphocytes T. Les cellules dendritiques r sidant dans la peau ing rent des microbes et leurs produits et les d gradent. Lors d'une infection bact rienne, les cellules dendritiques sont activ es par divers capteurs inn s et l'activation induit deux types de changements. Deuxi me panneau : les cellules dendritiques migrent hors des tissus et p n trent dans le syst me lymphatique et commencent m rir. Ils perdent la capacit d'ing rer l'antig ne, mais acqui rent la capacit de stimuler les lymphocytes T. Troisi me panneau : dans les ganglions lymphatiques r gionaux, ils deviennent des cellules dendritiques matures. Ils modifient le caract re de leurs mol cules la surface des cellules, augmentant le nombre de mol cules du CMH leur surface et l'expression des mol cules co-stimulatrices CD80 (B7.1) et CD86 (B7.2). Fig. 3.24 Le p age de la drosophile est activ la suite d'une cascade prot olytique initi e par la reconnaissance des agents pathog nes. La prot ine de reconnaissance du peptidoglycane PGRP-SA et la prot ine de liaison Gram n gatif GNBP1 coop rent dans la reconnaissance des pathog nes bact riens et activent la premi re prot ase dans une cascade de prot ases qui conduit au clivage de la prot ine de la drosophile Sp tzle (premier panneau). Le clivage modifie la conformation de Sp tzle, ce qui lui permet de lier Toll et d'induire une dim risation de Toll (deuxi me panneau). Les domaines cytoplasmiques TIR de Toll recrutent la prot ine adaptatrice dMyD88 (troisi me panneau), qui initie une voie de signalisation tr s similaire celle conduisant la lib ration de NF B partir de son inhibiteur cytoplasmique chez les mammif res. La version drosophile de NF B est le facteur de transcription DIF, qui p n tre ensuite dans le noyau et active la transcription des g nes codant pour les peptides antimicrobiens. La reconnaissance fongique conduit galement au clivage de Sp tzle et la production de peptides antimicrobiens par cette voie, bien que les prot ines de reconnaissance des champignons ne soient pas encore identifi es. Les g nes 3-14 TLR et NOD ont subi une diversification extensive chez les invert br s et certains chord s primitifs. Il n'y a qu'une douzaine de g nes TLR chez les mammif res, mais certains organismes ont diversifi leur r pertoire de r cepteurs de reconnaissance inn e, en particulier ceux contenant des domaines LRR, un degr beaucoup plus lev . L'oursin Strongylocentrotus purpuratus poss de un nombre sans pr c dent de 222 g nes TLR diff rents, plus de 200 g nes r cepteurs de type NOD et plus de 200 g nes de r cepteurs charognards dans son g nome. L'oursin poss de galement un nombre accru de prot ines susceptibles d' tre impliqu es dans la signalisation de ces r cepteurs, il y a, par exemple, quatre g nes similaires au g ne MyD88 d'un seul mammif re. Cependant, il n'y a pas d'augmentation apparente du nombre de cibles en aval, telles que la famille des facteurs de transcription NF B, ce qui sugg re que le r sultat final de la signalisation TLR chez l'oursin pourrait tre tr s similaire celui d'autres organismes. Les g nes TLR de l'oursin se divisent en deux grandes cat gories. L'un est un petit ensemble de 11 g nes divergents. L'autre est une grande famille de 211 g nes, qui pr sentent un degr lev de variation de s quence au sein de r gions LRR particuli res ; ceci, associ au grand nombre de pseudog nes dans cette famille, indique un renouvellement volutif rapide, sugg rant des sp cificit s de r cepteurs changeant rapidement, contrairement aux quelques TLR stables des mammif res. Bien que la sp cificit pathog ne des TLR d'oursin soit inconnue, l'hypervariabilit dans les domaines LRR pourrait tre utilis e pour g n rer un syst me de reconnaissance des pathog nes tr s diversifi bas sur des r cepteurs de type Toll. Une expansion similaire des r cepteurs inn s s'est produite chez certains chord s, l'embranchement auquel appartiennent les vert br s. Amphioxus (la lancette) est un c |
Immunologie de Janeway | hord non vert br d pourvu de syst me immunitaire adaptatif. Le g nome de l'amphioxus contient 71 TLR, plus de 100 r cepteurs de type NOD et plus de 200 r cepteurs de pi geage. Comme nous le verrons au chapitre 5, une lign e primitive de vert br s les poissons sans m choire, qui n'ont pas d'immunoglobulines et d'immunit adaptative bas e sur les lymphocytes T utilise le r arrangement g nique somatique des prot ines contenant des LRR pour fournir une version de l'immunit adaptative (voir la section 5-18). R sum . Les cellules immunitaires inn es expriment plusieurs syst mes r cepteurs qui reconnaissent les microbes et induisent des d fenses rapides ainsi que des r ponses cellulaires retard es. Plusieurs r cepteurs pi geurs et de type lectine sur les neutrophiles, les macrophages et les cellules dendritiques aident liminer rapidement les microbes par phagocytose. Les r cepteurs coupl s aux prot ines G pour C5a (qui peuvent tre produits par l'activation de la capacit inn e de reconnaissance des pathog nes du syst me du compl ment) et pour le peptide bact rien fMLF entrent en synergie avec les r cepteurs phagocytaires dans l'activation de la NADPH oxydase dans les phagosomes pour g n rer des interm diaires r actifs antimicrobiens de l'oxyg ne. Les r cepteurs de type Toll (TLR) la surface de la cellule et dans les membranes des endosomes d tectent les microbes l'ext rieur de la cellule et activent plusieurs voies de signalisation de d fense de l'h te. Les voies NF B et IRF en aval de ces r cepteurs induisent des cytokines pro-inflammatoires, notamment le TNF- , l'IL-1 et l'IL-6, et des cytokines antivirales, y compris les interf rons de type I. D'autres familles de r cepteurs d tectent une infection microbienne dans le cytosol. Les prot ines NOD d tectent les produits bact riens dans le cytosol et activent NF B et la production de cytokines pro-inflammatoires. La famille apparent e de prot ines NLR d tecte les signes de stress ou de dommages cellulaires, ainsi que certains composants microbiens. Les NLR signalent travers l'inflammasome, qui g n re des cytokines pro-inflammatoires et induit la pyroptose, une forme de mort cellulaire. RIG-I et MDA-5 d tectent l'infection virale en d tectant la pr sence d'ARN viraux et activent la voie MAVS, tandis que les capteurs d'ADN cytosolique, tels que cGAS, activent la voie STING ; ces deux voies induisent des interf rons de type I. Les voies de signalisation activ es par tous ces capteurs primaires d'agents pathog nes induisent une vari t de g nes, y compris ceux des cytokines, des chimiokines et des mol cules co-stimulatrices qui jouent un r le essentiel dans la d fense imm diate et dans l'orientation du cours de la r ponse immunitaire adaptative plus tard dans l'infection. R ponses inn es induites l'infection. Nous allons maintenant examiner les r ponses de l'immunit inn e induite en tant que cons quence imm diate de la reconnaissance des pathog nes par les capteurs d crits dans la derni re section. Nous nous concentrerons sur les principaux phagocytes les neutrophiles, les macrophages et les cellules dendritiques et sur les cytokines qu'ils produisent et qui induisent et maintiennent l'inflammation. Dans un premier temps, nous pr senterons les familles de cytokines et de chimiokines qui coordonnent de nombreuses r ponses cellulaires, telles que le recrutement de neutrophiles et d'autres cellules immunitaires vers les sites d'infection. Nous discuterons des diff rentes mol cules d'adh sion qui sont induites sur les cellules immunitaires circulant dans le sang et sur les cellules endoth liales des vaisseaux sanguins pour coordonner le mouvement des cellules hors du sang et dans les tissus infect s. Nous examinerons en d tail comment les chimiokines et les cytokines d riv es des macrophages favorisent la destruction continue des microbes infectieux. Ceci est r alis la fois en stimulant la production et le recrutement de nouveaux phagocytes et en induisant une autre phase de la r ponse immunitaire inn e la r ponse en phase aigu dans laquelle le foie produit des prot ines qui agissent comme des mol cules opsonisantes, aidant augmenter les actions du compl ment. Nous examinerons galement le m canisme d'action des interf rons antiviraux, les interf rons de type I, et enfin examinerons la classe croissante des cellules lympho des inn es, ou ILC, qui comprennent les cellules NK connues depuis longtemps pour contribuer la d fense immunitaire inn e contre les virus et autres agents pathog nes intracellulaires. Les ILC exercent un large ventail de fonctions effectrices qui contribuent une r ponse immunitaire inn e rapide l'infection. Ils r pondent aux signaux pr coces de cytokines fournis par les cellules capteurs inn es et amplifient la r ponse en produisant divers types de cytokines effectrices. Si une infection n'est pas limin e par la r ponse inn e induite, il s'ensuivra une r ponse adaptative qui utilise bon nombre des m mes m |
Immunologie de Janeway | canismes effecteurs que ceux utilis s par le syst me immunitaire inn , mais les cible avec beaucoup plus de pr cision. Les m canismes effecteurs d crits ici servent donc d'introduction l'accent mis sur l'immunit adaptative dans les derni res parties de ce livre. 3-15 Les cytokines et leurs r cepteurs appartiennent des familles distinctes de prot ines structurellement apparent es. Les cytokines sont de petites prot ines (environ 25 kDa) qui sont lib r es par diverses cellules du corps, g n ralement en r ponse un stimulus d'activation, et qui induisent des r ponses en se liant des r cepteurs sp cifiques. Les cytokines peuvent agir de mani re autocrine, affectant le comportement de la cellule qui lib re la cytokine, ou de mani re paracrine, affectant les cellules adjacentes. Certaines cytokines sont m me suffisamment stables pour agir de mani re endocrinienne, affectant des cellules distantes, bien que cela Fig. 3.25 Les r cepteurs des cytokines appartiennent des familles de prot ines r ceptrices, chacune ayant une structure distincte. De nombreuses cytokines signalent par l'interm diaire de r cepteurs de la superfamille des r cepteurs de l'h matopo tine, du nom de son premier membre, le r cepteur de l' rythropo tine. La superfamille des r cepteurs de l'h matopo tine comprend des r cepteurs homodim riques et h t rodim riques, qui sont subdivis s en familles sur la base de la s quence et de la structure des prot ines. Des exemples de ceux-ci sont donn s dans les trois premi res rang es. Les r cepteurs de cytokines h t rodim riques de classe I ont une cha ne qui d finit souvent la sp cificit du ligand du r cepteur ; Ils peuvent partager avec d'autres r cepteurs une cha ne ou commune qui conf re la fonction de signalisation intracellulaire. Les r cepteurs h t rodim riques de cytokines de classe II n'ont pas de cha ne commune et comprennent des r cepteurs pour les interf rons ou les cytokines de type interf ron. Tous les r cepteurs de cytokines signalent par la voie JAK-STAT. La famille des r cepteurs IL-1 a des domaines d'immunoglobulines extracellulaires et des signaux sous forme de dim res travers des domaines TIR dans leurs queues cytoplasmiques et travers MyD88. D'autres superfamilles de r cepteurs de cytokines sont la famille des r cepteurs du facteur de n crose tumorale (TNFR) et la famille des r cepteurs des chimiokines, cette derni re appartenant la tr s grande famille des r cepteurs coupl s aux prot ines G. Les ligands de la famille des TNFR agissent comme des trim res et peuvent tre associ s la membrane cellulaire plut t que d' tre s cr t s. d pend de leur capacit entrer dans la circulation et de leur demi-vie dans le sang. Dans le but de d velopper une nomenclature normalis e pour les mol cules s cr t es par les leucocytes et agissant sur eux, de nombreuses cytokines sont appel es interleukine (IL) suivie d'un num ro (par exemple, IL-1 ou IL-2). Cependant, toutes les cytokines ne sont pas incluses dans ce syst me ; Ainsi, les tudiants en immunologie sont toujours confront s une t che quelque peu d routante et difficile. Les cytokines sont num r es par ordre alphab tique, avec leurs r cepteurs, l'annexe III. Les cytokines peuvent tre regroup es par structure en familles - la famille IL-1, la superfamille des h matopo tines, les interf rons (d crits dans la section 3-7) et la famille des TNF - et leurs r cepteurs peuvent galement tre regroup s (Fig. 3.25). La famille des IL-1 contient 11 membres, notamment l'IL-1 , l'IL-1 et l'IL-18. La plupart des membres de cette famille sont produits sous forme de proprot ines inactives qui sont cliv es (en supprimant un peptide amino-terminal) pour produire la cytokine mature. L'exception cette r gle est l'IL-1 , pour laquelle la proprot ine et ses formes cliv es sont biologiquement actives. Comme nous l'avons vu pr c demment, l'IL-1 et l'IL-18 matures sont produites par les macrophages par l'action de la caspase 1 en r ponse la signalisation TLR et l'activation de l'inflammasome. Les r cepteurs de la famille IL-1 ont des domaines TIR dans leurs queues cytoplasmiques et signalent par la voie NF B d crite pr c demment pour les TLR. Le r cepteur IL-1 fonctionne de concert avec une deuxi me prot ine transmembranaire, la prot ine accessoire du r cepteur IL-1 (IL1RAP), qui est n cessaire la transduction du signal IL-1. La superfamille des cytokines de l'h matopo tine est assez vaste et comprend des facteurs de croissance et de diff renciation non immunitaires tels que l' rythropo tine (qui stimule le d veloppement des globules rouges) et l'hormone de croissance, ainsi que des interleukines jouant un r le dans l'immunit inn e et adaptative. L'IL-6 fait partie de cette superfamille, tout comme la cytokine GM-CSF, qui stimule la production de nouveaux monocytes et granulocytes dans la moelle osseuse. De nombreuses cytokines solubles fabriqu es par les lymphocytes T activ s font partie de la famille des h matopo tines. L |
Immunologie de Janeway | es r cepteurs des cytokines de l'h matopo tine sont des r cepteurs associ s la tyrosine kinase qui forment des dim res lorsque leur ligand cytokinique se lie. La dim risation initie la signalisation intracellulaire partir des tyrosine kinases associ es aux domaines cytoplasmiques du r cepteur. Certains types de r cepteurs de cytokines sont compos s de deux sous-unit s identiques, mais d'autres ont deux sous-unit s diff rentes. Une caract ristique importante de la signalisation des cytokines est la grande vari t de combinaisons diff rentes de sous-unit s de r cepteur qui se produisent. R cepteurs du facteur de n crose tumorale (TNF) I et II, CD40, Fas (Apo1, CD95), CD30, CD27, r cepteur du facteur de croissance nerveuse CCR1 10, CXCR1 5, XCR1, CX3CR1 R cepteurs homodim riques R cepteurs de l' rythropo tine et de l'hormone de croissance R cepteurs h t rodim riques (sans cha ne commune) R cepteurs de la famille IL-1 R cepteurs de l'IL-13, de l'IFN- , de l'IFN- , de l'IFN- , de l'IL-10 R cepteurs h t rodim riques cha ne commune R cepteurs de l'IL-3, L'IL-5 et le GM-CSF partagent une cha ne commune, CD131 ou c (cha ne commune c) c Les r cepteurs de l'IL-2, de l'IL-4, de l'IL-7, de l'IL-9 et de l'IL-15 partagent une cha ne commune, CD132 ou c (cha ne commune). Le r cepteur IL-2 poss de galement une troisi me cha ne, une sous-unit de haute affnit IL-2R (CD25) c Famille de r cepteurs TNF Famille de r cepteurs de chimiokines Ces cytokines et leurs r cepteurs peuvent galement tre divis s en sous-familles caract ris es par des similitudes fonctionnelles et des liens g n tiques. Par exemple, l'IL-3, l'IL-4, l'IL-5, l'IL-13 et le GM-CSF sont structurellement li s, leurs g nes sont troitement li s dans le g nome et ils sont souvent produits ensemble par les m mes types de cellules. De plus, ils se lient des r cepteurs troitement apparent s, qui appartiennent la famille des r cepteurs de cytokines de classe I. Les r cepteurs IL-3, IL-5 et GM-CSF forment un sous-groupe qui partage une cha ne commune. Un autre sous-groupe de r cepteurs de cytokines de classe I est d fini par l'utilisation de la cha ne commune ( c) du r cepteur IL-2. Cette cha ne est partag e par les r cepteurs des cytokines IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15 et IL-21, et est cod e par un g ne situ sur le chromosome X. Les mutations qui inactivent c provoquent une immunod ficience combin e s v re li e l'X (DICS li e l'X) en raison de l'inactivation des voies de signalisation de plusieurs cytokines IL-7, IL-15 et IL-2 qui sont n cessaires au d veloppement normal des lymphocytes (voir la section 13-3). Plus loign , le r cepteur de l'IFN- fait partie d'une petite famille de r cepteurs de cytokines h t rodim riques pr sentant certaines similitudes avec la famille des r cepteurs de l'h matopo tine. Ces r cepteurs de cytokines de classe II ( galement connus sous le nom de r cepteurs de l'interf ron) comprennent les r cepteurs de l'IFN- et de l'IFN- , ainsi que le r cepteur IL-10. Les r cepteurs de l'h matopo tine et de l'interf ron signalent tous par la voie JAK-STAT d crite ci-dessous et activent diff rentes combinaisons de STAT avec des effets diff rents. La famille des TNF, dont le TNF- est le prototype, contient plus de 17 cytokines ayant des fonctions importantes dans l'immunit adaptative et inn e. Contrairement la plupart des autres cytokines importantes sur le plan immunologique, de nombreux membres de la famille des TNF sont des prot ines transmembranaires, une caract ristique qui leur conf re des propri t s distinctes et limite leur champ d'action. Cependant, certains peuvent galement tre lib r s de la membrane dans certaines circonstances. Ils se trouvent g n ralement comme homotrim res d'une sous-unit li e la membrane, bien que certains h t rotrim res compos s de diff rentes sous-unit s existent galement. Le TNF- (parfois appel simplement TNF) est initialement exprim sous la forme d'une cytokine li e la membrane trim rique, mais peut tre lib r de la membrane. Les effets du TNF- sont m di s par l'un ou l'autre des deux r cepteurs TNF. Le r cepteur TNF I (TNFR-I) est exprim sur un large ventail de cellules, y compris les cellules endoth liales et les macrophages, tandis que le TNFR-II est exprim en grande partie par les lymphocytes. Les r cepteurs des cytokines de la famille des TNF sont structurellement non li s aux r cepteurs d crits ci-dessus et doivent galement se regrouper pour tre activ s. tant donn que les cytokines de la famille des TNF sont produites sous forme de trim res, la liaison de ces cytokines induit le regroupement de trois sous-unit s r ceptrices identiques. La voie de signalisation activ e par ces r cepteurs est d crite au chapitre 7, o nous voyons que la signalisation utilise des membres de la famille TRAF pour activer la voie NF B dite non canonique. Les membres de la famille des r cepteurs des chimiokines sont num r s l'annexe IV, ainsi que les chimiokines qu'ils |
Immunologie de Janeway | reconnaissent. Ces r cepteurs ont une structure 7-transmembranaire et signalent en interagissant avec les prot ines G, comme d crit dans la section 3-2. Les r cepteurs 3-16 des cytokines de la famille des h matopo tines sont associ s la famille des tyrosine kinases JAK, qui activent les facteurs de transcription STAT. Les cha nes de signalisation de la famille des r cepteurs de cytokines de la famille des h matopo tines sont associ es de mani re non covalente aux prot ines tyrosine kinases de la famille des Janus kinases (JAK) - ainsi appel es parce qu'elles ont deux domaines de type kinase en tandem et ressemblent donc au dieu romain mythique deux t tes Janus. Il y a quatre membres dans la famille JAK : Jak1, Jak2, Jak3 et Tyk2. Comme les souris d ficientes pour les membres individuels de la famille JAK pr sentent des ph notypes diff rents, chaque kinase doit Chapitre 3 : Les r ponses induites de l'immunit inn e VID O 3.7 Fig. 3.26 De nombreux r cepteurs de cytokines signalent l'aide d'une voie rapide appel e voie JAK-STAT. Premier panel : de nombreuses cytokines agissent via des r cepteurs associ s aux Janus kinases cytoplasmiques (JAKs). Le r cepteur est constitu d'au moins deux cha nes, chacune associ e un JAK sp cifique. Deuxi me panneau : la liaison du ligand rapproche les deux cha nes, permettant aux JAK de se phosphoryler et de s'activer mutuellement, puis de phosphoryler (points rouges) des tyrosines sp cifiques dans les queues des r cepteurs. La famille des prot ines STAT (signal transducer and activator of transcription) poss de un domaine N-terminal qui homodim rise les STAT dans le cytosol avant l'activation, et un domaine SH2 qui se lie aux queues des r cepteurs tyrosinephosphoryl s. Troisi me panneau : lors de la liaison, les homodim res STAT sont phosphoryl s par les JAKs. Quatri me panneau : apr s phosphorylation, les prot ines STAT se reconfigurent en un dim re qui est stabilis par la liaison du domaine SH2 aux r sidus de phosphotyrosine sur l'autre STAT. Ils se d placent ensuite vers le noyau, o ils se lient et activent la transcription d'une vari t de g nes importants pour l'immunit adaptative. ont une fonction distincte. Par exemple, Jak3 est utilis par c pour la signalisation de plusieurs des cytokines d crites ci-dessus. Les mutations qui inactivent Jak3 provoquent une forme de DICS qui n'est pas li e l'X. La dim risation ou le regroupement des cha nes de signalisation des r cepteurs rapproche les JAK, provoquant la phosphorylation de chaque JAK sur un r sidu de tyrosine qui stimule son activit kinase. Les JAK activ s phosphorylent ensuite leurs r cepteurs associ s sur des r sidus de tyrosine sp cifiques. Cette phosphotyrosine, et la s quence sp cifique d'acides amin s qui l'entoure, cr e un site de liaison qui est reconnu par les domaines SH2 trouv s dans d'autres prot ines, en particulier les membres d'une famille de facteurs de transcription connus sous le nom de transducteurs de signal et activateurs de transcription (STAT) (Fig. 3.26). Il existe sept STAT (1-4, 5a, 5b et 6), qui r sident dans le cytoplasme sous une forme inactive jusqu' ce qu'ils soient activ s par les r cepteurs de cytokines. Avant l'activation, la plupart des STAT forment des homodim res, en raison d'une interaction homotypique sp cifique entre les domaines pr sents aux terminaisons amin es des prot ines STAT individuelles. La sp cificit du r cepteur de chaque STAT est d termin e par la reconnaissance de la s quence distincte de phosphotyrosine sur chaque r cepteur activ par les diff rents domaines SH2 au sein des diverses prot ines STAT. Le recrutement d'un STAT dans le r cepteur activ rapproche le STAT d'un JAK activ , qui peut alors phosphoryler un r sidu de tyrosine conserv dans l'extr mit carboxy du STAT particulier. Cela conduit un r arrangement, dans lequel la phosphotyrosine de chaque prot ine STAT se lie au domaine SH2 de l'autre STAT, formant une configuration qui peut lier l'ADN avec une grande affinit . Les STAT activ s forment principalement des homodim res, une cytokine activant g n ralement un type de STAT. Par exemple, IFN- active STAT1 et g n re des homodim res STAT1, tandis que IL-4 active STAT6, g n rant des homodim res STAT6. D'autres r cepteurs de cytokines peuvent activer plusieurs STAT, et certains h t rodim res STAT peuvent tre form s. Le dim re STAT phosphoryl p n tre dans le noyau, o il agit comme un facteur de transcription pour initier l'expression de g nes s lectionn s qui peuvent r guler la croissance et la diff renciation de sous-ensembles particuliers de lymphocytes. tant donn que la signalisation par ces r cepteurs d pend de la phosphorylation de la tyrosine, la d phosphorylation du complexe r cepteur par les tyrosine phosphatases est un moyen par lequel les cellules peuvent mettre fin la signalisation. Une vari t de tyrosine phosphatases ont t impliqu es dans la d phosphorylation des r cepteurs des cytokines, des JAK et des STAT. |
Immunologie de Janeway | Il s'agit notamment des tyrosine phosphatases non r ceptrices SHP-1 et SHP-2 (cod es par PTPN6 et PTPN11), et du r cepteur transmembranaire tyrosine phosphatase CD45, qui est exprim sous forme d'isoformes multiples sur de nombreuses cellules h matopo tiques. La signalisation des cytokines peut galement tre interrompue par une r troaction n gative impliquant des inhibiteurs sp cifiques induits par l'activation des cytokines. Les prot ines suppresseurs de signalisation des cytokines (SOCS) sont une classe d'inhibiteurs qui terminent la signalisation de nombreux r cepteurs de cytokines et d'hormones. Les prot ines SOCS contiennent un domaine SH2 qui peut les recruter dans la kinase ou le r cepteur JAK phosphoryl , et elles peuvent inhiber directement les kinases JAK, entrer en comp tition pour le r cepteur et diriger l'ubiquitination et la d gradation ult rieure des JAK et des STAT. Les prot ines SOCS sont induites par l'activation de STAT et inhibent ainsi la signalisation du r cepteur apr s que la cytokine a eu son effet. Leur importance peut tre observ e chez les souris d ficientes en SOCS1, qui d veloppent un infiltrat inflammatoire multi-organes caus par une signalisation accrue des r cepteurs de l'interf ron, des r cepteurs contenant c et des TLR. Une autre classe de prot ines inhibitrices est constitu e par les inhibiteurs de prot ines STAT activ es (PIAS), qui semblent galement tre impliqu s dans la promotion de la d gradation des r cepteurs et des composants des voies. Les STAT phosphoryl s forment des dim res qui se d placent dans le noyau pour initier la transcription des g nes Les facteurs de transcription (STAT) se lient aux r cepteurs phosphoryl s et sont leur tour phosphoryl s par les JAKs JAK kinase active STAT dim res 3-17 activ es Les chimiokines lib r es par les macrophages et les cellules dendritiques recrutent des cellules effectrices sur les sites d'infection. Toutes les cytokines produites par les macrophages dans les r ponses immunitaires inn es ont des effets locaux et syst miques importants qui contribuent la fois l'immunit inn e et adaptative, et ceux-ci sont r sum s dans la figure 3.27. La reconnaissance de diff rentes classes d'agents pathog nes par les phagocytes et les cellules dendritiques peut impliquer une signalisation par diff rents r cepteurs, tels que les diff rents TLR, et peut entra ner une certaine variation des cytokines exprim es par les macrophages stimul s et les cellules dendritiques. C'est l'une des fa ons dont les r ponses immunitaires appropri es peuvent tre activ es de mani re s lective, car les cytokines lib r es orchestrent la phase suivante de la d fense de l'h te. En r ponse l'activation par les PRR, les macrophages et les dendritiques Fig. 3.27 Les cytokines et chimiokines importantes s cr t es par les cellules dendritiques et les macrophages en r ponse aux produits bact riens comprennent l'IL-1 , l'IL-6, la CXCL8, l'IL-12 et le TNF- . Le TNF- est un inducteur d'une r ponse inflammatoire locale qui aide contenir les infections. Il a galement des effets syst miques, dont beaucoup sont nocifs (voir la section 3-20). Le Effets locaux Effets syst miques IL-12IL-1 Fi vre Production d'IL-6 Fi vre Mobilisation des m tabolites Fi vre de choc Induit la production de prot ines en phase aigu Les macrophages activ s s cr tent une gamme de cytokines CXCL8TNF- IL-6 Active l'endoth lium vasculaire Active les lymphocytes Destruction tissulaire locale Augmente l'acc s aux cellules effectrices Activation lymphocytaire Augmentation de la production d'anticorps Le facteur chimiotactique recrute les neutrophiles, les basophiles et les lymphocytes T sur le site de l'infection Active les cellules NK Induit le la diff renciation des lymphocytes T CD4 en cellules TH1 Active l'endoth lium vasculaire et augmente la perm abilit vasculaire, ce qui conduit une entr e accrue des IgG, du compl ment et des cellules dans les tissus et une augmentation du drainage de l'uid vers les ganglions lymphatiques La chimiokine CXCL8 est galement impliqu e dans la r ponse inflammatoire locale, aidant attirer les neutrophiles vers le site de l'infection. L'IL-1 , l'IL-6 et le TNF- jouent un r le crucial dans l'induction de la r ponse en phase aigu dans le foie et l'induction de la fi vre, ce qui favorise une d fense efficace de l'h te de diverses mani res. L'IL-12 active les cellules tueuses naturelles (NK) et favorise la diff renciation des cellules T CD4 en sous-ensemble TH1 dans l'immunit adaptative. VID O 3.8 Fig. 3.28 Propri t s de certaines chimiokines humaines. Les chimiokines se divisent principalement en deux groupes apparent s mais distincts : les chimiokines CC, qui ont deux r sidus de cyst ine adjacents pr s de l'extr mit amin e ; et les chimiokines CXC, dans lesquelles les r sidus de cyst ine quivalents sont s par s par un seul acide amin . Chez l'homme, les g nes des chimiokines CC sont principalement regroup s dans une r gion du chromosome 4. L |
Immunologie de Janeway | es g nes des g nes des chimiokines CXC se trouvent principalement dans un groupe sur le chromosome 17. Les deux groupes de chimiokines agissent sur diff rents ensembles de r cepteurs, qui sont tous des r cepteurs coupl s aux prot ines G. Les chimiokines CC se lient aux r cepteurs d sign s CCR1 10. Les chimiokines CXC se lient aux r cepteurs d sign s CXCR1 7. Diff rents r cepteurs sont exprim s sur diff rents types de cellules, et donc une chimiokine particuli re peut tre utilis e pour attirer un type de cellule particulier. En g n ral, les chimiokines CXC avec un motif tripeptide Glu-Leu-Arg imm diatement avant la premi re cyst ine favorisent la migration des neutrophiles. CXCL8 est un exemple de ce type. La plupart des autres chimiokines CXC, y compris celles qui interagissent avec les r cepteurs CXCR3, 4 et 5, n'ont pas ce motif. La fractalkine est inhabituelle plusieurs gards : elle a trois r sidus d'acides amin s entre les deux cyst ines, et elle existe sous deux formes, l'une qui est attach e la membrane des cellules endoth liales et pith liales qui l'expriment, o elle sert de prot ine d'adh sion, et une forme soluble qui est lib r e de la surface cellulaire et agit comme un chimioattractant pour un large ventail de types de cellules. Une liste plus compl te des chimiokines et de leurs r cepteurs est donn e l'annexe IV. Les cellules s cr tent un groupe diversifi de cytokines qui comprend l'IL-1 , l'IL-6, l'IL-12, le TNF- et la chimiokine CXCL8 (anciennement connue sous le nom d'IL-8). Parmi les cytokines lib r es par les tissus dans les premi res phases de l'infection figurent des membres d'une famille de cytokines chimioattractantes connues sous le nom de chimiokines. Ces petites prot ines induisent une chimiotaxie dirig e dans les cellules r actives voisines, ce qui entra ne le mouvement des cellules vers la source de la chimiokine. Comme les chimiokines ont t d tect es pour la premi re fois dans des essais fonctionnels, on leur a d'abord donn divers noms, qui sont num r s avec leur nomenclature normalis e l'annexe IV. Toutes les chimiokines sont li es dans la s quence d'acides amin s, et leurs r cepteurs sont des r cepteurs coupl s aux prot ines G (voir Section 3-2). La voie de signalisation stimul e par les chimiokines provoque des changements dans l'adh rence cellulaire et des changements dans le cytosquelette de la cellule qui conduisent une migration dirig e. Les chimiokines peuvent tre produites et lib r es par de nombreux types de cellules diff rentes, pas seulement celles du syst me immunitaire. Dans le syst me immunitaire, ils fonctionnent principalement comme des chimioattractants pour les leucocytes, recrutant les monocytes, les neutrophiles et d'autres cellules effectrices de l'immunit inn e du sang dans les sites d'infection. Ils guident galement les lymphocytes dans l'immunit adaptative, comme nous l'apprendrons dans les chapitres 9 11. Certaines chimiokines jouent galement un r le dans le d veloppement et la migration des lymphocytes et dans l'angiogen se (la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins). Il existe plus de 50 chimiokines connues, et cette multiplicit frappante peut refl ter leur importance dans l'administration des cellules leurs bons endroits. ce qui semble tre leur fonction principale dans le cas des lymphocytes. Certaines des chimiokines produites par ou qui affectent les cellules immunitaires inn es humaines sont num r es dans la figure 3.28 avec leurs propri t s. Les chimiokines se divisent principalement en deux groupes apparent s mais distincts. Les chimiokines CC ont deux r sidus de cyst ine adjacents pr s de l'extr mit amin e, tandis que dans les chimiokines CXC, les deux r sidus de cyst ine correspondants sont s par s par un seul acide amin . Les chimiokines CC favorisent la migration des monocytes, des lymphocytes et d'autres types de cellules. Un exemple pertinent pour l'immunit inn e est CCL2, qui attire les monocytes par le biais du r cepteur CCR2B, induisant leur migration de la circulation sanguine pour devenir des macrophages tissulaires. En revanche, la migration des neutrophiles est favoris e par les chimiokines CXC. CXCL8, agissant par l'interm diaire de CXCR2, mobilise les neutrophiles de la moelle osseuse et les incite quitter le sang et migrer dans les tissus environnants. CCL2 et CXCL8 ont donc des fonctions similaires mais compl mentaires dans la r ponse immunitaire inn e, attirant respectivement les monocytes et les neutrophiles. Le r le des chimiokines dans le recrutement cellulaire est double. Tout d'abord, ils agissent sur le leucocyte lorsqu'il roule le long des cellules endoth liales aux sites d'inflammation, convertissant ce roulement en liaison stable en d clenchant un changement de conformation dans les mol cules d'adh sion connues sous le nom d'int grines leucocytaires. Ces changements conformationnels permettent aux int grines de se lier fortement leurs ligands sur les cellules endoth li |
Immunologie de Janeway | ales, ce qui permet au leucocyte de traverser les parois des vaisseaux sanguins en se faufilant entre les cellules endoth liales. Deuxi mement, la chimiokine dirige la migration du leucocyte le long d'un gradient de mol cules de chimiokines li es la matrice extracellulaire et aux surfaces des cellules endoth liales. Ce gradient augmente en concentration vers le site de l'infection. Les chimiokines sont produites par une grande vari t de types de cellules en r ponse des produits bact riens, des virus et des agents qui causent des dommages physiques, tels que la silice, l'alun ou les cristaux d'urate qui se produisent dans la goutte. Les fragments de compl ment tels que C3a et C5a, ainsi que les peptides bact riens fMLF, agissent galement comme chimioattractants pour les neutrophiles. Ainsi, l'infection ou les dommages physiques aux tissus induisent la production de gradients de chimiokines qui peuvent diriger les phagocytes vers les sites o ils sont n cessaires. Les neutrophiles arrivent rapidement en grand nombre sur un site d'infection. Le recrutement des monocytes se produit simultan ment, mais ils s'accumulent plus lentement sur le site de l'infection, peut- tre parce qu'ils sont moins abondants dans la circulation. Le fragment du compl ment C5a et les chimiokines CXCL8 et CCL2 activent leurs cellules cibles respectives, de sorte que non seulement les neutrophiles et les monocytes sont amen s des sites potentiels d'infection, mais qu'ils sont arm s pour faire face aux agents pathog nes qu'ils y rencontrent. En particulier, la signalisation induite par C5a ou CXCL8 dans les neutrophiles sert augmenter l'explosion respiratoire qui g n re les radicaux oxyg n s et l'oxyde nitrique et induire les neutrophiles lib rer leur contenu en granules antimicrobiens stock s (voir Section 3-2). Les chimiokines n'agissent pas seules dans le recrutement cellulaire. Ils n cessitent l'action de m diateurs vasoactifs qui rapprochent les leucocytes de la paroi des vaisseaux sanguins (voir Section 3-3) et de cytokines telles que le TNF- pour induire les mol cules d'adh sion n cessaires sur les cellules endoth liales. Nous reviendrons sur les chimiokines dans les chapitres suivants, o elles sont discut es dans le contexte de la r ponse immunitaire adaptative. Maintenant, cependant, nous nous tournons vers les mol cules qui permettent aux leucocytes d'adh rer l'endoth lium, et nous d crirons ensuite tape par tape le processus d'extravasation par lequel les monocytes et les neutrophiles p n trent dans les sites infect s. r ponse. Le recrutement de phagocytes activ s sur les sites d'infection est l'une des fonctions les plus importantes de l'immunit inn e. Le recrutement se produit dans le cadre de la r ponse inflammatoire et est m di par des mol cules d'adh sion cellulaire qui sont induites la surface des cellules endoth liales des vaisseaux sanguins locaux. Ici, nous VID O 3.9 Chapitre 3 : Les r ponses induites de l'immunit inn e consid rent les fonctions qui participent au recrutement des FILM 3.10 cellules dans les heures les jours qui suivent l' tablissement d'une infection. Comme pour les composants du compl ment, un obstacle important la compr hension des fonctions des mol cules d'adh sion cellulaire est leur nomenclature. La plupart des mol cules d'adh sion, en particulier celles sur les leucocytes, qui sont relativement faciles analyser fonctionnellement, ont t nomm es l'origine d'apr s les effets d'anticorps monoclonaux sp cifiques dirig s contre elles. Leurs noms n'ont donc aucun rapport avec leur classe structurelle. Par exemple, les antig nes fonctionnels leucocytaires LFA-1, LFA-2 et LFA-3 sont en fait membres de deux familles de prot ines diff rentes. Dans la figure 3.29, les mol cules d'adh sion pertinentes pour l'immunit inn e sont regroup es en fonction de leur structure mol culaire, qui est repr sent e sous forme sch matique c t de leurs diff rents noms, sites d'expression et ligands. Trois familles structurelles de mol cules d'adh sion sont importantes pour le recrutement des leucocytes. Les s lectines sont des glycoprot ines membranaires avec un domaine distal semblable celui de la lectine qui se lie des groupes de glucides sp cifiques. Les membres de cette famille sont induits sur l'endoth lium activ et initient les interactions endoth lium-leucocytes en se liant des ligands oligosaccharidiques fucosyl s sur les leucocytes qui passent (voir Fig. 3.29). L' tape suivante du recrutement des leucocytes d pend d'une adh sion plus serr e, qui est due la liaison des mol cules d'adh sion intercellulaire (ICAM) sur l'endoth lium aux prot ines h t rodim riques de la famille des int grines sur les leucocytes. Les ICAM sont des prot ines membranaires passage unique qui appartiennent la grande superfamille des prot ines de type immunoglobuline, qui contiennent des domaines prot iques similaires ceux des immunoglobulines. Les r gions extracellulaires des ICAM |
Immunologie de Janeway | sont compos es de plusieurs domaines de type immunoglobuline. Une mol cule d'int grine est compos e Fig. 3.29 Mol cules d'adh sion impliqu es dans les interactions leucocytaires. Plusieurs familles structurelles de mol cules d'adh sion jouent un r le dans la migration des leucocytes, le guidage et les interactions cellule-cellule : les s lectines, les int grines et les prot ines de la superfamille des immunoglobulines. La figure montre des repr sentations sch matiques d'un exemple de chaque famille, une liste d'autres membres de la famille qui participent aux interactions leucocytaires, leur distribution cellulaire et leur ligand dans les interactions adh sives. Les membres de la famille montr s ici sont limit s ceux qui participent l'inflammation et d'autres m canismes immunitaires inn s. Les m mes mol cules et d'autres participent l'immunit adaptative et seront consid r es dans les chapitres 9 et 11. La nomenclature des diff rentes mol cules de ces familles est d routante car elle refl te souvent la mani re dont les mol cules ont t identifi es pour la premi re fois plut t que leurs caract ristiques structurelles associ es. Les noms alternatifs de chacune des mol cules d'adh sion sont indiqu s entre parenth ses. Le sialyl-LewisX sulfat , qui est reconnu par la Pand E-s lectine, est un oligosaccharide pr sent sur les glycoprot ines de surface cellulaire des leucocytes circulants. Les int grines LFA-1 se lient aux mol cules d'adh sion cellulaire et la matrice extracellulaire. Monocytes forte adh rence Monocytes, macrophages Fibronectine 5 : 1 (VLA-5, CD49d :CD29) Monocytes, lymphocytes T, macrophages, neutrophiles, cellules dendritiques, cellules NK Neutrophiles, monocytes, macrophages, cellules NK Cellules dendritiques, macrophages, neutrophiles, cellules NK ICAM-1, ICAM-2 ICAM-1, iC3b, brinogen iC3b L : 2 (LFA-1, CD11a :CD18) M : 2 (CR3, Mac-1, CD11b :CD18) X : 2 (CR4, p150.95, CD11c :CD18) de deux cha nes prot iques transmembranaires, et , dont il en existe de nombreux types diff rents. Les sous-ensembles d'int grines ont une cha ne commune associ e diff rentes cha nes . Les int grines leucocytaires importantes pour l'extravasation sont LFA-1 ( L : 2, galement connu sous le nom de CD11a :CD18) et CR3 ( M : 2, r cepteur du compl ment de type 3, galement connu sous le nom de CD11b :CD18 ou Mac-1). Nous avons d crit CR3 dans la section 2-13 comme un r cepteur pour iC3b, mais il se lie galement d'autres ligands. LFA-1 et CR3 se lient tous deux ICAM-1 et ICAM-2 (Fig. 3.30). M me en l'absence d'infection, les monocytes circulants quittent continuellement le sang et p n trent dans certains tissus, tels que l'intestin, o ils deviennent des macrophages r sidents. Pour sortir du vaisseau sanguin, ils peuvent adh rer l'ICAM-2, qui est exprim de faibles niveaux par l'endoth lium non activ . CR3 se lie galement au fibrinog ne et au facteur X, deux substrats de la cascade de coagulation. Une forte adh sion entre les leucocytes et les cellules endoth liales est favoris e par l'induction d'ICAM-1 sur l'endoth lium enflamm ainsi que par un changement conformationnel de LFA-1 et CR3 qui se produit sur le leucocyte. Les int grines peuvent basculer entre un tat actif , dans lequel elles se lient fortement leurs ligands, et un tat inactif , dans lequel la liaison est facilement rompue. Cela permet aux cellules de faire et de d faire des adh sions m di es par l'int grine en r ponse aux signaux re us par la cellule, soit par l'int grine elle-m me, soit par d'autres r cepteurs. l' tat activ , une mol cule d'int grine est li e via la prot ine intracellulaire taline au cytosquelette d'actine. Dans le cas des leucocytes migrateurs, les chimiokines se liant leurs r cepteurs sur le leucocyte g n rent des signaux intracellulaires qui provoquent la liaison de la taline aux queues cytoplasmiques des cha nes de LFA-1 et CD3, for ant les r gions extracellulaires de l'int grine prendre une conformation de liaison active. L'importance de la fonction de l'int grine leucocytaire dans le recrutement des cellules inflammatoires est illustr e par les d ficits d'adh sion des leucocytes, qui peuvent tre caus s par des d fauts dans les int grines elles-m mes ou dans les prot ines n cessaires la modulation de l'adh sion. Les personnes atteintes de ces maladies souffrent d'infections bact riennes r currentes et d'une cicatrisation alt r e des plaies. L'activation endoth liale est entra n e par les cytokines produites par les macrophages, en particulier le TNF- , qui induisent l'externalisation rapide des granules appel s corps de Weibel-Palade dans les cellules endoth liales. Ces granules contiennent de la P-s lectine pr form e, qui appara t la surface des cellules endoth liales locales quelques minutes seulement apr s que les macrophages aient r agi la pr sence de microbes en produisant du TNF- . Peu de temps apr s l'arriv e de la P-s lectine la surface cellulaire, l'ARNm c |
Immunologie de Janeway | odant pour l'E-s lectine est synth tis et, dans les 2 heures, les cellules endoth liales expriment principalement l'E-s lectine. La P-s lectine et la E-s lectine interagissent toutes deux avec le sialyl-LewisX sulfat , une forme sulfat e d'une structure glucidique qui est galement un antig ne de groupe sanguin important. Le sialyl-LewisX sulfat est pr sent la surface des neutrophiles, et ses interactions avec la P-s lectine et la E-s lectine sont importantes pour le roulement des neutrophiles sur l'endoth lium. Les mutations des enzymes impliqu es dans sa synth se, telles que la fucosyltransf rase, provoquent une expression d fectueuse de sialyl-LewisX qui entra ne une immunod ficience, un d ficit d'adh sion leucocytaire de type 2. Les int grines sont galement des marqueurs de surface cellulaire pratiques pour distinguer diff rents types de cellules. Les cellules dendritiques, les macrophages et les monocytes expriment diff rentes cha nes de d'int grine et pr sentent donc des int grines 2 distinctes leur surface. L'int grine leucocytaire pr dominante sur les cellules dendritiques conventionnelles est X : 2, galement connue sous le nom de CD11c :CD18 ou r cepteur du compl ment 4 (CR4) (voir Fig. 3.29). Cette int grine est un r cepteur du produit de clivage du compl ment C3 iC3b, le fibrinog ne et l'ICAM-1. Contrairement aux cellules dendritiques conventionnelles, la plupart des monocytes et des macrophages expriment de faibles niveaux de CD11c et expriment principalement l'int grine M : 2 (CD11b :CD18 ; CR3). Cependant, les mod les d'expression de l'int grine peuvent varier, certains macrophages tissulaires, tels que ceux du poumon, exprimant des niveaux lev s de CD11c :CD18. Chez la souris, les deux branches principales des cellules dendritiques conventionnelles peuvent tre distingu es par l'expression de CD11b :CD18 : une branche caract ris e par une forte expression de CD11b :CD18, Fig. 3.30 L'adh sion des phagocytes l'endoth lium vasculaire est m di e par les int grines. Lorsque l'endoth lium vasculaire est activ par des m diateurs inflammatoires, il exprime deux mol cules d'adh sion, savoir ICAM-1 et ICAM-2. Il s'agit de ligands pour les int grines exprim s par les phagocytes : M : 2 ( galement appel CR3, Mac-1 ou CD11b :CD18) et L : 2 ( galement appel LFA-1 ou CD11a :CD18) VID O 3.11 VID O 3.12 MOVIE 3.13 et une deuxi me branche qui n'a pas CD11b :CD18. Les cellules dendritiques plasmacyto des (pDC) expriment des niveaux inf rieurs de CD11c, mais peuvent tre distingu es des cellules dendritiques conventionnelles l'aide d'autres marqueurs ; Les pDC humaines expriment la lectine de type C BDCA-2 (antig ne 2 des cellules dendritiques sanguines), et les pDC de souris expriment BST2 (antig ne stromal de la moelle osseuse), dont aucune n'est exprim e par les cellules dendritiques conventionnelles. 3-19 Les neutrophiles constituent la premi re vague de cellules qui traversent la paroi des vaisseaux sanguins pour p n trer dans un tissu enflamm . La migration des leucocytes hors des vaisseaux sanguins, le processus connu sous le nom d'extravasation, se produit en r ponse des signaux g n r s sur les sites d'infection. Dans des conditions normales, les leucocytes se d placent au centre des petits vaisseaux sanguins, l o le flux sanguin est le plus rapide. l'int rieur des sites d'inflammation, les vaisseaux sont dilat s et le flux sanguin plus lent qui en r sulte permet aux leucocytes d'interagir en grand nombre avec l'endoth lium vasculaire. Au cours d'une r ponse inflammatoire, l'induction de mol cules d'adh sion sur les cellules endoth liales des vaisseaux sanguins l'int rieur du tissu infect , ainsi que les modifications induites des mol cules d'adh sion exprim es sur les leucocytes, recrutent un grand nombre de leucocytes circulants sur le site de l'infection. Nous d crirons ce processus en ce qui concerne les monocytes et les neutrophiles (Fig. 3.31). L'extravasation se d roule en quatre tapes. Dans le premier, l'induction de s lectines induit le roulement des leucocytes le long de l'endoth lium. La p-s lectine appara t la surface des cellules endoth liales quelques minutes apr s l'exposition au leucotri ne B4, C5a ou l'histamine, qui est lib r par les mastocytes en r ponse C5a. La P-s lectine peut galement tre induite par le TNF- ou le LPS, et les deux induisent la synth se de la E-s lectine, qui appara t la surface de la cellule endoth liale quelques heures plus tard. Lorsque le sialyl-LewisX sulfat sur les monocytes et les neutrophiles entre en contact avec ces P-s lectines et E expos es, ces cellules adh rent de mani re r versible la paroi du vaisseau et commencent rouler le long de l'endoth lium (voir Fig. 3.31, panneau sup rieur), permettant des interactions plus fortes de l' tape suivante de la migration des leucocytes. Les neutrophiles sont particuli rement efficaces pour rouler le long de l'endoth lium, m me sous des d bits qui emp ch |
Immunologie de Janeway | ent le roulement par d'autres cellules. Un tel roulement r sistant au cisaillement par les neutrophiles utilise de longues extensions de la membrane plasmique, appel es bandelettes, qui lient l'endoth lium et s'enroulent autour de la cellule pendant qu'elle roule, servant attacher fermement la cellule l'endoth lium et favoriser l'entr e rapide dans les sites d'infection. La deuxi me tape d pend des interactions entre les int grines leucocytaires LFA-1 et CR3 avec des mol cules d'adh sion telles que ICAM-1 (qui peut tre induite sur les cellules endoth liales par TNF- ) et ICAM-2 sur l'endoth lium (voir Fig. 3.31, panneau inf rieur). LFA-1 et CR3 ne se lient normalement que faiblement leurs ligands, mais CXCL8 (ou d'autres chimiokines), li aux prot oglycanes la surface des cellules endoth liales, se lie des r cepteurs sp cifiques de chimiokines sur le leucocyte et signale la cellule de d clencher un changement de conformation en LFA-1 et CR3 sur le leucocyte roulant ; cela augmente consid rablement les propri t s adh sives du leucocyte, comme discut dans la section 3-18. La cellule se fixe alors fermement l'endoth lium et son roulement est arr t . Dans la troisi me tape, le leucocyte s'extravase, ou traverse la paroi endoth liale. Cette tape implique galement LFA-1 et CR3, ainsi qu'une autre interaction adh sive impliquant une mol cule apparent e l'immunoglobuline appel e PECAM ou CD31, qui est exprim e la fois sur le leucocyte et aux jonctions intercellulaires des cellules endoth liales. Ces interactions permettent au phagocyte de se faufiler entre les cellules endoth liales. Il p n tre ensuite dans la membrane basale l'aide d'enzymes qui d composent les prot ines de la matrice extracellulaire de la membrane basale. Le mouvement travers la membrane basale est connu sous le nom de diap d se et permet aux phagocytes de p n trer dans les tissus sous-endoth liaux. La quatri me et derni re tape de l'extravasation est la migration des leucocytes travers les tissus sous l'influence des chimiokines. Les chimiokines telles que L'adh sion m di e par la s lectine au leucocyte sialyl-Lewisx est faible et permet aux leucocytes de rouler le long de la surface endoth liale vasculaire CXCL8 et CCL2 (voir Section 3-17) sont produits au site de l'infection et se lient aux prot oglycanes dans la matrice extracellulaire et la surface des cellules endoth liales. De cette fa on, un gradient de concentration de chimiokines associ la matrice se forme sur une surface solide le long de laquelle le leucocyte peut migrer vers le foyer de l'infection (voir Fig. 3.31). CXCL8 est lib r par les macrophages qui rencontrent les premiers agents pathog nes ; Il recrute des neutrophiles, qui p n trent en grand nombre dans les tissus infect s au d but de la r ponse induite. Leur afflux atteint g n ralement son apog e dans les 6 premi res heures d'une r ponse inflammatoire. Les monocytes sont recrut s par l'action de CCL2 et s'accumulent plus lentement que les neutrophiles. Une fois dans le tissu enflamm , les neutrophiles sont capables d' liminer de nombreux agents pathog nes par phagocytose. Dans une r ponse immunitaire inn e, les neutrophiles utilisent leurs r cepteurs du compl ment et les r cepteurs de reconnaissance directe des formes dont il a t question plus haut dans ce chapitre (voir la section 3-1) pour reconna tre et phagocyter les agents pathog nes ou les composants pathog nes directement ou apr s l'opsonisation avec le compl ment (voir la section 2-13). De plus, comme nous le verrons au chapitre 10, les neutrophiles agissent comme des effecteurs phagocytaires dans l'immunit adaptative humorale, absorbant les microbes enrob s d'anticorps au moyen de r cepteurs sp cifiques. L'importance des neutrophiles dans la d fense immunitaire est illustr e de mani re spectaculaire par des maladies ou des traitements m dicaux qui r duisent consid rablement le nombre de neutrophiles. On dit que les patients souffrant de cette affliction souffrent de neutrop nie et qu'ils sont tr s sensibles une infection mortelle par un large ventail d'agents pathog nes et d'organismes commensal. R tablissement des taux de neutrophiles chez ces patients par transfusion R ponses inn es induites l'infection. 117 Fig. 3.31 Les neutrophiles quittent le sang et migrent vers les sites d'infection dans un processus en plusieurs tapes impliquant des interactions adh sives r gul es par des cytokines et des chimiokines d riv es de macrophages. Panneau sup rieur : la premi re tape implique la liaison r versible d'un neutrophile l'endoth lium vasculaire par des interactions entre les s lectines induites sur l'endoth lium et leurs ligands glucidiques sur le neutrophile, illustr e ici pour la E-s lectine et son ligand, le groupement sialyl-LewisX (s-Lex). Cette interaction ne peut pas ancrer les cellules contre la force de cisaillement du flux sanguin, et elles roulent donc le long de l'endoth lium, tablissant et ro |
Immunologie de Janeway | mpant continuellement le contact. Panneau inf rieur : la liaison finit cependant par d clencher des interactions plus fortes, qui ne se produisent que lorsque la liaison d'une chimiokine telle que CXCL8 son r cepteur sp cifique sur le neutrophile d clenche l'activation des int grines LFA-1 et CR3 (Mac-1 ; non illustr ). Les cytokines inflammatoires telles que le TNF- sont galement n cessaires pour induire l'expression de mol cules d'adh sion telles que ICAM-1 et ICAM-2, les ligands de ces int grines, sur l'endoth lium vasculaire. La liaison troite entre ICAM-1 et les int grines arr te le roulement et permet au neutrophile de se faufiler entre les cellules endoth liales formant la paroi du vaisseau sanguin (c'est- -dire d'extravaser). Les int grines leucocytaires LFA-1 et CR3 sont n cessaires l'extravasation et la migration vers les chimioattractants. On pense galement que l'adh sion entre les mol cules de CD31, exprim e la fois sur le neutrophile et la jonction des cellules endoth liales, contribue l'extravasation. Le neutrophile doit galement traverser la membrane basale ; il y p n tre l'aide d'une enzyme m talloprot inase matricielle, la MMP-9, qu'il exprime la surface de la cellule. Enfin, le neutrophile migre le long d'un gradient de concentration de chimiokines (pr sent es ici par CXCL8) s cr t es par les cellules au site de l'infection. La micrographie lectronique montre un neutrophile extravasant entre les cellules endoth liales. La fl che bleue indique le pseudopode que le neutrophile ins re entre les cellules endoth liales. Photographie ( 5500) avec l'aimable autorisation de I. Bird et J. Spragg. des fractions sanguines riches en neutrophiles ou en stimulant leur production avec des facteurs de croissance sp cifiques corrige largement cette susceptibilit . Le TNF- 3-20 est une cytokine importante qui d clenche le confinement local de l'infection, mais induit un choc lorsqu'il est lib r par voie syst mique. Le TNF- agissant sur les cellules endoth liales stimule l'expression des mol cules d'adh sion et aide l'extravasation de cellules telles que les monocytes et les neutrophiles. Une autre action importante du TNF- est de stimuler les cellules endoth liales exprimer des prot ines qui d clenchent la coagulation du sang dans les petits vaisseaux locaux, les occlusant et coupant le flux sanguin. Cela peut tre important pour emp cher l'agent pathog ne de p n trer dans la circulation sanguine et de se propager dans le sang vers les organes de tout le corps. L'importance du TNF- dans le confinement de l'infection locale est illustr e par des exp riences au cours desquelles des lapins ont t infect s localement par une bact rie. Normalement, l'infection serait contenue au site de l'inoculation ; Toutefois, si une injection d'anticorps anti-TNF- a galement t administr e pour bloquer l'action du TNF- , l'infection s'est propag e par le sang d'autres organes. En parall le, le liquide qui s'est infiltr dans les tissus dans les premi res phases d'une infection transporte l'agent pathog ne, g n ralement enferm dans des cellules dendritiques, via la lymphe vers les ganglions lymphatiques r gionaux, o une r ponse immunitaire adaptative peut tre initi e. Cependant, une fois qu'une infection s'est propag e la circulation sanguine, les m mes m canismes par lesquels le TNF- contient si efficacement l'infection locale deviennent catastrophiques (Fig. 3.32). Bien que produit sous forme de cytokine associ e la membrane, le TNF- peut tre cliv par une prot ase sp cifique, la TACE (enzyme de conversion du TNF- , cod e par le g ne ADAM17), et lib r de la membrane sous forme de cytokine soluble. La pr sence d'une infection dans la circulation sanguine, ou septic mie, s'accompagne d'une lib ration massive de TNF- soluble par les macrophages du foie, de la rate et d'autres sites dans tout le corps. La lib ration syst mique de TNF- dans la circulation sanguine provoque une vasodilatation, ce qui entra ne une perte de pression art rielle et une augmentation de la perm abilit vasculaire ; Cela conduit son tour une perte de volume plasmatique et finalement un choc, connu dans ce cas sous le nom de choc septique car la cause sous-jacente est une infection bact rienne. Le TNF- lib r lors d'un choc septique d clenche galement la coagulation sanguine dans les petits vaisseaux du corps, connue sous le nom de coagulation intravasculaire diss min e, ce qui entra ne une consommation massive de prot ines de coagulation, de sorte que le sang du patient ne peut pas coaguler correctement. La coagulation intravasculaire diss min e entra ne souvent l' chec d'organes vitaux tels que les reins, le foie, le c ur et les poumons, qui sont rapidement compromis par l' chec d'une perfusion sanguine normale ; Par cons quent, le choc septique a un taux de mortalit tr s lev . Les souris dont les r cepteurs du TNF- sont d fectueux ou qui ne l'ont pas t sont r sistantes au choc septique, |
Immunologie de Janeway | mais sont galement incapables de contr ler l'infection locale. Les souris chez lesquelles le g ne ADAM17 a t inactiv s lectivement dans les cellules my lo des sont galement r sistantes au choc septique, confirmant que la lib ration de TNF- soluble dans la circulation d pend la fois de la TACE et est le principal facteur responsable du choc septique. Le blocage de l'activit du TNF- , soit avec des anticorps sp cifiques, soit avec des prot ines solubles qui imitent le r cepteur, est un traitement efficace pour plusieurs troubles inflammatoires, y compris la polyarthrite rhumato de. Cependant, il s'est av r que ces traitements r activent la tuberculose chez certains patients apparemment en bonne sant pr sentant des signes d'infection ant rieure (comme le d montre un test cutan ), ce qui d montre directement l'importance du TNF- dans le maintien de l'infection locale et contr l e. 3-21 Les cytokines produites par les macrophages et les cellules dendritiques induisent une r action syst mique connue sous le nom de r ponse en phase aigu . En plus de leurs effets locaux importants, les cytokines produites par les macrophages et les cellules dendritiques ont des effets longue port e qui contribuent la d fense de l'h te. L'un d'entre eux est l' l vation de la temp rature corporelle, qui est caus e par Infection locale par des bact ries Gram n gatif Infection syst mique par des bact ries Gram n gatif (septic mie) Les macrophages activ s dans le foie et le TNF- dans les tissus de la rate s cr tent du TNF- dans la circulation sanguine Augmentation de la lib ration de prot ines plasmatiques dans l' d me syst mique entra nant une diminution du tissu sanguin. Augmentation du phagocytes et du volume, hypoprot in mie et neutrop nie, migration des lymphocytes dans les tissus. Augmentation suivie d'une neutrophilie. La diminution de l'adh sion des plaquettes sanguines au volume de la paroi des vaisseaux sanguins provoque l'affaissement des vaisseaux Phagocytose des bact ries. Occlusion diss min e de coagulation intravasculaire. Le plasma et les cellules s' coulent, entra nant une maciation et une d faillance de plusieurs organes ganglionnaires locaux limination de l'infection D c sImmunit adaptative principalement par le TNF- , l'IL-1 et l'IL-6. Ces cytokines sont appel es pyrog nes endog nes car elles provoquent de la fi vre et d rivent d'une source endog ne plut t que de composants bact riens tels que le LPS, qui induit galement de la fi vre et est un pyrog ne exog ne. Les pyrog nes endog nes provoquent la fi vre en induisant la synth se de la prostaglandine E2 par l'enzyme cyclooxyg nase-2, dont l'expression est induite par ces cytokines. La prostaglandine E2 agit ensuite sur l'hypothalamus, entra nant une augmentation de la production de chaleur due au catabolisme de la graisse brune et de la r tention de chaleur due la vasoconstriction, ce qui diminue la perte de chaleur excessive travers la peau. Les pyrog nes exog nes sont capables d'induire de la fi vre en favorisant la production de pyrog nes endog nes R ponses inn es induites l'infection. 119 Fig. 3.32 La lib ration de TNF- par les macrophages induit des effets protecteurs locaux, mais le TNF- peut tre dommageable lorsqu'il est lib r par voie syst mique. Les panneaux de gauche montrent les causes et les cons quences de la lib ration locale de TNF- , et les panneaux de droite montrent les causes et les cons quences de la lib ration syst mique. Dans les deux cas, le TNF- agit sur les vaisseaux sanguins, en particulier les veinules, pour augmenter le flux sanguin et la perm abilit vasculaire aux fluides, aux prot ines et aux cellules, et pour augmenter l'adh rence endoth liale des leucocytes et des plaquettes (rang e centrale). La lib ration locale permet ainsi un afflux de liquides, de cellules et de prot ines dans le tissu infect , o elles participent la d fense de l'h te. Plus tard, des caillots sanguins se forment dans les petits vaisseaux (panneau inf rieur gauche), emp chant la propagation de l'infection par le sang, et le liquide et les cellules accumul s s' coulent vers les ganglions lymphatiques r gionaux, o une r ponse immunitaire adaptative est initi e. Lorsqu'il y a une infection syst mique, ou septic mie, avec des bact ries qui provoquent la production de TNF- , le TNF- est lib r dans le sang par les macrophages du foie et de la rate et agit de la m me mani re sur tous les petits vaisseaux sanguins du corps (panneau inf rieur droit). Il en r sulte un choc, une coagulation intravasculaire diss min e avec puisement des facteurs de coagulation, et des saignements cons quents, une d faillance de plusieurs organes et souvent la mort. Fig. 3.33 Les cytokines TNF- , IL-1 et IL-6 ont un large spectre d'activit s biologiques qui aident coordonner les r ponses de l'organisme l'infection. L'IL-1 , l'IL-6 et le TNF- activent les h patocytes pour synth tiser les prot ines de la phase aigu et l'endoth lium |
Immunologie de Janeway | de la moelle osseuse pour lib rer les neutrophiles. Les prot ines de la phase aigu agissent comme des opsonines, tandis que l' limination des agents pathog nes opsonis s est augment e par le recrutement accru de neutrophiles de la moelle osseuse. L'IL-1 , l'IL-6 et le TNF- sont galement des pyrog nes endog nes, augmentant la temp rature corporelle, ce qui est cens aider liminer les infections. Un effet majeur de ces cytokines est d'agir sur l'hypothalamus, modifiant la r gulation de la temp rature du corps, et sur les cellules musculaires et adipeuses, modifiant la mobilisation de l' nergie pour augmenter la temp rature corporelle. des temp ratures plus lev es, la r plication bact rienne et virale est moins efficace, tandis que la r ponse immunitaire adaptative fonctionne plus efficacement. et aussi en induisant directement la cyclooxyg nase-2 la suite de la signalisation par TLR-4, conduisant la production de prostaglandine E2. La fi vre est g n ralement b n fique pour la d fense de l'h te ; La plupart des agents pathog nes se d veloppent mieux des temp ratures plus basses, tandis que les r ponses immunitaires adaptatives sont plus intenses des temp ratures lev es. Les cellules h tes sont galement prot g es des effets d l t res du TNF- des temp ratures lev es. Les effets du TNF- , de l'IL-1 et de l'IL-6 sont r sum s la figure 3.33. L'une des plus importantes d'entre elles se produit dans le foie et est l'initiation d'une r ponse connue sous le nom de r ponse en phase aigu (Fig. 3.34). Les cytokines agissent sur les h patocytes, qui r agissent en modifiant le profil des prot ines qu'ils synth tisent et s cr tent dans le sang. Dans la r ponse en phase aigu , les niveaux sanguins de certaines prot ines diminuent, tandis que les niveaux d'autres augmentent consid rablement. Les prot ines induites par le TNF- , l'IL-1 et l'IL-6 sont appel es prot ines de phase aigu . Plusieurs d'entre eux sont particuli rement int ressants car ils imitent l'action des anticorps, mais contrairement aux anticorps, ils ont une grande sp cificit pour les motifs mol culaires associ s aux agents pathog nes et ne d pendent que de la pr sence de cytokines pour leur production. Une prot ine de phase aigu , la prot ine C-r active, fait partie de la famille des prot ines pentraxines, ainsi appel es parce que les prot ines sont form es de cinq sous-unit s identiques. La prot ine C-r active est un autre exemple d'une mol cule de reconnaissance d'agents pathog nes plusieurs volets, et elle se lie la partie phosphocholine de certains lipopolysaccharides de la paroi cellulaire bact rienne et fongique. La phosphocholine se trouve galement dans les phospholipides de la membrane cellulaire des mammif res, mais elle ne peut pas tre li e la prot ine C-r active. Lorsque la prot ine C-r active se lie une bact rie, elle est non seulement capable d'opsoniser la bact rie, mais peut galement activer la cascade du compl ment en se liant C1q, le premier composant de la voie classique d'activation du compl ment (voir Section 2-7). L'interaction avec le C1q implique les parties semblables au collag ne du C1q plut t que les t tes globulaires qui entrent en contact avec les surfaces des agents pathog nes, mais la m me cascade de r actions est initi e. La lectine liant le mannose (MBL) est une autre prot ine de la phase aigu ; il sert de mol cule de reconnaissance inn e qui peut activer la voie de la lectine du compl ment (voir Section 2-6). Le MBL est pr sent de faibles niveaux dans le sang des individus en bonne sant , mais il est produit en quantit s accrues au cours de la r ponse en phase aigu . En reconnaissant les r sidus de mannose sur les surfaces microbiennes, le MBL peut agir comme une opsonine reconnue par les monocytes, qui n'expriment pas le r cepteur du mannose des macrophages. Deux autres prot ines aux propri t s opsonisantes qui sont galement produites en quantit s accrues au cours d'une r ponse en phase aigu sont les prot ines tensioactives, SP-A et SP-D. Ceux-ci sont produits par le foie et une vari t d' pith liums. Ils se trouvent, par exemple, avec les macrophages dans le liquide alv olaire du poumon, o ils sont s cr t s par Foie Activation du compl ment Opsonisation Endoth lium de la moelle osseuse Phagocytose Hypothalamus Diminution de la r plication virale et bact rienne Augmentation du traitement de l'antig ne Augmentation de la r ponse immunitaire sp cifique Cellules dendritiques grasses, musculaires Prot ines de phase aigu (prot ine C-r active, lectine liant le mannose) Mobilisation des neutrophiles Augmentation de la temp rature corporelle Mobilisation des prot ines et de l' nergie pour permettre l'augmentation de la temp rature corporelle TNF- stimule la migration vers les ganglions lymphatiques et la maturation Initiation de l'immunit adaptative r ponse IL-1 /IL-6/TNF- Fig. 3.34 La r ponse en phase aigu produit des mol cules qui se lient aux agents pathog nes, mais pas a |
Immunologie de Janeway | ux cellules h tes. Les prot ines de phase aigu sont produites par les cellules h patiques en r ponse aux cytokines lib r es par les macrophages en pr sence de bact ries (panneau sup rieur). Ils comprennent la prot ine amylo de s rique (SAP) (chez la souris mais pas chez l'homme), la prot ine C-r active (CRP), le fibrinog ne et la lectine liant le mannose (MBL). La CRP se lie la phosphocholine sur certaines surfaces bact riennes et fongiques, mais ne la reconna t pas sous la forme sous laquelle elle se trouve dans les membranes des cellules h tes (panneau du milieu). SAP et CRP sont homologues dans leur structure ; les deux sont des pentraxines, formant des disques cinq cha nons, comme le montre SAP (panneau inf rieur). SAP agit la fois comme une opsonine part enti re et active la voie classique du compl ment en liant C1q pour augmenter l'opsonisation. MBL fait partie de la famille des collectines, qui comprend galement les prot ines tensioactives pulmonaires SP-A et SP-D. Comme la CRP, la MBL peut agir comme une opsonine part enti re, tout comme la SP-A et la SP-D. Structure du mod le avec l'aimable autorisation de J. Emsley. pneumocytes, et jouent un r le important dans la promotion de la phagocytose d'agents pathog nes respiratoires opportunistes tels que Pneumocystis jirovecii (anciennement connu sous le nom de P. carinii), l'une des principales causes de pneumonie chez les patients atteints du sida. Ainsi, en un jour ou deux, la r ponse en phase aigu fournit l'h te plusieurs prot ines ayant les propri t s fonctionnelles des anticorps mais capables de se lier un large ventail d'agents pathog nes. Cependant, contrairement aux anticorps, que nous d crivons dans les chapitres 4 et 10, les prot ines de phase aigu n'ont pas de diversit structurelle et sont fabriqu es en r ponse tout stimulus qui d clenche la lib ration de TNF- , IL-1 et IL-6. Par cons quent, contrairement aux anticorps, leur synth se n'est pas sp cifiquement induite et cibl e. Un dernier effet distance des cytokines produites par les macrophages est d'induire une leucocytose, une augmentation du nombre de neutrophiles circulants. Les neutrophiles proviennent de deux sources : la moelle osseuse, partir de laquelle les leucocytes matures sont lib r s en nombre croissant ; et des sites dans les vaisseaux sanguins, o ils sont attach s l chement aux cellules endoth liales. Ainsi, les effets de ces cytokines contribuent au contr le de l'infection pendant que la r ponse immunitaire adaptative se d veloppe. Comme le montre la figure 3.33, le TNF- joue galement un r le dans la stimulation de la migration des cellules dendritiques de leurs sites dans les tissus p riph riques vers les ganglions lymphatiques et dans leur maturation en cellules pr sentatrices d'antig nes non phagocytaires mais fortement co-stimulatrices. 3-22 Les interf rons induits par l'infection virale contribuent plusieurs fois la d fense de l'h te. L'infection virale induit la production d'interf rons, nomm s l'origine en raison de leur capacit interf rer avec la r plication virale dans des cellules de culture tissulaire auparavant non infect es. Les interf rons ont un r le similaire in vivo, bloquant la propagation des virus vers les cellules non infect es. Il existe de nombreux g nes codant pour des interf rons antiviraux, ou de type I. Les mieux compris sont la famille IFN- de 12 g nes humains troitement apparent s et l'IFN- , le produit d'un seul g ne ; moins bien tudi s sont IFN- , IFN- et IFN- . L'IFN- est le seul interf ron de type II. Les interf rons de type III sont une famille d'IFN nouvellement class e compos e des produits de trois g nes de l'IFN- , galement connus sous le nom d'IL-28A, IL-28B et IL-29, qui se lient un r cepteur h t rodim rique de l'IFN- compos d'une sous-unit unique de l'IL-28R et de la sous-unit du r cepteur de l'IL-10. Alors que les r cepteurs des interf rons de type I et de l'IFN- sont r pandus dans leur distribution tissulaire, les r cepteurs de type III sont plus restreints, non exprim s par les fibroblastes ou les cellules pith liales, mais exprim s sur les cellules pith liales. Les interf rons de type I sont inductibles et sont synth tis s par de nombreux types de cellules apr s l'infection par divers virus. Presque tous les types de cellules peuvent produire de l'IFN- et de l'IFN- en r ponse l'activation de plusieurs capteurs inn s. Par exemple, les interf rons de type I sont induits par RIG-I et MDA-5 (les capteurs de l'ARN viral cytoplasmique) en aval du MAVS, et par la signalisation du cGAS (le capteur de l'ADN cytoplasmique) en aval du STING (voir les sections 3-10 et 3-11). La prot ine C-r active lie la phosphocholine sur les surfaces bact riennes, agissant comme une opsonine, et activant galement le compl ment Prot ine amylo de s rique IFN- , IFN- Virus des cellules h tes infect es par le virus Fig. 3.35 Les interf rons sont des prot ines antivirales produites par les ce |
Immunologie de Janeway | llules en r ponse une infection virale. Les interf rons IFN- et IFN- ont trois fonctions principales. Tout d'abord, ils induisent une r sistance la r plication virale dans les cellules non infect es en activant des g nes qui provoquent la destruction de l'ARNm et inhibent la traduction des prot ines virales et de certaines prot ines de l'h te. Il s'agit notamment des prot ines Mx, de l'oligoad nylate synth tase, de la PKR et des prot ines IFIT. Deuxi mement, ils peuvent induire l'expression du CMH de classe I dans la plupart des types de cellules du corps, am liorant ainsi leur r sistance aux cellules NK ; ils peuvent galement induire une synth se accrue des mol cules du CMH de classe I dans les cellules nouvellement infect es par le virus, les rendant ainsi plus susceptibles d' tre tu es par les lymphocytes T cytotoxiques CD8 (voir chapitre 9). Troisi mement, ils activent les cellules NK, qui tuent ensuite s lectivement les cellules infect es par le virus. Cependant, certaines cellules immunitaires semblent tre sp cialis es pour cette t che. Dans la section 3-1, nous avons introduit la cellule dendritique plasmacyto de (pDC). galement appel es cellules productrices d'interf ron (IPC) ou cellules productrices d'interf ron naturelles, les cellules dendritiques plasmacyto des humaines ont d'abord t reconnues comme des cellules sanguines p riph riques rares qui s'accumulent dans les tissus lympho des p riph riques lors d'une infection virale et produisent des interf rons de type I abondants (IFN- et IFN- ), jusqu' 1000 fois plus que les autres types de cellules. Cette production abondante d'interf ron de type I peut r sulter du couplage efficace de la reconnaissance virale par les TLR aux voies de production d'interf ron (voir section 3-7). Les cellules dendritiques plasmacyto des expriment un sous-ensemble de TLR qui comprend TLR-7 et TLR-9, qui sont des capteurs endosomaux de l'ARN viral et des r sidus CpG non m thyl s pr sents dans les g nomes de nombreux virus ADN (voir Fig. 3.11). La n cessit de TLR-9 pour d tecter les infections caus es par des virus ADN a t d montr e, par exemple, par l'incapacit des cellules dendritiques plasmacyto des d ficientes en TLR-9 g n rer des interf rons de type I en r ponse au virus de l'herp s simplex. Les cellules dendritiques plasmacyto des expriment CXCR3, un r cepteur pour les chimiokines CXCL9, CXCL10 et CXCL11, qui sont produites par les lymphocytes T. Cela permet aux pDC de migrer du sang vers les ganglions lymphatiques dans lesquels il existe une r ponse inflammatoire continue un agent pathog ne. Les interf rons aident se d fendre contre l'infection virale de plusieurs mani res (Fig. 3.35). L'IFN- est particuli rement important car il incite les cellules produire de l'IFN- , amplifiant ainsi la r ponse l'interf ron. Les interf rons agissent pour induire un tat de r sistance la r plication virale dans toutes les cellules. L'IFN- et l'IFN- se lient un r cepteur commun la surface des cellules, connu sous le nom de r cepteur de l'interf ron (IFNAR), qui utilise les voies JAK et STAT d crites la section 3-16. L'IFNAR utilise les kinases Tyk2 et Jak1 pour activer les facteurs STAT1 et STAT2, qui peuvent interagir avec IRF9 et former un complexe appel ISGF3 qui se lie aux promoteurs de nombreux g nes stimul s par l'interf ron (ISG). L'une d'entre elles code pour l'enzyme oligoad nylate synth tase, qui polym rise l'ATP en oligom res li s 2 5 (alors que les nucl otides des acides nucl iques sont normalement li s de 3 5 %). Ces oligom res li s 2 5 activent une endoribonucl ase qui d grade ensuite l'ARN viral. Une deuxi me prot ine induite par l'IFN- et l'IFN- est une prot ine kinase d pendante de l'ARNdb appel e PKR. Cette s rine-thr onine kinase phosphoryle la sous-unit du facteur d'initiation eucaryote 2 (eIF2 ), supprimant ainsi la traduction des prot ines et contribuant l'inhibition de la r plication virale. Les prot ines Mx (r sistantes aux myxomes) sont galement induites par les interf rons de type I. Les humains et les souris sauvages ont deux prot ines tr s similaires, Mx1 et Mx2, qui sont des GTPases appartenant la famille des prot ines dynamines, mais la fa on dont elles interf rent avec la r plication virale n'est pas comprise. Curieusement, la plupart des souches de souris de laboratoire courantes ont inactiv les deux g nes Mx, et chez ces souris, l'IFN- ne peut pas agir pour prot ger contre l'infection grippale. Au cours des derni res ann es, plusieurs nouvelles GIS ont t identifi es et li es des fonctions antivirales. La famille IFIT (IFN-induced protein with tetratricoid repeats) contient quatre prot ines humaines et trois prot ines de souris qui ont pour fonction de restreindre la traduction de l'ARN viral en prot ines. IFIT1 et IFIT2 peuvent tous deux supprimer la traduction des ARNm normaux en se liant des sous-unit s du complexe du facteur d'initiation eucaryote 3 (eIF3), ce qui em |
Immunologie de Janeway | p che eIF3 d'interagir avec eIF2 pour former le complexe de pr -initiation 43S (Fig. 3.36). Cette action peut tre responsable en partie de la r duction de la prolif ration cellulaire induite par les interf rons de type I. Les souris d pourvues d'IFIT1 ou d'IFIT2 pr sentent une sensibilit accrue l'infection par certains virus, tels que le virus de la stomatite v siculeuse. Une autre fonction d'IFIT1 est de supprimer la traduction de l'ARN viral qui n'a pas de modification normale de l'h te de la coiffe 5. Rappelons que la coiffe 5 normale des mammif res est initi e en liant un nucl otide de 7-m thylguanosine au premier sucre ribose de l'ARNm par un pont triphosphate 5-5, pour produire une structure appel e coiffe-0. Cette structure est encore modifi e par la m thylation cytoplasmique des 2 groupes hydroxyles sur les premier et deuxi me sucres ribose de l'ARN. La m thylation du premier sucre ribose produit une structure appel e cap-1 ; La m thylation du second g n re CAP-2. IFIT1 a une affinit lev e pour le cap-0, mais une affinit beaucoup plus faible pour le cap-1 et le cap-2. Certains virus, comme le virus Sindbis (famille des Togaviridae), sont d pourvus de 2O-m thylation et sont donc limit s par cette action d'IFIT1. De nombreux virus, tels que le virus du Nil occidental et le coronavirus du SRAS, ont acquis une 2'e-O-m thyltransf rase (MTase) qui produit la cap-1 ou la cap-2 sur leurs transcrits viraux. Ces virus peuvent ainsi chapper la restriction d'IFIT1. Les membres de la famille des prot ines transmembranaires induites par l'interf ron (IFITM) sont exprim s un niveau basal sur de nombreux types de tissus, mais sont fortement induits par les interf rons de type I. Il existe quatre g nes IFITM fonctionnels chez l'homme et chez la souris, et ceux-ci codent pour des prot ines qui ont deux domaines transmembranaires et sont localis s dans divers compartiments v siculaires de la cellule. Les prot ines IFITM agissent pour inhiber ou restreindre les virus aux premiers stades de l'infection. Bien que les d tails mol culaires ne soient pas clairs, IFITM1 semble interf rer avec la fusion des membranes virales avec la membrane du lysosome, qui est n cessaire l'introduction de certains g nomes viraux dans le cytoplasme. Les virus qui doivent subir cet v nement de fusion dans les lysosomes, comme le virus Ebola, sont limit s par IFITM1. De m me, IFITM3 interf re avec la fusion membranaire dans les endosomes tardifs, et limite ainsi le virus de la grippe A, qui y subit une fusion. L'importance de ce m canisme est d montr e par l'augmentation de la charge virale et de la mortalit chez les souris d pourvues d'IFITM3 infect es par le virus de la grippe A. Les interf rons stimulent galement la production des chimiokines CXCL9, CXCL10 et CXCL11, qui recrutent des lymphocytes vers les sites d'infection. Ils augmentent galement l'expression des mol cules du CMH de classe I sur tous les types de cellules, ce qui facilite la reconnaissance des cellules infect es par des lymphocytes T cytotoxiques via l'affichage de peptides viraux complex s des mol cules du CMH de classe I la surface des cellules infect es (voir Fig. 1.30). Gr ce ces effets, les interf rons aident indirectement favoriser la destruction des cellules infect es par le virus par les lymphocytes T cytotoxiques CD8. Une autre fa on dont les interf rons agissent est d'activer des populations de cellules immunitaires inn es, telles que les cellules NK, qui peuvent tuer les cellules infect es par le virus, comme d crit ci-dessous. 3-23 Plusieurs types de cellules lympho des inn es offrent une protection en cas d'infection pr coce. L'une des caract ristiques d terminantes de l'immunit adaptative est l'expression clonale des r cepteurs antig niques, produits par les r arrangements somatiques des g nes, qui fournissent les sp cificit s extraordinairement diverses des lymphocytes T et B (voir Section 1-11). Cependant, depuis plusieurs d cennies, les immunologistes reconnaissent des cellules qui ont des caract ristiques lympho des mais qui sont d pourvues de r cepteurs antig niques sp cifiques. Les cellules tueuses naturelles (NK) sont connues depuis le plus longtemps, mais au cours des derni res ann es, d'autres groupes distincts de ces cellules ont t identifi s. Collectivement, elles sont maintenant appel es cellules lympho des inn es (ILC) et comprennent les cellules NK (Fig. 3.37). Les ILC se d veloppent dans la moelle osseuse partir du m me prog niteur lymphocytaire commun (CLP) qui donne naissance aux lymphocytes B et T. L'expression du facteur de transcription Id2 (inhibiteur de la liaison l'ADN 2) dans le CLP r prime le destin des lymphocytes T de la bande et est n cessaire au d veloppement de tous les ILC. Les ILC sont identifi es par l'absence de complexes de r cepteurs et de cor cepteurs de l'antig ne des lymphocytes T et B, mais elles expriment le r cepteur de l'IL-7. Ils migrent de la moelle osseuse et peuplent les tiss |
Immunologie de Janeway | us lympho des et les organes p riph riques, notamment le derme, le foie, l'intestin gr le et les poumons. Les ILC fonctionnent dans l'immunit inn e comme des cellules effectrices qui amplifient les signaux d livr s par la reconnaissance inn e. Ils sont stimul s par des cytokines produites par d'autres cellules inn es, telles que les macrophages ou les cellules dendritiques, qui ont t activ es par des capteurs inn s d'infection microbienne ou de dommages cellulaires. Trois sous-groupes principaux d'ILC sont d finis, en grande partie sur la base des types de cytokines que chacun produit. Les ILC du groupe 1 (ILC1) g n rent de l'IFN- en r ponse l'activation de certaines cytokines, en particulier l'IL-12 et l'IL-18, fabriqu es par les cellules dendritiques et les macrophages, et elles fonctionnent comme une protection contre l'infection par des virus ou des agents pathog nes intracellulaires. Les cellules NK sont maintenant consid r es comme un type d'ILC. Les cellules ILC1 et NK sont troitement li es, mais ont des propri t s fonctionnelles distinctes et diff rent par les facteurs n cessaires leur d veloppement. La fonction des cellules NK est plus proche des cellules T CD8, tandis que celle des ILC1 ressemble davantage celle du sous-ensemble TH1 des cellules T CD4 (voir Section 3-24). Les cellules NK peuvent tre distingu es des cellules ILC1 r cemment identifi es de plusieurs fa ons. Les cellules NK peuvent tre trouv es dans les tissus, mais elles circulent galement dans le sang, tandis que les cellules ILC1 semblent tre en grande partie des cellules tissulaires non circulantes. Chez la souris, les cellules NK conventionnelles expriment l'int grine 2 (CD49b), tandis que les cellules ILC1, par exemple dans le foie, sont d pourvues de CD49b mais expriment la prot ine de surface Ly49a. Les cellules NK et ILC1 ont besoin du facteur de transcription Id2 pour leur d veloppement, mais les cellules NK ont besoin de la cytokine IL-15 et des facteurs de transcription Nfil3 et de l' om soderpine, tandis que les cellules ILC1 h patiques ont besoin de la cytokine IL-7 et du facteur de transcription Tbet. Les ILC2 produisent les cytokines IL-4, IL-5 et IL-13, en r ponse diverses cytokines, en particulier la lymphopo tine stromale thymique (TSLP) et l'IL-33. Les cytokines ILC2 ont pour fonction de promouvoir l'immunit des muqueuses et de la barri re et aident la protection contre les parasites. Les ILC3 r pondent aux cytokines IL-1 et IL-23 et produisent plusieurs cytokines, dont l'IL-17 et l'IL-22, qui augmentent les d fenses contre les bact ries et les champignons extracellulaires. L'IL-17 fonctionne en stimulant la production de chimiokines qui recrutent les neutrophiles, tandis que l'IL-22 agit directement sur les cellules pith liales pour stimuler la production de peptides antimicrobiens tels que RegIII (voir Section 2-4). La classification des sous-types d'ILC et l'analyse de leur d veloppement et de leur fonction sont encore un domaine actif, et des tudes visant d finir l'importance relative de ces cellules dans les r ponses immunitaires sont en cours. Les sous-groupes ILC identifi s jusqu' pr sent semblent avoir une structure tr s parall le aux sous-ensembles de lymphocytes T effecteurs CD8 et CD4 qui ont t d finis au cours des trois derni res d cennies. Les facteurs de transcription qui contr lent le d veloppement des diff rents sous-ensembles ILC semblent, pour l'instant du moins, tre les m mes que ceux qui contr lent les sous-ensembles de cellules T correspondants. En raison de ces similitudes, nous reporterons une description d taill e du d veloppement de l'ILC au chapitre 9, o nous aborderons ce sujet en m me temps que le d veloppement des sous-ensembles de cellules T. 3 24 cellules NK sont activ es par l'interf ron de type I et les cytokines d riv es des macrophages. Les cellules NK sont plus grandes que les cellules T et B, ont des granules cytoplasmiques distinctifs contenant des prot ines cytotoxiques et sont fonctionnellement identifi es par leur capacit tuer certaines lign es cellulaires tumorales in vitro sans avoir besoin d'une immunisation sp cifique. Les cellules NK tuent les cellules en lib rant leurs granules cytotoxiques, qui sont similaires ceux des cellules T cytotoxiques et ont les m mes effets (voir le chapitre 9). En bref, le contenu des granules cytotoxiques, qui contiennent des granzymes et la perforine, une prot ine formant des pores, est lib r la surface de la cellule cible, p n tre dans la membrane cellulaire et induit la mort cellulaire programm e. Cependant, contrairement aux lymphocytes T, la destruction par les cellules NK est d clench e par des r cepteurs cod s par la lign e germinale qui reconnaissent les mol cules la surface des cellules infect es ou transform es de mani re maligne. Une deuxi me voie utilis e par les cellules NK pour tuer les cellules cibles implique le membre de la famille TNF connu sous le nom de TRAIL (ligand indui |
Immunologie de Janeway | sant l'apoptose li au facteur de n crose tumorale). Les cellules NK expriment TRAIL leur surface cellulaire. TRAIL interagit avec deux r cepteurs de la mort de la superfamille TNFR, DR4 et DR5 (cod s par TNFSF10A et B), qui sont exprim s par de nombreux types de cellules. Lorsque les cellules NK reconnaissent une cellule cible, TRAIL stimule DR4 et DR5 pour activer la caspase 8, pro-enzyme, ce qui conduit l'apoptose. Contrairement la pyroptose, induite par la caspase 1 suite l'activation de l'inflammasome (voir Section 3-9), l'apoptose n'est pas associ e la production de cytokines inflammatoires. Nous reviendrons pour discuter plus en d tail des m canismes de l'apoptose induite par la caspase lorsque nous discuterons de la destruction par les lymphocytes T cytotoxiques au chapitre 9. Enfin, les cellules NK expriment des r cepteurs Fc (voir Section 1-20) ; La liaison des anticorps ces r cepteurs active les cellules NK pour lib rer leurs granules cytotoxiques, un processus connu sous le nom de cytotoxicit cellulaire d pendante des anticorps, ou ADCC, sur lequel nous reviendrons au chapitre 10. La capacit des cellules NK tuer les cellules cibles peut tre renforc e par des interf rons ou certaines cytokines. Les cellules NK qui peuvent tuer des cibles sensibles peuvent tre isol es chez des individus non infect s, mais cette activit est multipli e par 20 100 lorsque les cellules NK sont expos es l'IFN- et l'IFN- , ou l'IL-12, une cytokine produite par les cellules dendritiques et les macrophages lors de l'infection par de nombreux types d'agents pathog nes. Activ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 temps apr s l'infection virale (jours) Destruction des cellules infect es par les cellules NK Destruction des cellules infect es par les cellules T Production virale d'IFN- , d'IFN- , de TNF- et d'IL-12 Fig. 3.38 Les cellules tueuses naturelles (cellules NK) sont un composant pr coce de la r ponse de l'h te l'infection virale. Des exp riences sur des souris ont montr que l'IFN- , l'IFN- et les cytokines TNF- et IL-12 sont produites en premier, suivies d'une vague de cellules NK, qui contr lent ensemble la r plication du virus mais n' liminent pas le virus. L' limination du virus est r alis e lorsque des lymphocytes T CD8 sp cifiques du virus et des anticorps neutralisants sont produits. Sans cellules NK, les niveaux de certains virus sont beaucoup plus lev s dans les premiers jours de l'infection, et l'infection peut tre mortelle moins d' tre trait e vigoureusement avec des compos s antiviraux. Les cellules NK servent contenir les infections virales tandis que la r ponse immunitaire adaptative g n re des cellules T cytotoxiques sp cifiques de l'antig ne et neutralise les anticorps qui peuvent liminer l'infection (Fig. 3.38). Un indice de la fonction physiologique des cellules NK chez l'homme provient de rares patients d ficients en ces cellules, qui sont fr quemment sensibles l'infection par l'herp svirus. Par exemple, une d ficience s lective en cellules NK r sulte de mutations de la prot ine humaine MCM4 (minichromosome main-deficient 4), qui est associ e une pr disposition aux infections virales. L'IL-12, agissant en synergie avec la cytokine IL-18 produite par les macrophages activ s, peut galement stimuler les cellules NK s cr ter de grandes quantit s d'interf ron (IFN)- , ce qui est crucial pour contr ler certaines infections avant que l'IFN- produit par les cellules T cytotoxiques CD8 activ es ne devienne disponible. L'IFN- , dont le r cepteur n'active que le facteur de transcription STAT1, est tout fait distinct fonctionnellement des interf rons antiviraux de type I IFN- et IFN- , et n'est pas directement induit par une infection virale. La production d'IFN- par les cellules NK au d but d'une r ponse immunitaire peut activer directement les macrophages pour am liorer leur capacit tuer les agents pathog nes, augmentant ainsi l'immunit inn e, mais influence galement l'immunit adaptative par des actions sur les cellules dendritiques et en r gulant la diff renciation des lymphocytes T CD4 en sous-ensemble pro-inflammatoire TH1, qui produit l'IFN- . Les cellules NK produisent galement du TNF- , du facteur de stimulation des granulocytes et des macrophages (GM-CSF) et des chimiokines CCL3 (MIF 1- ), CCL4 et CCL5 (RANTES), qui agissent pour recruter et activer les macrophages. Les cellules NK 3 25 expriment des r cepteurs activateurs et inhibiteurs pour distinguer les cellules saines des cellules infect es. Pour que les cellules NK se d fendent contre les virus ou d'autres agents pathog nes, elles doivent tre capables de distinguer les cellules infect es des cellules saines non infect es. Cependant, le m canisme utilis par les cellules NK est l g rement plus compliqu que la reconnaissance des agents pathog nes par les cellules T ou B. En g n ral, on pense qu'une cellule NK individuelle exprime diverses combinaisons de r cepteurs activateurs et de r cepteu |
Immunologie de Janeway | rs inhibiteurs cod s par la lign e germinale. Bien que les d tails exacts ne soient pas clairs dans tous les cas, on pense que l' quilibre global de la signalisation par ces r cepteurs d termine si une cellule NK engage et tue une cellule cible. Les r cepteurs d'une cellule NK sont r gl s pour d tecter les changements d'expression de diverses prot ines de surface sur une cellule cible, appel s soi d r gul . Les r cepteurs activateurs reconnaissent g n ralement les prot ines de surface cellulaire qui sont induites sur les cellules cibles par le stress m tabolique, comme la transformation maligne ou l'infection microbienne. Ces changements sont appel s soi induits par le stress . Des v nements cellulaires sp cifiques, y compris les dommages l'ADN, les signaux li s la prolif ration, le stress li aux chocs thermiques et la signalisation par des capteurs inn s, y compris les TLR, peuvent conduire l'expression par les cellules h tes de prot ines de surface qui se lient aux r cepteurs activateurs des cellules NK. La stimulation des r cepteurs activateurs augmentera les chances que les cellules NK lib rent des cytokines telles que l'IFN- et activent la destruction de la cellule stimulatrice par la lib ration de granules cytotoxiques. En revanche, les r cepteurs inhibiteurs sur les cellules NK reconnaissent les mol cules de surface qui sont exprim es constitutivement des niveaux lev s par la plupart des cellules, et la perte de ces mol cules est appel e moi manquant . Les r cepteurs inhibiteurs peuvent reconna tre d'autres mol cules, mais ceux qui reconnaissent les mol cules du CMH de classe I ont t les plus tudi s jusqu' pr sent. Les mol cules du CMH sont des glycoprot ines exprim es sur presque toutes les cellules du corps. Nous discuterons du r le des prot ines du CMH dans la pr sentation de l'antig ne aux lymphocytes T au chapitre 6, mais pour l'instant, nous n'avons besoin que de pr senter les deux principales classes de mol cules du CMH. Les mol cules du CMH de classe I sont exprim es sur la plupart des cellules du corps ( l'exception, notamment, des globules rouges), tandis que l'expression des mol cules du CMH de classe II est beaucoup plus restreinte, en grande partie aux cellules immunitaires. Les r cepteurs inhibiteurs qui reconnaissent les mol cules du CMH de classe I emp chent les cellules NK de tuer les cellules h tes normales. Plus le nombre de mol cules du CMH de classe I la surface d'une cellule est lev , mieux cette cellule est prot g e contre l'attaque des cellules NK. Les interf rons induisent l'expression des mol cules du CMH de classe I et prot gent les cellules h tes non infect es contre la destruction par les cellules NK, tout en activant les cellules NK pour tuer les cellules infect es par le virus. Les virus et certains autres agents pathog nes intracellulaires peuvent provoquer une r gulation n gative des mol cules du CMH de classe I comme strat gie pour emp cher l'affichage des antig nes sous forme de peptides aux lymphocytes T, galement discut au chapitre 6. Les cellules NK sont capables de d tecter cette r duction de l'expression des mol cules du CMH de classe I gr ce une signalisation r duite de leurs r cepteurs inhibiteurs. La r duction de l'expression du CMH de classe I est un exemple de soi manquant et augmente le risque qu'une cellule NK tue la cellule cible. On pense que l' quilibre des signaux entre le soi induit par le stress et le soi manquant d termine si une cellule NK individuelle sera d clench e pour tuer une cellule cible particuli re (Fig. 3.39). Ainsi, les r cepteurs exprim s sur les cellules NK int grent les signaux de deux types de Fig. 3.39 La destruction par les cellules NK d pend de l' quilibre entre les signaux activateurs et inhibiteurs. Les cellules NK ont plusieurs r cepteurs d'activation diff rents qui signalent au NK de tuer la cellule li e. Cependant, les cellules NK sont emp ch es d'une attaque massive par un autre ensemble de r cepteurs inhibiteurs qui reconnaissent les mol cules du CMH de classe I (qui sont pr sentes sur presque tous les types de cellules) et qui inhibent la destruction en annulant les actions des r cepteurs activateurs. Ce signal inhibiteur est perdu lorsque les cellules cibles n'expriment pas le CMH de classe I, comme dans les cellules infect es par des virus, dont beaucoup inhibent sp cifiquement l'expression du CMH de classe I ou modifient sa conformation de mani re viter la reconnaissance par les lymphocytes T CD8. Les cellules NK peuvent galement tuer les cellules cibles par l'expression du membre de la famille TNF TRAIL, qui se lie aux membres du TNFR DR4 et DR5 exprim s par certains types de cellules. DR4 et DR5 signalent via FADD, un adaptateur qui active la pro-caspase 8, conduisant l'induction de l'apoptose de la cellule cible. Fig. 3.40 Les g nes qui codent pour les r cepteurs NK se divisent en deux grandes familles. Le premier, le complexe r cepteur leucocytaire (LRC), c |
Immunologie de Janeway | omprend un grand groupe de g nes codant pour une famille de prot ines compos es de domaines de type immunoglobuline. Il s'agit notamment des r cepteurs de type immunoglobuline (KIR) des cellules tueuses exprim s par les cellules NK, de la classe ILT (immunoglobuline like transcript) et des familles de g nes LAIR (leucocyte-associated immunoglobulin-like receptor). Les lectines de type Ig liant l'acide sialique (SIGLECs) et les membres de la famille CD66 sont situ s proximit . Chez l'homme, ce complexe est situ sur le chromosome 19. Le deuxi me groupe de g nes est appel complexe de r cepteurs NK (NKC) et code pour les r cepteurs de type lectine (KLR) des cellules tueuses, une famille de r cepteurs qui comprend les prot ines NKG2 et CD94, avec lesquelles certaines mol cules de NKG2 s'apparient pour former un r cepteur fonctionnel. Ce complexe est situ sur le chromosome 12 humain. Certains g nes du r cepteur NK se trouvent en dehors de ces deux grands groupes de g nes ; par exemple, les g nes des r cepteurs naturels de cytotoxicit NKp30 et NKp44 sont situ s dans le complexe majeur d'histocompatibilit sur le chromosome 6. Chiffre bas sur des donn es fournies avec l'aimable autorisation de J. Trowsdale, Universit de Cambridge. r cepteurs de surface, qui contr lent ensemble l'activit cytotoxique et la production de cytokines des cellules NK. Les r cepteurs des cellules NK 3-26 appartiennent plusieurs familles structurelles, les KIR, les KLR et les NCR. Les r cepteurs qui r gulent l'activit des cellules NK se divisent en deux grandes familles qui contiennent un certain nombre d'autres r cepteurs de surface cellulaire en plus des r cepteurs NK (Fig. 3.40). Les membres de la famille des r cepteurs de type immunoglobuline des cellules tueuses, ou KIR, ont un nombre diff rent de domaines d'immunoglobuline. Certains, comme KIR-2D, ont deux domaines d'immunoglobulines, tandis que d'autres, comme KIR-3D, en ont trois. Les g nes KIR font partie d'un groupe plus large de g nes de r cepteurs de type immunoglobuline connu sous le nom de complexe de r cepteurs leucocytaires (LRC). Une autre famille, les r cepteurs de type lectine cellules tueuses, ou KLR, sont des prot ines de type C dont les g nes r sident dans un groupe de g nes appel complexe de r cepteurs NK (NKC). Les souris n'ont pas de g nes KIR et expriment principalement les r cepteurs Ly49 cod s dans le NKC sur le chromosome 6 de la souris pour contr ler l'activit de leurs cellules NK. Ces r cepteurs peuvent tre activateurs ou inhibiteurs, et sont tr s polymorphes entre diff rentes souches de souris. En revanche, les humains n'ont pas de g nes Ly49 fonctionnels et s'appuient sur des KIR cod s dans le LRC pour contr ler l'activit de leurs cellules NK. Une caract ristique importante de la population de cellules NK est qu'une cellule NK donn e n'exprime qu'un sous-ensemble des r cepteurs de son r pertoire potentiel, et donc toutes les cellules NK de l'individu ne sont pas identiques. Les r cepteurs activateurs et inhibiteurs sont pr sents au sein de la m me famille structurale. Le fait qu'une prot ine KIR soit activatrice ou inhibitrice d pend de la pr sence ou de l'absence de motifs de signalisation particuliers dans son domaine cytoplasmique. Les KIR inhibiteurs ont de longues queues cytoplasmiques qui contiennent un motif d'inhibition bas sur la tyrosine (ITIM). La s quence consensus pour l'ITIM est V/I/LxYxxL/V, o x repr sente n'importe quel acide amin . Par exemple, les queues cytoplasmiques des r cepteurs inhibiteurs KIR-2DL et KIR-3DL contiennent chacune deux ITIM (Fig. 3.41). Lorsque des ligands s'associent un KIR inhibiteur, la tyrosine dans son ITIM devient phosphoryl e par l'action des prot ines tyrosine kinases de la famille Src. Lorsqu'il est phosphoryl , l'ITIM peut alors se lier aux prot ines intracellulaires tyrosine phosphatases SHP-1 (r gion d'homologie src 2 contenant la prot ine tyrosine phosphatase-1) et SHP-2, qui se localisent pr s de la membrane cellulaire. Ces phosphatases inhibent la signalisation induite par d'autres r cepteurs en liminant les phosphates des r sidus de tyrosine sur d'autres mol cules de signalisation intracellulaire. Les KIR activateurs ont de courtes queues cytoplasmiques, d sign es, par exemple, comme KIR2DS et KIR-3DS (voir Fig. 3.41). Ces r cepteurs n'ont pas d'ITIM et ont la place un r sidu charg dans leurs r gions transmembranaires qui s'associe une prot ine de signalisation accessoire appel e DAP12. DAP12 est une prot ine transmembranaire qui contient un motif d'activation bas sur la tyrosine immunor cepteur (ITAM, avec la s quence consensus YXX[L/I]X6 9YXX[L/I]) dans sa queue cytoplasmique et forme un homodim re li au disulfure dans la membrane. Lorsqu'un ligand se lie un KIR activateur, les r sidus de tyrosine dans l'ITAM de DAP12 deviennent phosphoryl s, activant les voies de signalisation intracellulaires qui activent la cellule NK et conduisent la lib ration des granules cyt |
Immunologie de Janeway | otoxiques. Les ITAM phosphoryl es se lient et activent les tyrosine kinases intracellulaires telles que Syk ou ZAP-70, conduisant d'autres v nements de signalisation similaires ceux d crits pour les lymphocytes T au chapitre 7. La famille KLR comprend galement des membres activateurs et inhibiteurs. Chez la souris, les r cepteurs inhibiteurs de Ly49 ont un ITIM dans leur queue cytoplasmique qui recrute SHP-1. L'importance de ce dernier est d montr e par l' chec de Ly49 inhiber l'activation de NK lors de la liaison la classe I du CMH chez les souris porteuses de la mutation motheaten, qui inactive la prot ine SHP-1. Chez l'homme et la souris, les cellules NK expriment un h t rodim re de deux r cepteurs diff rents de type lectine de type C, CD94 et NKG2. Cet h t rodim re interagit avec des mol cules non polymorphes de type CMH de classe I, y compris HLA-E chez l'homme et Qa1 chez la souris. HLA-E et Qa1 sont inhabituels en ce sens qu'au lieu de lier des peptides d riv s d'agents pathog nes, ils lient des fragments du peptide signal d riv s d'autres mol cules du CMH de classe I pendant le traitement dans le r ticulum endoplasmique. Cela permet CD94 :NKG2 de d tecter la pr sence de plusieurs variants diff rents du CMH de classe I, dont l'expression peut tre cibl e par des virus, et de tuer les cellules dans lesquelles l'expression globale des mol cules du CMH est diminu e. Chez l'homme, il existe quatre prot ines de la famille NKG2 troitement apparent es, NKG2A, C, E et F (cod es par KLRC1 4), et une prot ine plus loign e, NKG2D (cod e par KLRK1). Parmi ceux-ci, par exemple, NKG2A contient un ITIM et est inhibiteur, tandis que NKG2C a un r sidu transmembranaire charg , s'associe DAP12 et est activateur (voir Fig. 3.41). NKG2D est galement activateur, mais assez distinct des autres r cepteurs NKG2, et nous en parlerons s par ment ci-dessous. La r ponse globale des cellules NK aux diff rences d'expression du CMH est encore compliqu e par le polymorphisme tendu des g nes KIR, avec diff rents nombres de g nes KIR activateurs et inhibiteurs trouv s chez diff rentes personnes. Cela peut expliquer pourquoi les cellules NK sont un obstacle la greffe de moelle osseuse, car les cellules NK du receveur peuvent r agir plus fortement aux mol cules du CMH du donneur qu'au CMH du soi avec lequel elles se sont d velopp es. Un ph nom ne similaire peut se produire pendant la grossesse, en raison des diff rences entre les mol cules du CMH f tal et maternel (voir Section 15-38). L'avantage d'un polymorphisme KIR aussi tendu n'est pas encore clair, et certaines tudes pid miologiques g n tiques sugg rent m me une association entre certains all les des g nes KIR et l'apparition pr coce (bien que pas la fr quence absolue) de la polyarthrite rhumato de. Le groupe de g nes KIR n'est pas pr sent chez la souris, mais chez certains esp ces, y compris certains primates, contiennent des g nes des familles KIR et KLR. Cela pourrait sugg rer que les deux groupes de g nes sont relativement anciens et que, pour une raison quelconque, l'un ou l'autre groupe de g nes a t perdu par les souris et les humains. La signalisation par les r cepteurs inhibiteurs NK supprime l'activit destructrice et la production de cytokines des cellules NK. Cela signifie que les cellules NK ne tueront pas les cellules saines, g n tiquement identiques, avec une expression normale des mol cules du CMH de classe I, comme les autres cellules du corps. Les cellules infect es par le virus, cependant, peuvent devenir susceptibles d' tre tu es par les cellules NK par divers m canismes. Tout d'abord, certains virus inhibent toute la synth se des prot ines dans leurs cellules h tes, de sorte que la synth se des prot ines du CMH de classe I serait bloqu e dans les cellules infect es, m me si leur production dans les cellules non infect es est stimul e par l'action des interf rons de type I. Le niveau r duit d'expression du CMH de classe I dans les cellules infect es les rendrait proportionnellement moins capables d'inhiber les cellules NK par le biais de leurs r cepteurs sp cifiques du CMH, et elles deviendraient plus susceptibles d' tre tu es. Deuxi mement, de nombreux virus peuvent emp cher s lectivement l'exportation des mol cules du CMH de classe I vers la surface cellulaire, ou induire leur d gradation une fois l -bas. Cela pourrait permettre la cellule infect e d' chapper la reconnaissance par les lymphocytes T cytotoxiques, mais Fig. 3.41 Les familles structurelles des r cepteurs NK codent la fois pour les r cepteurs activateurs et inhibiteurs. Les familles de r cepteurs de type immunoglobuline (KIR) et de r cepteurs de type lectine (KLR) de cellules tueuses ont des membres qui envoient des signaux d'activation la cellule NK (panneau sup rieur) et ceux qui envoient des signaux inhibiteurs (panneau inf rieur). Les membres de la famille KIR sont d sign s en fonction du nombre de domaines de type immunoglobuline qu'ils poss dent et de la |
Immunologie de Janeway | longueur de leur queue cytoplasmique. Les r cepteurs KIR activateurs ont de courtes queues cytoplasmiques et portent la d signation S . Ceux-ci s'associent la prot ine de signalisation DAP12 via un r sidu d'acide amin charg dans la r gion transmembranaire. Les queues cytoplasmiques de DAP12 contiennent des motifs d'acides amin s appel s ITAM, qui sont impliqu s dans la signalisation. Les r cepteurs NKG2 appartiennent la famille KLR et, qu'ils soient activateurs ou inhibiteurs, forment des h t rodim res avec un autre membre de la famille des lectines de type C, CD94. Les r cepteurs inhibiteurs de KIR ont des queues cytoplasmiques plus longues et sont d sign s L ; celles-ci ne s'associent pas constitutivement des prot ines adaptatrices mais contiennent un motif de signalisation appel ITIM, qui, lorsqu'il est phosphoryl , est reconnu par des phosphatases inhibitrices. Fig. 3.42 Les r cepteurs activateurs des cellules NK comprennent les r cepteurs naturels de cytotoxicit et NKG2D. Les r cepteurs naturels de cytotoxicit sont des prot ines de type immunoglobuline. NKp30 et NKp44, par exemple, ont un domaine extracellulaire qui ressemble un domaine variable unique d'une mol cule d'immunoglobuline. NKp30 et NKp46 activent les cellules NK par leur association avec les homodim res de la cha ne CD3 , ou la cha ne r cepteur Fc (non illustr e). Ces prot ines de signalisation s'associent galement d'autres types de r cepteurs d crits au chapitre 7. NKp44 active la cellule NK par son association avec les homodim res de DAP12. NKp46 ressemble aux mol cules KIR-2D en ce sens qu'il a deux domaines qui ressemblent aux domaines constants d'une mol cule d'immunoglobuline. NKG2D est un membre de la famille des lectines de type C et forme un homodim re, et il s'associe DAP10. Chez la souris, une forme alternativement piss e de NKG2D s'associe galement DAP12 (non repr sent ). Les ligands de NKG2D sont des mol cules de type CMH, membres de la famille MIC-A, MIC-B ou RAET1, dont l'expression est induite par le stress cellulaire MIC-A ou MIC-B de la famille RAET1 (y compris MULT1, ULBPs) susceptibles d' tre tu es par les cellules NK. Les cellules infect es par le virus peuvent toujours tre tu es par les cellules NK m me si les cellules ne r gulent pas n gativement le CMH, condition que des ligands pour l'activation des r cepteurs soient induits. Cependant, certains virus ciblent les ligands pour les r cepteurs activateurs sur les cellules NK, contrecarrant la reconnaissance des cellules NK et tuant les cellules infect es par le virus 3-27 cellules NK expriment des r cepteurs activateurs qui reconnaissent les ligands induits sur les cellules infect es ou les cellules tumorales. En plus des KIR et des KLR, qui jouent un r le dans la d tection du niveau de prot ines du CMH de classe I pr sentes sur d'autres cellules, les cellules NK expriment galement des r cepteurs qui d tectent plus directement la pr sence d'une infection ou d'autres perturbations dans une cellule. Les r cepteurs activateurs pour la reconnaissance des cellules infect es, des cellules tumorales et des cellules endommag es par des dommages physiques ou chimiques comprennent les r cepteurs naturels de cytotoxicit (NCR) NKp30, NKp44 et NKp46, qui sont des r cepteurs de type immunoglobuline, et les membres de la famille des lectines de type C Ly49H et NKG2D (Fig. 3.42). Parmi les RNC, seul NKp46 est conserv chez l'homme et chez la souris, et c'est le marqueur le plus s lectif des cellules NK parmi les esp ces de mammif res. Les ligands reconnus par les RNC sont encore en cours de d finition, mais certaines donn es sugg rent qu'ils reconnaissent les prot ines virales, y compris la glycoprot ine h magglutinine (HA) du virus de la grippe. Ly49H est un r cepteur activateur qui reconna t la prot ine virale m157, une structure semblable au CMH de classe I cod e par le cytom galovirus murin. Le ligand de NKp30 est une prot ine nomm e B7-H6, membre de la famille des prot ines de co-stimulation mentionn e dans la section 1-15, et est d crit plus en d tail dans les chapitres 7 et 9. NKG2D joue un r le sp cialis dans l'activation des cellules NK. Les membres de la famille NKG2 forment des h t rodim res avec CD94 et se lient la mol cule HLA-E du CMH de classe I. En revanche, deux mol cules NKG2D forment un homodim re qui se lie plusieurs mol cules de type CMH de classe I qui sont induites par divers types de stress cellulaire. Il s'agit notamment des mol cules de CMI MIC-A et MIC-B, ainsi que de la famille de prot ines RAET1, qui sont similaires aux domaines 1 et 2 des mol cules du CMH de classe I (Fig. 3.43). La famille RAET1 compte 10 membres, dont 3 ont t initialement caract ris s comme des ligands de la prot ine UL16 du cytom galovirus et sont galement appel s prot ines de liaison UL16, ou ULBP. Les souris n'ont pas d' quivalents des mol cules de CMI ; les ligands de souris NKG2D ont une structure tr s similaire celle des prot i |
Immunologie de Janeway | nes RAET1, et sont probablement des orthologues de celles-ci. En fait, ces ligands ont t identifi s pour la premi re fois chez la souris comme la famille des prot ines RAE1 (acide r tino que inductible pr cocement 1), et comprennent galement les prot ines apparent es H60 et MULT1 (voir Fig. 6.26). Nous reviendrons sur ces mol cules de type CMH lorsque nous discuterons de la structure de la mol cule de CMH dans la section 6-18. Les ligands de NKG2D sont exprim s en r ponse un stress cellulaire ou m tabolique, et sont donc r gul s la hausse sur les cellules infect es par des bact ries intracellulaires et la plupart des virus, ainsi que sur les cellules tumorales naissantes qui se sont transform es de mani re maligne. Ainsi, la reconnaissance par NKG2D agit comme un signal de danger g n ralis pour le syst me immunitaire. En plus de l'expression par un sous-ensemble de cellules NK, NKG2D est exprim par diverses cellules T, y compris toutes les cellules T CD8 humaines, les cellules T : , les cellules T CD8 murines activ es et les cellules NKT invariantes (d crites au chapitre 8). Dans ces cellules, la reconnaissance des ligands NKG2D fournit un puissant signal de co-stimulation qui am liore leurs fonctions effectrices. Fig. 3.43 Les ligands du r cepteur NK activateur NKG2D sont des prot ines qui sont exprim es dans des conditions de stress cellulaire. Les prot ines MIC MIC-A ET MIC-B sont des mol cules de type CMH induites sur les cellules pith liales et autres cellules par le stress, tel que les dommages l'ADN, la transformation cellulaire ou l'infection. Les membres de la famille RAET1, y compris le sous-ensemble d sign sous le nom de prot ines de liaison UL16 (ULBP), ressemblent galement une partie d'une mol cule du CMH de classe I les domaines 1 et 2 et la plupart (mais pas tous) sont attach s la cellule via une liaison glycophosphatidylinositol. Contrairement aux mol cules du CMH de classe I, les ligands NKG2D ne se lient pas aux peptides trait s. NKG2D diff re galement des autres r cepteurs activateurs des cellules NK par la voie de signalisation qu'il engage dans la cellule. Les autres r cepteurs activateurs sont associ s intracellulairement des prot ines de signalisation telles que la cha ne CD3 , la cha ne du r cepteur Fc et DAP12, qui contiennent toutes des ITAM. En revanche, NKG2D se lie une prot ine adaptatrice diff rente, DAP10, qui ne contient pas de s quence ITAM et active plut t la phosphatidylinositol 3-kinase lipidique intracellulaire (PI 3-kinase), initiant une s rie diff rente d' v nements de signalisation intracellulaire dans la cellule NK (voir Section 7-4). En g n ral, on consid re que la PI 3-kinase am liore la survie des cellules dans lesquelles elle est activ e, augmentant ainsi l'activit effectrice globale de la cellule. Dans les cellules NK, l'activation de la PI 3-kinase est directement li e l'induction de l'activit cytotoxique. Chez la souris, le fonctionnement de NKG2D est encore plus compliqu , car la souris NKG2D est produit sous deux formes piss es alternativement, dont l'une lie le DAP12 et le DAP10, tandis que l'autre ne lie que le DAP10. La souris NKG2D peut donc activer les deux voies de signalisation, alors que la souris NKG2D humaine semble ne signaler que par DAP10 pour activer la voie PI 3-kinase. Enfin, les cellules NK expriment plusieurs r cepteurs de la famille des SLAM (Signaling Lymphocyte Activation Molecule), dont le 2B4, qui reconna t la mol cule de surface cellulaire CD48 exprim e par de nombreuses cellules dont les cellules NK. Les interactions entre 2B4 et CD48 sur les cellules NK voisines peuvent lib rer des signaux qui favorisent la survie et la prolif ration par le biais de SAP (SLAM-associated protein) et de la kinase Src Fyn. R sum . Le d clenchement de capteurs inn s sur diverses cellules neutrophiles, macrophages et cellules dendritiques en particulier active non seulement les fonctions effectrices individuelles de ces cellules, mais stimule galement la lib ration de chimiokines et de cytokines pro-inflammatoires qui agissent ensemble pour recruter davantage de cellules phagocytaires sur le site de l'infection. Le recrutement pr coce des neutrophiles et des monocytes est particuli rement important. De plus, les cytokines lib r es par les cellules phagocytaires tissulaires peuvent induire des effets plus syst miques, notamment la fi vre et la production de prot ines de r ponse en phase aigu , notamment la lectine liant le mannose, la prot ine C-r active, le fibrinog ne et les prot ines tensioactives pulmonaires, qui s'ajoutent un tat g n ral d'immunit inn e accrue. Ces cytokines mobilisent galement les cellules pr sentatrices d'antig nes qui induisent la r ponse immunitaire adaptative. Le syst me immunitaire inn a son service plusieurs sous-types r cemment reconnus de cellules lympho des inn es qui rejoignent les rangs des cellules NK reconnues depuis longtemps. Les ILC pr sentent une activit |
Immunologie de Janeway | effectrice sp cialis e en r ponse diff rents signaux et agissent pour amplifier la force de la r ponse inn e. La production d'interf rons en r ponse aux infections virales sert inhiber la r plication virale et activer les cellules NK. Ceux-ci peuvent leur tour distinguer les cellules saines de celles qui sont infect es par le virus ou qui sont transform es ou stress es d'une mani re ou d'une autre, sur la base de l'expression de mol cules du CMH de classe I et de mol cules li es au CMH qui sont des ligands pour certains r cepteurs NK. Comme nous le verrons plus loin dans le livre, les cytokines, les chimiokines, les cellules phagocytaires et les cellules NK sont tous des m canismes effecteurs qui sont galement utilis s dans la r ponse immunitaire adaptative, qui utilise des r cepteurs variables pour cibler des antig nes pathog nes sp cifiques. R sum du chapitre 3. L'immunit inn e utilise une vari t de m canismes effecteurs pour d tecter l'infection et liminer les agents pathog nes, ou les tenir en chec jusqu' ce qu'une r ponse immunitaire adaptative se d veloppe. Ces m canismes effecteurs sont tous r gul s par des r cepteurs cod s par la lign e germinale sur de nombreux types de cellules qui peuvent d tecter des mol cules d'origine microbienne ou qui d tectent des signes de dommages cellulaires de l'h te. Les r ponses induites du syst me immunitaire inn sont bas es sur plusieurs composants distincts. Une fois que les barri res initiales l' pith lium de l'organisme et les mol cules antimicrobiennes solubles d crites au chapitre 2 ont t franchies, les d fenses inn es les plus importantes reposent sur les macrophages tissulaires et d'autres cellules sensorielles r sidentes des tissus, telles que les cellules dendritiques. Les macrophages rendent un double service : ils assurent une d fense cellulaire rapide aux fronti res de l'infection par la phagocytose et des actions antimicrobiennes, et ils utilisent galement leurs divers capteurs inn s pour activer le processus d'inflammation, qui implique le recrutement de cellules suppl mentaires sur les sites d'infection. Les capteurs inn s activent des voies de signalisation qui conduisent la production de cytokines pro-inflammatoires et antivirales, qui leur tour stimulent les r ponses effectrices inn es tout en aidant initier une r ponse immunitaire adaptative. La d couverte des m canismes de d tection des agents pathog nes d crits dans ce chapitre est encore extr mement active. Il fournit de nouvelles informations sur les maladies auto-inflammatoires humaines telles que le lupus, la maladie de Crohn et la goutte. En effet, l'induction de puissants m canismes effecteurs par la reconnaissance immunitaire inn e bas e sur des r cepteurs cod s par la lign e germinale pr sente clairement certains dangers. C'est une arme double tranchant, comme l'illustrent les effets de la cytokine TNF- b n fique lorsqu'elle est lib r e localement, mais d sastreuse lorsqu'elle est produite de mani re syst mique. Cela illustre le tranchant de l' volution le long duquel se d placent tous les m canismes inn s de d fense de l'h te. Le syst me immunitaire inn peut tre consid r comme un syst me de d fense qui entrave principalement l' tablissement d'un foyer d'infection ; Cependant, m me lorsqu'il s'av re inad quat pour remplir cette fonction, il a d j mis en branle en recrutant et en activant des cellules dendritiques l'initiation de la r ponse immunitaire adaptative, qui constitue une partie essentielle des d fenses humaines contre l'infection. Apr s avoir introduit l'immunologie en tenant compte de la fonction immunitaire inn e, nous portons maintenant notre attention sur la r ponse immunitaire adaptative, en commen ant par une explication de la structure et de la fonction des r cepteurs antig niques exprim s par les lymphocytes. Questionne. 3.1 Appariement : Associez le r cepteur de type Toll (TLR) son ligand : A. TLR-2 :TLR-1 ou i. ARNss TLR-2 :TLR-6 B. TLR-3 ii. Lipopolysaccharide C. TLR-4 iii. Acide lipoteicho que et lipoprot ines di-/triacyle D. TLR-5 iv. ARNdb E. TLR-7 c. Flagellin F. TLR-9 vi. Correspondance de l'ADN CpG 3.2 non m thyl : Correspond la maladie h r ditaire au g ne affect : A. Granulomateuse chronique i. Maladie NOD2 B. Hypohidrotique li l'X ii. IKK (NEMO) dysplasie ectodermique et immunod ficience C. Maladie de Crohn iii. Jak3 D. SCID li l'X iv. NAPDH oxydase E. SCID (non li l'X) c. NLRP3 F. Rhume familial vi. c syndrome inflammatoire 3.3 Choix multiple : Lequel des l ments suivants ne se produit pas au cours d'une r ponse inflammatoire ? A. Caillot sanguin local B. R paration des l sions tissulaires C. Activation des cellules endoth liales D. Diminution de la perm abilit vasculaire E. Extravasation des leucocytes dans les tissus enflamm s 3.4 R ponse courte : Quelle est la diff rence entre les cellules dendritiques conventionnelles (cDC) et les cellules dendritiques plasmacyto des (pDC) |
Immunologie de Janeway | ? 3.5 Choix multiple : Lequel des l ments suivants est un r cepteur coupl aux prot ines G ? A. R cepteur fMLF B. TLR-4 C. IL-1R D. CD14 E. STING F. B7.1 (CD80) 3.6 Vrai ou Faux : Toutes les formes d'ubiquitination entra nent une d gradation du prot asome. 3.7 Remplir les blancs : Les r cepteurs de type Toll (TLR) ont un domaine de signalisation cytoplasmique appel TIR qui est galement partag avec __________. B. Les r cepteurs de cytokines de la famille des h matopo tines activent les tyrosine kinases de la famille des _____, afin de signaler celles-ci des facteurs de transcription contenant le domaine SH2 appel s __________. C. De tous les TLR, le seul qui utilise la fois les paires d'adaptateurs MyD88/MAL et TRIF/TRAM est __________. 3.8 Vrai ou faux : L'ADN cytosolique est d tect par le cGAS, qui signale par STING, tandis que l'ARNss cytosolique et l'ARNdb sont d tect s par RIG-I et MDA-5, respectivement, qui interagissent avec la prot ine adaptatrice en aval MAVS. 3.9 Choix multiple : Laquelle des affirmations suivantes n'est pas vraie ? CCL2 attire les macrophages par le biais de CCR2. B. L'IL-3, l'IL-5 et la GM-CSF sont un sous-groupe de r cepteurs de cytokines de classe I qui partagent une cha ne commune. C. L'IL-2, l'IL-4, l'IL-7, l'IL-9, l'IL-15 et l'IL-21 partagent un c commun. D. L'inflammasome est un gros oligom re compos du capteur NLRP3, de l'adaptateur ASC et de la caspase 8. E. CXCL8 attire les neutrophiles par l'interm diaire de CXCR2. F. Les ILC1 s cr tent de l'IFN- , les ILC2 s cr tent l'IL-4, l'IL-5 et l'IL-13, et les ILC3 s cr tent l'IL-17 et l'IL-22. R f rences de sections. 3-1 Apr s avoir p n tr dans les tissus, de nombreux microbes sont reconnus, ing r s et tu s par les phagocytes. Aderem, A., et Underhill, D.M. : M canismes de phagocytose dans les macrophages. Annu. Rev. Immunol. 1999, 17:593 623. Auffray, C., Fogg, D., Garfa, M., Elain, G., Join-Lambert, O., Kayal, S., Sarnacki, S., Cumano, A., Lauvau, G., et Geissmann, F. : Surveillance des vaisseaux sanguins et des tissus par une population de monocytes avec un comportement de patrouille. Science 2007, 317:666-670. Cervantes-Barragan, L., Lewis, K.L., Firner, S., Thiel, V., Hugues, S., Reith, W., Ludewig, B., et Reizis, B. : Les cellules dendritiques plasmacyto des contr lent la r ponse des lymphocytes T l'infection virale chronique. Proc. Natl Acad. Sci. tats-Unis 2012, 109:3012 3017. Goodridge, H.S., Wolf, A.J., et Underhill, D.M. : Reconnaissance des b ta-glucanes par le syst me immunitaire inn . Immunol. R v. 2009, 230:38-50. Greaves, D.R., et Gordon, S. : Le r cepteur pi geur de macrophages 30 ans : connaissances actuelles et d fis futurs. J. Lipid Res. 2009, 50 :S282 S286. Greter, M., Lelios, I., Pelczar, P., Hoeffel, G., Price, J., Leboeuf, M., Kdig, T.M., Frei, K., Ginhoux, F., Merad, M., et Becher, B. : L'interleukine-34 d riv e du stroma contr le le d veloppement et le maintien des cellules de Langerhans et le maintien de la microglie. Immunit 2012, 37:1050-1060. Harrison, R.E., et Grinstein, S. : Phagocytose et cytosquelette des microtubules. Biochimie. Cell Biol. 2002, 80:509-515. Lawson, C.D., Donald, S., Anderson, K.E., Patton, D.T., et Welch, H.C. : P Rex1 et Vav1 coop rent dans la r gulation des r ponses neutrophiles d pendantes du formyl-m thionyl-leucyl-ph nylalanine. J. Immunol. 2011, 186:1467 1476. Lee, S.J., Evers, S., Roeder, D., Parlow, A.F., Risteli, J., Risteli, L., Lee, Y.C., Feizi, T., Langen, H., et Nussenzweig, M.C. : R gulation m di e par le r cepteur du mannose de l'hom ostasie des glycoprot ines s riques. Science 2002, 295:1898-1901. Linehan, S.A., Martinez-Pomares, L., et Gordon, S. : Les lectines des macrophages dans la d fense de l'h te. Les microbes infectent. 2000, 2:279 288. 3.10 Vrai ou faux : Les cellules tueuses naturelles (NK) ont des r cepteurs de type immunoglobuline (KIR) des cellules tueuses, qui d tectent les peptides pathog nes sur les mol cules du CMH du soi. 3.11 Appariement : Faire correspondre l' tape du recrutement des neutrophiles dans les tissus enflamm s avec les principaux effecteurs impliqu s : A. Cellule endoth liale i. Neutrophile LFA-1 avec activation endoth liale ICAM-1 B. Laminage ii. S cr tion locale de TNF- et d'autres cytokines C. Signalisation de l'int grine neutrophile iii.CXCL8 en supposant que CXCR2 est actif , conduisant l'activation de l' tat de taline D. Forte adh rence iv. Endoth lial et neutrophile CD31 E. Diapedesis c. Interaction de la P-s lectine et de la E-s lectine endoth liales avec le sialyl-LewisX 3.12 R ponse courte : Quelles mol cules co-stimulatrices sont induites sur les macrophages et les cellules dendritiques lors de la reconnaissance des agents pathog nes, et quelle est leur fonction ? McGreal, E.P., Miller, J.L., et Gordon, S. : Reconnaissance des ligands par les r cepteurs de lectine de type C des cellules pr sentatrices d'antig nes. Curr. Opin. Immunol. 2005, 17:18 24. Peise |
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Immunologie de Janeway | La mol cule d'anticorps a deux fonctions distinctes : l'une est de se lier sp cifiquement l'agent pathog ne ou ses produits qui ont d clench la r ponse immunitaire ; L'autre consiste recruter d'autres cellules et mol cules pour d truire l'agent pathog ne une fois que l'anticorps s'est li . Par exemple, la liaison par des anticorps peut neutraliser les virus et marquer les agents pathog nes pour qu'ils soient d truits par les phagocytes et le compl ment, comme d crit aux chapitres 2 et 3. Les fonctions de reconnaissance et d'effecteur sont structurellement s par es dans la mol cule d'anticorps, dont une partie se lie sp cifiquement l'antig ne tandis que l'autre engage les m canismes d' limination. La r gion de liaison l'antig ne varie consid rablement entre les mol cules d'anticorps et est connue sous le nom de r gion variable ou r gion V. La variabilit des mol cules d'anticorps permet chaque anticorps de se lier un antig ne sp cifique diff rent, et le r pertoire total d'anticorps fabriqu s par un seul individu est suffisamment large pour garantir que pratiquement n'importe quelle structure peut tre reconnue. La r gion de la mol cule d'anticorps qui engage les fonctions effectrices du syst me immunitaire ne varie pas de la m me mani re et La structure d'une mol cule d'anticorps typique. L'interaction de la mol cule de l'anticorps avec un antig ne sp cifique. Reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T. est connue sous le nom de r gion constante ou r gion C. Il se pr sente sous cinq formes principales, appel es isotypes, chacune tant sp cialis e dans l'activation de diff rents m canismes effecteurs. Le r cepteur des lymphocytes B li la membrane n'a pas ces fonctions effectrices, car la r gion C reste ins r e dans la membrane des lymphocytes B. La fonction du r cepteur des lymphocytes B est de reconna tre et de lier l'antig ne via les r gions V expos es la surface de la cellule, transmettant ainsi un signal qui active les lymphocytes B, conduisant l'expansion clonale et la production d'anticorps. cette fin, le r cepteur des lymphocytes B est associ un ensemble de prot ines de signalisation intracellulaires, qui seront d crites au chapitre 7. Les anticorps sont devenus une classe importante de m dicaments en raison de leurs activit s tr s sp cifiques, et nous reviendrons sur leurs utilisations th rapeutiques au chapitre 16. Les mol cules de reconnaissance de l'antig ne des lymphocytes T sont constitu es uniquement de prot ines li es la membrane, qui sont associ es un complexe de signalisation intracellulaire et ne fonctionnent que pour signaler l'activation des lymphocytes T. Ces r cepteurs des lymphocytes T (TCR) sont li s aux immunoglobulines la fois dans leur structure prot ique ayant la fois les r gions V et C et dans le m canisme g n tique qui produit leur grande variabilit , qui est discut au chapitre 5. Cependant, le r cepteur des lymphocytes T diff re du r cepteur des lymphocytes B d'une mani re importante : il ne reconna t pas et ne lie pas l'antig ne par lui-m me, mais reconna t plut t de courts fragments peptidiques d'antig nes prot iques qui leur sont pr sent s par des prot ines appel es mol cules du CMH la surface des cellules h tes. Les mol cules du CMH sont des glycoprot ines transmembranaires cod es dans le grand groupe de g nes connu sous le nom de complexe majeur d'histocompatibilit (CMH). La caract ristique structurelle la plus frappante des mol cules du CMH est une fente dans la face extracellulaire de la mol cule dans laquelle les peptides peuvent tre li s. Les mol cules du CMH sont tr s polymorphes chaque type de mol cule du CMH se pr sente dans de nombreuses versions diff rentes au sein de la population. Ceux-ci sont cod s par des versions l g rement diff rentes de g nes individuels appel s all les. La plupart des gens sont donc h t rozygotes pour les mol cules du CMH : c'est- -dire qu'ils expriment deux all les diff rents pour chaque type de mol cule du CMH, augmentant ainsi la gamme de peptides d riv s d'agents pathog nes et de peptides du soi qui peuvent tre li s. Les r cepteurs des lymphocytes T reconnaissent les caract ristiques de l'antig ne peptidique et de la mol cule du CMH laquelle il est li . Cela introduit une dimension suppl mentaire la reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T, connue sous le nom de restriction du CMH, car tout r cepteur de lymphocytes T donn est sp cifique d'un peptide particulier li une mol cule particuli re du CMH. Dans ce chapitre, nous nous concentrons sur la structure et les propri t s de liaison l'antig ne des immunoglobulines et des r cepteurs des lymphocytes T. Bien que les lymphocytes B et T reconnaissent les mol cules trang res de mani re distincte, les mol cules r ceptrices qu'ils utilisent pour cette t che ont une structure tr s similaire. Nous verrons comment cette structure de base peut s'adapter une grande variabilit de la sp cificit de l'antig ne, et |
Immunologie de Janeway | comment elle permet aux immunoglobulines et aux r cepteurs des lymphocytes T de remplir leurs fonctions de mol cules de reconnaissance antig nique de la r ponse immunitaire adaptative. Avec cette base, nous reviendrons sur l'impact du polymorphisme du CMH sur la reconnaissance de l'antig ne des lymphocytes T et le d veloppement des lymphocytes T dans les chapitres 6 et 8, respectivement. La structure d'une mol cule d'anticorps typique. Les anticorps sont la forme s cr t e du r cepteur des lymphocytes B. Parce qu'ils sont solubles et s cr t s dans le sang en grande quantit , les anticorps sont facilement obtenus et facilement tudi s. Pour cette raison, la plupart de ce que nous savons sur le r cepteur des lymphocytes B provient de l' tude des anticorps. Les mol cules d'anticorps ont peu pr s la forme d'un Y, comme le montre la figure 4.1 l'aide de trois styles sch matiques diff rents. Cette partie du chapitre expliquera comment cette structure se forme et permet la mol cule d'anticorps d'accomplir sa double t che de se lier une grande vari t d'antig nes tout en se liant aux mol cules effectrices Fig. 4.1 Structure d'une mol cule d'anticorps. Dans le panneau A, la structure cristallographique aux rayons X d'un anticorps IgG est illustr e sous la forme d'un diagramme en ruban des squelettes des cha nes polypeptidiques. Les deux lourdes cha nes sont repr sent es en jaune et en violet. Les deux guirlandes lumineuses sont toutes deux repr sent es en rouge. Trois r gions globulaires forment une forme en Y approximative. Les deux sites de liaison l'antig ne se trouvent l'extr mit des bras, qui sont attach s leur autre extr mit au tronc du Y par une r gion charni re flexible. La variable de cha ne l g re (VL) et la r gion constante (cL) sont indiqu es. La r gion variable (Vh) cha ne lourde et la VL forment ensemble le site de liaison l'antig ne de l'anticorps. Dans la partie B, une repr sentation sch matique de la m me structure d signe chaque domaine d'immunoglobuline comme un rectangle distinct. La charni re qui relie le premier domaine constant de chaque cha ne lourde (ch1) son second (ch2) est illustr e par une fine ligne violette ou jaune, respectivement. Les sites de liaison des anticorps sont indiqu s par des r gions concaves dans VL et Vh. Les positions des modifications glucidiques et des liaisons disulfures sont indiqu es. Dans le panneau C, un sch ma plus simplifi est montr qui sera utilis tout au long de ce livre avec la r gion variable en rouge et la r gion constante en bleu. terminus C, terminus carboxy ; N terminus, amino terminus. Structure avec l'aimable autorisation de R.L. Stanfield et i.A. Wilson. et aux cellules qui d truisent l'antig ne. Chacune de ces t ches est effectu e par diff rentes parties de la mol cule. Les extr mit s des deux bras de l'Y les r gions V sont impliqu es dans la liaison de l'antig ne, et leur structure d taill e varie entre les diff rentes mol cules d'anticorps. La tige du Y la r gion C est beaucoup moins variable et est la partie qui interagit avec les mol cules effectrices et les cellules. Il existe cinq classes diff rentes d'immunoglobulines, qui se distinguent par le fait qu'elles sont construites partir de r gions C qui ont des structures et des propri t s diff rentes. Ceux-ci sont connus sous le nom d'immunoglobuline M (IgM), d'immunoglobuline D (IgD), d'immunoglobuline G (IgG), d'immunoglobuline A (IgA) et d'immunoglobuline E (IgE). Tous les anticorps sont construits de la m me mani re partir de cha nes polypeptidiques lourdes et l g res appari es, et le terme g n rique d'immunoglobuline est utilis pour toutes ces prot ines. Des diff rences plus subtiles limit es la r gion V expliquent la sp cificit de la liaison de l'antig ne. Nous utiliserons la mol cule d'anticorps IgG comme exemple pour d crire les caract ristiques structurelles g n rales des immunoglobulines. Les anticorps IgG 4-1 sont constitu s de quatre cha nes polypeptidiques. Les anticorps IgG sont de grosses mol cules d'un poids mol culaire d'environ 150 kDa et sont compos s de deux types diff rents de cha nes polypeptidiques. L'une, d'environ 50 kDa, est appel e cha ne lourde ou cha ne en H, et l'autre, de 25 kDa, est la cha ne l g re ou en L (Fig. 4.2). Chaque mol cule d'IgG est constitu e de deux cha nes lourdes et de deux cha nes l g res. Les deux cha nes lourdes sont reli es l'une l'autre par des liaisons disulfure, et chaque cha ne lourde est li e une cha ne l g re par une liaison disulfure. Dans n'importe quelle mol cule d'immunoglobuline, les deux cha nes lourdes et les deux cha nes l g res sont identiques, ce qui donne une mol cule d'anticorps deux sites de liaison l'antig ne identiques. Cela donne l'anticorps la capacit de se lier simultan ment deux antig nes identiques sur une surface, augmentant ainsi la force totale de l'interaction, ce qu'on appelle son avidit . La force de l'interaction entre un seul site de liaison l'antig |
Immunologie de Janeway | ne et son antig ne s'appelle son affinit . Deux types de cha nes l g res, lambda ( ) et kappa ( ), se trouvent dans les anticorps. Une immunoglobuline donn e a soit des cha nes , soit des cha nes , jamais une de chaque. Aucune diff rence fonctionnelle n'a t observ e entre les anticorps ayant des cha nes l g res ou , et l'un ou l'autre type de cha ne l g re peut tre trouv dans les anticorps de l'une des cinq grandes classes. Le rapport des deux types de cha nes l g res varie d'une esp ce l'autre. Chez la souris, le rapport moyen / est de 20:1, alors que chez l'homme, il est de 2:1 et chez le b tail, il est de 1:20. La raison de cette variation est inconnue. Des distorsions de ce rapport peuvent parfois tre utilis es pour d tecter la prolif ration anormale d'un Fig. 4.2 Les mol cules d'immunoglobulines sont compos es de deux types de cha nes prot iques : les cha nes lourdes et les cha nes l g res. Chaque mol cule d'immunoglobuline est compos e de deux cha nes lourdes articul es (vertes) et de deux cha nes l g res (jaunes) reli es par des liaisons disulfure, de sorte que chaque cha ne lourde est li e une cha ne l g re et que les deux cha nes lourdes sont li es ensemble. Clone de lymphocyte B, puisque toute la descendance d'un lymphocyte B particulier exprimera une cha ne l g re identique. Par exemple, un niveau anormalement lev de cha nes l g res chez une personne pourrait indiquer la pr sence d'une tumeur cellules B qui produit des cha nes . La classe, et donc la fonction effectrice, d'un anticorps est d finie par la structure de sa cha ne lourde. Il existe cinq principales classes de cha nes lourdes, ou isotypes, dont certaines ont plusieurs sous-types, et celles-ci d terminent l'activit fonctionnelle d'une mol cule d'anticorps. Les cinq principales classes d'immunoglobulines sont les IgM, les IgD, les IgG, les IgA et les IgE, et leurs cha nes lourdes sont d sign es par les lettres grecques minuscules , , , et , respectivement. Par exemple, la r gion constante des IgM est not e C . Les IgG sont de loin les immunoglobulines les plus abondantes dans le s rum et ont plusieurs sous-classes (IgG1, 2, 3 et 4 chez l'homme). Les propri t s fonctionnelles distinctives des diff rentes classes et sous-classes d'anticorps sont conf r es par la partie carboxy-terminale de la cha ne lourde, o cette cha ne n'est pas associ e la cha ne l g re. Les caract ristiques structurelles g n rales de tous les isotypes sont similaires, en particulier en ce qui concerne la liaison l'antig ne. Ici, nous consid rerons l'IgG comme une mol cule d'anticorps typique, et nous reviendrons sur les propri t s structurelles et fonctionnelles des diff rents isotypes de la cha ne lourde au chapitre 5. La structure d'un r cepteur de cellules B est identique celle de son anticorps correspondant, l'exception d'une petite partie de l'extr mit carboxy de la r gion C cha ne lourde. Dans le r cepteur des cellules B, l'extr mit carboxy est une s quence d'acides amin s hydrophobe qui ancre la mol cule dans la membrane, et dans l'anticorps, c'est une s quence hydrophile qui permet la s cr tion. 4-2 Les cha nes lourdes et l g res d'immunoglobulines sont compos es de r gions constantes et variables. Les s quences d'acides amin s de nombreuses cha nes lourdes et l g res d'immunoglobulines ont t d termin es et r v lent deux caract ristiques importantes des mol cules d'anticorps. Tout d'abord, chaque cha ne est constitu e d'une s rie de s quences similaires, bien que non identiques, chacune d'environ 110 acides amin s. Chacune de ces r p titions correspond une r gion discr te et compacte de la prot ine connue sous le nom de domaine d'immunoglobuline, ou domaine Ig. La cha ne l g re est constitu e de deux domaines Ig, tandis que la cha ne lourde de l'anticorps IgG contient quatre domaines Ig (voir Fig. 4.2). Cela sugg re que les cha nes d'immunoglobulines ont volu par duplication r p t e de segments de g nes ancestraux correspondant un seul domaine Ig. La deuxi me caract ristique importante est que les s quences d'acides amin s amino-terminaux des cha nes lourdes et l g res varient consid rablement entre les diff rents anticorps. La variabilit est limit e environ les 110 premiers acides amin s, correspondant au premier domaine Ig, tandis que les domaines restants sont constants entre les cha nes d'immunoglobulines du m me isotype. Les domaines Ig variables amino-terminaux (domaines V) des cha nes lourdes et l g res (VH et VL, respectivement) constituent ensemble la r gion V de l'anticorps et d terminent sa sp cificit de liaison l'antig ne, tandis que les domaines Ig constants (domaines C) des cha nes lourdes et l g res (CH et CL, respectivement) constituent la r gion C (voir Fig. 4.1). Les multiples domaines C cha ne lourde sont num rot s de l'extr mit amino-terminale l'extr mit carboxy, par exemple, CH1, CH2, etc. 4-3 Les domaines d'une mol cule d'immunoglobuline ont des structures similaire |
Immunologie de Janeway | s. Les cha nes lourdes et l g res d'immunoglobulines sont compos es d'une s rie de domaines Ig qui ont une structure globale similaire. l'int rieur de cette structure de base, il existe des diff rences distinctes entre les domaines V et C qui sont illustr es pour la cha ne l g re la Fig. 4.3. Chaque domaine V ou C est construit partir de deux feuilles de . Une feuille est Fig. 4.3 La structure des domaines constant et variable des immunoglobulines. Les panneaux sup rieurs montrent sch matiquement le motif de repliement des domaines constant (c) et variable (V) d'une cha ne l g re d'immunoglobulines. chaque domaine est une structure en forme de tonneau dans laquelle des brins de cha ne polypeptidique (brins ) courant dans des directions oppos es (antiparall les) s'entassent pour former deux feuillets de (repr sent s en jaune et vert pour le domaine c et en rouge et bleu pour le domaine V), qui sont maintenus ensemble par une liaison disulfure. La fa on dont la cha ne polypeptidique se plie pour donner la structure finale est plus clairement visible lorsque les feuilles sont ouvertes, comme le montrent les panneaux inf rieurs. Les brins sont alphab tiques s quentiellement par rapport l'ordre de leur apparition dans la s quence d'acides amin s des domaines ; L'ordre dans chaque feuillet est caract ristique des domaines d'immunoglobulines. Les brins c et c qui se trouvent dans le domaine V mais pas dans le domaine c sont indiqu s par un fond bleut . Les arrangements caract ristiques quatre brins plus trois brins (domaine de type r gion C) ou quatre brins plus cinq brins (domaine de type r gion V) sont des l ments constitutifs typiques du domaine de la superfamille des immunoglobulines, pr sents dans toute une gamme d'autres prot ines ainsi que dans les anticorps et les r cepteurs des lymphocytes T. construit partir de plusieurs brins , qui sont des r gions de prot ines o plusieurs polypeptides cons cutifs ont leurs liaisons peptidiques dispos es dans une conformation tendue ou plate. brins des prot ines sont parfois repr sent s par des rubans avec une fl che pour indiquer la direction du squelette polypeptidique (voir Fig. 4.3). brins peuvent s'entasser c te c te, tant stabilis s lat ralement par deux ou trois liaisons hydrog ne de squelette entre les brins adjacents. Cet arrangement s'appelle une feuille de . Le domaine Ig a deux feuilles de qui sont pli es l'une sur l'autre, comme deux morceaux de pain, dans une structure appel e sandwich , et sont li es de mani re covalente par une liaison disulfure entre les r sidus de cyst ine de chaque feuille de . Cette structure distinctive est connue sous le nom de pli d'immunoglobuline. Les similitudes et les diff rences entre les domaines V et C peuvent tre observ es dans les panneaux inf rieurs de la Fig. 4.3. Ici, les domaines Ig ont t ouverts pour montrer comment leurs cha nes polypeptidiques respectives se replient pour cr er chacune des feuilles et comment chaque cha ne polypeptidique forme des boucles flexibles entre les brins de adjacents lorsqu'elle tourne pour changer de direction. La principale diff rence entre les domaines V et C est que le domaine V est plus grand et contient des brins de suppl mentaires, appel s C et C. Dans le domaine V, les boucles flexibles form es entre certains des brins contribuent au site de liaison l'antig ne de la mol cule d'immunoglobuline. De nombreux acides amin s communs aux domaines C et V sont pr sents au c ur du repli des immunoglobulines et sont essentiels sa stabilit . D'autres prot ines avec des s quences similaires celles des immunoglobulines ont t trouv es avoir des domaines avec une structure similaire, appel s domaines de type immunoglobuline (domaines de type Ig). Ces domaines sont pr sents dans de nombreuses prot ines du syst me immunitaire, telles que les KIR exprim s par les cellules NK d crites au chapitre 3. Ils sont galement fr quemment impliqu s dans la reconnaissance et l'adh sion entre les cellules et, avec les immunoglobulines et les r cepteurs des lymphocytes T, ces prot ines constituent la vaste superfamille des immunoglobulines. 4-4 La mol cule d'anticorps peut facilement tre cliv e en fragments fonctionnellement distincts. Lorsqu'elle est enti rement assembl e, une mol cule d'anticorps comprend trois parties globulaires de taille gale, avec ses deux bras reli s son tronc par un tirement flexible de la cha ne polypeptidique connu sous le nom de r gion charni re (voir Fig. 4.1b). Chaque bras de cette structure en forme de Y est form par l'association d'une cha ne l g re avec la moiti amino-terminale d'une cha ne lourde ; le domaine VH est appari au domaine VL et le domaine CH1 est appari au domaine CL. Les deux sites de liaison l'antig ne sont form s par les domaines VH et VL appari s aux extr mit s des deux bras du Y (voir Fig. 4.1b). Le tronc du Y est form par l'appariement des moiti s carboxyterminales des deux cha |
Immunologie de Janeway | nes lourdes. Les domaines CH3 s'apparient les uns aux autres, mais les domaines CH2 n'interagissent pas. Les cha nes lat rales glucidiques attach es aux domaines CH2 se trouvent entre les deux cha nes lourdes. Les enzymes prot olytiques (prot ases) ont t un outil important dans les premi res tudes sur la structure des anticorps, et il est utile de revoir la terminologie qu'elles ont g n r e. La digestion limit e avec la prot ase papa ne clive les mol cules d'anticorps en trois fragments (Fig. 4.4). La papa ne coupe la mol cule d'anticorps du c t amino-terminal des liaisons disulfure qui relient les deux cha nes lourdes, lib rant les deux bras de la mol cule d'anticorps sous la forme de deux fragments identiques qui contiennent l'activit de liaison l'antig ne. C'est ce qu'on appelle les fragments Fab, pour la liaison de l'antig ne des fragments. L'autre fragment ne contient aucune activit de liaison l'antig ne, mais parce qu'il cristallise facilement, il a t nomm le fragment Fc (fragment cristallisable). Il correspond aux domaines appari s CH2 et CH3. Le fragment Fc est la partie de la mol cule d'anticorps qui n'interagit pas avec l'antig ne, mais interagit plut t avec les mol cules effectrices et les cellules, et il diff re entre les isotypes cha ne lourde. Une autre prot ase, la pepsine, coupe du c t carboxy-terminal des liaisons disulfure (voir Fig. 4.4). Cela produit un fragment, le fragment F(ab)2, dans lequel les deux bras de liaison l'antig ne de la mol cule d'anticorps restent li s. Pepsin coupe la partie restante de la lourde cha ne en plusieurs petits fragments. Le fragment F(ab)2 a exactement les m mes caract ristiques de liaison l'antig ne que l'anticorps d'origine, mais il est incapable d'interagir avec une mol cule effectrice, comme les r cepteurs C1q ou Fc, et peut tre utilis exp rimentalement pour s parer les fonctions de liaison l'antig ne des autres fonctions effectrices de l'anticorps. De nombreuses mol cules li es aux anticorps peuvent tre construites l'aide de techniques de g nie g n tique, et de nombreux anticorps et mol cules apparent es aux anticorps sont utilis s des fins th rapeutiques pour traiter diverses maladies. Nous reviendrons sur ce sujet au chapitre 16, o nous aborderons les diff rentes utilisations th rapeutiques des anticorps qui ont t d velopp es au cours des deux derni res d cennies. Fig. 4.4 La mol cule d'immunoglobuline en forme de Y peut tre diss qu e par digestion partielle avec des prot ases. Panneaux sup rieurs : la papa ne clive la mol cule d'immunoglobuline en trois morceaux, deux fragments de fabrication et un fragment fc. Le fragment fab contient les r gions V et se lie l'antig ne. Le fragment fc est cristallisable et contient des r gions c. Panneaux inf rieurs : la pepsine clive l'immunoglobuline pour produire un fragment f(ab)2 et de nombreux petits morceaux du fragment fc, dont le plus grand est appel fragment pfc. F(ab)2 s' crit avec un nombre premier parce qu'il contient un peu plus d'acides amin s que le fab, y compris les cyst ines qui forment les liaisons disulfure. L'angle entre les bras est de 90 L'angle entre les bras est de 60 (Micrographie 300 000) 4-5 La r gion charni re de la mol cule d'immunoglobuline permet une flexibilit dans la liaison plusieurs antig nes. La r gion charni re entre les parties Fc et Fab de la mol cule IgG permet un certain degr de mouvement ind pendant des deux bras Fab. Par exemple, dans la mol cule d'anticorps illustr e la figure 4.1a, non seulement les deux r gions charni res sont clairement courb es diff remment, mais l'angle entre les domaines V et C dans chacun des deux bras Fab est galement diff rent. Cette amplitude de mouvement a conduit ce que la jonction entre les domaines V et C soit appel e articulation mol culaire rotule . Cette flexibilit peut tre r v l e par des tudes d'anticorps li s de petits antig nes appel s hapt nes. Il s'agit de mol cules de diff rents types qui ont g n ralement la taille d'une cha ne lat rale de tyrosine. Bien que les hapt nes soient sp cifiquement reconnus par l'anticorps, ils ne peuvent stimuler la production d'anticorps anti-hapt nes que lorsqu'ils sont li s une prot ine (voir l'annexe I, section A-1). Deux mol cules hapt nes identiques reli es par une courte r gion flexible peuvent lier deux ou plusieurs anticorps anti-hapt nes, formant des dim res, des trim res, des t tram res, etc., qui peuvent tre vus en microscopie lectronique (Fig. 4.5). Les formes form es par ces complexes montrent que les mol cules d'anticorps sont flexibles au niveau de la r gion charni re. Une certaine flexibilit se trouve galement la jonction entre les domaines V et C, permettant la flexion et la rotation du domaine V par rapport au domaine C. La flexibilit la fois au niveau de la charni re et de la jonction V-C permet aux deux bras d'une mol cule d'anticorps de se lier des sites distants, tels que les sites r p titifs sur les polys |
Immunologie de Janeway | accharides de la paroi cellulaire bact rienne. La flexibilit au niveau de la charni re permet galement aux anticorps d'interagir avec les prot ines de liaison aux anticorps qui m dient les m canismes effecteurs immunitaires. R sum . La mol cule d'anticorps IgG est compos e de quatre cha nes polypeptidiques, comprenant deux cha nes l g res identiques et deux cha nes lourdes identiques, et peut tre consid r e comme formant une structure flexible en forme de Y. Chacune des quatre cha nes a une r gion variable (V) son extr mit amin e, qui contribue au site de liaison l'antig ne, et une r gion constante (C). Les cha nes l g res sont li es aux cha nes lourdes par de nombreuses interactions non covalentes et par des liaisons disulfure, et les r gions V des cha nes lourdes et l g res s'apparient dans chaque bras du Y pour g n rer deux sites de liaison l'antig ne identiques, qui se trouvent l'extr mit des bras du Y. La possession de deux sites de liaison l'antig ne permet aux mol cules d'anticorps de r ticuler les antig nes et de les lier de mani re beaucoup plus stable et avec une plus grande avidit . Le tronc du Y, galement appel fragment Fc, est compos des domaines carboxy-terminaux des cha nes lourdes, et ce sont ces domaines qui d terminent l'isotype de l'anticorps. Les bras du Y sont joints au tronc par les zones de charni re flexibles. Le fragment Fc et les r gions charni res diff rent chez les anticorps de diff rents isotypes. Fig. 4.5 Les bras d'anticorps sont reli s par une charni re flexible. Un antig ne compos de deux mol cules hapt nes (boules rouges sur les sch mas) qui peuvent r ticuler deux sites de liaison l'antig ne est utilis pour cr er des complexes antig ne :anticorps, que l'on peut voir en micrographie lectronique. Des formes lin aires, triangulaires et carr es sont observ es, avec de courtes projections ou pointes. La digestion limit e de la pepsine limine ces pointes (non repr sent es sur la figure), qui correspondent donc la partie fc de l'anticorps ; Les morceaux F(AB)2 restent r ticul s par l'antig ne. L'interpr tation de certains des complexes est illustr e dans les diagrammes. L'angle entre les bras des mol cules d'anticorps varie. Dans les formes triangulaires, cet angle est de 60 , alors qu'il est de 90 dans les formes carr es, ce qui montre que les connexions entre les bras sont flexibles. Photographie reproduite avec l'aimable autorisation de n.M. green. Diff rents isotypes ont des propri t s diff rentes et diff rent donc dans leurs interactions avec les mol cules effectrices et les types cellulaires. Cependant, l'organisation globale des domaines est similaire dans tous les isotypes. L'interaction de la mol cule de l'anticorps avec un antig ne sp cifique. Dans cette partie du chapitre, nous examinons plus en d tail le site de liaison l'antig ne d'une mol cule d'immunoglobuline. Nous discutons des diff rentes fa ons dont les antig nes peuvent se lier l'anticorps, et abordons la question de savoir comment la variation dans les s quences des domaines V de l'anticorps d termine la sp cificit de l'antig ne. 4-6 Des r gions localis es de s quence hypervariable forment le site de liaison l'antig ne. Les r gions V d'une mol cule d'anticorps donn e diff rent de celles de toutes les autres. La variabilit de la s quence n'est cependant pas r partie uniform ment dans toute la r gion V, mais est concentr e dans certains segments, comme le montre clairement un graphique de variabilit (Fig. 4.6), dans lequel les s quences d'acides amin s de nombreuses r gions V d'anticorps diff rentes sont compar es. Trois segments particuli rement variables peuvent tre identifi s dans les domaines VH et VL. Elles sont d sign es r gions hypervariables et sont not es HV1, HV2 et HV3. Dans les cha nes lourdes, ils se trouvent aux r sidus 30 36, 49 65 et 95 103, respectivement, tandis que dans les cha nes l g res, ils sont situ s aux r sidus 28 35, 49 59 et 92 103, respectivement. La partie la plus variable du domaine se trouve dans la r gion HV3. Les r gions entre les r gions hypervariables comprennent le reste du domaine V ; Elles pr sentent moins de variabilit et sont appel es r gions-cadres. Il existe quatre r gions de ce type dans chaque domaine V, d sign es FR1, FR2, FR3 et FR4. Les r gions cadres forment les feuillets qui fournissent le cadre structurel du domaine des immunoglobulines. Les s quences hypervariables correspondent trois boucles et sont positionn es les unes c t des autres dans le domaine pli sur le bord ext rieur du sandwich (Fig. 4.7). Ainsi, non seulement la diversit est concentr e dans des parties particuli res de la s quence du domaine V, mais elle est galement localis e dans une Fig. 4.6 Il existe des r gions discr tes d'hypervariabilit dans les domaines V. Les r gions d'hypervariabilit de la cha ne lourde et de la cha ne l g re contribuent la liaison de l'antig ne d'une mol cule d'anticorps. Un graphique de variabi |
Immunologie de Janeway | lit d riv de la comparaison des s quences d'acides amin s de plusieurs dizaines de domaines V cha ne lourde et cha ne l g re est pr sent . chaque position d'acide amin , le degr de variabilit est le rapport entre le nombre d'acides amin s diff rents observ s dans toutes les s quences et la fr quence de l'acide amin le plus courant. Trois r gions hypervariables (hV1, hV2 et hV3) sont indiqu es en rouge. Ils sont flanqu s de r gions de cadre moins variables (fR1, fR2, fR3 et fR4, en bleu ou en jaune). Fig. 4.7 Les r gions hypervariables se trouvent dans des boucles discr tes de la structure pliss e. premier panneau : les r gions hypervariables (en rouge) sont positionn es sur la structure d'une carte de la r gion codante du domaine V. Deuxi me panneau : lorsqu'ils sont repr sent s sous la forme d'un diagramme en ruban aplati, les r gions hypervariables se produisent en boucles (rouge) qui relient des brins de particuliers. Troisi me panneau : dans la structure repli e du domaine V, ces boucles (rouge) sont rassembl es pour former des r gions de liaison l'antig ne. Quatri me panneau : Dans une mol cule d'anticorps compl te, l'appariement d'une cha ne lourde et d'une cha ne l g re rassemble les boucles hypervariables de chaque cha ne pour cr er une seule surface hypervariable, qui forme le site de liaison l'antig ne l'extr mit de chaque bras. Parce qu'elles sont compl mentaires la surface de l'antig ne, les r gions hypervariables sont galement connues sous le nom de r gions d terminant la compl mentarit (cDR). c, carboxy terminal ; N, Amino Terminus. la surface de la mol cule. Lorsque les domaines d'immunoglobuline VH et VL sont appari s dans la mol cule d'anticorps, les trois boucles hypervariables de chaque domaine sont r unies, cr ant un seul site hypervariable l'extr mit de chaque bras de la mol cule. Il s'agit du site de liaison l'antig ne, ou site de combinaison d'anticorps, qui d termine la sp cificit de l'antig ne de l'anticorps. Ces six boucles hypervariables sont plus commun ment appel es r gions d terminantes de la compl mentarit , ou CDR, car la surface qu'elles forment est compl mentaire celle de l'antig ne qu'elles lient. Il existe trois CDR de chacune des cha nes lourdes et l g res, savoir CDR1, CDR2 et CDR3. Dans la plupart des cas, les CDR des domaines VH et VL contribuent au site de liaison l'antig ne ; c'est donc la combinaison de la cha ne lourde et de la cha ne l g re qui d termine g n ralement la sp cificit finale de l'antig ne (voir Fig. 4.6). Cependant, il existe des structures cristallines Fab qui montrent une interaction antig nique avec la cha ne lourde ; par exemple, dans une usine de grippe, l'interaction antig nique implique une liaison principalement au VH CDR3, et seulement des contacts mineurs avec d'autres CDR. Ainsi, l'une des fa ons dont le syst me immunitaire est capable de g n rer des anticorps de diff rentes sp cificit s est de g n rer diff rentes combinaisons de r gions V cha ne lourde et cha ne l g re. C'est ce qu'on appelle la diversit combinatoire ; nous rencontrerons une deuxi me forme de diversit combinatoire au chapitre 5 lorsque nous examinerons comment les g nes codant pour les r gions cha ne lourde et V cha ne l g re sont cr s partir de segments d'ADN plus petits lors du d veloppement des lymphocytes B dans la moelle osseuse. 4-7 Les anticorps se lient aux antig nes par des contacts dans les CDR qui sont compl mentaires la taille et la forme de l'antig ne. Dans les premi res tudes sur la liaison de l'antig ne aux anticorps, les seules sources disponibles de grandes quantit s d'un seul type de mol cule d'anticorps taient les tumeurs des cellules s cr tant des anticorps. Les sp cificit s antig niques de ces anticorps taient inconnues, et de nombreux compos s ont donc d tre cribl s pour identifier des ligands pouvant tre utilis s pour tudier la liaison l'antig ne. En g n ral, les substances qui se lient ces anticorps taient des hapt nes (voir rubriques 4-5) tels que la phosphocholine ou la vitamine K1. L'analyse structurale de complexes d'anticorps avec leurs ligands hapt nes a fourni la premi re preuve directe que les r gions hypervariables forment le site de liaison l'antig ne, et a d montr la base structurelle de la sp cificit de l'hapt ne. Par la suite, avec la d couverte de m thodes de g n ration d'anticorps monoclonaux (voir Annexe I, section A-7), il est devenu possible de produire de grandes quantit s d'anticorps purs sp cifiques d'un antig ne donn . Cela a fourni une image plus g n rale de la fa on dont les anticorps interagissent avec leurs antig nes, confirmant et largissant la vision des interactions anticorps-antig ne d riv e de l' tude des hapt nes. La surface de la mol cule d'anticorps form e par la juxtaposition des CDR des cha nes lourdes et l g res est le site auquel un antig ne se lie. Les s quences d'acides amin s des CDR sont diff rentes dans diff rents anticorps, tout |
Immunologie de Janeway | comme les formes et les propri t s des surfaces cr es par ces CDR. En r gle g n rale, les anticorps se lient des ligands dont les surfaces sont compl mentaires celle du site de liaison l'antig ne. Un petit antig ne, tel qu'un hapt ne ou un Les panneaux de la rang e sup rieure montrent des repr sentations sch matiques des diff rents types de sites de liaison dans un fragment fabuleux d'un anticorps : premier panneau, poche ; deuxi me panneau, rainure ; troisi me panneau, surface tendue ; et quatri me panneau, surface saillante. Vous trouverez ci-dessous des exemples de chaque type. Panneau a : l'image du haut montre la surface mol culaire de l'interaction d'un petit hapt ne avec les r gions d terminant la compl mentarit (cDRs) d'un fragment de fabrication vue en regardant dans le site de liaison l'antig ne. L'hapt ne de ferroc ne, repr sent en rouge, est li la poche de liaison l'antig ne (jaune). Dans l'image du bas (et dans celles des panneaux B, C et D), la mol cule a t tourn e d'environ 90 pour donner une vue lat rale du site de liaison. Panneau b : dans un complexe d'un anticorps avec un peptide du virus de l'immunod ficience humaine (hiV), le peptide (rouge) se lie le long d'un sillon (jaune) form entre les domaines V cha ne lourde et cha ne l g re. Panneau c : on voit un complexe entre le lysozyme de blanc d' uf de poule et le fragment fabuleux de son anticorps correspondant (hyhel5). La surface de l'anticorps qui entre en contact avec le lysozyme est de couleur jaune. Les six cDR du site de liaison l'antig ne sont impliqu s dans la liaison. Panel d : une mol cule d'anticorps contre l'antig ne hiV gp120 a une boucle cDR3 allong e (fl che) qui fait saillie dans un renfoncement sur le c t de l'antig ne. La structure du complexe entre cet anticorps et gp120 a t r solue, et dans ce cas, seule la cha ne lourde interagit avec gp120. Structures avec l'aimable autorisation de R.L. Stanfield et i.A. Wilson. Fig. 4.8 Les antig nes peuvent se lier dans des poches, des rainures ou des surfaces tendues dans les sites de liaison des anticorps. peptide, se lie g n ralement dans une poche ou un sillon situ entre le domaine V cha ne lourde et le domaine V cha ne l g re (Fig. 4.8a et b). Certains antig nes, tels que les prot ines, peuvent tre de la m me taille ou plus gros que l'anticorps lui-m me. Dans ces cas, l'interface entre l'antig ne et l'anticorps est souvent une surface tendue qui implique tous les CDR et, dans certains cas, une partie de la r gion cadre (voir Fig. 4.8c). Cette surface n'a pas besoin d' tre concave, mais peut tre plate, ondul e ou m me convexe. Dans certains cas, les mol cules d'anticorps avec des boucles CDR3 allong es peuvent faire saillir un doigt dans des renfoncements la surface de l'antig ne, comme le montre la figure 4.8d, o un anticorps se liant l'antig ne gp120 du VIH projette une longue boucle dans sa cible. 4-8 Les anticorps se lient des formes conformationnelles la surface des antig nes en utilisant une vari t de forces non covalentes. La fonction biologique des anticorps est de se lier aux agents pathog nes et leurs produits, et de faciliter leur limination de l'organisme. Un anticorps ne reconna t g n ralement qu'une petite r gion la surface d'une grosse mol cule telle qu'un polysaccharide ou une prot ine. La structure reconnue par un anticorps est appel e d terminant antig nique ou pitope. Certains des agents pathog nes les plus importants ont des enrobages polysaccharidiques, et les anticorps qui reconnaissent les pitopes form s par les sous-unit s de sucre de ces mol cules sont essentiels pour fournir une protection immunitaire contre ces agents pathog nes. Dans de nombreux cas, cependant, les antig nes qui provoquent une r ponse immunitaire sont des prot ines. Par exemple, de nombreux anticorps protecteurs contre les virus reconnaissent les prot ines de l'enveloppe virale. Dans tous ces cas, les structures reconnues par l'anticorps sont situ es la surface de la prot ine. De tels sites sont susceptibles d' tre compos s d'acides amin s provenant de diff rentes parties de la cha ne polypeptidique qui ont t rassembl es par repliement des prot ines. Les d terminants antig niques de ce type sont connus sous le nom d' pitopes conformationnels ou discontinus car la structure reconnue est compos e de segments de la prot ine qui sont discontinus dans la s quence d'acides amin s de l'antig ne mais sont r unis dans la structure tridimensionnelle. En revanche, un pitope compos d'un seul segment de cha ne polypeptidique est appel pitope continu ou lin aire. Bien que la plupart des anticorps dirig s contre des prot ines intactes et enti rement repli es reconnaissent des pitopes discontinus, certains se lient des fragments peptidiques de la prot ine. l'inverse, les anticorps lev s contre les peptides d'une prot ine ou contre les peptides synth tiques correspondant une partie de sa s quence se lient parfois la p |
Immunologie de Janeway | rot ine repli e naturelle. Cela permet, dans certains cas, d'utiliser des peptides synth tiques dans des vaccins qui visent lever des anticorps contre la prot ine d'un agent pathog ne. L'interaction entre un anticorps et son antig ne peut tre perturb e par de fortes concentrations de sel, par des pH extr mes, par des d tergents et parfois par la concurrence avec de fortes concentrations de l' pitope pur lui-m me. La liaison est donc une interaction non covalente r versible. Les forces, ou liaisons, impliqu es dans ces interactions non covalentes sont d crites la figure 4.9. Des interactions lectrostatiques se produisent entre les cha nes lat rales d'acides amin s charg s, comme dans les ponts salins. La plupart des interactions anticorps-antig ne impliquent au moins une interaction lectrostatique. Des interactions se produisent galement entre les dip les lectriques, comme dans les liaisons hydrog ne, ou peuvent impliquer des forces de van der Waals courte port e. Des concentrations lev es de sel et un pH extr me perturbent la liaison antig ne-anticorps en affaiblissant les interactions lectrostatiques et/ou les liaisons hydrog ne. Ce principe est utilis dans la purification des antig nes l'aide de colonnes d'affinit d'anticorps immobilis s (ou dans la purification des anticorps en utilisant des antig nes de la m me mani re) (voir l'annexe I, section A-3). Les interactions hydrophobes se produisent lorsque deux surfaces hydrophobes se r unissent pour exclure l'eau. La force d'une interaction hydrophobe est proportionnelle la surface cach e de l'eau, et pour certains antig nes, les interactions hydrophobes repr sentent probablement la majeure partie de l' nergie de liaison. Dans certains cas, les mol cules d'eau sont pi g es dans des poches l'interface entre l'antig ne et l'anticorps. Ces mol cules d'eau pi g es, en particulier celles entre les r sidus d'acides amin s polaires, peuvent galement contribuer la liaison et donc la sp cificit de l'anticorps. La contribution de chacune de ces forces l'interaction globale d pend de l'anticorps et de l'antig ne impliqu s. Une diff rence frappante entre les interactions des anticorps avec les antig nes prot iques et la plupart des autres interactions prot ine-prot ine naturelles est que les anticorps contiennent souvent de nombreux acides amin s aromatiques HHHHHHH HH NH OOC3 N H O C + + + +H H O H HO HH O Na+H H O Forces non covalentes Origine Forces lectrostatiques Liaisons hydrog ne Attraction entre charges oppos es Hydrog ne partag entre atomes lectron gatifs (N, O) Forces de Van der Waals Forces hydrophobes Interaction cation-pi Les fluctuations des nuages d' lectrons autour des mol cules polarisent les atomes voisins de mani re oppos e Les groupes hydrophobes interagissent d favorablement avec l'eau et ont tendance s'entasser pour exclure les mol cules d'eau. L'attraction implique galement les forces de van der Waals Interaction non covalente entre un cation et un nuage d' lectrons d'un groupe aromatique voisin H H Fig. 4.9 Les forces non covalentes qui maintiennent ensemble le complexe antig ne :anticorps. Les charges partielles trouv es dans les dip les lectriques sont indiqu es par + ou . Les forces lectrostatiques diminuent comme l'inverse du carr de la distance s parant les charges, tandis que les forces de van der Waals, qui sont plus nombreuses dans la plupart des contacts antig ne-anticorps, tombent en tant que sixi me puissance de la s paration et n'op rent donc que sur de tr s courtes distances. Les liaisons covalentes ne se produisent jamais entre les antig nes et les anticorps produits naturellement. VL VH D1.3 Gln121 dans leurs sites de liaison l'antig ne. Ces acides amin s participent principalement aux interactions de van der Waals et hydrophobes, et parfois aux liaisons hydrog ne et aux interactions de pication. La tyrosine, par exemple, peut participer la fois la liaison hydrog ne et aux interactions hydrophobes ; Il est donc particuli rement adapt pour fournir une diversit dans la reconnaissance des antig nes et est surrepr sent dans les sites de liaison aux antig nes. En g n ral, les forces hydrophobes et de van der Waals op rent sur de tr s courtes port es et servent rapprocher deux surfaces de forme compl mentaire : les collines d'une surface doivent s'ins rer dans les vall es de l'autre pour qu'une bonne liaison se produise. En revanche, les interactions lectrostatiques entre les cha nes lat rales charg es et les liaisons hydrog ne reliant les atomes d'oxyg ne et/ou d'azote permettent des interactions chimiques plus sp cifiques tout en renfor ant l'interaction dans son ensemble. Les cha nes lat rales d'acides amin s aromatiques tels que la tyrosine peuvent interagir de mani re non covalente par le biais de leur syst me pi- lectrons avec les cations voisins, y compris les cha nes lat rales contenant de l'azote qui peuvent tre dans un tat cationique proton |
Immunologie de Janeway | . 4-9 L'interaction des anticorps avec des antig nes intacts est influenc e par des contraintes st riques. Un exemple d'interaction anticorps-antig ne impliquant un acide amin sp cifique dans l'antig ne peut tre observ dans le complexe de lysozyme d' uf de poule avec l'anticorps D1.3 (Fig. 4.10). Dans cette structure, de fortes liaisons hydrog ne se forment entre l'anticorps et une glutamine particuli re dans la mol cule de lysozyme qui fait saillie entre les domaines VH et VL. Les lysozymes de perdrix et de dinde ont un autre acide amin la place de la glutamine et ne se lient pas cet anticorps. Dans le complexe de haute affinit du lysozyme de blanc d' uf de poule avec un autre anticorps, HyHel5 (voir Fig. 4.8c), deux ponts salins entre deux arginines basiques la surface du lysozyme interagissent avec deux acides glutamiques, l'un provenant des boucles VH CDR1 et CDR2. Les lysozymes d pourvus de l'un des deux r sidus d'arginine pr sentent une diminution de 1000 fois de l'affinit pour HyHel5. La compl mentarit globale de surface doit jouer un r le important dans les interactions antig ne-anticorps, mais dans la plupart des anticorps qui ont t tudi s ce niveau de d tail, seuls quelques r sidus contribuent de mani re majeure l' nergie de liaison et donc la sp cificit finale de l'anticorps. Bien que de nombreux anticorps se lient naturellement leurs ligands avec une grande affinit , dans la gamme nanomolaire, le g nie g n tique par mutagen se dirig e peut adapter un anticorps pour qu'il se lie encore plus fortement son pitope. M me lorsque les anticorps ont une forte affinit pour les antig nes sur une structure plus grande, telle qu'une particule virale intacte, la liaison des anticorps peut tre emp ch e par leur arrangement particulier. Par exemple, le virion intact du Nil occidental est construit partir d'un chafaudage icosa drique qui comporte 90 homodim res d'une glycoprot ine d'enveloppe ancr e dans une membrane, E, qui a trois domaines, DI, DII et DIII. Le domaine DIII comporte quatre boucles polypeptidiques qui d passent de la particule virale. Un anticorps neutralisant contre le virus du Nil occidental, E16, reconna t ces boucles de DIII, comme le montre la figure 4.11. En th orie, il devrait y avoir 180 sites de liaison l'antig ne possibles pour l'anticorps E16 sur la particule virale du Nil occidental. Cependant, une combinaison d' tudes cristallographiques et de micrographie lectronique montre que m me avec un exc s du fragment E16 Fab, seuls environ 120 des 180 domaines DIII de E sont capables de se lier au fragment E16 Fab (voir Fig. 4.11). Fig. 4.10 Le complexe du lysozyme avec l'anticorps D1.3. Panneau sup rieur : L'interaction du fragment fab de D1.3 avec le lysozyme de blanc d' uf de poule (heL) est montr e. heL est repr sent e en jaune, la cha ne lourde (Vh) en turquoise et la cha ne l g re (VL) en vert. Panneau inf rieur : Un r sidu de glutamine (gln121) qui d passe de heL (en jaune) tend sa cha ne lat rale (en rouge) entre les domaines VL (vert) et Vh (turquoise) du site de liaison l'antig ne et tablit des liaisons hydrog ne avec le groupe hydroxyle (points rouges) des acides amin s indiqu s des deux domaines. Ces liaisons hydrog ne sont importantes pour la liaison antig ne-anticorps. avec l'aimable autorisation de R. Mariuzza et R.J. Poljak. Fig. 4.11 L'entrave st rique emp che la liaison de l'anticorps l'antig ne natif dans la particule virale intacte du Nil occidental. Panneau du haut : l'anticorps monoclonal e16 reconna t Diii, l'un des trois domaines structurels de la glycoprot ine e du virus du Nil occidental. On voit une structure cristalline de l'usine e16 li e l' pitope Dium. Panneau en bas gauche : un mod le informatique a t utilis pour amarrer e16 fab au virion mature du Nil occidental. e16 fabs ont pu lier 120 des 180 pitopes de Diii. Soixante des pitopes Diii en cinq groupes sont st riquement entrav s par la liaison de fab quatre pitopes Diii voisins. Un exemple d' pitope occlus est la zone bleue indiqu e par la fl che. Panneau en bas droite : la reconstruction cryog nique au microscope lectronique d'une prot ine e16 fab saturante li e au virion du Nil occidental a confirm l'entrave st rique pr dite. Les sommets du triangle repr sent sur la figure indiquent les axes de sym trie icosa drique. Cela semble r sulter d'un obstacle st rique, la pr sence d'une Fab bloquant la capacit d'une autre Fab se lier certains sites de prot ine E voisins. On peut supposer qu'un tel obstacle st rique deviendrait plus grave avec un anticorps intact que ce qui est vident avec le plus petit fragment Fab. Cette tude a galement montr que le Fab se liait la r gion DIII en utilisant un seul de ses bras de liaison l'antig ne, indiquant que les anticorps ne se lient pas toujours aux antig nes avec les deux sites de liaison l'antig ne, en fonction de l'orientation des antig nes reconnus. Ces contraintes auront un impact sur la |
Immunologie de Janeway | capacit des anticorps neutraliser leurs cibles. 4-10 Certaines esp ces g n rent des anticorps avec des structures alternatives. Dans ce chapitre, nous nous sommes concentr s sur la structure des anticorps produits par les humains, qui est g n ralement similaire chez la plupart des esp ces de mammif res, y compris les souris, un syst me mod le important pour la recherche en immunologie. Cependant, certains mammif res ont la capacit de produire une autre forme d'anticorps qui repose sur la capacit d'un seul domaine VH interagir avec l'antig ne en l'absence d'un domaine VL (Fig. 4.12). On sait depuis un certain temps que le s rum des chameaux contenait une abondante mati re semblable celle des immunoglobulines compos e de dim res cha ne lourde qui n'ont pas de cha nes l g res associ es mais conservent la capacit de lier les antig nes. Ces anticorps sont appel s IgG cha ne lourde seulement (hcIgG). Cette propri t est partag e par d'autres cam lid s, notamment des lamas et des alpagas. Ces esp ces ont conserv les g nes des cha nes l g res d'immunoglobulines, et une partie du mat riel de type IgG dans leurs s rums reste associ e des cha nes l g res, et on ne sait donc pas ce qui a conduit cette adaptation particuli re au cours de leur volution. Chez les cam lid s, la capacit de produire des hcIgG provient de mutations qui permettent l' pissage alternatif de l'ARNm cha ne lourde, avec perte de l'exon CH1 et donc la jonction de la VH directement au domaine CH2 dans la prot ine. D'autres mutations stabilisent cette structure en l'absence de domaines VL. Les poissons cartilagineux, en particulier le requin, ont galement une mol cule d'anticorps qui diff re consid rablement des anticorps humains ou murins (voir Fig. 4.12). Comme les cam lid s, le requin poss de galement des g nes codant pour les cha nes lourdes et l g res des immunoglobulines, et produit des immunoglobulines contenant les deux Fig. 4.12 Les anticorps des cam lid s et des requins peuvent tre constitu s uniquement de cha nes lourdes. Dans l'anticorps cha ne lourde uniquement des cam lid s, un v nement d' pissage de la cha ne lourde mature peut supprimer l'exon codant pour la r gion CH1 et ainsi cr er une r gion charni re dans le cadre reliant la r gion Vh1 la r gion CH2. Chez le requin, la mol cule Ig, cha ne lourde, conserve la r gion CH1, ce qui sugg re que cette forme d'anticorps pourrait tre ant rieure l' volution des cha nes l g res. dans les deux cas, le r pertoire des sites de liaison l'antig ne implique des variations importantes dans les r gions longues de cDR3 du domaine Vh par rapport d'autres types d'anticorps. Cha nes lourdes et l g res. Mais les requins produisent galement un nouveau r cepteur d'immunoglobuline (IgNAR), avec un anticorps cha ne lourde uniquement dans lequel le VH est piss l'exon CH1, plut t que l'exon CH1 tant piss comme chez les cam lid s. Ces diff rences sugg rent que la production d'hcIgG par les cam lid s et les requins repr sente un v nement d' volution convergente. La capacit des domaines VH des cam lid s interagir efficacement avec les antig nes est la base de la production d'anticorps dits cha ne unique. La simplification de l'utilisation d'un seul domaine pour la reconnaissance de l'antig ne a suscit un int r t r cent pour les anticorps monoclonaux cha ne unique comme alternative aux anticorps monoclonaux standard, dont nous parlerons plus en d tail au chapitre 16. R sum . Des analyses cristallographiques aux rayons X de complexes antig ne :anticorps ont montr que les boucles hypervariables (r gions d terminant la compl mentarit , CDR) des r gions d'immunoglobuline V d terminent la sp cificit de liaison d'un anticorps. Le contact entre une mol cule d'anticorps et un antig ne prot ique se produit g n ralement sur une large zone de la surface de l'anticorps qui est compl mentaire la surface reconnue sur l'antig ne. Les interactions lectrostatiques, les liaisons hydrog ne, les forces de van der Waals et les interactions hydrophobes et pi-cations peuvent toutes contribuer la liaison. Selon la taille de l'antig ne, les cha nes lat rales d'acides amin s dans la plupart ou la totalit des CDR entrent en contact avec l'antig ne et d terminent la fois la sp cificit et l'affinit de l'interaction. D'autres parties de la r gion V jouent normalement un r le mineur dans le contact direct avec l'antig ne, mais elles fournissent un cadre structurel stable pour les CDR et aident d terminer leur position et leur conformation. Les anticorps dirig s contre les prot ines intactes se lient g n ralement la surface de la prot ine et entrent en contact avec des r sidus discontinus dans la structure primaire de la mol cule ; Cependant, ils peuvent parfois se lier des fragments peptidiques de la prot ine, et des anticorps lev s contre les peptides d riv s d'une prot ine peuvent parfois tre utilis s pour d tecter la mol cule de prot ine native. Les pepti |
Immunologie de Janeway | des qui se lient aux anticorps se lient g n ralement dans une fente ou une poche entre les r gions V des cha nes lourdes et l g res, o ils entrent en contact sp cifique avec certains, mais pas n cessairement tous, des CDR. C'est galement le mode habituel de liaison des antig nes glucidiques et des petites mol cules telles que les hapt nes. Reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T. Contrairement aux immunoglobulines, qui interagissent avec les agents pathog nes et leurs produits toxiques dans les espaces extracellulaires du corps, les lymphocytes T ne reconnaissent les antig nes trangers que lorsqu'ils sont affich s la surface des cellules du corps. Ces antig nes peuvent provenir d'agents pathog nes tels que des virus ou des bact ries intracellulaires, qui se r pliquent dans les cellules, ou d'agents pathog nes ou de leurs produits qui ont t internalis s par endocytose partir du liquide extracellulaire. Les lymphocytes T d tectent la pr sence d'un agent pathog ne intracellulaire parce que les cellules infect es pr sentent des fragments peptidiques des prot ines de l'agent pathog ne leur surface. Ces peptides trangers sont d livr s la surface cellulaire par des glycoprot ines sp cialis es de la cellule h te, les mol cules du CMH. Ceux-ci sont cod s dans un grand groupe de g nes qui ont t identifi s pour la premi re fois par leurs effets puissants sur la r ponse immunitaire aux tissus transplant s. Pour cette raison, le complexe g nique a t appel complexe majeur d'histocompatibilit (CMH), et les glycoprot ines de liaison aux peptides sont connues sous le nom de mol cules du CMH. La reconnaissance de l'antig ne sous la forme d'un petit fragment peptidique li une mol cule du CMH et affich la surface de la cellule est l'une des caract ristiques les plus distinctives des lymphocytes T, et sera au centre de cette partie du chapitre. La fa on dont les fragments peptidiques de l'antig ne sont g n r s et associ s aux mol cules du CMH sera d crite au chapitre 6. Nous d crivons ici la structure et les propri t s du r cepteur des lymphocytes T (TCR). Comme on pouvait s'y attendre d'apr s la fonction des r cepteurs des lymphocytes T en tant que structures de reconnaissance d'antig nes tr s variables, les g nes des TCR sont troitement li s ceux des immunoglobulines. Il existe cependant des diff rences importantes entre les r cepteurs des lymphocytes T et les immunoglobulines, et ces diff rences refl tent les caract ristiques particuli res de la reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T. 4-11 L'h t rodim re TCR : est tr s similaire un fragment Fab d'immunoglobuline. Les r cepteurs des lymphocytes T ont d'abord t identifi s l'aide d'anticorps monoclonaux li s une seule lign e de lymphocytes T clon s : ces anticorps inhibent sp cifiquement la reconnaissance de l'antig ne par le clone ou l'activent sp cifiquement en imitant l'antig ne (voir l'annexe I, section A-20). Ces anticorps clonotypiques ont ensuite t utilis s pour montrer que chaque lymphocyte T porte environ 30 000 r cepteurs antig niques identiques sa surface, chaque r cepteur tant constitu de deux cha nes polypeptidiques diff rentes, appel es cha nes de r cepteurs des lymphocytes T (TCR ) et (TCR ). Chaque cha ne de l'h t rodim re : est compos e de deux domaines Ig, et les deux cha nes sont li es par une liaison disulfure, similaire la structure du fragment Fab d'une mol cule d'immunoglobuline (Fig. 4.13). : h t rodim res expliquent la reconnaissance de l'antig ne par la plupart des lymphocytes T. Une minorit de lymphocytes T portent un r cepteur alternatif, mais structurellement similaire, compos d'une paire diff rente de cha nes polypeptidiques appel es et . Les r cepteurs des lymphocytes T : semblent avoir des propri t s de reconnaissance antig nique diff rentes de celles des r cepteurs des lymphocytes T : , et les fonctions des lymphocytes T : dans les r ponses immunitaires sont encore en cours de clarification mesure que les divers ligands qu'ils reconnaissent sont identifi s (voir la section 6-20). Dans le reste de ce chapitre et ailleurs dans le livre, nous utilisons le terme r cepteur des lymphocytes T pour d signer le r cepteur : , sauf indication contraire. Les deux types de r cepteurs des lymphocytes T diff rent de l'immunoglobuline li e la membrane qui sert de r cepteur des lymphocytes B de deux mani res principales. Un r cepteur des lymphocytes T n'a qu'un seul site de liaison l'antig ne, tandis qu'un r cepteur des lymphocytes B en a deux, et les r cepteurs des lymphocytes T ne sont jamais s cr t s, tandis que les immunoglobulines peuvent tre s cr t es sous forme d'anticorps. D'autres informations sur la structure et la fonction du r cepteur des lymphocytes T : sont venues d' tudes sur l'ADNc clon codant pour les cha nes r ceptrices. Les s quences d'acides amin s pr dites partir de l'ADNc ont montr que les deux cha nes du r cepteur des lymphoc |
Immunologie de Janeway | ytes T ont une r gion de variable amino-terminale (V) avec une homologie de s quence avec un domaine d'immunoglobuline V, une r gion constante (C) avec homologie avec un domaine d'immunoglobuline C et un court segment de tige contenant un r sidu de cyst ine qui forme la liaison disulfure intercha ne (Fig. 4.14). Chaque cha ne enjambe la bicouche lipidique par un domaine transmembranaire hydrophobe et se termine par une courte queue cytoplasmique. Ces similitudes troites entre les cha nes de r cepteurs des lymphocytes T et les cha nes d'immunoglobulines lourdes et l g res ont d'abord permis de pr dire la ressemblance structurelle de l'h t rodim re du r cepteur des lymphocytes T avec un fragment Fab d'immunoglobuline. La structure tridimensionnelle du r cepteur des lymphocytes T d termin e par cristallographie aux rayons X (Fig. 4.15a) montre que les cha nes des r cepteurs des lymphocytes T se replient peu pr s de la m me mani re que les r gions constituant le fragment Fab (Fig. 4.1a). Fig. 4.14 Structure du r cepteur des lymphocytes T. L'h t rodim re du r cepteur des lymphocytes T est compos de deux cha nes de glycoprot ines transmembranaires, et . La partie extracellulaire de chaque cha ne se compose de deux domaines, ressemblant respectivement aux domaines V et c de l'immunoglobuline. Les deux cha nes ont des cha nes lat rales de glucides attach es chaque domaine. Un court segment de tige, analogue une r gion charni re d'immunoglobuline, relie les domaines de type ig-like la membrane et contient le r sidu cyst ine qui forme la liaison disulfure intercha ne. Les h lices transmembranaires des deux cha nes ont la particularit de contenir des r sidus (basiques) charg s positivement dans le segment transmembranaire hydrophobe. La cha ne porte deux de ces r sidus ; La cha ne en a un. Reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T. 153 Fig. 4.13 Le r cepteur des lymphocytes T ressemble un fragment de Fab li la membrane. Le fragment fab d'une mol cule d'anticorps est un h t rodim re li au disulfure, dont chaque cha ne contient un domaine c d'immunoglobuline et un domaine V ; la juxtaposition des domaines V forme le site de liaison l'antig ne (voir Section 4-6). Le r cepteur des lymphocytes T est galement un h t rodim re li au disulfure, chaque cha ne contenant un domaine de type C de l'immunoglobuline et un domaine de type V de l'immunoglobuline. Comme dans le fragment fab, la juxtaposition des domaines V forme le site de reconnaissance de l'antig ne. Fig. 4.15 La structure cristalline d'un r cepteur de lymphocytes T : r solue 0,25 nm. Dans les panneaux A et B, la cha ne est repr sent e en rose et la cha ne en bleu. Les liaisons disulfure sont indiqu es en vert. dans le panneau A, le r cepteur des lymphocytes T est vu de c t comme s'il se trouverait la surface d'une cellule, avec les boucles cDR qui forment le site de liaison l'antig ne ( tiquet 1, 2 et 3) dispos es sur son sommet relativement plat. Dans le panneau B, les domaines C et C sont repr sent s. Le domaine c ne se replie pas dans un domaine typique de type ig ; La face du domaine l'oppos du domaine C est principalement compos e de brins irr guliers de polypeptide plut t que d' feuillet. La liaison disulfure intramol culaire ( l'extr me gauche) relie un brin ce segment de h lice. L'interaction entre les domaines c et c est assist e par les glucides (color s en gris et tiquet s), avec un groupe sucre du domaine c tablissant des liaisons hydrog ne avec le domaine c . Dans le panneau C, le r cepteur des lymphocytes T est align avec les sites de liaison l'antig ne de trois anticorps diff rents. Cette vue regarde vers le bas dans le site de liaison. Le domaine V du r cepteur des lymphocytes T est align avec les domaines VL des sites de liaison l'antig ne des anticorps, et le domaine V est align avec les domaines Vh. Les cDR du r cepteur des lymphocytes T et des mol cules d'immunoglobulines sont color s, les cDR 1, 2 et 3 du TcR tant indiqu s en rouge et la boucle hV4 en orange. pour les domaines de l'immunoglobuline V, les boucles cDR1 de la cha ne lourde (h1) et de la cha ne l g re (L1) sont repr sent es en bleu clair et en bleu fonc , respectivement, et les boucles cDR2 (h2, L2) en violet clair et fonc , respectivement. Les boucles cDR3 cha ne lourde (h3) sont en jaune ; les cDR3 de la cha ne l g re (L3) sont en vert vif. Les boucles hV4 du TcR (orange) n'ont pas d'homologues hypervariables dans les immunoglobulines. Maquette des structures avec l'aimable autorisation de i.A. Wilson. Il existe cependant des diff rences structurelles distinctes entre les r cepteurs des lymphocytes T et les fragments Fab. Le plus frappant se trouve dans le domaine C , o le pli est diff rent de celui de tout autre domaine de type Ig. La moiti du domaine C qui est juxtapos e au domaine C forme une feuille similaire celle trouv e dans d'autres domaines de type Ig, mais l'autre moiti du d |
Immunologie de Janeway | omaine est form e de brins faiblement emball s et d'un court segment d'h lice (voir Fig. 4.15b). Dans un domaine C , la liaison disulfure intramol culaire, qui dans les domaines de type Ig relie normalement deux brins , joint un brin ce segment de h lice. Il existe galement des diff rences dans la mani re dont les domaines interagissent. L'interface entre les domaines V et C des deux cha nes de r cepteurs des lymphocytes T est plus tendue que dans la plupart des anticorps. L'interaction entre les domaines C et C est distinctive, car elle peut tre assist e par les glucides, avec un groupe sucre du domaine C tablissant un certain nombre de liaisons hydrog ne avec le domaine C (voir Fig. 4.15b). Enfin, une comparaison des sites de liaison variables montre que, bien que les boucles CDR s'alignent assez troitement avec celles des mol cules d'anticorps, il existe un certain d placement relatif (voir Fig. 4.15c). Ceci est particuli rement marqu dans la boucle V CDR2, qui est orient e peu pr s perpendiculairement la boucle quivalente dans les domaines V des anticorps, la suite d'un d calage du brin qui ancre une extr mit de la boucle d'une face du domaine l'autre. Un d placement de brin provoque galement un changement d'orientation de la boucle V CDR2 dans certains domaines V . Ces diff rences avec les anticorps influencent la capacit du r cepteur des lymphocytes T reconna tre leurs ligands sp cifiques, comme nous le verrons dans la section suivante. En plus des trois r gions hypervariables partag es avec les immunoglobulines, le r cepteur des lymphocytes T poss de une quatri me r gion d'hypervariabilit , HV4, dans ses deux cha nes (voir Fig. 4.15c). Ces r gions se produisent loin de la face de liaison l'antig ne du r cepteur et ont t impliqu es dans d'autres fonctions du TCR, telles que la liaison au superantig ne, que nous d crirons dans la section 6-14. 4-12 Un r cepteur de lymphocytes T reconna t l'antig ne sous la forme d'un complexe d'un peptide tranger li une mol cule du CMH. La reconnaissance de l'antig ne par les r cepteurs des lymphocytes T diff re clairement de la reconnaissance par les r cepteurs et les anticorps des lymphocytes B. L'immunoglobuline des lymphocytes B se lie directement l'antig ne intact et, comme nous l'avons vu la section 4-8, les anticorps se lient g n ralement la surface des antig nes prot iques, en contactant des acides amin s discontinus dans la structure primaire mais r unis dans la prot ine repli e. En revanche, les lymphocytes T r pondent des s quences d'acides amin s courtes et continues. Comme nous l'avons d crit dans la section 1-10, ces s quences peptidiques sont souvent enfouies dans la structure native de la prot ine. Ainsi, les antig nes ne peuvent pas tre reconnus directement par les r cepteurs des lymphocytes T moins que la prot ine ne soit d pli e et transform e en fragments peptidiques (Fig. 4.16), puis pr sent e par une mol cule du CMH (voir Fig. 1.15). Nous reviendrons sur la question de savoir comment ce processus se produit au chapitre 6. La nature de l'antig ne reconnu par les lymphocytes T est devenue claire avec la prise de conscience que les peptides qui stimulent les lymphocytes T ne sont reconnus que lorsqu'ils sont li s une mol cule du CMH. Le ligand reconnu par la cellule T est donc un complexe de peptide et de mol cule du CMH. La preuve de l'implication du CMH dans la reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T tait d'abord indirecte, mais elle a t prouv e de mani re concluante en stimulant les lymphocytes T avec des complexes peptide :CMH purifi s. Le r cepteur des lymphocytes T interagit avec ce ligand en tablissant des contacts la fois avec la mol cule du CMH et le peptide de l'antig ne. 4-13 Il existe deux classes de mol cules du CMH avec des compositions de sous-unit s distinctes mais des structures tridimensionnelles similaires. Il existe deux classes de mol cules du CMH le CMH de classe I et le CMH de classe II et elles diff rent la fois par leur structure et leur mode d'expression dans les tissus du corps. Comme le montrent les figures 4.17 et 4.18, les mol cules du CMH de classe I et de classe II sont troitement li es dans leur structure globale mais diff rent par leur composition sous-unitaire. Dans les deux classes, les deux domaines prot iques appari s les plus proches de la membrane ressemblent des domaines d'immunoglobulines, tandis que les deux domaines les plus loign s de la membrane se replient pour cr er une longue fente, ou sillon, qui est le site o un peptide se lie. Les complexes peptide purifi : CMH de classe I et peptide : CMH de classe II ont t caract ris s structurellement, ce qui nous a permis de d crire en d tail la fois les mol cules du CMH elles-m mes et la mani re dont elles se lient aux peptides. Les mol cules du CMH de classe I (voir Fig. 4.17) sont constitu es de deux cha nes polypeptidiques. Une cha ne, la cha ne , est cod e d |
Immunologie de Janeway | ans le CMH (sur le chromosome 6 chez l'homme) et est associ e de mani re non covalente une cha ne plus petite, la 2-microglobuline, qui est cod e sur un chromosome diff rent, le chromosome 15 chez l'homme. Seule la cha ne de classe I enjambe la membrane. La mol cule compl te du CMH de classe I poss de quatre domaines, trois form s partir de la cha ne cod e par le CMH et un apport par la 2-microglobuline. Le domaine 3 et la 2-microglobuline ressemblent beaucoup aux domaines de type Ig dans leur structure repli e. Les 1 et 2 pli s Fig. 4.16 Diff rences dans la reconnaissance du lysozyme de blanc d' uf de poule par les immunoglobulines et les r cepteurs des lymphocytes T. La cristallographie aux rayons X permet de montrer que les anticorps se lient aux pitopes la surface des prot ines, comme le montre le panneau a, o les pitopes de trois anticorps sont repr sent s par des couleurs diff rentes la surface du lysozyme de blanc d' uf de poule (voir galement fig. 4.10). en revanche, les pitopes reconnus par les r cepteurs des lymphocytes T n'ont pas besoin de se trouver la surface de la mol cule, car le r cepteur des lymphocytes T ne reconna t pas la prot ine antig nique elle-m me, mais un fragment peptidique de la prot ine. Les peptides correspondant deux pitopes de cellules T du lysozyme sont repr sent s dans le panneau b. Un pitope, repr sent en bleu, se trouve la surface de la prot ine, mais un second, repr sent en rouge, se trouve principalement dans le noyau et est inaccessible dans la prot ine repli e. Cela implique que les r cepteurs des lymphocytes T ne reconnaissent pas leurs pitopes dans le contexte de la prot ine native. Panel avec l'aimable autorisation de S. Sheriff. les domaines forment les parois d'une fente la surface de la mol cule ; parce que c'est l que le peptide se lie, cette partie de la mol cule du CMH est connue sous le nom de fente de liaison au peptide ou sillon de liaison au peptide. Les mol cules du CMH sont tr s polymorphes, et les principales diff rences entre les diff rents all les Fig. 4.17 Structure d'une mol cule du CMH de classe I d termin e par cristallographie aux rayons X. Le panneau a montre une repr sentation graphique informatique d'une mol cule humaine de classe I du Mhc, hLA-A2, qui a t cliv e de la surface cellulaire par l'enzyme papa ne. La surface de la mol cule est repr sent e, color e selon les domaines illustr s dans les panneaux b d et d crits ci-dessous. Les panneaux b et c montrent un sch ma en ruban de cette structure. Sch matiquement repr sent e dans le panneau d, la mol cule de classe I du Mhc est un h t rodim re d'une cha ne couvrant la membrane (poids mol culaire 43 kDa) li e de mani re non covalente la 2-microglobuline (12 kDa), qui ne traverse pas la membrane. La cha ne se replie en trois domaines : 1, 2 et 3. Le domaine 3 et la 2-microglobuline pr sentent des similitudes dans la s quence des acides amin s avec les domaines c de l'immunoglobuline et ont des structures repli es similaires, tandis que les domaines 1 et 2 font partie du m me polypeptide et se replient en une seule structure compos e de deux h lices de s par es reposant sur une feuille de huit brins de antiparall les. Le repliement des domaines 1 et 2 cr e une longue fente ou sillon, qui est le site o les antig nes peptidiques se lient aux mol cules de Mhc. Pour les mol cules de classe I, ce sillon n'est ouvert qu' une seule extr mit . La r gion transmembranaire et le court tron on de peptide qui relie les domaines externes la surface cellulaire ne sont pas visibles dans les panneaux a et b car ils ont t limin s par la digestion avec la papa ne. Comme on peut le voir dans le panneau c, en regardant la mol cule d'en haut, les c t s de la fente sont form s partir des faces int rieures des deux h lices ; La feuille pliss e form e par l'appariement des domaines 1 et 2 cr e le plancher de la fente. les formes sont situ es dans la fente de liaison aux peptides, influen ant les peptides qui se lient et donc la sp cificit de l'antig ne double pr sent aux lymphocytes T. En revanche, la 2-microglobuline, qui ne contribue pas directement la liaison peptidique, n'est pas polymorphe. Une mol cule du CMH de classe II est constitu e d'un complexe non covalent de deux cha nes, et , qui traversent toutes deux la membrane (voir Fig. 4.18). La cha ne du CMH de classe II est une prot ine diff rente de la cha ne de classe I. Les cha nes et du CMH de classe II sont toutes deux cod es au sein du CMH. La structure cristallographique de la mol cule du CMH de classe II montre qu'elle est repli e de mani re tr s similaire la mol cule du CMH de classe I, mais la fente de liaison peptide est form e par deux domaines de cha nes diff rentes, les domaines 1 et 1. Les principales diff rences se situent aux extr mit s de la fente de liaison aux peptides, qui sont plus ouvertes dans les mol cules du CMH de classe II que dans les |
Immunologie de Janeway | mol cules de classe I du CMH. Par cons quent, les extr mit s d'un peptide li une mol cule du CMH de classe I sont substantiellement enfouies dans la mol cule, alors que les extr mit s des peptides li s des mol cules du CMH de classe II ne le sont pas. Dans les mol cules du CMH de classe I et de classe II, les peptides li s sont pris en sandwich entre les deux segments -h lico daux de la mol cule de CMH (Fig. 4.19). Le r cepteur des lymphocytes T interagit avec ce ligand compos , tablissant des contacts la fois avec la mol cule du CMH et l'antig ne peptidique. Comme dans le cas des mol cules du CMH de classe I, les sites de polymorphisme majeur dans les mol cules du CMH de classe II sont situ s dans la fente de liaison au peptide. Fig. 4.18 Les mol cules du CMH de classe II ressemblent aux mol cules du CMH de classe I dans leur structure globale. La mol cule de classe II de Mhc est compos e de deux cha nes de glycoprot ines transmembranaires, (34 kDa) et (29 kDa), comme le montre sch matiquement le panneau d. Chaque cha ne a deux domaines, et les deux cha nes forment ensemble une structure compacte quatre domaines similaire celle de la mol cule de classe I de Mhc (comparer avec le panneau d de la figure 4.17). Le panneau a montre une repr sentation graphique informatique de la surface de la mol cule de classe ii du Mhc, dans ce cas la prot ine humaine hLA-DR1, et le panneau b montre le diagramme de ruban quivalent. n, amino terminus ; c, carboxy terminal. Les domaines 2 et 2, comme les domaines 3 et 2-microglobuline de la mol cule de classe I du Mhc, pr sentent des similitudes structurelles et de s quence d'acides amin s avec les domaines c de l'immunoglobuline ; dans la mol cule de classe ii du Mhc, les deux domaines formant la fente de liaison au peptide sont apport s par des cha nes diff rentes et ne sont donc pas reli s par une liaison covalente (voir panneaux C et D). Une autre diff rence importante, non apparente dans ce sch ma, est que le sillon de liaison peptide de la mol cule de classe ii Mhc est ouvert aux deux extr mit s. Fig. 4.19 Les mol cules du CMH lient troitement les peptides l'int rieur de la fente. Lorsque les mol cules de Mhc sont cristallis es avec un seul antig ne peptidique synth tique, les d tails de la liaison peptidique sont r v l s. dans les mol cules de classe I de Mhc (panneaux a et c), le peptide est li dans une conformation allong e avec les deux extr mit s troitement li es chaque extr mit de la fente. dans les mol cules de classe ii du Mhc (panneaux b et d), le peptide est galement li dans une conformation allong e, mais les extr mit s du peptide ne sont pas troitement li es et le peptide s' tend au-del de la fente. La surface sup rieure du complexe peptide :Mhc est reconnue par les lymphocytes T et est compos e de r sidus de la mol cule Mhc et du peptide. Les cha nes lat rales d'acides amin s du peptide s'ins rent dans des poches dans le sillon de liaison au peptide de la mol cule Mhc ; ces poches sont tapiss es de r sidus polymorphes l'int rieur du Mhc. Dans les repr sentations c et d, les surfaces des diff rentes poches pour les diff rents acides amin s sont repr sent es comme des zones de couleurs diff rentes. Structures avec l'aimable autorisation de R.L. Stanfield et I.A. Wilson. Les peptides 4-14 sont li s de mani re stable aux mol cules du CMH et servent galement stabiliser la mol cule du CMH la surface de la cellule. Un individu peut tre infect par une grande vari t d'agents pathog nes, dont les prot ines n'ont g n ralement pas de s quences peptidiques en commun. Pour que les lymphocytes T soient capables de d tecter le plus grand nombre possible d'infections, les mol cules du CMH (de classe I et de classe II) d'un individu doivent tre capables de se lier de mani re stable de nombreux peptides diff rents. Ce comportement est tout fait distinct de celui d'autres r cepteurs de liaison aux peptides, tels que ceux des hormones peptidiques, qui ne se lient g n ralement qu' un seul type de peptide. Les structures cristallines des complexes peptide :CMH ont permis de montrer comment un seul site de liaison peut se lier un peptide avec une grande affinit tout en conservant la capacit de se lier une grande vari t de peptides diff rents. Une caract ristique importante de la liaison des peptides aux mol cules du CMH est que le peptide est li en tant que partie int grante de la structure de la mol cule du CMH, et les mol cules du CMH sont instables lorsque les peptides ne sont pas li s. Cette d pendance vis- -vis des peptides li s s'applique la fois aux mol cules du CMH de classe I et de classe II. Une liaison peptidique stable est importante, car sinon les changes peptidiques se produisant la surface de la cellule emp cheraient les complexes peptide :CMH d' tre des indicateurs fiables d'infection ou d'absorption d'un antig ne sp cifique. Lorsque les mol cules du CMH sont purifi es partir des cellules, leurs |
Immunologie de Janeway | peptides li s de mani re stable co-purifient avec elles, ce qui a permis d'analyser les peptides li s par des mol cules particuli res du CMH. Les peptides sont lib r s des mol cules du CMH en d naturant le complexe dans l'acide, puis ils sont purifi s et s quenc s. Des peptides synth tiques purs peuvent galement tre incorpor s dans des mol cules vides du CMH et la structure du complexe d termin e, r v lant les d tails des contacts entre la mol cule de CMH et le peptide. partir de ces tudes, une image d taill e des interactions de liaison a t construite. Nous discutons d'abord des propri t s de liaison aux peptides des mol cules du CMH de classe I. 4 15 mol cules du CMH de classe I lient de courts peptides de 8 10 acides amin s aux deux extr mit s. La liaison d'un peptide une mol cule du CMH de classe I est stabilis e aux deux extr mit s de la fente de liaison au peptide par des contacts entre les atomes des terminaisons amino-carboxy libres du peptide et les sites invariants qui se trouvent chaque extr mit de la fente dans toutes les mol cules du CMH de classe I (Fig. 4.20). On pense qu'il s'agit des principaux contacts stabilisateurs pour les complexes peptide :CMH de classe I, car les analogues peptidiques synth tiques d pourvus de groupes amin s et carboxyles terminaux ne parviennent pas se lier de mani re stable aux mol cules du CMH de classe I. D'autres r sidus dans le peptide servent d'ancrages suppl mentaires. Les peptides qui se lient aux mol cules du CMH de classe I ont g n ralement une longueur de 8 10 acides amin s. On pense cependant que les peptides plus longs se lient, en particulier s'ils peuvent se lier leur extr mit carboxy, mais ils sont ensuite raccourcis en 8 10 acides amin s par clivage par les exopeptidases pr sentes dans le r ticulum endoplasmique, o les mol cules du CMH de classe I se lient aux peptides. Le peptide se trouve dans une conformation allong e le long de la fente ; Les variations de la longueur du peptide semblent tre accommod es, dans la plupart des cas, par un pli dans le squelette peptidique. Cependant, dans certains cas, la variation de longueur peut galement tre prise en compte dans les mol cules de CMH de classe I en permettant au peptide de s' tendre hors de la fente l'extr mit carboxy. Ces interactions conf rent aux mol cules du CMH de classe I une large sp cificit de liaison aux peptides. De plus, les mol cules du CMH sont tr s polymorphes. Comme mentionn pr c demment, les g nes du CMH sont tr s polymorphes et il existe des centaines de variations all liques diff rentes des g nes du CMH de classe I dans la population humaine. Chaque individu ne porte qu'une petite s lection de ces variantes. Les principales diff rences entre les variantes all liques du CMH se trouvent certains endroits de la fente de liaison aux peptides, ce qui entra ne des acides amin s diff rents dans les principaux sites d'interaction des peptides. Pour cette raison, diff rentes variantes du CMH se lient pr f rentiellement diff rents peptides. Les peptides qui peuvent se lier une variante donn e du CMH ont des r sidus d'acides amin s identiques ou tr s similaires deux ou trois positions particuli res le long de la s quence peptidique. Les cha nes lat rales d'acides amin s ces positions s'ins rent dans des poches de la mol cule de CMH qui sont tapiss es par les acides amin s polymorphes. tant donn que cette liaison ancre le peptide la mol cule du CMH, les r sidus peptidiques impliqu s sont appel s r sidus d'ancrage, comme illustr la figure 4.21. La position et l'identit de ces r sidus d'ancrage peuvent varier en fonction de la variante particuli re du CMH de classe I qui se lie au peptide. Cependant, la plupart des peptides qui se lient aux mol cules du CMH de classe I ont un r sidu hydrophobe (ou parfois basique) l'extr mit carboxy qui sert galement ancrer le peptide dans le sillon. Alors que le changement d'un r sidu d'ancrage emp chera dans la plupart des cas le peptide de se lier, tous les peptides synth tiques de longueur appropri e qui Reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T. 159 Fig. 4.20 Les peptides sont li s aux mol cules du CMH de classe I par leurs extr mit s. Les mol cules de classe I de Mhc interagissent avec le squelette d'un peptide li (en jaune) par le biais d'une s rie de liaisons hydrog ne et d'interactions ioniques (en pointill s bleus) chaque extr mit du peptide. L'extr mit amin e du peptide est gauche, l'extr mit carboxy droite. Les cercles noirs sont des atomes de carbone ; le rouge est l'oxyg ne ; le bleu est l'azote. Les r sidus d'acides amin s dans la mol cule de Mhc qui forment ces liaisons sont communs toutes les mol cules de classe I de Mhc, et leurs cha nes lat rales sont repr sent es en entier (en gris) sur un diagramme en ruban de la rainure de classe I de Mhc. Un groupe de r sidus de tyrosine commun toutes les mol cules de classe I de Mhc forme des liaisons hydrog ne avec l |
Immunologie de Janeway | 'extr mit amin e du peptide li , tandis qu'un deuxi me groupe de r sidus forme des liaisons hydrog ne et des interactions ioniques avec le squelette peptidique l'extr mit carboxy et avec l'extr mit carboxy elle-m me. Fig. 4.21 Les peptides se lient aux mol cules du CMH par des r sidus d'ancrage structurellement li s. Les peptides lu s partir de deux mol cules diff rentes de classe I de Mhc sont repr sent s dans les panneaux sup rieur et inf rieur, respectivement. Les r sidus d'ancrage (vert) diff rent pour les peptides qui se lient diff rentes variantes all liques des mol cules de classe I de Mhc, mais sont similaires pour tous les peptides qui se lient la m me mol cule de Mhc. Les r sidus d'ancrage qui se lient une mol cule particuli re de Mhc n'ont pas besoin d' tre identiques, mais sont toujours li s : par exemple, la ph nylalanine (f) et la tyrosine (Y) sont toutes deux des acides amin s aromatiques, tandis que la valine (V), la leucine (L) et l'isoleucine (i) sont toutes de grands acides amin s hydrophobes. Les peptides se lient galement aux mol cules de classe I Mhc par leurs terminaisons amin es (bleues) et carboxy (rouges). Fig. 4.22 Les peptides se lient aux mol cules du CMH de classe II par des interactions le long de la longueur du sillon de liaison. Un peptide (en jaune ; repr sent par le squelette peptidique uniquement, avec l'extr mit amino-terminale gauche et l'extr mit carboxy droite) est li par une mol cule Mhc de classe ii par une s rie de liaisons hydrog ne (lignes bleues pointill es) qui sont r parties sur toute la longueur du peptide. Les liaisons hydrog ne vers l'extr mit amin e du peptide sont form es avec le squelette de la cha ne polypeptidique Mhc de classe II, tandis que sur toute la longueur du peptide, les liaisons sont constitu es de r sidus qui sont hautement conserv s dans les mol cules de classe II de Mhc. Les cha nes lat rales de ces r sidus sont repr sent es en gris sur le sch ma en ruban de la rainure Mhc de classe ii. contient ces r sidus d'ancrage se liera la mol cule de classe I du CMH appropri e, et donc la liaison globale doit galement d pendre de la nature des acides amin s d'autres positions dans le peptide. Dans certains cas, des acides amin s particuliers sont pr f r s dans certaines positions, tandis que dans d'autres, la pr sence d'acides amin s particuliers emp che la liaison. Ces positions d'acides amin s suppl mentaires sont appel es ancres secondaires . Ces caract ristiques de liaison peptidique permettent une mol cule individuelle du CMH de classe I de se lier une grande vari t de peptides diff rents, tout en permettant diff rents variants all liques du CMH de classe I de se lier diff rents ensembles de peptides. Comme nous le verrons au chapitre 15, les polymorphismes du CMH ont galement un impact sur la liaison des peptides d riv s des prot ines du soi et peuvent influencer la susceptibilit d'un individu diverses maladies auto-immunes. 4-16 La longueur des peptides li s par les mol cules du CMH de classe II n'est pas limit e. Comme les mol cules du CMH de classe I, les mol cules du CMH de classe II qui n'ont pas de peptide li sont instables. La liaison peptidique aux mol cules du CMH de classe II a galement t analys e par lution de peptides li s et par cristallographie aux rayons X, et diff re de plusieurs fa ons de la liaison peptidique aux mol cules du CMH de classe I. Les peptides naturels qui se lient aux mol cules du CMH de classe II ont une longueur d'au moins 13 acides amin s et peuvent tre beaucoup plus longs. Les amas de r sidus conserv s qui lient les deux extr mit s d'un peptide dans les mol cules du CMH de classe I ne se trouvent pas dans les mol cules de classe II du CMH, et les extr mit s du peptide ne sont pas li es. Au lieu de cela, le peptide r side dans une conformation tendue le long de la fente de liaison au peptide. Il y est maintenu la fois par des cha nes lat rales peptidiques qui font saillie dans des poches peu profondes et profondes tapiss es de r sidus polymorphes, et par des interactions entre le squelette peptidique et les cha nes lat rales d'acides amin s conserv s qui tapissent le peptide. fente de liaison dans toutes les mol cules du CMH de classe II (Fig. 4.22). Les donn es structurales montrent que les cha nes lat rales d'acides amin s au niveau des r sidus 1, 4, 6 et 9 d'un peptide li au CMH de classe II peuvent tre maintenues dans ces poches de liaison. Les poches de liaison des mol cules du CMH de classe II accueillent une plus grande vari t de cha nes lat rales que celles des mol cules du CMH de classe I, ce qui rend plus difficile la d finition des r sidus d'ancrage et la pr diction des peptides qui pourront se lier Fig. 4.23 Les peptides qui se lient aux mol cules du CMH de classe II sont des peptides qui peuvent varier, et donc, par convention, le premier r sidu d'ancrage de longueur variable et leurs r sidus d'ancrage se situent divers niveaux est |
Immunologie de Janeway | d sign par le r sidu 1. Notez que tous les peptides partagent des distances par rapport aux extr mit s du peptide. Les s quences d'un r sidu hydrophobe en position 1, d'un ensemble de r sidus charg s n gativement de peptides qui se lient l'all le Ak de classe ii Mhc de souris sont [acide aspartique (D) ou acide glutamique (e)] en position 4, et une tendance montr e dans le panneau sup rieur. Tous contiennent la m me s quence de base pour avoir un r sidu basique [lysine (K), arginine (R), histidine (h), (ombr ) mais diff rent en longueur. dans le panneau inf rieur, diff rents peptides de glutamine (Q), ou d'asparagine (n)] en position 6 et une liaison hydrophobe l'all le humain Mhc de classe ii hLA-DR3 sont montr s. Les r sidus [par exemple, tyrosine (Y), leucine (L), ph nylalanine (f)] dans Anchor Les r sidus sont repr sent s par des cercles verts. Les longueurs de ces positions 9. une variante particuli re du CMH de classe II (Fig. 4.23). N anmoins, en comparant les s quences de peptides de liaison connus, il est g n ralement possible de d tecter des mod les d'acides amin s qui permettent de se lier diff rentes variantes du CMH de classe II, et de mod liser comment les acides amin s de ce motif de s quence peptidique interagiront avec les acides amin s de la fente de liaison peptidique. Parce que le peptide est li par son squelette et qu'on lui permet d' merger des deux extr mit s du sillon de liaison, il n'y a, en principe, pas de limite sup rieure la longueur des peptides qui pourraient se lier aux mol cules du CMH de classe II. Un exemple de ceci est la prot ine connue sous le nom de cha ne invariante, dont une partie se trouve enti rement travers le sillon de liaison aux peptides des mol cules naissantes du CMH de classe II lors de leur synth se dans le r ticulum endoplasmique. Nous reviendrons au chapitre 6 sur le r le de la cha ne invariante dans le chargement des peptides sur les mol cules du CMH de classe II. Dans la plupart des cas, les peptides longs li s aux mol cules du CMH de classe II sont coup s par les peptidases une longueur d'environ 13 17 acides amin s. 4-17 Les structures cristallines de plusieurs complexes de r cepteurs peptide :CMH :T montrent une orientation similaire du r cepteur des cellules T par rapport au complexe peptide :CMH. Au moment de la publication de la premi re structure cristallographique aux rayons X d'un r cepteur de lymphocytes T, une structure du m me r cepteur de lymphocytes T li e un ligand peptide :CMH de classe I a galement t produite. L'orientation r v l e par ces structures a montr que le r cepteur des lymphocytes T est align en diagonale sur le peptide et la fente de liaison au peptide (Fig. 4.24). La cha ne TCR se trouve sur le domaine 2 de la mol cule de CMH l'extr mit amino-terminale du peptide li , comme on le voit de c t sur la figure 4.24a. La cha ne TCR se trouve sur le domaine 1 de la mol cule du CMH, plus pr s de l'extr mit carboxy-terminale du peptide. La figure 4.24b montre une vue de cette structure comme si elle regardait vers le bas travers un r cepteur de lymphocytes T transparent pour indiquer o elle entre en contact avec la mol cule du CMH. Les boucles CDR3 des cha nes TCR et TCR se rejoignent et se trouvent au-dessus Fig. 4.24 Le r cepteur des lymphocytes T se lie au complexe peptide :CMH. Panneau a : le r cepteur des lymphocytes T se lie au sommet d'une mol cule de classe i peptide :Mhc, touchant la fois les h lices des domaines 1 et 2. Les cDR du r cepteur des lymphocytes T sont repr sent s en couleur : les boucles cDR1 et cDR2 de la cha ne sont respectivement bleu clair et bleu fonc ; et les boucles cDR1 et cDR2 de la cha ne sont respectivement violet clair et fonc . La boucle cDR3 cha ne est jaune et la boucle cDR3 cha ne est verte. La boucle hV4 cha ne est en rouge. La ligne jaune paisse P1-P8 est le peptide li . Panneau b : le contour du site de liaison l'antig ne du r cepteur des lymphocytes T (ligne noire paisse) est superpos sur la surface sup rieure du complexe peptide :Mhc (le peptide est teint de jaune terne). Le r cepteur des lymphocytes T se trouve un angle quelque peu diagonal travers le complexe peptide :Mhc, les boucles et cDR3 du r cepteur des lymphocytes T (3 , 3 , jaune et vert, respectivement) entrant en contact avec le centre du peptide. Les boucles cDR1 et cDR2 cha ne (1 , 2 , violet clair et fonc , respectivement) entrent en contact avec les h lices Mhc l'extr mit amino terminale du peptide li , tandis que les boucles cDR1 et cDR2 cha ne (1 , 2 , bleu clair et bleu fonc , respectivement) entrent en contact avec les h lices l'extr mit carboxy du peptide li . avec l'aimable autorisation de i.A. Wilson. acides amin s centraux du peptide. Le r cepteur des lymphocytes T est enfil dans une vall e entre les deux points lev s des deux h lices de environnantes qui forment les parois de la fente de liaison aux peptides. C'est ce que |
Immunologie de Janeway | montre la figure 4.25, qui montre une vue partir de l'extr mit du sillon de liaison au peptide d'un complexe peptide :CMH II :r cepteur des lymphocytes T. La comparaison de divers complexes de r cepteurs peptidiques : CMH :cellules T montre que l'axe du TCR lorsqu'il se lie la surface de la mol cule de CMH est quelque peu tourn par rapport au sillon de liaison au peptide de la mol cule de CMH (voir Fig. 4.24b). Dans cette orientation, le domaine V entre en contact principalement avec la moiti amino-terminale du peptide li , tandis que le domaine V entre en contact principalement avec la moiti carboxy-terminale. Les deux cha nes interagissent galement avec les h lices de la mol cule du CMH de classe I (voir Fig. 4.24). Les contacts des r cepteurs des lymphocytes T ne sont pas r partis sym triquement sur la mol cule du CMH : alors que les boucles V CDR1 et CDR2 sont en contact troit avec les h lices du complexe peptide :CMH autour de l'extr mit amin e du peptide li , les boucles CDR1 et CDR2 cha ne , qui interagissent avec le complexe l'extr mit carboxy du peptide li , ont des contributions variables la reliure. La comparaison de la structure tridimensionnelle d'un r cepteur de lymphocytes T non ligand et du m me r cepteur de lymphocytes T complex son ligand peptide :CMH montre que la liaison entra ne un certain degr de changement de conformation, ou ajustement induit , en particulier dans la boucle V CDR3. Des variations subtiles au niveau des acides amin s qui entrent en contact avec le r cepteur des lymphocytes T peuvent avoir des effets tonnamment diff rents sur la reconnaissance d'un ligand peptide :CMH par ailleurs identique par le m me lymphocyte T. La flexibilit de la boucle CDR3 d montr e par ces deux structures aide expliquer comment le r cepteur des lymphocytes T peut adopter des conformations qui reconnaissent des ligands peptidiques apparent s, mais diff rents. La sp cificit de la reconnaissance des lymphocytes T implique la fois le peptide et sa mol cule CMH qui le pr sente. L'analyse cin tique de la liaison du r cepteur des lymphocytes T aux ligands peptide :CMH sugg re que les interactions avec les mol cules du CMH pourraient pr dominer au d but du contact, mais que les interactions ult rieures avec le peptide ainsi que la mol cule du CMH dictent le r sultat final : la liaison ou la dissociation. Comme pour les interactions anticorps-antig ne, seuls quelques acides amin s l'interface peuvent fournir les contacts essentiels qui d terminent la sp cificit et la force de la liaison. Le simple fait de changer une leucine en isoleucine dans le peptide, par exemple, suffit modifier la r ponse d'un lymphocyte T d'une forte destruction l'absence de r ponse du tout. Les mutations de r sidus uniques dans les mol cules du CMH qui les pr sentent peuvent avoir le m me effet. Cette double sp cificit pour la reconnaissance de l'antig ne par les lymphocytes T sous-tend la restriction du CMH des r ponses des lymphocytes T, un ph nom ne qui a t observ bien avant que les propri t s de liaison aux peptides des mol cules du CMH ne soient connues. Une autre cons quence de cette double sp cificit est la n cessit pour les r cepteurs des lymphocytes T de pr senter une certaine sp cificit inh rente pour les mol cules du CMH afin de pouvoir interagir de mani re appropri e avec la surface pr sentatrice de l'antig ne du CMH Fig. 4.25 Le r cepteur des lymphocytes T interagit de la m me mani re avec les mol cules du CMH de classe I et de classe II du CMH. La structure d'un r cepteur de lymphocytes T, sp cifique d'un peptide d riv du cytochrome c de poulet, li une mol cule de classe ii de Mhc, est illustr e. La liaison de ce r cepteur des lymphocytes T se fait un site et une orientation similaires ceux du r cepteur des lymphocytes T li la mol cule de classe i du Mhc illustr e la figure 4.24. Les cha nes et du r cepteur des lymphocytes T sont color es respectivement en bleu clair et en bleu fonc . Le peptide du cytochrome c est orange clair. Le r cepteur des lymphocytes T se trouve dans une selle peu profonde form e entre les r gions -h lico dales des cha nes Mhc de classe ii (brune) et (jaune) environ 90 par rapport l'axe long de la mol cule de classe II Mhc et du peptide li . Structure d riv e de PDB 3QiB. avec l'aimable autorisation de K.c. Garcia. Mol cules. Nous reviendrons sur ces questions dans le chapitre 6, o nous relaterons la d couverte de la restriction du CMH dans le contexte de la reconnaissance des lymphocytes T et des polymorphismes du CMH, et dans le chapitre 8, o nous discuterons de l'impact de ces ph nom nes sur le d veloppement des lymphocytes T dans le thymus. 4-18 Les prot ines CD4 et CD8 de surface des lymphocytes T entrent directement en contact avec les mol cules du CMH et sont n cessaires pour apporter une r ponse efficace l'antig ne. Comme nous l'avons pr sent dans la section 1-21, les lymphocytes T se div |
Immunologie de Janeway | isent en deux grandes classes distingu es par l'expression des prot ines de surface cellulaire CD4 et CD8. Le CD8 est exprim par les lymphocytes T cytotoxiques, tandis que le CD4 est exprim par les lymphocytes T dont la fonction est d'activer d'autres cellules. CD4 et CD8 taient connus comme marqueurs de ces ensembles fonctionnels pendant un certain temps avant qu'il ne devienne clair que la distinction tait bas e sur la capacit des lymphocytes T reconna tre diff rentes classes de mol cules du CMH. Nous savons maintenant que CD8 reconna t les mol cules du CMH de classe I et que le CD4 reconna t le CMH de classe II. Lors de la reconnaissance de l'antig ne, CD4 ou CD8 (selon le type de lymphocyte T) s'associe au r cepteur des lymphocytes T la surface des lymphocytes T et se lie des sites invariants sur la partie CMH du ligand composite peptide :CMH, loin du site de liaison au peptide. Cette liaison contribue l'efficacit globale de la r ponse des lymphocytes T, c'est pourquoi CD4 et CD8 sont appel s cor cepteurs. CD4 est une prot ine cha ne unique compos e de quatre domaines de type Ig (Fig. 4.26). Les deux premiers domaines (D1 et D2) sont troitement serr s les uns contre les autres pour former un Fig. 4.26 Les structures des mol cules cor ceptrices CD4 et CD8. La mol cule cD4 contient quatre domaines de type ig, repr sent s sous forme sch matique dans le panneau a et sous forme de diagramme en ruban partir de la structure cristalline du panneau b. Le domaine amino-terminal, D1, a une structure similaire celle d'un domaine d'immunoglobuline V. Le deuxi me domaine, D2, bien que li un domaine d'immunoglobuline, est diff rent des domaines V et c et a t appel domaine c2. Les deux premiers domaines de cD4 forment une structure rigide en forme de b tonnet qui est li e aux deux domaines carboxy-terminaux par une liaison flexible. Le site de liaison des mol cules de classe II de Mhc implique principalement le domaine D1. La mol cule cD8 est un h t rodim re d'une cha ne et li e de mani re covalente par une liaison disulfure. Une forme alternative de cD8 existe en tant qu'homodim re de cha nes. L'h t rodim re est repr sent dans le panneau a, tandis que le sch ma en ruban dans le panneau b est celui de l'homodim re. Les cha nes cD8 et cD8 ont des structures tr s similaires, chacune ayant un seul domaine ressemblant un domaine V d'immunoglobuline et un tron on de cha ne polypeptidique, que l'on pense tre dans une conformation relativement tendue, qui ancre le domaine de type V la membrane cellulaire. tige d'environ 6 nm de long, qui est reli e par une charni re flexible une tige similaire form e par les troisi me et quatri me domaines (D3 et D4). La r gion de liaison au CMH sur CD4 est situ e principalement sur une face lat rale du domaine D1, et CD4 se lie une crevasse hydrophobe form e la jonction des domaines 2 et 2 de la mol cule du CMH de classe II (Fig. 4.27a). Ce site est bien loign du site o le r cepteur des lymphocytes T se lie, comme le montre la structure cristalline compl te d'un r cepteur des lymphocytes T li au peptide :CMH de classe II avec CD4 li (Fig. 4.28). Cette structure d montre que la mol cule CD4 et le r cepteur des lymphocytes T peuvent se lier simultan ment au m me complexe peptide :CMH de classe II. CD4 augmente la sensibilit l'antig ne, car les lymphocytes T sont environ 100 fois plus sensibles l'antig ne lorsque CD4 est pr sent. Le processus d'am lioration r sulte de la capacit de la partie intracellulaire de CD4 se lier une tyrosine kinase cytoplasmique appel e Lck. Comme nous le verrons en d tail au chapitre 7, le fait de rapprocher Lck du complexe r cepteur des lymphocytes T aide activer la cascade de signalisation induite par la reconnaissance de l'antig ne. La structure du CD8 est tr s diff rente. Il s'agit d'un dim re li au disulfure de deux cha nes diff rentes, appel es et , chacune contenant un seul domaine de type Ig li la membrane par un segment de polypeptide tendu (voir Fig. 4.26). Ce segment Les sites de liaison de cD4 et cD8 sur les mol cules de classe ii et de classe i de Mhc, respectivement, se trouvent dans les domaines de type ig-like les plus proches de la membrane et loign s de la fente de liaison au peptide. La liaison de cD4 une mol cule de classe II de Mhc est repr sent e sous la forme d'une structure en ruban dans le panneau a et sch matiquement dans le panneau c. La cha ne de la mol cule Mhc de classe ii est repr sent e en rose et la cha ne en blanc, tandis que cD4 est en or. seuls les domaines D1 et D2 de la mol cule cD4 sont repr sent s dans le panneau A. Le site de liaison de cD4 se trouve la base du domaine 2 d'une mol cule de classe ii de Mhc, dans la crevasse hydrophobe entre les domaines 2 et 2. La liaison de cD8 une mol cule de classe I Mhc est illustr e dans le panneau b et sch matiquement dans le panneau d. La cha ne lourde de classe i et la 2-microglobuline sont r |
Immunologie de Janeway | epr sent es en blanc et en rose, respectivement, et les deux cha nes du dim re cD8 sont repr sent es en violet clair (cD8 ) et fonc (cD8 ). Le site de liaison de cD8 sur la mol cule de classe I de Mhc se trouve dans une position similaire celle de cD4 dans la mol cule de classe II de Mhc, mais la liaison de cD8 implique galement la base des domaines 1 et 2, et donc la liaison de cD8 la classe i de Mhc n'est pas compl tement quivalente la liaison de cD4 la classe ii de Mhc. Structures d riv es de PDB 3S4S (cD4/ Mhc classe ii) et PDB 3DMM (cD8 / Mhc classe i). avec l'aimable autorisation de K.c. Garcia. Fig. 4.27 Les sites de liaison de CD4 et CD8 sur les mol cules de classe II et de classe I du CMH se trouvent dans les domaines de type Ig. est largement glycosyl , ce qui est cens le maintenir dans une conformation prolong e et le prot ger du clivage par les prot ases. Les cha nes CD8 peuvent former des homodim res, bien que ceux-ci ne soient g n ralement pas trouv s lorsque CD8 est exprim . Les lymphocytes T na fs expriment CD8 , mais l'homodim re CD8 peut tre exprim par des lymphocytes T effecteurs et m moires hautement activ s. CD8 est galement exprim par une population de lymphocytes intra- pith liales connus sous le nom de cellules T invariantes associ es la muqueuse (cellules MAIT) ; ces cellules reconnaissent les m tabolites de l'acide folique qui sont produits par les bact ries en association avec la mol cule non classique du CMH de classe I MR1, que nous d crirons au chapitre 6. CD8 se lie faiblement un site invariant dans le domaine 3 d'une mol cule du CMH de classe I (voir Fig. 4.27b). La cha ne CD8 interagit avec les r sidus la base du domaine 2 de la mol cule du CMH de classe I, tandis que la cha ne est en position inf rieure interagissant avec le domaine 3 de la mol cule du CMH de classe I. La force de liaison du CD8 la mol cule du CMH de classe I est influenc e par l' tat de glycosylation de la mol cule CD8 ; l'augmentation du nombre de r sidus d'acide sialique sur les structures glucidiques CD8 diminue la force de l'interaction. Le mod le de sialylation de CD8 change au cours de la maturation des lymphocytes T et galement lors de l'activation, ce qui joue probablement un r le dans la modulation de la reconnaissance de l'antig ne. Comme pour les interactions avec les mol cules du CMH de classe II, le r cepteur des lymphocytes T et le CD8 peuvent interagir simultan ment avec une mol cule du CMH de classe I (Fig. 4.29). Comme CD4, CD8 se lie Lck travers la queue cytoplasmique de la cha ne , et CD8 augmente la sensibilit des lymphocytes T l'antig ne pr sent par les mol cules du CMH de classe I d'environ 100 fois. Bien que les d tails mol culaires ne soient pas clairs, l'homodim re CD8 semble fonctionner moins efficacement que CD8 en tant que cor cepteur et peut r guler n gativement l'activation. Contrairement au CD8, le CD4 n'est pas consid r comme dim ris . Fig. 4.28 CD4 et le r cepteur des lymphocytes T se lient des r gions distinctes de la mol cule du CMH de classe II. Un sch ma en ruban est repr sent partir d'une structure cristalline d'un complexe ternaire complet : TcR :peptide- Mhc :cD4. Les cha nes et du r cepteur des lymphocytes T (TcR) sont respectivement bleue et rouge. La mol cule de classe ii du Mhc est verte, le peptide li tant indiqu en gris. cD4 est repr sent en orange. Structure d riv e de PDB 3T0e. avec l'aimable autorisation de K.c. Garcia. Fig. 4.29 CD8 se lie un site sur les mol cules du CMH de classe I qui est loign de l'endroit o le r cepteur des lymphocytes T se lie. Les positions de liaison relatives du r cepteur des lymphocytes T et des mol cules cD8 peuvent tre observ es dans cette reconstruction hypoth tique de leur interaction avec la classe I du Mhc (cha ne en vert fonc et 2-microglobuline en vert clair). Les cha nes et du r cepteur des lymphocytes T sont respectivement en brun et en violet. L'h t rodim re cD8 est li au domaine 3 de classe i Mhc. La cha ne cD8 est en bleu et la cha ne cD8 est en rouge. Avec l'aimable autorisation de Chris Nelson et David Fremont. Les mol cules de classe I de Mhc sont exprim es sur toutes les cellules nucl es, bien qu'elles soient plus fortement exprim es dans les cellules h matopo tiques. Les mol cules de classe ii du Mhc ne sont normalement exprim es que par un sous-ensemble de cellules h matopo tiques et par les cellules stromales thymiques, bien qu'elles puissent tre exprim es par d'autres types de cellules lors de l'exposition la cytokine inflammatoire ifn- . *chez l'homme, les lymphocytes T activ s expriment des mol cules de classe II Mhc, alors que chez la souris, tous les lymphocytes T sont n gatifs pour la classe ii Mhc. dans le cerveau, la plupart des types de cellules sont Mhc de classe ii n gatives, mais les microglies, qui sont apparent es aux macrophages, sont Mhc de classe ii positives. 4-19 Les deux classes de mol cules d |
Immunologie de Janeway | u CMH sont exprim es diff remment sur les cellules. Les mol cules du CMH de classe I et de classe II ont des distributions distinctes entre les cellules, et celles-ci refl tent les diff rentes fonctions effectrices des lymphocytes T qui les reconnaissent (Fig. 4.30). Les mol cules du CMH de classe I pr sentent des peptides allant d'agents pathog nes, g n ralement des virus, aux lymphocytes T cytotoxiques CD8, qui sont sp cialis s pour tuer toute cellule qu'ils reconnaissent sp cifiquement. Parce que les virus peuvent infecter n'importe quelle cellule nucl e, presque toutes ces cellules expriment des mol cules du CMH de classe I, bien que le niveau d'expression constitutive varie d'un type de cellule l'autre. Par exemple, les cellules du syst me immunitaire expriment une CMH abondante de classe I leur surface, tandis que les cellules h patiques (h patocytes) expriment des niveaux relativement faibles (voir Fig. 4.30). Les cellules non nucl es, telles que les globules rouges de mammif res, expriment peu ou pas de CMH de classe I, et l'int rieur des globules rouges est donc un site dans lequel une infection peut passer inaper ue par les lymphocytes T cytotoxiques. Parce que les globules rouges ne peuvent pas supporter la r plication virale, cela n'a pas de grande cons quence pour l'infection virale, mais c'est peut- tre l'absence de classe I du CMH qui permet aux parasites Plasmodium qui causent le paludisme de vivre dans ce site privil gi . En revanche, l'une des principales fonctions des lymphocytes T CD4 qui reconnaissent les mol cules du CMH de classe II est d'activer d'autres cellules effectrices du syst me immunitaire. Ainsi, les mol cules du CMH de classe II se trouvent normalement sur les cellules dendritiques, les lymphocytes B et les macrophages des cellules pr sentatrices d'antig nes qui participent aux r ponses immunitaires mais pas sur d'autres cellules tissulaires (voir Fig. 4.30). Les peptides pr sent s par les mol cules du CMH de classe II exprim es par les cellules dendritiques peuvent fonctionner pour activer les lymphocytes T CD4 na fs. Lorsque les lymphocytes T CD4 pr c demment activ s reconnaissent les peptides li s aux mol cules du CMH de classe II sur les lymphocytes B, les lymphocytes T s cr tent des cytokines qui peuvent influencer l'isotype d'anticorps que ces lymphocytes B choisiront de produire. En reconnaissant les peptides li s aux mol cules du CMH de classe II sur les macrophages, les lymphocytes T CD4 activent ces cellules, encore une fois en partie par le biais de cytokines, pour d truire les agents pathog nes dans leurs v sicules. L'expression des mol cules du CMH de classe I et de classe II est r gul e par les cytokines, en particulier les interf rons, lib r s au cours d'une r ponse immunitaire. L'interf ron- (IFN- ) et l'IFN- augmentent l'expression des mol cules du CMH de classe I sur tous les types de cellules, tandis que l'IFN- augmente l'expression des mol cules du CMH de classe I et de classe II du CMH, et peut induire l'expression des mol cules du CMH de classe II sur certains types de cellules qui ne les expriment pas normalement. Les interf rons am liorent galement la fonction de pr sentation de l'antig ne des mol cules du CMH de classe I en induisant l'expression de composants cl s de la machinerie intracellulaire qui permet aux peptides d' tre charg s sur les mol cules du CMH. 4-20 Un sous-ensemble distinct de lymphocytes T porte un r cepteur alternatif compos de cha nes et . Au cours de la recherche du g ne de la cha ne TCR , un autre g ne semblable au r cepteur des lymphocytes T a t d couvert de mani re inattendue. Ce g ne a t nomm TCR , et sa d couverte a conduit la recherche d'autres g nes de r cepteurs des lymphocytes T. Une autre cha ne r ceptrice a t identifi e en utilisant un anticorps contre la s quence pr dite de la cha ne et a t appel e la cha ne . Il a rapidement t d couvert qu'une population minoritaire de lymphocytes T portait un type distinct de r cepteur des lymphocytes T compos d'h t rodim res : plut t que d'h t rodim res : . Le d veloppement de ces cellules est d crit dans les sections 8-11 et 8-12. Comme les lymphocytes T : , les lymphocytes T : peuvent tre trouv s dans les tissus lympho des de tous les vert br s, mais ils sont galement pro minents en tant que populations de lymphocytes intra- pith liaux, en particulier dans la peau et les voies reproductrices f minines, o leurs r cepteurs pr sentent une diversit tr s limit e. Contrairement aux lymphocytes T : , les lymphocytes T : ne reconnaissent g n ralement pas l'antig ne comme des peptides pr sent s par les mol cules du CMH, et les r cepteurs des lymphocytes T : ne sont pas limit s par les mol cules classiques du CMH de classe I et de classe II qui fonctionnent en liant et en pr sentant des peptides aux lymphocytes T. Au lieu de cela, les r cepteurs des lymphocytes T : semblent reconna tre directement leurs antig nes cibles |
Immunologie de Janeway | et sont donc probablement capables de reconna tre et de r pondre rapidement aux mol cules exprim es par de nombreux types de cellules diff rents. Leurs ligands ont t difficiles identifier, mais plusieurs ont maintenant t d crits et semblent indiquer que les lymphocytes T : jouent un r le interm diaire, ou transitionnel, entre les r ponses immunitaires enti rement inn es et enti rement adaptatives. l'instar des ligands des r cepteurs des cellules NK, tels que les prot ines MIC et RAET1 (voir Section 3-27), de nombreux ligands observ s par les lymphocytes T : sont induits par un stress ou des dommages cellulaires. : Les lymphocytes T peuvent galement se lier aux antig nes pr sent s par les mol cules non classiques du CMH de classe Ib, dont nous parlerons au chapitre 6. Ces prot ines sont structurellement li es aux prot ines du CMH dont nous avons d j parl , mais ont des fonctions autres que la liaison des peptides pour la pr sentation aux lymphocytes T. D'autres ligands peuvent inclure des prot ines de choc thermique et des ligands non peptidiques tels que des ligands phosphoryl s ou des antig nes lipidiques mycobact riens. : Les lymphocytes T peuvent galement r agir des nucl otides et des phospholipides peu orthodoxes. La reconnaissance de mol cules exprim es la suite d'une infection, plut t que la reconnaissance d'antig nes sp cifiques de l'agent pathog ne eux-m mes, distingue les cellules intra pith liales : T des autres lymphocytes, ce qui les placerait dans la classe de type inn . Pour ces raisons, le terme immunit transitionnelle a t propos pour clarifier le r le des cellules T : , car la fonction de ces cellules semble se situer quelque part entre les r ponses inn es et adaptatives. La structure cristallographique d'un r cepteur des lymphocytes T : r v le que, comme pr vu, il a une forme similaire celle des r cepteurs des lymphocytes T : . La figure 4.31 montre une structure cristalline d'un complexe r cepteur de cellules T : li l'une des mol cules non classiques du CMH de classe I mentionn es ci-dessus, appel e T22. Cette structure montre que l'orientation globale du r cepteur des lymphocytes T : avec la mol cule du CMH est tonnamment diff rente de celle d'un r cepteur des lymphocytes T : , en ce sens qu'il interagit principalement avec une extr mit de la mol cule T22. Cependant, les r gions CDR3 du r cepteur des lymphocytes T : jouent toujours un r le essentiel dans la reconnaissance, similaire celui des anticorps et des r cepteurs des lymphocytes T : . De plus, le CDR3 du r cepteur des lymphocytes T : est plus long que l'un ou l'autre de ces deux autres r cepteurs antig niques, ce qui pourrait avoir des implications sur le type de ligand que le r cepteur des lymphocytes T : reconna t, car il existe une norme diversit combinatoire du CDR3 dans le r pertoire des r cepteurs des lymphocytes T : . Nous reviendrons pour discuter plus en d tail des ligands et du d veloppement des cellules T : dans les chapitres 6 et 8. R sum . Le r cepteur de l'antig ne sur la plupart des lymphocytes T, le r cepteur des lymphocytes T : , est compos de deux cha nes prot iques, TCR et TCR , et ressemble bien des gards un seul fragment Fab d'immunoglobuline. : Les r cepteurs des lymphocytes T sont toujours li s la membrane et reconnaissent un ligand composite d'un antig ne peptidique li une mol cule du CMH. Chaque mol cule du CMH se lie une grande vari t de peptides diff rents, mais les diff rentes variantes du CMH reconnaissent chacune pr f rentiellement des ensembles de peptides avec des s quences et des caract ristiques physiques particuli res. L'antig ne peptidique est g n r intracellulaire et est li de mani re stable dans une fente de liaison peptide la surface de la mol cule du CMH. Il existe deux classes de mol cules du CMH, et celles-ci sont li es dans leurs domaines non polymorphes par des mol cules CD8 et CD4 qui distinguent deux classes fonctionnelles diff rentes de cellules T : . CD8 se lie aux mol cules du CMH de classe I et peut se lier simultan ment au m me complexe peptide :CMH de classe I reconnu par un r cepteur des lymphocytes T, agissant ainsi comme un cor cepteur et am liorant la r ponse des lymphocytes T ; CD4 se lie aux mol cules du CMH de classe II et agit comme un cor cepteur pour les r cepteurs des cellules T qui reconnaissent les ligands peptide :CMH de classe II. Un r cepteur de cellules T interagit directement avec le peptide antig nique Fig. 4.31 Structures du r cepteur des lymphocytes T : li la mol cule non classique du CMH de classe I T22. Le r cepteur des lymphocytes T : a une structure globale similaire celle du r cepteur des lymphocytes T : et du fragment fab d'une immunoglobuline. Le domaine c ressemble davantage un domaine d'immunoglobuline que le domaine c correspondant du r cepteur des lymphocytes T : . dans cette structure, l'orientation globale du r cept |
Immunologie de Janeway | eur des lymphocytes T : par rapport la mol cule non classique Mhc T22 est tr s diff rente de l'orientation d'un r cepteur des lymphocytes T : avec des mol cules Mhc de classe i ou de classe ii. Plut t que de se trouver directement sur le sillon de liaison au peptide, le r cepteur des lymphocytes T : est beaucoup plus engag une extr mit qu' l'autre ; cela est coh rent avec une absence de contact peptidique et une absence de reconnaissance restreinte par le Mhc. et avec des caract ristiques polymorphes de la mol cule du CMH qui l'affiche, et cette double sp cificit sous-tend la restriction du CMH des r ponses des lymphocytes T. Un deuxi me type de r cepteur des lymphocytes T, compos d'une cha ne et d'une cha ne , est structurellement similaire au r cepteur des lymphocytes T : , mais il se lie diff rents ligands, y compris les ligands non peptidiques, les mol cules non polymorphes non classiques du CMH et certains lipides. On pense que le r cepteur n'est pas restreint par le CMH et se trouve sur une population minoritaire de lymphocytes T lympho des et intra- pith liaux, les lymphocytes T : . R sum du chapitre 4. Les lymphocytes B et T utilisent des mol cules diff rentes, mais structurellement similaires, pour reconna tre l'antig ne. Les mol cules de reconnaissance d'antig ne des lymphocytes B sont des immunoglobulines et sont fabriqu es la fois comme un r cepteur membranaire de l'antig ne, le r cepteur des lymphocytes B, et comme des anticorps s cr t s qui lient les antig nes et d clenchent des fonctions effectrices humorales. Les mol cules de reconnaissance d'antig ne des lymphocytes T, en revanche, ne sont fabriqu es que comme des r cepteurs de surface cellulaire et n'activent donc que des fonctions effectrices cellulaires. Les immunoglobulines et les r cepteurs des lymphocytes T sont des mol cules tr s variables, la variabilit tant concentr e dans la partie de la mol cule la r gion variable (V) qui se lie l'antig ne. Les immunoglobulines se lient une grande vari t d'antig nes chimiquement diff rents, tandis que le principal type de r cepteur des lymphocytes T, le r cepteur des lymphocytes T : , reconna t principalement les fragments peptidiques de prot ines trang res li es aux mol cules du CMH, qui sont omnipr sentes la surface des cellules. La liaison de l'antig ne par les immunoglobulines a t principalement tudi e avec des anticorps. La liaison de l'anticorps son antig ne est tr s sp cifique et est d termin e par la forme et les propri t s physicochimiques du site de liaison de l'antig ne. l'autre extr mit de l'anticorps par rapport au site de liaison l'antig ne se trouve la r gion constante, ou Fc, qui influence les types de fonction effectrice que l'anticorps peut d clencher. Il existe cinq grandes classes fonctionnelles d'anticorps, chacune cod e par un type diff rent de r gion constante. Comme nous le verrons au chapitre 10, ceux-ci interagissent avec diff rents composants du syst me immunitaire pour provoquer une r ponse inflammatoire et liminer l'antig ne. Les r cepteurs des lymphocytes T diff rent plusieurs gards des immunoglobulines des lymphocytes B. L'une d'entre elles est l'absence d'une forme s cr t e de r cepteur des lymphocytes T, refl tant les diff rences fonctionnelles entre les lymphocytes T et les lymphocytes B. Les lymphocytes B traitent les agents pathog nes et leurs produits prot iques circulant dans le corps ; la s cr tion d'une mol cule soluble de reconnaissance de l'antig ne permet au lymphocyte B d'agir efficacement dans l' limination de l'antig ne dans tous les espaces extracellulaires du corps. Les lymphocytes T, en revanche, sont sp cialis s dans la surveillance active des agents pathog nes, et la reconnaissance des lymphocytes T n'implique pas de r cepteur soluble et s cr t . Certains, tels que les lymphocytes T CD8, sont capables de d tecter les infections intracellulaires et sont capables de tuer les cellules infect es qui portent des peptides antig niques trangers leur surface. D'autres, comme les lymphocytes T CD4, interagissent avec les cellules du syst me immunitaire qui ont absorb l'antig ne tranger et l'affichent la surface cellulaire. Les r cepteurs des lymphocytes T reconnaissent galement un ligand composite compos du peptide tranger li une mol cule du CMH du soi, et non d'un antig ne intact. Cela signifie que les lymphocytes T ne peuvent interagir qu'avec une cellule du corps pr sentant l'antig ne, et non avec l'agent pathog ne ou la prot ine intacte. Chaque r cepteur de lymphocytes T est sp cifique d'une combinaison particuli re de peptide et d'une mol cule du CMH du soi. Les mol cules du CMH sont cod es par une famille de g nes hautement polymorphes. L'expression de plusieurs variantes de mol cules du CMH, chacune avec un r pertoire de liaison aux peptides diff rent, permet de s'assurer que les lymphocytes T d'un individu seront capables de reconna tre au moins certains peptides g n r |
Immunologie de Janeway | s par presque tous les agents pathog nes. Questionne. 4.1 Vrai ou faux : Un anticorps cliv prot olytiquement par la papa ne produit un fragment avec une avidit plus lev e l'antig ne apparent qu'un anticorps cliv par la pepsine. 4.2 R ponse courte : en quoi la liaison des cor cepteurs cD4 et cD8 au Mhc est-elle importante pour la signalisation des r cepteurs des lymphocytes T ? 4.3 R ponse courte : Pourquoi et comment est-il avantageux d'avoir de l'h t rozygotie dans le locus Mhc ? 4.4 Appariement : Associez le terme la meilleure description : A. D terminant antig nique i. La structure reconnue par un anticorps (c'est- -dire l' pitope) B. conformationnel/ ii. R gions de la r gion V C. continu/lin aire iii. pitope compos d'un seul segment d'une cha ne polypeptidique D. r gion hypervariable iv. Un pitope compos d'acides amin s provenant de diff rentes parties d'une cha ne polypeptidique r unies par le repliement des prot ines 4.5 Remplissage des blancs : La plupart des vert br s, y compris les humains et les souris, produisent des anticorps compos s de cha nes ________ et ________. Ceux-ci portent ____ r gions qui reconnaissent l'antig ne et ____ r gions qui dictent la classe et l'isotype de l'anticorps. Cependant, les cam lid s et les poissons cartilagineux produisent respectivement des ________________ et des _______________, qui constituent la base de la production d'anticorps cha ne unique pour des applications cliniques. 4.6 Choix multiple : Laquelle des affirmations suivantes n'est pas vraie ? R. Les cha nes et du r cepteur des lymphocytes T s'apparient, mais la cha ne peut tre remplac e par une cha ne ou . B. Des interactions lectrostatiques (par exemple, un pont salin) se produisent entre les acides amin s charg s. C. des interactions hydrophobes se produisent entre deux surfaces hydrophobes et excluent l'eau. D. Les anticorps ont souvent de nombreux acides amin s aromatiques tels que la tyrosine dans leurs sites de liaison l'antig ne. E. La restriction de Mhc est le ph nom ne par lequel les lymphocytes T reconnaissent un ensemble unique de peptides li s une mol cule particuli re de Mhc. 4.7 Choix multiple : Laquelle des classes d'immunoglobulines suivantes est la plus abondante chez les humains adultes et les souris en bonne sant ? A. igA B. IgD C. ige D. igg E. igM 4.8 Choix multiple : Lequel des nonc s suivants d crit la structure d'un repli d'immunoglobulines ? Un. Deux feuilles de antiparall les avec un linker -h lico dal et une liaison disulfure B. Deux brins reli s par une liaison disulfure C. quatre h lices reli es par deux liaisons disulfure D. Sept h lices antiparall les en s rie E. un sandwich de deux feuilles de pli es ensemble et reli es par une liaison disulfure 4.9 Choix multiple : Les anticorps ont une flexibilit en divers points de la mol cule, en particulier la r gion charni re entre la partie fc et la partie fab et, dans une certaine mesure, la jonction entre les r gions V et c. Lesquelles des propri t s suivantes d'un anticorps ne sont pas affect es par sa flexibilit ? A. Liaison de petits antig nes (hapt nes) B. Avidit l'antig ne C. Affinit avec l'antig ne D. interaction avec les prot ines de liaison aux anticorps E. Liaison des antig nes loign s 4.10 Choix multiple : Quelle r gion du r cepteur de l'antig ne des lymphocytes B et des lymphocytes T est la plus critique dans la reconnaissance et la sp cificit de l'antig ne ? A. fR1 B. cDR1 C. fR2 D. cDR2 E. fR3 F. cDR3 G. fR4 R f rences g n rales. Garcia, K.C., Degano, M., Speir, J.A. et Wilson, I.A. : Principes mergents pour la reconnaissance de l'antig ne par les r cepteurs des lymphocytes T dans l'immunit cellulaire. Rev. Immunogenet. 1999, 1:75 90. Garcia, K.C., Teyton, L. et Wilson, I.A. : Base structurelle de la reconnaissance des lymphocytes T. Annu. Rev. Immunol. 1999, 17:369 397. Moller, G. (ed) : Origine de la diversit des complexes majeurs d'histocompatibilit . Immunol. 1995, 143:5-292. Poljak, R.J. : Structure des anticorps et de leurs complexes avec les antig nes. Mol. Immunol. 1991, 28:1341 1345. Rudolph, M.G., Stanfield, R.L., et Wilson, I.A : Comment les TCR se lient aux CMH, aux peptides et aux cor cepteurs. Annu. Rev. Immunol. 2006, 24:419 466. Sundberg, E.J., et Mariuzza, R.A. : H bergements de luxe : le r le croissant de la plasticit structurelle dans les interactions prot ine-prot ine. Structure 2000, 8 :R137 R142. R f rences de sections. Les anticorps IgG 4-1 sont constitu s de quatre cha nes polypeptidiques. Edelman, G.M. : Structure des anticorps et immunologie mol culaire. Scand. J. Immunol. 1991, 34:4 22. Faber, C., Shan, L., Fan, Z., Guddat, L.W., Furebring, C., Ohlin, M., Borrebaeck, C.A.K., et Edmundson, A.B. : Structure tridimensionnelle d'une usine humaine avec une grande affinit pour l'anatoxine t tanique. Immunotechnologie 1998, 3:253-270. Harris, L.J., Larson, S.B., Hasel, K.W., Day, J., Greenwood |
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Immunologie de Janeway | avec diff rents types de r gions constantes, ou isotypes (voir section 4-1). Ici, nous d crivons comment le R arrangement du g ne primaire de l'immunoglobuline. R arrangement du g ne du r cepteur des lymphocytes T. Variation structurelle dans les r gions de constante d'immunoglobuline. volution de la r ponse immunitaire adaptative. Fig. 5.1 Trois r gions hypervariables sont cod es dans un seul exon de la r gion V. Panneau a : la r gion variable est bas e sur le repliement de l'immunoglobuline (Ig) qui est soutenu par des r gions cadres (jaune) compos es de neuf feuillets de et contient trois r gions hypervariables (HV) (rouge) qui d terminent sa sp cificit antig nique. Sch ma b : les trois r gions HV existent sous forme de boucles d'acides amin s entre les feuillets de B et C, entre C et C, et entre F et C G. Panneau c : une r gion variable compl te d'un lymphocyte est cod e dans un seul exon du g ne antig ne-r cepteur complet. Les trois r gions HV sont intercal es entre quatre r gions cadres (FR) constitu es des feuillets du domaine Ig. l'expression des isotypes IgM et IgD est r gul e, mais nous reportons au chapitre 10 la description du changement d'isotype, car ce processus et la maturation de l'affinit des anticorps se produisent normalement dans le contexte d'une r ponse immunitaire. La derni re partie de ce chapitre examine bri vement les formes volutives alternatives de r arrangements g n tiques qui donnent lieu diff rentes formes d'immunit adaptative chez d'autres esp ces. R arrangement du g ne primaire de l'immunoglobuline. Pratiquement n'importe quelle substance peut tre la cible d'une r ponse anticorps, et la r ponse un seul pitope comprend de nombreuses mol cules d'anticorps diff rentes, chacune ayant une sp cificit subtilement diff rente pour l' pitope et une affinit unique, ou force de liaison. Le nombre total de sp cificit s d'anticorps disponibles pour un individu est connu sous le nom de r pertoire d'anticorps ou r pertoire d'immunoglobulines, et chez l'homme, il est d'au moins 1011 et probablement de plusieurs ordres de grandeur sup rieur. Le nombre de sp cificit s d'anticorps pr sentes un moment donn est toutefois limit par le nombre total de lymphocytes B chez un individu, ainsi que par les rencontres ant rieures de chaque individu avec des antig nes. Avant qu'il ne soit possible d'examiner directement les g nes des immunoglobulines, il y avait deux hypoth ses principales sur l'origine de cette diversit . La th orie germinale soutenait qu'il existe un g ne distinct pour chaque cha ne d'immunoglobulines diff rente et que le r pertoire d'anticorps est en grande partie h r ditaire. En revanche, les th ories de la diversification somatique ont propos que le r pertoire observ est g n r partir d'un nombre limit de s quences h r ditaires de la r gion V qui subissent une alt ration dans les lymphocytes B au cours de la vie de l'individu. Le clonage des g nes des immunoglobulines a r v l que les l ments des deux th ories taient corrects et que la s quence d'ADN codant pour chaque r gion variable est g n r e par des r arrangements d'un groupe relativement petit de segments de g nes h rit s. La diversit est encore renforc e par le processus d'hypermutation somatique dans les lymphocytes B activ s matures. Ainsi, la th orie de la diversification somatique tait essentiellement correcte, bien que le concept de la th orie germinale de l'existence de plusieurs g nes germinaux se soit galement av r vrai. 5-1 Les g nes des immunoglobulines sont r arrang s dans les prog niteurs des cellules productrices d'anticorps. La figure 5.1 montre les relations entre le site de liaison l'antig ne d'une variable cha nes l g res, sa structure de domaine et le g ne qui la code. Les r gions variables des cha nes lourdes et l g res d'immunoglobulines sont bas es sur le pli de l'immunoglobuline, qui est compos de neuf feuillets de . Le site de liaison de l'anticorps est form par trois boucles d'acides amin s connues sous le nom de r gions hypervariables HV1, HV2 et HV3, ou galement CDR1, CDR2 et CDR3 (voir Fig. 5.1a). Ces boucles sont situ es entre les paires de feuillets de B et C, C et C, et F et G (voir fig. 5.1b). Dans une cellule B mature, les r gions variables des cha nes lourdes et l g res sont cod es par un seul exon, mais sont s par es les unes des autres dans ce codage s quence (voir Fig. 5.1c). Cet exon est le deuxi me exon du g ne (exon 2). Le premier exon des r gions variables code pour la s quence leader de l'anticorps, qui dirige l'anticorps dans le r ticulum endoplasmique pour l'expression ou la s cr tion en surface. Contrairement la plupart des g nes, la s quence d'ADN compl te de l'exon de la r gion variable n'est pas pr sente dans la lign e germinale de l'individu, mais est l'origine cod e par deux segments d'ADN distincts, comme illustr la figure 5.2. Ces deux segments d'ADN sont piss s ensemble pour former l'exon 2 complet au fur et |
Immunologie de Janeway | mesure que la cellule B se d veloppe dans la moelle osseuse. Les 95 101 premiers acides amin s de la r gion variable, codant pour les feuillets A-F et les deux premi res r gions hypervariables compl tes, proviennent d'un Fig. 5.2 La r gion CDR3 provient de deux ou plusieurs segments de g nes individuels qui sont joints au cours du d veloppement des lymphocytes. Panneau a : une r gion variable compl te de cha ne l g re codant les boucles CDR1, CDR2 et CDR3 r side dans un seul exon. Panneau b : la r gion variable compl te est d riv e de s quences d'ADN germinal distinctes. Un segment du g ne V code les boucles CDR1 et CDR2, et la boucle CDR3 est form e par des s quences de la fin du segment du g ne V et du d but du segment du g ne J, et par des nucl otides ajout s ou perdus lorsque ces segments de g ne sont joints au cours du d veloppement lymphocytaire. L'exon de la boucle CDR3 de la cha ne lourde est form par la jonction de s quences de segments de g nes V, D et J (non illustr s). variable ou segment de g ne V (voir Fig. 5.2). Ce segment contribue galement en partie la troisi me r gion hypervariable. D'autres parties de la troisi me r gion hypervariable, et le reste de la r gion variable, y compris feuille G (jusqu' 13 acides amin s), proviennent d'un segment de g ne de jonction ou J. Par convention, nous nous r f rerons l'exon codant pour la r gion variable compl te form e par l' pissage de ces segments de g ne comme le g ne de la r gion V. Dans les cellules non lympho des, les segments du g ne de la r gion V restent dans leur configuration germinale d'origine et se trouvent une distance consid rable de la s quence codant pour la r gion C. Dans les lymphocytes B matures, cependant, la s quence assembl e de la r gion V est beaucoup plus proche de la r gion C, la suite d'un v nement d' pissage de l'ADN du g ne. Le r arrangement au sein des g nes de l'immunoglobuline a t d couvert il y a pr s de 40 ans, lorsque les techniques d'analyse des enzymes de restriction ont permis pour la premi re fois d' tudier l'organisation des g nes de l'immunoglobuline dans les cellules B et les cellules non lympho des. De telles exp riences ont montr que des segments d'ADN g nomique dans les g nes des immunoglobulines sont r arrang s dans les cellules de la lign e des lymphocytes B, mais pas dans d'autres cellules. Ce processus de r arrangement est connu sous le nom de recombinaison somatique de l'ADN pour le distinguer de la recombinaison m iotique qui a lieu lors de la production des gam tes. 5-2 Des g nes complets qui codent pour une r gion variable sont g n r s par la recombinaison somatique de segments de g nes s par s. Les r arrangements qui produisent les g nes complets des immunoglobulines cha ne l g re et cha ne lourde sont illustr s la figure 5.3. Pour la cha ne l g re, la jonction d'un segment de g ne VL et d'un segment de g ne JL cr e un exon qui code pour toute la r gion VL de la cha ne l g re. Dans l'ADN non r arrang , les segments du g ne VL sont situ s relativement loin des exons codant pour la r gion constante de la cha ne l g re (r gion CL). Cependant, les segments du g ne JL sont situ s proximit de la r gion CL, et la jonction d'un segment de g ne VL un segment de g ne JL rapproche galement le segment du g ne VL d'une s quence de la r gion CL. Le segment du g ne JL de la r gion VL r arrang e n'est s par d'une s quence de la r gion CL que par un court intron. Pour fabriquer un ARN messager complet cha ne l g re d'immunoglobuline, l'exon de la r gion V est li la s quence de la r gion C par l' pissage de l'ARN apr s la transcription. Pour la cha ne lourde, il y a une complication suppl mentaire. La r gion V cha ne lourde (VH) est cod e en trois segments de g nes, plut t que deux. En plus des segments des g nes V et J (d sign s VH et JH pour les distinguer des VL et JL cha ne l g re), la cha ne lourde utilise un troisi me segment de g ne appel segment de g ne de diversit ou segment de g ne DH, qui se trouve entre les segments de g nes VH et JH. Le processus de recombinaison qui g n re une r gion V compl te cha ne lourde est illustr la figure 5.3 (panneau de droite) et se d roule en deux tapes distinctes. Tout d'abord, un segment de g ne DH est li un segment de g ne JH ; puis un segment de g ne VH se r organise en DJH pour former un exon complet de la r gion VH. Comme pour les g nes cha ne l g re, l' pissage de l'ARN relie la s quence assembl e de la r gion V au g ne voisin de la r gion C. Fig. 5.3 Les g nes de la r gion V sont construits partir de segments de g nes. Les r gions V cha ne lourde sont construites partir de trois segments de g nes, les g nes de la r gion V cha ne l g re sont construits partir de deux segments (panneau de droite). Tout d'abord, les segments de diversit (D) et J se rejoignent, et (panneau central). Une variable (V) et un segment de g ne de jonction (J) dans le puis le segment du g ne V se joint la s quence |
Immunologie de Janeway | DJ combin e, l'ADN g nomique est joint pour former une r gion V cha ne l g re compl te formant un exon VH complet. Un g ne de la r gion C cha ne lourde est l'exon. Les cha nes d'immunoglobulines sont des prot ines extracellulaires, cod es par plusieurs exons. Les exons de la r gion C, ainsi que le segment du g ne V, sont pr c d s d'un exon codant pour une s quence leader du peptide leader, sont piss s la s quence du domaine V pendant (L), qui dirige la prot ine dans les voies s cr toires de la cellule en traitant le transcrit de l'ARN cha ne lourde. La s quence de ligne de rep re et est ensuite cliv e. La r gion C de la cha ne l g re est cod e en a est supprim e apr s la translation, et les liaisons disulfure qui lient l'exon s par et sont reli es l'exon de la r gion V par pissage de cha nes polypeptidiques sont form es. La r gion de la charni re est repr sent e en violet. l'ARN cha nes l g res pour liminer les intons L V et J C. 5-3 Plusieurs segments contigus du g ne V sont pr sents chaque locus d'immunoglobuline. Pour simplifier, nous avons discut de la formation d'une s quence compl te de la r gion V comme s'il n'y avait qu'une seule copie de chaque segment de g ne. En fait, il existe plusieurs copies des segments des g nes V, D et J dans l'ADN germinal. C'est la s lection al atoire d'un seul segment de g ne de chaque type qui produit la grande diversit des r gions V parmi les immunoglobulines. Le nombre de segments de g nes fonctionnels de chaque type dans le g nome humain, tel que d termin par clonage et s quen age de g nes, est indiqu la figure 5.4. Tous les segments de g nes d couverts ne sont pas fonctionnels, car certains ont accumul des mutations qui les emp chent de coder pour une prot ine fonctionnelle. Ces g nes sont appel s pseudog nes . tant donn qu'il existe de nombreux segments de g nes V, D et J dans l'ADN germinal, aucun segment de g ne n'est essentiel, ce qui entra ne un nombre relativement important de pseudog nes. tant donn que certains d'entre eux peuvent subir un r arrangement tout comme un segment de g ne fonctionnel, une proportion importante de r arrangements incorpore un pseudog ne et sera donc non fonctionnelle. Nous avons vu dans la section 4-1 qu'il existe trois ensembles de cha nes d'immunoglobulines la cha ne lourde et deux types quivalents de cha nes l g res, les cha nes et . Les segments de g ne de l'immunoglobuline qui codent pour ces cha nes sont organis s en trois groupes ou locus g n tiques les loci , et cha ne lourde chacun d'entre eux pouvant assembler une s quence compl te de la r gion V. Chaque locus se trouve sur un chromosome diff rent et est organis l g rement diff remment, comme le montre la figure 5.5 pour les locus humains. Au locus de la cha ne l g re , situ sur le chromosome 22 humain, un groupe de segments du g ne V est suivi de quatre (ou chez certains individus cinq) ensembles de segments du g ne J li s chacun un seul g ne C . Dans le locus cha nes l g res, sur le chromosome 2, le groupe de segments du g ne V est suivi d'un groupe de segments du g ne J , puis d'un seul g ne C . L'organisation du locus cha ne lourde, sur le chromosome 14, contient des groupes s par s de segments de g nes VH, DH et JH et de g nes CH. Le locus cha ne lourde diff re d'une mani re importante : au lieu d'une seule r gion C, il contient une s rie de r gions C dispos es les unes apr s les autres, chacune correspondant un isotype diff rent d'immunoglobuline (voir Fig. 5.19). Alors que le locus C contient plusieurs r gions C distinctes, celles-ci codent pour des prot ines similaires, qui fonctionnent de la m me mani re, tandis que les diff rents isotypes cha ne lourde sont structurellement assez distincts et ont des fonctions diff rentes. Les lymphocytes B expriment initialement les isotypes cha ne lourde et (voir Section 4-1), ce qui est accompli par l' pissage alternatif de l'ARNm et qui conduit l'expression des immunoglobulines IgM et IgD, comme nous le verrons dans la Section 5-14. L'expression d'autres isotypes, tels que (donnant des IgG), se produit par des r arrangements de l'ADN appel s changement de classe, et a lieu un stade ult rieur, apr s qu'un lymphocyte B est activ par l'antig ne dans une r ponse immunitaire. Nous d crivons le changement de classe au chapitre 10. Les segments du g ne V humain peuvent tre regroup s en familles dans lesquelles chaque membre partage au moins 80 % de l'identit de la s quence d'ADN avec tous les autres membres de la Fig. 5.4 Le nombre de segments de g nes fonctionnels pour les r gions V des cha nes lourdes et l g res humaines. Les chiffres indiqu s sont d riv s du clonage et du s quen age exhaustifs de l'ADN d'un individu et excluent tous les pseudog nes (versions mut es et non fonctionnelles d'une s quence de g ne). En raison du polymorphisme g n tique, les chiffres ne seront pas les m mes pour toutes les personnes. Fig. 5.5 L'organisation ge |
Immunologie de Janeway | rminale des loci cha nes lourdes et l g res de l'immunoglobuline dans le g nome humain. Selon l'individu, le locus g n tique de la cha ne l g re (chromosome 22) comporte entre 29 et 33 segments fonctionnels du g ne V et quatre ou cinq paires de segments fonctionnels du g ne J et des g nes C . Le locus (chromosome 2) est organis de mani re similaire, avec environ 38 segments fonctionnels du g ne V accompagn s d'un groupe de cinq segments du g ne J mais avec un seul g ne C . Chez environ 50% des individus, l'ensemble du groupe de segments du g ne V a subi une augmentation par duplication (non repr sent , pour simplifier). Le locus cha ne lourde (chromosome 14) comporte environ 40 segments fonctionnels du g ne VH et un groupe d'environ 23 segments DH situ entre ces segments du g ne VH et 6 segments du g ne JH. Le locus cha ne lourde contient galement un grand groupe de g nes CH (voir Fig. 5.19). Pour simplifier, tous les segments du g ne V ont t montr s dans la m me orientation chromosomique ; seul le premier g ne CH (pour C ) est repr sent , sans illustrer ses exons s par s ; et tous les pseudog nes ont t omis. Ce sch ma n'est pas l' chelle : la longueur totale du locus cha ne lourde est sup rieure 2 m gabases (2 millions de bases), alors que certains segments du g ne D n'ont que 6 bases. Fig. 5.6 Les s quences de signal de recombinaison sont des s quences d'heptam res et de nonam res conserv es qui flanquent les segments de g nes codant pour les r gions V, D et J des immunoglobulines. Les s quences de signal de recombinaison (RSS) sont compos es de s quences d'heptam res (CACAGTG) et de nonam res (ACAAAAACC) qui sont s par es par 12 pb ou environ 23 pb de nucl otides. Le motif heptam re-espaceur-nonam re de 12 pb est repr sent ici par une pointe de fl che orange ; Le motif qui comprend l'entretoise de 23 pb est repr sent par une pointe de fl che violette. La jonction de segments de g nes implique presque toujours un RSS de 12 pb et un RSS de 23 pb la r gle des 12/23. La disposition des RSS dans les segments de g nes V (rouge), D (vert) et J (jaune) des cha nes lourdes (H) et l g res ( et ) d'immunoglobulines est illustr e ici. La recombinase RAG-1 (voir Section 5-5) coupe l'ADN avec pr cision entre le dernier nucl otide du segment du g ne V et le premier C de l'heptam re ; ou entre le dernier G de l'heptam re et le premier nucl otide du segment du g ne D ou J. Notez que selon la r gle des 12/23, la disposition des RSS dans les segments de g nes de la cha ne lourde de l'immunoglobuline emp che la jonction directe de V J. Famille. Les segments du g ne V cha ne lourde et de la cha ne peuvent tre subdivis s en sept familles, et il existe huit familles de segments du g ne V . Les familles peuvent tre regroup es en clans, compos s de familles qui ressemblent plus les unes aux autres qu'aux familles d'autres clans. Les segments du g ne VH humain se divisent en trois clans. Tous les segments du g ne VH identifi s chez les amphibiens, les reptiles et les mammif res appartiennent galement aux trois m mes clans, ce qui sugg re que ces clans existaient dans un anc tre commun de ces groupes d'animaux modernes. Ainsi, les segments du g ne V que nous voyons aujourd'hui sont apparus par une s rie de duplications de g nes et de diversification au cours de l' volution. 5-4 Le r arrangement des segments de g nes V, D et J est guid par des s quences d'ADN flanquantes. Pour qu'une cha ne compl te de r cepteurs d'immunoglobulines ou de lymphocytes T soit exprim e, les r arrangements de l'ADN doivent avoir lieu aux bons endroits par rapport aux r gions codant pour les segments de g ne V, D ou J. De plus, ces r arrangements de l'ADN doivent tre r gul s de telle sorte qu'un segment du g ne V soit joint un D ou un J et non un autre segment du g ne V. Les r arrangements de l'ADN sont guid s par des s quences d'ADN non codantes conserv es, appel es s quences de signal de recombinaison (RSS), qui se trouvent proximit des points o la recombinaison a lieu. La structure et la disposition des RSS sont illustr es la Fig. 5.6 pour les loci cha nes l g res et et les loci cha nes lourdes. Un RSS se compose d'un bloc conserv de sept nucl otides l'heptam re 5'CACAGTG3', qui est toujours contigu la s quence codante ; suivi d'une r gion non conserv e connue sous le nom d'espaceur, qui mesure 12 ou 23 paires de bases (pb) de long ; suivi d'un second bloc conserv de neuf nucl otides, le nonam re 5'ACAAAAACC3'. Les s quences donn es ici sont les s quences consensus, mais elles peuvent varier consid rablement d'un segment de g ne l'autre, m me chez un m me individu, car il existe une certaine flexibilit dans la reconnaissance de ces s quences par les enzymes qui effectuent la recombinaison. Les espaceurs varient en s quence, mais leurs longueurs conserv es correspondent un tour (12 pb) ou deux tours (23 pb) de la double h lice de l'ADN. On pense que cela am ne les s quences |
Immunologie de Janeway | de l'heptam re et du nonam re du m me c t de l'h lice de l'ADN pour permettre des interactions avec des prot ines qui catalysent la recombinaison, mais ce concept manque encore de preuve structurelle. Le motif de la s quence heptam re-espaceur-nonam re le RSS se trouve toujours directement c t de la s quence codante des segments du g ne V, D ou J. La recombinaison se produit normalement entre des segments de g nes situ s sur le m me chromosome. Un segment de g ne flanqu d'un RSS avec un espaceur de 12 pb ne peut g n ralement tre joint qu' un segment flanqu d'un espaceur RSS de 23 pb. C'est ce qu'on appelle la r gle du 12/23. Il est important de reconna tre que le mod le des espaceurs de 12 et 23 pb utilis s par les diff rents segments de g nes est diff rent entre les loci , et cha ne lourde (voir Fig. 5.6). Ainsi, pour la cha ne lourde, un segment de g ne DH peut tre joint un segment de g ne JH et un segment de g ne VH un segment de g ne DH, mais les segments de g ne VH ne peuvent pas tre joints directement aux segments de g ne JH, car les segments de g nes VH et JH sont flanqu s d'espaceurs de 23 pb. Cependant, ils peuvent tre joints par un segment du g ne DH entre eux, car les segments DH ont des espaceurs de 12 pb des deux c t s (voir Fig. 5.6). Dans la r gion de liaison l'antig ne d'une immunoglobuline, CDR1 et CDR2 sont cod s directement dans le segment du g ne V (voir Fig. 5.2). CDR3 est cod par la s quence d'ADN suppl mentaire cr e par la jonction des segments des g nes V et J pour la cha ne l g re et des segments des g nes V, D et J pour la cha ne lourde. Une plus grande diversit dans le r pertoire d'anticorps peut tre fournie par les r gions CDR3 qui r sultent de la jonction d'un segment du g ne D un autre segment du g ne D, avant d' tre rejoints par un segment du g ne J. Une telle jonction D-D est peu fr quente et semble violer la r gle 12/23, ce qui sugg re que de telles violations de la r gle 12/23 peuvent se produire basse fr quence. Chez l'homme, la jonction D-D se trouve dans environ 5 % des anticorps et est le principal m canisme expliquant les boucles CDR3 inhabituellement longues trouv es dans certaines cha nes lourdes. Le m canisme de r arrangement de l'ADN est similaire pour les loci cha nes lourdes et l g res, bien qu'un seul v nement de jonction soit n cessaire pour g n rer un g ne cha ne l g re, mais deux sont n cessaires pour un g ne cha ne lourde. Lorsque deux segments de g nes sont dans la m me orientation transcriptionnelle dans l'ADN germinal, leur r arrangement implique la boucle et la suppression de l'ADN entre eux (Fig. 5.7, panneaux de gauche). En revanche, lorsque les segments de g nes ont des orientations transcriptionnelles oppos es, le r arrangement conserve l'ADN interm diaire dans le chromosome mais avec une orientation invers e (voir Fig. 5.7, panneaux de droite). Ce mode de recombinaison est moins courant, mais il repr sente environ la moiti de toutes les jonctions de V J chez l'homme, car l'orientation de la moiti des segments du g ne V est oppos e celle des segments du g ne J . 5-5 La r action qui recombine les segments des g nes V, D et J modifiant les enzymes. Les m canismes enzymatiques globaux impliqu s dans le r arrangement de la r gion V, ou recombinaison V(D)J, sont illustr s la figure 5.8. Deux RSS sont r unis par des interactions entre des prot ines qui reconnaissent sp cifiquement la longueur des espaceurs et appliquent ainsi la r gle des 12/23 pour la recombinaison. La mol cule d'ADN est ensuite cliv e avec pr cision par l'activit de l'endonucl ase deux endroits, puis r unie dans une configuration diff rente. Les extr mit s des s quences heptam res sont jointes de la t te la t te pour former une articulation de signal. Dans la majorit des cas, aucun nucl otide n'est perdu ou ajout entre les deux s quences heptam res, cr ant ainsi une s quence double heptam re 5'CACAGTGCACAGTG3' dans la mol cule d'ADN. Lorsque les segments de jonction sont dans la m me orientation, l'articulation du signal est contenue dans un morceau circulaire d'ADN extrachromosomique (voir Fig. 5.7, panneaux de gauche), qui est perdu du g nome lorsque la cellule se divise. Les segments des g nes V et J, qui restent sur le chromosome, se rejoignent pour former ce qu'on appelle l'articulation codante. Lorsque les segments de jonction sont dans l'orientation relative oppos e les uns aux autres l'int rieur du chromosome (voir Fig. 5.7, panneaux de droite), l'articulation du signal est galement conserv e dans le chromosome, et la r gion de l'ADN entre le segment du g ne V et le RSS du segment du g ne J est invers e pour former l'articulation codante. Cette situation conduit un r arrangement par inversion. Comme nous le verrons plus tard, la jonction commune codante est impr cise, ce qui signifie que des nucl otides peuvent tre ajout s ou perdus entre les segments joints pendant le processus de r arrangement. Cette nature i |
Immunologie de Janeway | mpr cise de la formation des articulations codantes s'ajoute la variabilit de la s quence de la r gion V, appel e diversit jonctionnelle. VID O 5.1 Fig. 5.7 Les segments de g nes de la r gion V sont reli s par recombinaison. Panneau sup rieur : dans chaque v nement de recombinaison de la r gion V, les s quences de signal de recombinaison (RSS) flanquant les segments de g ne sont rassembl es pour permettre la recombinaison d'avoir lieu. Les RSS espac s de 12 pb sont indiqu s en orange, les RSS espac s de 23 pb en violet. Pour simplifier, la recombinaison d'un g ne de cha ne l g re est illustr e ; pour un g ne cha ne lourde, deux v nements de recombinaison distincts sont n cessaires pour g n rer une r gion V fonctionnelle. Panneaux de gauche : dans la plupart des cas, les deux segments en cours de r arrangement (les segments des g nes V et J dans cet exemple) sont dispos s dans la m me orientation transcriptionnelle dans le chromosome, et la juxtaposition des RSS entra ne la boucle de l'ADN interm diaire. La recombinaison se produit aux extr mit s des s quences heptam res dans les RSS, cr ant ce que l'on appelle l'articulation de signal et lib rant l'ADN interm diaire sous la forme d'un cercle ferm . Par la suite, la jonction des segments des g nes V et J cr e l'articulation codante dans l'ADN chromosomique. Panneaux de droite : dans d'autres cas, les segments des g nes V et J sont initialement orient s dans des directions transcriptionnelles oppos es. Dans ce cas, l'alignement des RSS n cessite la configuration enroul e montr e, plut t qu'une simple boucle, de sorte que la jonction des extr mit s des deux s quences heptam res entra ne maintenant l'inversion et l'int gration de l'ADN interm diaire dans une nouvelle position sur le chromosome. Encore une fois, la jonction des segments V et J cr e un exon fonctionnel de la r gion V. direction de transcription L2 V2 Vn Ln L2 V2 L1 V1 JL1 V1 direction de la transcription JLn Vn Articulation codante du signal invers supprim Apr s recombinaison, cette boucle est excis e du chromosome, emportant avec elle les deux r gions RSS Apr s la recombinaison, la r gion enroul e est retenue dans le chromosome dans une orientation invers e L1 V1 L2 L2 V2 V2 23 23 23 12 L2 V2 Vn Vn Ln Ln J J L1 V1 J Les segments du g ne Ln Vn L1 V1 V peuvent tre en orientation transcriptionnelle directe ou inverse par rapport aux segments de g ne en aval Lorsqu'un segment de g ne V orient vers l'avant se recombine avec un segment de g ne en aval, l'alignement des deux r gions RSS boucle l'ADN interm diaire Lorsqu'un segment de g ne V orient en sens inverse se recombine avec un segment de g ne en aval, l'alignement des r gions RSS forme l'ADN interm diaire dans une con guration enroul e Le complexe d'enzymes qui agissent de concert pour effectuer la recombinaison somatique V(D)J est appel la recombinase V(D)J. Les composants lympho des sp cifiques de la recombinase sont appel s RAG-1 et RAG-2, et ils sont cod s par deux g nes activateurs de recombinaison, RAG1 et RAG2. Cette paire de g nes est essentielle la recombinaison de V(D)J, et ils ne sont exprim s dans les lymphocytes en d veloppement que lorsque les lymphocytes sont engag s dans l'assemblage de leurs r cepteurs antig niques, comme d crit plus en d tail au chapitre 8. En effet, les g nes RAG exprim s ensemble peuvent conf rer des cellules non lympho des telles que les fibroblastes la capacit de r arranger des segments exog nes d'ADN contenant les RSS appropri s ; c'est ainsi que RAG-1 et RAG-2 ont t initialement d couverts. L'ADN ligase IV :XRCC4 ligature les extr mit s de l'ADN Ku70 :Ku80 se lie aux extr mit s de l'ADN Articulation de signal pr cise ADN ligase :XRCC4 Articulations de signal Ku80 Ku70 5 -phosphoryl es extr mit s mouss es TdT processus les extr mit s de l'ADN Ku70 :Ku80 se lie aux extr mit s de l'ADN ADN ligase IV :XRCC4 ligature l'ADN extr mit s terminales d soxynucl otidyltransf rase (TdT) ADN ligase :XRCC4 1223 JV RAG-1:2 se lie RSS Synapse de deux RSS Conquguration de la lign e germinale Clivage des RSS Articulations codantes ADN-PK : Artemis ouvre une pingle cheveux RAG-1/2 Ku70 Ku80 Artemis DNA-PK ADN ferm de mani re covalente extr mit s d'une pingle cheveux Joint de codage impr cis Fig. 5.8 tapes enzymatiques dans le r arrangement de V(D)J d pendant de RAG. La recombinaison de segments de g nes contenant des s quences de signal de recombinaison (RSS, triangles) commence par la liaison d'un complexe de prot ines RAG-1 (violet), RAG-2 (bleu) et du groupe de haute mobilit (HMG) (non illustr e) l'un des RSS flanquant les s quences codantes joindre (deuxi me rang e). Le complexe RAG recrute ensuite les autres RSS. Dans l' tape de clivage, l'activit endonucl ase du RAG effectue des coupes simple brin dans le squelette de l'ADN pr cis ment entre chaque segment codant et son RSS. chaque point de coupe, cela cr e un groupe 3'OH, qui r agit ensuite avec une liaison phosphodiest |
Immunologie de Janeway | er sur le brin d'ADN oppos pour g n rer une pingle cheveux, laissant une cassure double brin mouss e la fin du RSS. Ces deux types d'extr mit s de l'ADN sont r solus de diff rentes mani res. Aux extr mit s codantes (panneaux de gauche), les prot ines de r paration essentielles telles que Ku70 :Ku80 (vert) se lient l' pingle cheveux. Ku70:80 forme une structure en forme d'anneau en tant qu'h t rodim re, mais les monom res n'entourent pas l'ADN. Le complexe DNA-PK :Artemis (violet) rejoint ensuite le complexe, et son activit endonucl ase ouvre l' pingle cheveux de l'ADN un site al atoire, produisant soit deux brins d'ADN affleurants, soit une extension simple brin. L'extr mit coup e est ensuite modifi e par la d soxynucl otidyltransf rase terminale (TdT, rose) et l'exonucl ase, qui ajoutent et liminent al atoirement des nucl otides, respectivement (cette tape est illustr e plus en d tail la figure 5.11). Les deux extr mit s codantes sont finalement ligatur es par l'ADN ligase IV en association avec XRCC4 (turquoise). Aux extr mit s du signal (panneaux de droite), Ku70 :Ku80 se lie au RSS mais les extr mit s ne sont pas modifi es. Au lieu de cela, un complexe d'ADN ligase IV :XRCC4 relie les deux extr mit s avec pr cision pour former l'articulation du signal. Les autres prot ines du complexe recombinase sont membres de la voie de jonction d'extr mit s non homologues (NHEJ) de r paration de l'ADN, connue sous le nom de r paration de cassures double brin (DSBR). Dans toutes les cellules, ce processus est responsable de la r union des deux extr mit s au site d'une cassure double brin de l'ADN. Le processus d'assemblage DSBR est impr cis, ce qui signifie que les nucl otides sont fr quemment gagn s ou perdus sur le site d'assemblage. Cela a une pertinence volutive car dans la plupart des cellules, il ne serait pas avantageux de gagner ou de perdre des nucl otides lors de la r paration des DSB. Cependant, dans les lymphocytes, la nature impr cise du DSBR est essentielle pour la diversit jonctionnelle et l'immunit adaptative. Ainsi, cela peut tre la pression motrice pour que le NHEJ m die une jonction impr cise. Une prot ine ubiquitaire contribuant au DSBR est Ku, qui est un h t rodim re (Ku70 :Ku80) ; celle-ci forme un anneau autour de l'ADN et s'associe troitement une sous-unit catalytique de la prot ine kinase, DNA-PKcs, pour former la prot ine kinase d pendante de l'ADN (DNA-PK). Une autre prot ine associ e l'ADN-PKcs est Artemis, qui a une activit nucl ase. Les extr mit s de l'ADN sont finalement reli es entre elles par l'enzyme ADN ligase IV, qui forme un complexe avec la prot ine de r paration de l'ADN XRCC4. Les ADN polym rases et participent la synth se de l'ADN par remplissage final. De plus, la polym rase peut ajouter des nucl otides de mani re ind pendante de la matrice. En r sum , les lymphocytes ont adapt plusieurs enzymes utilis es dans les voies de r paration de l'ADN courantes pour aider compl ter le processus de recombinaison somatique V(D)J initi par les recombinases V(D)J RAG-1 et RAG-2. La premi re r action est un clivage endonucl olytique qui n cessite l'activit coordonn e des deux prot ines RAG. Initialement, un complexe de prot ines RAG-1 et RAG-2, associ la prot ine chromatine-du-groupe haute mobilit HMGB1 ou HMGB2, reconna t et aligne les deux RSS qui sont la cible de la r action de clivage. RAG-1 fonctionne comme un dim re, RAG-2 agissant comme un cofacteur (Fig. 5.9). RAG-1 reconna t et se lie sp cifiquement l'heptam re et au nonam re du RSS et contient l'activit endonucl ase d pendante de Zn2+ du complexe prot ique RAG. En tant que dim re, RAG-1 semble aligner les deux RSS qui vont subir un r arrangement. Des mod les r cents sugg rent que la r gle 12/23 peut tre tablie parce qu'une orientation asym trique essentielle du complexe RAG-1 :RAG-2 induit une pr f rence pour la liaison des l ments RSS de diff rents types (Fig. 5.10). Le complexe RAG li provoque une rupture de l'ADN simple brin au niveau du nucl otide seulement 5' de l'heptam re du RSS, cr ant ainsi un groupe 3'-OH libre l'extr mit du segment codant. Ce groupe nucl ophile 3'OH attaque imm diatement la liaison phosphodiester sur le brin d'ADN oppos , provoquant une cassure double brin et cr ant une pingle cheveux de l'ADN dans la r gion codante et une cassure double brin affleurante la fin de la s quence heptam re. Ce processus de coupe se produit deux fois, une fois pour chaque segment de g ne assembl , produisant quatre extr mit s : deux extr mit s en pingle cheveux dans les r gions codantes et deux extr mit s affleurantes dans les deux s quences heptam res (voir Fig. 5.8). Cependant, ces extr mit s de l'ADN ne flottent pas ensemble, mais sont maintenues fermement dans le complexe jusqu' ce qu'une tape d'assemblage soit termin e. Les extr mit s mouss es de la s quence heptam re sont reli es avec pr cision par un complexe d'ADN ligase IV et XRCC4 pour |
Immunologie de Janeway | former l'articulation du signal. La formation de l'articulation codante est plus complexe. Les deux extr mit s codantes en pingle cheveux sont chacune li es par Ku, qui recrute la sous-unit DNA-PKcs. Artemis est recrut dans ce complexe et est phosphoryl par l'ADN-PK. Art mis ouvre ensuite les pingles cheveux de l'ADN en faisant une entaille simple brin dans l'ADN. Cette entaille peut se produire divers endroits le long de l' pingle cheveux, ce qui entra ne une variabilit de s quence dans l'articulation finale. Les enzymes de r paration de l'ADN dans le complexe modifient l'ouverture Repr sent sous forme de diagrammes en ruban, le complexe RAG-1 :RAG-2 contient deux prot ines RAG-1 (verte et bleue) et deux prot ines RAG-2 (violette). Les 383 premiers acides amin s de RAG-1 ont t tronqu s avant la cristallisation. Le domaine de liaison au nonam re N-terminal (NBD) des deux prot ines RAG-1 subit un change de domaine et m die la dim risation des deux prot ines. Le reste de la prot ine RAG-1 contient l'activit endonucl ase qui d pend de la liaison d'un ion Zn2+. Chaque prot ine RAG-1 se lie une prot ine RAG-2 distincte. Avec l'aimable autorisation de Martin Gellert. Zn2+ Zn2+ J r gion V heptam re nonam re 23 pb RSS 12 pb RSS Un RSS de 12 pb li un RAG-1 favorise la liaison d'un RSS de 23 pb l'autre RAG-1 Fig. 5.10 La r gle de la paire de bases 12/23 peut r sulter de la liaison asym trique des RSS au dim re RAG-1 :RAG-2. en liminant les nucl otides, tandis que l'enzyme terminale d soxynucl otidyltransf rase (TdT), sp cifique des lympho des, qui fait galement partie du complexe recombinase, ajoute des nucl otides de mani re al atoire aux extr mit s monocat naires. L'addition et la suppression de nucl otides peuvent se produire dans n'importe quel ordre, et l'un ne pr c de pas n cessairement l'autre. Enfin, l'ADN ligase IV relie les extr mit s trait es, reconstituant ainsi un chromosome qui comprend le g ne r arrang . Ce processus de r paration cr e une diversit dans l'articulation entre les segments de g nes tout en garantissant que les extr mit s RSS sont ligatur es sans modification et que les dommages g n tiques involontaires tels qu'une rupture chromosomique sont vit s. Malgr l'utilisation de certains m canismes omnipr sents de r paration de l'ADN, l'immunit adaptative bas e sur la g n ration de r cepteurs antig niques m di e par RAG par recombinaison somatique semble tre unique aux vert br s m choires, et son volution est discut e dans la derni re partie de ce chapitre. Les r les in vivo des enzymes impliqu es dans la recombinaison de V(D)J ont t tablis par des mutations naturelles et artificielles. Les souris d pourvues de TdT ont environ 10% du niveau normal de nucl otides non matriciels ajout s aux articulations entre les segments de g nes. Ce petit reste peut r sulter de l'activit ind pendante de la matrice de l'ADN polym rase . Les souris chez lesquelles l'un des g nes RAG a t inactiv , ou qui sont d pourvues d'ADN-PKcs, Ku ou Artemis, souffrent d'un blocage complet du d veloppement des lymphocytes au stade du r arrangement g nique ou ne produisent qu'un nombre insignifiant de cellules B et T. On dit qu'ils souffrent d'un d ficit immunitaire combin s v re (DICS). La mutation originale scid a t d couverte quelque temps avant que les composants de la voie de recombinaison ne soient identifi s et a ensuite t identifi e comme une mutation dans l'ADN-PKcs. Chez l'homme, les mutations de RAG1 ou RAG2 qui entra nent une activit partielle de la V(D)J recombinase sont responsables d'une maladie h r ditaire appel e syndrome d'Omenn, qui se caract rise par une absence de lymphocytes B circulants et une infiltration de la peau par des lymphocytes T oligoclonaux activ s. Les souris d ficientes en composants des voies de r paration de l'ADN omnipr sentes, telles que les DNA-PKcs, Ku ou Artemis, sont d fectueuses dans la r paration des cassures double brin en g n ral et sont donc galement hypersensibles aux rayonnements ionisants (qui produisent des cassures double brin). Les anomalies d'Artemis chez l'homme produisent une immunod ficience combin e des lymphocytes B et T qui est associ e une radiosensibilit accrue. Le DICS caus par des mutations dans les voies de r paration de l'ADN est appel SCID sensible l'irradiation (IR-SCID) pour le distinguer du SCID en raison de d fauts sp cifiques aux lymphocytes. Une autre maladie g n tique dans laquelle la radiosensibilit est associ e un certain degr d'immunod ficience est l'ataxie t langiectasie, qui est due des mutations de la prot ine kinase ATM (ataxie t langiectasie mut e), qui sont galement associ es une d g n rescence c r belleuse et une sensibilit accrue aux radiations Panneau de gauche : Cette image de la structure illustr e la figure 5.9 illustre la flexibilit de la charni re reliant le NBD au domaine catalytique de RAG-1. Panneau de droite : le domaine NBD de RAG-1 interagit avec la s |
Immunologie de Janeway | quence de nonam res RSS (en bleu), tandis que la s quence heptam re de RSS (en rouge) est li e la partie de RAG-1 qui contient l'activit endonucl ase Zn2+. Dans ce mod le de dessin anim , l'interaction d'un RSS de 12 pb avec l'une des sous-unit s de RAG-1 induit la rotation du domaine NBD vers le domaine catalytique de RAG-1, pour s'adapter la longueur du RSS. tant donn que les deux domaines NBD sont coupl s par des changes de domaines, cette conformation induite loigne l'autre NBD de sa sous-unit RAG-1, qui pr f re alors la liaison du RSS de 23 pb. Le clivage endonucl olytique (fl ches) de l'ADN par RAG-1 se produit pr cis ment la jonction entre l'heptam re et le segment de g ne V, D ou J respectif. et le risque de cancer. L'ATM est une s rine/thr onine kinase, comme l'ADN-PKcs, et fonctionne lors de la recombinaison V(D)J en activant des voies qui emp chent les translocations chromosomiques et les grandes d l tions d'ADN qui peuvent parfois se produire lors de la r solution des cassures double brin de l'ADN. Une certaine recombinaison de V(D)J peut se produire en l'absence d'ATM, car les d ficits immunitaires observ s dans l'ataxie t langiectasie, qui comprennent un faible nombre de lymphocytes B et T et/ou un d ficit dans le changement de classe d'anticorps, sont variables dans leur gravit et sont moins s v res que dans le SCID. La preuve que les ATM et les DNA-PKc sont partiellement redondants dans leurs fonctions provient de l'observation que les lymphocytes B d pourvus des deux kinases pr sentent des s quences de jonction de signal anormalement beaucoup plus s v res que les lymphocytes B d pourvus de l'une ou l'autre enzyme seule. 5-6 La diversit du r pertoire d'immunoglobulines est g n r e par quatre processus principaux. Les r arrangements g n tiques qui combinent des segments de g nes pour former un exon complet de la r gion V g n rent de la diversit de deux mani res. Tout d'abord, il existe plusieurs copies diff rentes de chaque type de segment de g ne, et diff rentes combinaisons de segments de g nes peuvent tre utilis es dans diff rents v nements de r arrangement. Cette diversit combinatoire est responsable d'une partie substantielle de la diversit des r gions V. Deuxi mement, la diversit jonctionnelle est introduite au niveau des articulations entre les diff rents segments de g nes la suite de l'addition et de la soustraction de nucl otides par le processus de recombinaison. Une troisi me source de diversit est galement combinatoire, r sultant des nombreuses combinaisons possibles de r gions V lourdes et l g res qui s'apparient pour former le site de liaison l'antig ne dans la mol cule d'immunoglobuline. Les deux moyens de g n rer eux seuls la diversit combinatoire pourraient donner lieu, en th orie, environ 1,9 106 mol cules d'anticorps diff rentes, comme nous le verrons ci-dessous. Coupl la diversit jonctionnelle, on estime qu'au moins 1011 r cepteurs diff rents pourraient constituer le r pertoire des r cepteurs exprim s par les lymphocytes B na fs, et que la diversit pourrait m me tre sup rieure de plusieurs ordres de grandeur, selon la fa on dont on calcule la diversit jonctionnelle. Enfin, l'hypermutation somatique, que nous d crivons au chapitre 10, ne se produit que dans les lymphocytes B apr s l'initiation d'une r ponse immunitaire et introduit des mutations ponctuelles dans les g nes de la r gion V r arrang s. Ce processus g n re une plus grande diversit dans le r pertoire d'anticorps qui peuvent tre s lectionn s pour une meilleure liaison l'antig ne. 5-7 Les multiples segments de g nes h rit s sont utilis s dans diff rentes combinaisons. Il existe plusieurs copies des segments des g nes V, D et J, chacune d'entre elles pouvant contribuer une r gion d'immunoglobuline V. Il est donc possible d'obtenir de nombreuses r gions en V diff rentes en s lectionnant diff rentes combinaisons de ces segments. Pour les cha nes l g res humaines, il y a environ 40 segments fonctionnels du g ne V et 5 segments du g ne J , et donc potentiellement 200 combinaisons diff rentes de r gions V compl tes. Pour les cha nes l g res , il existe environ 30 segments fonctionnels du g ne V et 4 5 segments du g ne J , ce qui donne au moins 120 r gions V possibles (voir Fig. 5.4). Ainsi, en tout, 320 cha nes l g res diff rentes peuvent tre fabriqu es la suite de la combinaison de diff rents segments de g nes de cha nes l g res. Pour les cha nes lourdes de l'homme, il y a 40 segments fonctionnels du g ne VH, environ 25 segments du g ne DH et 6 segments du g ne JH, et donc environ 6000 r gions VH diff rentes possibles (40 25 6 = 6000). Au cours du d veloppement des cellules B, le r arrangement au locus du g ne cha ne lourde pour produire une cha ne lourde est suivi de plusieurs cycles de division cellulaire avant que le r arrangement du g ne cha ne l g re n'ait lieu, ce qui entra ne l'appariement de la m me cha ne lourde diff rentes cha nes l g res d |
Immunologie de Janeway | ans diff rentes cellules. tant donn que les r gions lourdes et V l g res contribuent toutes deux la sp cificit des anticorps, chacune des 320 cha nes l g res diff rentes a pu tre combin e avec chacune des quelque 6000 cha nes lourdes pour donner environ 1,9 106 sp cificit s d'anticorps diff rentes. Cette estimation th orique de la diversit combinatoire est bas e sur le nombre de segments du g ne V germinal contribuant aux anticorps fonctionnels (voir Fig. 5.4) ; le nombre total de segments du g ne V est plus grand, mais les segments de g nes suppl mentaires sont des pseudog nes et n'apparaissent pas dans les mol cules d'immunoglobulines exprim es. En pratique, la diversit combinatoire est susceptible d' tre inf rieure ce que l'on pourrait attendre des calculs ci-dessus. L'une des raisons est que tous les segments du g ne V ne sont pas utilis s la m me fr quence ; Certains sont courants dans les anticorps, tandis que d'autres ne sont que rares. Ce biais pour ou contre certains segments du g ne V est li leur proximit avec des r gions de contr le interg niques au sein du locus de la cha ne lourde qui activent la recombinaison V(D)J dans les lymphocytes B en d veloppement. De plus, toutes les cha nes lourdes ne peuvent pas s'apparier toutes les cha nes l g res : certaines combinaisons de r gions VH et VL ne formeront pas une mol cule stable. Les cellules dans lesquelles les cha nes lourdes et l g res ne parviennent pas s'apparier peuvent subir un r arrangement g n tique suppl mentaire des cha nes l g res jusqu' ce qu'une cha ne appropri e soit produite, sinon elles seront limin es. N anmoins, on pense que la plupart des cha nes lourdes et l g res peuvent s'apparier entre elles, et que ce type de diversit combinatoire joue un r le majeur dans la formation d'un r pertoire d'immunoglobulines avec un large ventail de sp cificit s. 5-8 L'addition et la soustraction variables de nucl otides aux jonctions entre les segments de g nes contribuent la diversit de la troisi me r gion hypervariable. Comme nous l'avons mentionn pr c demment, des trois boucles hypervariables d'une cha ne d'immunoglobulines, CDR1 et CDR2 sont cod s dans le segment du g ne V. CDR3, cependant, se situe la jonction entre le segment du g ne V et le segment du g ne J, et dans la cha ne lourde, il est en partie cod par le segment du g ne D. Dans les cha nes lourdes et l g res, la diversit de CDR3 est significativement augment e par l'ajout et la d l tion de nucl otides deux tapes de la formation des jonctions entre les segments de g nes. Les nucl otides ajout s sont connus sous le nom de N-nucl otides P et N-nucl otides, et leur addition est illustr e la figure 5.11. Les nucl otides P sont appel s ainsi parce qu'ils constituent des s quences palindromiques ajout es aux extr mit s des segments de g nes. Comme d crit la section 5-5, les prot ines RAG g n rent des pingles cheveux d'ADN aux extr mit s codantes des segments V, D ou J, apr s quoi Artemis catalyse un clivage simple brin un point al atoire de la s quence codante, mais pr s de l'endroit o l' pingle cheveux s'est form e pour la premi re fois. Lorsque ce clivage se produit un point diff rent de la cassure initiale induite par le complexe RAG1/2, une queue simple brin est form e partir de quelques nucl otides de la s quence codante et des nucl otides compl mentaires de l'autre ADN Fig. 5.11 L'introduction de N-nucl otides Pand diversifie les articulations entre les segments de g nes lors du r arrangement des g nes d'immunoglobulines. Le processus est illustr pour un r arrangement de DH JH (premi re case) ; cependant, les m mes tapes se produisent dans les r arrangements de VH DH et de VL JL. Apr s la formation des pingles cheveux de l'ADN (deuxi me panneau), les deux s quences heptam res sont ligatur es pour former l'articulation du signal (non illustr e ici), tandis que le complexe Artemis :DNA-PK clive l' pingle cheveux d'ADN un site al atoire (indiqu par les fl ches) pour produire une extr mit d'ADN simple brin (troisi me panneau). Selon le site de clivage, cet ADN simple brin peut contenir des nucl otides qui taient l'origine compl mentaires dans l'ADN double brin et qui forment donc de courts palindromes d'ADN, tels que TCGA et ATAT, comme l'indique la bo te ombr e en bleu clair. Par exemple, la s quence GA la fin du segment D illustr est compl mentaire de la s quence TC pr c dente. De tels segments de nucl otides qui proviennent du brin compl mentaire sont connus sous le nom de nucl otides P. Lorsque l'enzyme terminale d soxynucl otidyltransf rase (TdT) est pr sente, des nucl otides sont ajout s au hasard aux extr mit s des segments monocat naires (quatri me panneau) ; ces nucl otides non mod lis s, ou N, sont indiqu s par la case ombr e. Les deux extr mit s monobrin s'apparient ensuite (cinqui me panneau). La coupe des exonucl otides non appari s (sixi me panneau) et la r paration de l'articulation codante p |
Immunologie de Janeway | ar synth se et ligature de l'ADN (panneau inf rieur) laissent les deux nucl otides P et N (indiqu s par un ombrage bleu clair) dans l'articulation codante finale. Le caract re al atoire de l'insertion des nucl otides N de Pand rend une r gion P-N individuelle pratiquement unique et un marqueur pr cieux pour suivre un clone de cellule B individuel au fur et mesure de son d veloppement, par exemple dans les tudes d'hypermutation somatique. Les lacunes sont stimul es par la synth se et la ligature de l'ADN pour former une articulation codante TCCGGCAATGCTTAADJUn nucl otides appari s sont limin s par une exonucl ase TCCGGCTAAATGCTTAAAATGCTCCGGCTATTAAATGCTTAADJPa ration des brins Ajouts de nucl otides DJN par TdT JDArtemis :Le complexe DNA-PK ouvre les pingles cheveux de l'ADN, g n rant des nucl otides P palindromiques Le complexe ATATATATGCJDRAG g n re une pingle cheveux d'ADN aux extr mit s codantes RSS rassembl es du brin ATATATATGCGCGCGCGCATATATGCGCGCJD (voir Fig. 5.11). Dans de nombreux r arrangements de g nes cha nes l g res, les enzymes de r paration de l'ADN remplissent ensuite des nucl otides compl mentaires sur les queues simple brin, ce qui laisserait de courtes s quences palindromiques (les nucl otides P) au niveau de l'articulation si les extr mit s taient r unies sans aucune autre activit d'exonucl ase. Dans les r arrangements de g nes cha ne lourde et dans une proportion de r arrangements de g nes cha ne l g re humaine, cependant, les N-nucl otides sont ajout s par un m canisme tout fait diff rent avant que les extr mit s ne soient r unies. Les N-nucl otides sont appel s ainsi parce qu'ils ne sont pas cod s par mod le. Ils sont ajout s par l'enzyme TdT aux extr mit s monocat naires de l'ADN codant apr s le clivage en pingle cheveux. Apr s l'ajout d'un maximum de 20 nucl otides, les tirements monocat naires peuvent avoir des paires de bases compl mentaires. Les enzymes de r paration coupent ensuite les nucl otides non compatibles, synth tisent de l'ADN compl mentaire pour combler les lacunes monocat naires restantes et ligaturent le nouvel ADN la r gion palindromique (voir Fig. 5.11). La TdT est exprim e au maximum pendant la p riode de d veloppement des cellules B o le g ne de la cha ne lourde est assembl , et les N-nucl otides sont donc fr quents dans les jonctions V-D et D-J cha ne lourde. Les N-nucl otides sont moins fr quents dans les g nes cha ne l g re, qui subissent un r arrangement apr s les g nes cha ne lourde, lorsque l'expression de TdT a t arr t e, comme nous l'expliquerons plus en d tail au chapitre 8 en discutant des stades de d veloppement sp cifiques des cellules B et T. Les nucl otides peuvent galement tre supprim s aux jonctions des segments de g nes. Ceci est accompli par les exonucl ases, et bien que celles-ci n'aient pas encore t identifi es, Artemis a une double activit d'endonucl ase et d'exonucl ase et pourrait donc bien tre impliqu e dans cette tape. Ainsi, un CDR3 cha ne lourde peut tre plus court que le plus petit segment D. Dans certains cas, il est difficile, voire impossible, de reconna tre le segment D qui a contribu la formation de CDR3 en raison de l'excision de la plupart de ses nucl otides. Les d l tions peuvent galement effacer les traces de palindromes de nucl otides P introduits au moment de l'ouverture de l' pingle cheveux. Pour cette raison, de nombreuses jonctions VDJ termin es ne montrent pas de signes vidents de nucl otides P. Comme le nombre total de nucl otides ajout s par ces processus est al atoire, les nucl otides ajout s perturbent souvent le cadre de lecture de la s quence codante au-del de l'articulation. De tels d calages de cadre conduiront une prot ine non fonctionnelle, et les r arrangements de l'ADN conduisant de telles perturbations sont connus sous le nom de r arrangements non productifs. Comme environ deux r arrangements sur trois seront non productifs, de nombreux prog niteurs de cellules B ne parviennent jamais produire des immunoglobulines fonctionnelles et ne deviennent donc jamais des cellules B matures. Ainsi, la diversit jonctionnelle n'est obtenue qu'au prix d'une perte consid rable de cellules au cours du d veloppement des cellules B. Dans le chapitre 8, nous reviendrons sur ce sujet lorsque nous discuterons des tapes cellulaires du d veloppement des cellules B et de leur relation avec la s quence temporelle de r arrangement des segments des g nes V, D et J des cha nes de r cepteurs antig niques. R sum . L'extraordinaire diversit du r pertoire d'immunoglobulines est obtenue de plusieurs fa ons. Le facteur le plus important permettant cette diversit est peut- tre que les r gions V sont cod es par des segments de g nes distincts (segments de g nes V, D et J), qui sont r unis par un processus de recombinaison somatique la recombinaison V(D)J pour produire un exon complet de la r gion V. De nombreux segments de g nes diff rents sont pr sents dans le g nome d'un in |
Immunologie de Janeway | dividu, fournissant ainsi une source h r ditaire de diversit que ce m canisme combinatoire peut utiliser. Des recombinases sp cifiques uniques aux lymphocytes, les prot ines RAG, sont absolument n cessaires pour catalyser ce r arrangement, et l' volution des prot ines RAG a co ncid avec l'apparition du syst me immunitaire adaptatif moderne des vert br s. Une autre fraction substantielle de la diversit fonctionnelle des immunoglobulines provient de la nature impr cise du processus d'assemblage lui-m me. La variabilit au niveau des articulations codantes entre les segments de g nes est g n r e par l'insertion de nombres al atoires de N-nucl otides Pand et par la d l tion variable de nucl otides aux extr mit s de certains segments. Celles-ci sont provoqu es par l'ouverture al atoire de l' pingle cheveux par Artemis et par les actions de TdT. L'association de diff rentes r gions V cha ne l g re et lourde pour former le site de liaison l'antig ne d'une mol cule d'immunoglobuline contribue une plus grande diversit . La combinaison de toutes ces sources de diversit g n re un vaste r pertoire primaire de sp cificit s d'anticorps. R arrangement du g ne du r cepteur des lymphocytes T. Le m canisme par lequel les r cepteurs antig niques des lymphocytes B sont g n r s est un moyen si puissant de cr er de la diversit qu'il n'est pas surprenant que les r cepteurs antig niques des lymphocytes T aient des ressemblances structurelles avec les immunoglobulines et soient g n r s par le m me m canisme. Dans cette partie du chapitre, nous d crivons l'organisation des loci des r cepteurs des lymphocytes T et la g n ration des g nes pour les cha nes de r cepteurs des lymphocytes T individuels. 5-9 Les segments du g ne du r cepteur des lymphocytes T sont dispos s selon un sch ma similaire aux segments du g ne des immunoglobulines et sont r arrang s par les m mes enzymes. l'instar des cha nes l g res et lourdes des immunoglobulines, les et les cha nes du r cepteur des lymphocytes T (TCR) sont chacune constitu es d'une r gion amino-terminale variable (V) et d'une r gion constante (C) (voir section 4-10). L'organisation des loci TCR et TCR est illustr e la Fig. 5.12. L'organisation des segments de g nes est globalement homologue celle des segments de g nes des immunoglobulines (voir Sections 5-2 et 5-3). Le locus TCR , comme les loci des cha nes l g res d'immunoglobulines, contient des segments des g nes V et J (V et J ). Le locus TCR , comme le locus de la cha ne lourde des immunoglobulines, contient des segments du g ne D en plus des segments des g nes V et J . Les segments du g ne du r cepteur des lymphocytes T se r organisent au cours du d veloppement des lymphocytes T pour former des exons complets du domaine V (Fig. 5.13). Le r arrangement du g ne du r cepteur des lymphocytes T a lieu dans le thymus ; l'ordre et la r glementation des r am nagements sont trait s en d tail au chapitre 8. Essentiellement, cependant, la m canique du r arrangement des g nes est similaire pour les cellules B et T. Les segments du g ne du r cepteur des lymphocytes T sont flanqu s de s quences de signal de recombinaison d'espacement (RSS) de 12 pb et 23 pb qui sont homologues celles qui flanquent l'immunoglobuline Fig. 5.12 L'organisation germinale du r cepteur des lymphocytes T humains et loci. L'arrangement des segments de g nes pour le r cepteur des lymphocytes T ressemble celui des loci d'immunoglobulines, avec des segments de g nes s par s variable (V), diversit (D) et jonction (J) et des g nes constants (C). Le locus TCR (chromosome 14) est constitu de 70 80 segments du g ne V , chacun pr c d d'un exon codant pour la s quence leader (L). On ne sait pas exactement combien de ces segments du g ne V sont fonctionnels. Un groupe de 61 segments du g ne J est situ une distance consid rable des segments du g ne V . Les segments du g ne J sont suivis d'un seul g ne C, qui contient des exons distincts pour les domaines constant et charni re et un seul exon codant pour les r gions transmembranaire et cytoplasmique (non illustr ). Le locus TCR (chromosome 7) a une organisation diff rente, avec un groupe de 52 segments fonctionnels du g ne V situ s distance de deux groupes distincts qui contiennent chacun un seul segment du g ne D avec six ou sept segments du g ne J et un seul g ne C. Chaque g ne TCR C poss de des exons distincts codant pour le domaine constant, la charni re, la r gion transmembranaire et la r gion cytoplasmique (non illustr ). Le locus TCR est interrompu entre les segments des g nes J et V par un autre locus r cepteur des lymphocytes T, le locus TCR (non illustr ici ; voir Fig. 5.17). Les g nes TCR et -cha ne sont compos s de segments discrets qui sont rejoints par recombinaison somatique au cours du d veloppement de la cellule T. Les g nes fonctionnels et -cha ne sont g n r s de la m me mani re que les g nes complets d'immunoglobulines. Pour la cha ne (partie sup rieur |
Immunologie de Janeway | e de la figure), un segment du g ne V se r organise en un segment du g ne J pour cr er un exon fonctionnel de la r gion V. La transcription et l' pissage de l'exon VJ en C g n rent l'ARNm qui est traduit pour produire la prot ine de la cha ne du r cepteur des lymphocytes T. Pour la cha ne (partie inf rieure de la figure), comme pour la cha ne lourde des immunoglobulines, le domaine variable est cod en trois segments de g nes, V , D et J . Le r arrangement de ces segments de g nes g n re un exon fonctionnel de la r gion V de VDJ qui est transcrit et piss pour se joindre C ; l'ARNm r sultant est traduit pour produire la cha ne du r cepteur des lymphocytes T. Les cha nes et s'apparient peu de temps apr s leur synth se pour produire l'h t rodim re du r cepteur T : . Tous les segments du g ne J ne sont pas montr s, et les s quences leaders pr c dant chaque segment du g ne V sont omises pour plus de simplicit . Fig. 5.14 Les s quences de signal de recombinaison flanquent les segments de g ne du r cepteur des lymphocytes T. Comme dans les loci du g ne de l'immunoglobuline (voir Fig. 5.6), les segments de g nes individuels au niveau des loci TCR et TCR sont flanqu s de s quences de signal de recombinaison heptam re-espaceur-nonam re (RSS). Les motifs RSS contenant des entretoises de 12 pb sont repr sent s ici par des pointes de fl ches orange, et ceux contenant des entretoises de 23 pb sont repr sent s en violet. La jonction des segments de g nes suit presque toujours la r gle des 12/23. En raison de la disposition des RSS heptam res et nonam res dans les loci TCR et TCR , la jonction directe V J est en principe autoris e par la r gle 12/23 (contrairement au g ne de la cha ne lourde des immunoglobulines), bien que cela se produise tr s rarement en raison d'autres types de r gulation. Fig. 5.13 R arrangement et expression des g nes et -cha ne T. (Fig. 5.14 ; voir Section 5-4) et sont reconnus par les m mes enzymes. Les cercles d'ADN r sultant du r arrangement des g nes (voir Fig. 5.7) sont connus sous le nom de cercles d'excision des r cepteurs des lymphocytes T (TREC) et sont utilis s comme marqueurs pour les lymphocytes T qui ont r cemment migr du thymus. Tous les d fauts connus dans les g nes qui contr lent la recombinaison V(D)J affectent les lymphocytes T et les lymphocytes B de la m me mani re, et les animaux pr sentant ces d fauts g n tiques sont d pourvus de lymphocytes B et T fonctionnels (voir Section 5-5). Une autre caract ristique commune du r arrangement des g nes des immunoglobulines et des r cepteurs des lymphocytes T est la pr sence de nucl otides N Pand dans les jonctions entre les segments des g nes V, D et J du g ne TCR r arrang . Dans les lymphocytes T, des nucl otides N et P sont galement ajout s entre les segments des g nes V et J de tous les g nes TCR r arrang s, alors que seulement environ la moiti des articulations V-J dans les g nes des cha nes l g res des immunoglobulines sont modifi es par l'ajout de N-nucl otides, et ceux-ci sont souvent laiss s sans aucun nucl otide P (Fig. 5.15 ; voir Section 5-8). Les principales diff rences entre les g nes des immunoglobulines et ceux codant pour les r cepteurs des lymphocytes T refl tent les diff rences dans le fonctionnement des lymphocytes B et des lymphocytes T. Toutes les fonctions effectrices des lymphocytes B d pendent d'anticorps s cr t s dont les diff rents isotypes de la r gion C cha ne lourde d clenchent des m canismes effecteurs distincts. Les fonctions effectrices des lymphocytes T, en revanche, d pendent du contact entre cellules et ne sont pas m di es directement par le r cepteur des lymphocytes T, qui ne sert qu' l'antig ne Fig. 5.15 Le nombre de segments de g nes des r cepteurs des lymphocytes T humains et les sources de diversit des r cepteurs des lymphocytes T par rapport ceux des immunoglobulines. Notez que seulement environ la moiti des cha nes humaines contiennent des N-nucl otides. L'hypermutation somatique en tant que source de diversit n'est pas incluse dans cette figure car elle ne se produit pas dans les lymphocytes T. reconnaissance. Ainsi, les r gions C des locus TCR et TCR sont beaucoup plus simples que celles du locus cha ne lourde des immunoglobulines. Il n'y a qu'un seul g ne C , et bien qu'il y ait deux g nes C , ils sont tr s troitement homologues et il n'y a pas de distinction fonctionnelle connue entre leurs produits. Les g nes de la r gion C du r cepteur des lymphocytes T ne codent que pour des polypeptides transmembranaires. Une autre diff rence entre le r arrangement des g nes des immunoglobulines et des g nes des r cepteurs des lymphocytes T r side dans la nature des RSS entourant les segments du g ne D. Pour la cha ne lourde d'immunoglobulines, le segment D est entour de deux RSS, tous deux espac s de 12 pb (voir Fig. 5.6), tandis que les segments D des loci TCR et TCR ont un RSS de 5 12 pb et un RSS de 3 23 pb (voir Fig. 5.14). L'arrangement |
Immunologie de Janeway | dans le locus de l'immunoglobuline impose naturellement l'inclusion de segments D dans la r gion V cha ne lourde, car une jonction directe de V J violerait la r gle des 12/23. Cependant, dans les loci du r cepteur des lymphocytes T, la jonction directe de V J ne violerait pas cette r gle, puisque le RSS de 23 pb du segment V ou V est compatible avec le RSS de 12 pb du segment du g ne J, et pourtant, normalement, peu ou pas de jonction directe de ce type est observ e. Au lieu de cela, la r gulation des r arrangements g n tiques semble tre contr l e par des m canismes au-del de la r gle du 12/23, et ces m canismes sont toujours l' tude. 5 10 r cepteurs des lymphocytes T concentrent la diversit dans la troisi me r gion hypervariable. La structure tridimensionnelle du site de reconnaissance de l'antig ne d'un r cepteur de lymphocytes T ressemble beaucoup celle du site de reconnaissance de l'antig ne d'une mol cule d'anticorps (voir les sections 4-10 et 4-7, respectivement). Dans un anticorps, le centre du site de liaison l'antig ne est form par les boucles CDR3 des cha nes lourdes et l g res. Les troisi mes boucles hypervariables structurellement quivalentes des cha nes et du r cepteur des lymphocytes T, auxquelles contribuent les segments des g nes D et J, forment galement le centre du site de liaison l'antig ne d'un r cepteur des lymphocytes T ; la p riph rie du site est constitu e des boucles CDR1 et CDR2, qui sont cod es dans les segments du g ne V de la lign e germinale pour les cha nes et . L' tendue et le mod le de variabilit des r cepteurs des lymphocytes T et des immunoglobulines refl tent la nature distincte de leurs ligands. Alors que les sites de liaison l'antig ne des immunoglobulines doivent se conformer aux surfaces d'une vari t presque infinie d'antig nes diff rents, et donc se pr senter sous une grande vari t de formes et de propri t s chimiques, le ligand de la principale classe de r cepteurs des lymphocytes T humains ( : ) est toujours un peptide li une mol cule du CMH. En tant que groupe, les sites de reconnaissance de l'antig ne des r cepteurs des lymphocytes T Fig. 5.16 Les parties les plus variables du r cepteur des lymphocytes T interagissent avec le peptide d'un complexe peptide :CMH. Les boucles CDR d'un r cepteur de cellules T sont repr sent es par des tubes color s, qui dans cette figure sont superpos s au complexe peptide :CMH (CMH, gris ; peptide, jaune-vert avec des atomes O en rouge et N atomes en bleu). Les boucles CDR de la cha ne sont en vert, tandis que celles de la cha ne sont en magenta. Les boucles CDR3 se trouvent au centre de l'interface entre le r cepteur des lymphocytes T et le complexe peptide :CMH, et entrent en contact direct avec le peptide antig nique. On pr dirait donc qu'elle aurait une forme moins variable, la majeure partie de la variabilit tant concentr e sur le peptide antig nique li occupant le centre de la surface en contact avec le r cepteur. En effet, les boucles CDR1 et CDR2 moins variables d'un r cepteur de lymphocytes T entrent principalement en contact avec la composante CMH relativement moins variable du ligand, tandis que les r gions CDR3 tr s variables entrent principalement en contact avec la composante peptidique unique (Fig. 5.16). La diversit structurelle des r cepteurs des lymphocytes T est attribuable principalement la diversit combinatoire et jonctionnelle g n r e au cours du processus de r arrangement des g nes. La figure 5.15 montre que la majeure partie de la variabilit des cha nes de r cepteurs des lymphocytes T se situe dans les r gions jonctionnelles, qui sont cod es par les segments des g nes V, D et J et modifi es par les nucl otides N et Pand. Le locus TCR contient beaucoup plus de segments du g ne J que l'un ou l'autre des loci de cha nes l g res de l'immunoglobuline : chez l'homme, 61 segments du g ne J sont r partis sur environ 80 kb d'ADN, tandis que les locus de la cha ne l g re de l'immunoglobuline n'ont que 5 segments de g ne J au maximum (voir Fig. 5.15). Parce que le TCR locus a beaucoup de segments du g ne J, la variabilit g n r e dans cette r gion est encore plus grande pour les r cepteurs des lymphocytes T que pour les immunoglobulines. Ainsi, la majeure partie de la diversit r side dans les boucles CDR3 qui contiennent la r gion jonctionnelle et forment le centre du site de liaison l'antig ne. Les r cepteurs des lymphocytes T 5-11 : sont galement g n r s par le r arrangement des g nes. Une minorit de lymphocytes T portent des r cepteurs de lymphocytes T compos s de cha nes et (voir Section 4-20). L'organisation des loci TCR et TCR (Fig. 5.17) ressemble celle des loci TCR et TCR , bien qu'il existe des diff rences importantes. Le groupe de segments de g nes codant pour la cha ne se trouve enti rement dans le locus TCR , entre les segments de g nes V et J . Les g nes V sont Fig. 5.17 L'organisation des loci et de la cha ne du r cepte |
Immunologie de Janeway | ur des lymphocytes T chez l'homme. Les loci TCR et TCR , comme les loci TCR et TCR , ont des segments de g nes V, D et J discrets, et des g nes C. De mani re unique, le locus codant pour la cha ne est enti rement situ dans le locus de la cha ne . Les trois segments du g ne D , les quatre segments du g ne J et le g ne C unique se trouvent entre le groupe de segments du g ne V et le groupe de segments du g ne J . Il y a deux segments du g ne V (non illustr s) situ s pr s du g ne C, l'un juste en amont des r gions D et l'autre en orientation invers e juste en aval du g ne C. De plus, il y a six segments du g ne V intercal s entre les segments du g ne V . Cinq sont partag s avec V et peuvent tre utilis s par l'un ou l'autre locus, et un est unique au locus . Le locus TCR humain ressemble au locus TCR en ce qu'il poss de deux g nes C, chacun avec son propre ensemble de segments de g ne J. Le locus souris (non illustr ) a une organisation plus complexe et il existe trois groupes fonctionnels de segments de g nes, chacun contenant des segments de g nes V et J et un g ne C. R arrangement le loci et se d roule comme pour les autres loci r cepteurs des lymphocytes T, l'exception du fait que lors du r arrangement de TCR , deux segments D peuvent tre utilis s dans le m me g ne. L'utilisation de segments deuxD augmente consid rablement la variabilit de la cha ne , principalement parce que des nucl otides suppl mentaires de la r gion N peuvent tre ajout s la jonction entre les deux segments du g ne D ainsi qu'aux jonctions V-D et D-J. entrecoup s des g nes V mais sont situ s principalement dans la r gion 3 du locus. tant donn que tous les segments du g ne V sont orient s de telle sorte que le r arrangement supprimera l'ADN interm diaire, tout r arrangement au locus entra ne la perte du locus (Fig. 5.18). Il y a beaucoup moins de segments du g ne V aux loci TCR et TCR qu'aux loci TCR ou TCR ou l'un des loci d'immunoglobuline. L'augmentation de la variabilit jonctionnelle dans les cha nes peut compenser le petit nombre de segments du g ne V et a pour effet de concentrer presque toute la variabilit du r cepteur : dans la r gion jonctionnelle. Comme nous l'avons vu pour les r cepteurs des lymphocytes T : , les acides amin s cod s par les r gions jonctionnelles se trouvent au centre du site de liaison du r cepteur des lymphocytes T. Les lymphocytes T portant des r cepteurs : sont une lign e distincte de lymphocytes T, et comme nous l'avons vu au chapitre 4, certains lymphocytes T : reconnaissent les mol cules non classiques du CMH de classe I et d'autres mol cules dont l'expression peut tre une indication de dommages cellulaires ou d'infection. Comme nous l'avons vu dans la section 4-20, le CDR3 d'un lymphocyte T : est souvent plus long que le CDR3 d'un r cepteur de lymphocytes T : ; cela permet au CDR des r cepteurs des lymphocytes T : d'interagir directement avec les ligands et contribue galement la grande diversit de ces r cepteurs. Nous discuterons de la r gulation du choix du destin entre les lign es de cellules T : et : au chapitre 8. R sum . Les r cepteurs des lymphocytes T sont structurellement similaires aux immunoglobulines et sont cod s par des g nes homologues. Les g nes des r cepteurs des lymphocytes T sont assembl s par recombinaison somatique partir d'ensembles de segments de g nes de la m me mani re que les g nes des immunoglobulines. La diversit est cependant r partie diff remment dans les immunoglobulines et les r cepteurs des lymphocytes T : les loci des r cepteurs des lymphocytes T ont peu pr s le m me nombre de segments du g ne V que les loci de l'immunoglobuline, mais plus de segments du g ne J, et il y a une plus grande diversification des jonctions entre les segments de g nes au cours du processus de r arrangement des g nes. Ainsi, la plus grande diversit du r cepteur des lymphocytes T se trouve dans la partie centrale du r cepteur, au sein du CDR3, qui, dans le cas des r cepteurs des lymphocytes T : , entre en contact avec le fragment peptidique li du ligand. La majeure partie de la diversit des r cepteurs des lymphocytes T : se trouve galement dans le CDR3, qui est souvent plus long que le CDR3 des r cepteurs des lymphocytes T : et peut galement interagir directement avec les ligands reconnus par les lymphocytes T : . Variation structurelle dans les r gions de constante d'immunoglobuline. Jusqu' pr sent, ce chapitre s'est concentr sur les m canismes d'assemblage des r gions V pour les immunoglobulines et les r cepteurs des lymphocytes T. Nous nous tournons maintenant vers les r gions C. Les r gions C des r cepteurs des lymphocytes T n'agissent que pour soutenir les r gions V et ancrer le r cepteur dans la membrane, et elles ne varient pas apr s l'assemblage d'un g ne r cepteur complet. Les immunoglobulines, en revanche, peuvent tre fabriqu es la fois comme r cepteur transmembranaire et |
Immunologie de Janeway | comme anticorps s cr t s, et elles peuvent tre fabriqu es dans plusieurs classes diff rentes, en fonction des diff rentes r gions C utilis es par la cha ne lourde. Les r gions C de la cha ne l g re (CL) ne fournissent qu'une attache structurelle pour les r gions V, et il ne semble pas y avoir de diff rences fonctionnelles entre les cha nes l g res et . Le locus cha ne lourde code pour diff rentes r gions C (CH) qui sont pr sentes sous forme de g nes distincts situ s en aval des segments de la r gion V. Initialement, les lymphocytes B na fs n'utilisent que les deux premiers d'entre eux, les g nes C et C , qui sont exprim s avec la s quence assembl e associ e de la r gion V pour produire des IgM et des IgD transmembranaires la surface des lymphocytes B na fs. Dans cette section, nous pr sentons les diff rents isotypes cha ne lourde et discutons de certaines de leurs propri t s particuli res ainsi que des caract ristiques structurelles qui distinguent les r gions CH des anticorps des cinq grandes classes. Nous vous expliquons comment Fig. 5.18 La d l tion du locus TCR est induite par le r arrangement d'un segment de g ne V en J . Le locus TCR est enti rement contenu dans la r gion chromosomique contenant le locus TCR . Lorsqu'une r gion V de la r gion V /V se r organise en l'un des segments J , la r gion interm diaire et l'ensemble du locus V sont supprim s. Ainsi, le r arrangement V emp che toute expression continue d'un g ne V et emp che le d veloppement de la lign e par la voie : . Les lymphocytes B na fs expriment les isotypes C et C en m me temps et comment le m me g ne d'anticorps peut g n rer la fois de l'immunoglobuline li e la membrane et de l'immunoglobuline s cr t e par pissage alternatif de l'ARNm. Au cours d'une r ponse anticorps, les lymphocytes B activ s peuvent passer l'expression de g nes CH autres que C et C par un type de recombinaison somatique connu sous le nom de changement de classe (discut au chapitre 10) qui relie diff rentes r gions C cha ne lourde (CH) au segment de g ne VDJH r arrang . 5-12 Les diff rentes classes d'immunoglobulines se distinguent par la structure de leurs r gions constantes cha ne lourde. Les cinq principales classes d'immunoglobulines sont les IgM, les IgD, les IgG, les IgE et les IgA, qui peuvent toutes se pr senter sous forme de r cepteurs antig niques transmembranaires ou d'anticorps s cr t s (Fig. 5.19). Chez l'homme, les IgG se pr sentent sous la forme de quatre sous-classes (IgG1, IgG2, IgG3 et IgG4), nomm es par ordre d croissant de leur abondance dans le s rum, et les anticorps IgA se pr sentent sous la forme de deux sous-classes (IgA1 et IgA2). Les diff rentes cha nes lourdes qui d finissent ces classes sont appel es isotypes et sont d sign es par les lettres grecques minuscules , , , et . Les diff rentes cha nes lourdes sont cod es par diff rents g nes CH d'immunoglobulines situ s dans un groupe de g nes qui est 3 des segments JH, comme illustr la figure 5.19. La figure 5.20 num re les principales propri t s physiques et fonctionnelles des diff rentes classes d'anticorps humains. Les fonctions des classes d'immunoglobulines sont discut es en d tail au chapitre 10, dans le contexte de la r ponse immunitaire humorale ; Ici, nous ne les abordons que bri vement. L'IgM est la premi re classe d'immunoglobulines produites apr s l'activation d'un lymphocyte B, et l'anticorps IgM est s cr t sous forme de pentamer (voir Section 5-14 et Fig. 5.21). Cela explique le poids mol culaire lev des IgM et le fait qu'elles sont normalement pr sentes dans la circulation sanguine mais pas dans les tissus. tre pentamer La structure g n rale des principaux isotypes d'immunoglobulines (ci-dessus dans le panneau sup rieur) est indiqu e, chaque rectangle d signant un domaine d'immunoglobuline. Ces isotypes sont cod s par des g nes distincts de la r gion C cha ne lourde dispos s en grappe chez la souris et l'homme (panneau inf rieur). La r gion constante de la cha ne lourde pour chaque isotype est indiqu e par la m me couleur que le segment du g ne de la r gion C qui le code. Les IgM et les IgE n'ont pas de r gion charni re, mais chacune contient un domaine de cha ne tr s lourde. Notez les diff rences dans le nombre et l'emplacement des liaisons disulfure (lignes noires) reliant les cha nes. Les isotypes diff rent galement dans la distribution des groupes de glucides li s l'azote, repr sent s par des hexagones. Chez l'homme, le groupe de g nes montre des preuves de duplication volutive d'une unit compos e de deux g nes , un g ne et un g ne . L'un des g nes est un pseudog ne ( ) ; par cons quent, un seul sous-type d'IgE est exprim . Pour simplifier, les autres pseudog nes ne sont pas illustr s et les d tails de l'exon dans chaque g ne C ne sont pas montr s. Les classes d'immunoglobulines trouv es chez la souris sont appel es IgM, IgD, IgG1, IgG2a, IgG2b, IgG3, IgA et IgE. Fig. 5.20 Les propri t s physiques et f |
Immunologie de Janeway | onctionnelles des isotypes d'immunoglobulines humaines. Les IgM sont appel es ainsi en raison de leur taille : bien que les IgM monom res ne soient que de 190 kDa, elles forment normalement des pentam res, connus sous le nom de macroglobulines (d'o le M), de tr s grand poids mol culaire (voir Fig. 5.23). L'IgA se dim rise pour donner un poids mol culaire approximatif d'environ 390 kDa dans les s cr tions. L'anticorps IgE est associ une hypersensibilit de type imm diat. Lorsqu'elles sont fix es sur des mastocytes tissulaires, les IgE ont une demi-vie beaucoup plus longue que leur demi-vie dans le plasma illustr e ici. Les activit s relatives des diff rents isotypes sont compar es pour plusieurs fonctions, allant de l'inactive ( ) la plus active (++++). augmente galement l'avidit des IgM pour les antig nes avant que son affinit ne soit augment e par le processus de maturation de l'affinit . Les isotypes IgG produits lors d'une r ponse immunitaire se trouvent dans la circulation sanguine et dans les espaces extracellulaires des tissus. Les isotypes IgM et la plupart des isotypes IgG peuvent interagir avec le composant du compl ment C1 pour activer la voie classique du compl ment (d crite la section 2-7). L'IgA et l'IgE n'activent pas le compl ment. L'IgA peut tre trouv e dans la circulation sanguine, mais elle agit galement dans la d fense des surfaces muqueuses ; Il est s cr t dans l'intestin et les voies respiratoires, ainsi que dans le lait maternel. Les IgE sont particuli rement impliqu es dans la d fense contre les parasites multicellulaires (par exemple, les schistosomes), mais c'est aussi l'anticorps impliqu dans les maladies allergiques courantes telles que l'asthme allergique. Les IgG et les IgE sont toujours des monom res, mais les IgA peuvent tre s cr t es soit sous forme de monom res, soit de dim res. Les diff rences de s quence dans les r gions constantes des cha nes lourdes d'immunoglobulines produisent les caract ristiques distinctes de chaque isotype d'anticorps. Ces caract ristiques comprennent le nombre et l'emplacement des liaisons disulfure intercha nes, le nombre de groupes glucidiques attach s, le nombre de domaines C et la longueur de la r gion charni re (voir Fig. 5.19). Les cha nes lourdes IgM et IgE contiennent un domaine C suppl mentaire qui remplace la r gion charni re pr sente dans les cha nes , et . L'absence de la r gion charni re n'implique pas que les mol cules IgM et IgE manquent de flexibilit ; Les micrographies lectroniques des mol cules d'IgM se liant aux ligands montrent que les bras Fab peuvent se plier par rapport la portion Fc. Cependant, une telle diff rence de structure peut avoir des cons quences fonctionnelles qui ne sont pas encore caract ris es. Les diff rents isotypes et sous-types diff rent galement dans leur capacit engager diverses fonctions effectrices, comme d crit ci-dessous. 5-13 La r gion constante conf re une sp cialisation fonctionnelle l'anticorps. Les anticorps peuvent prot ger le corps de diverses fa ons. Dans certains cas, il suffit que l'anticorps se lie simplement l'antig ne. Par exemple, en se liant troitement une toxine ou un virus, un anticorps peut l'emp cher de reconna tre son r cepteur sur une cellule h te (voir Fig. 1.25). Les r gions V des anticorps sont suffisantes pour cette activit . La r gion C est cependant essentielle pour recruter l'aide d'autres cellules et mol cules afin de d truire et d' liminer les agents pathog nes auxquels l'anticorps s'est li . La r gion Fc contient toutes les r gions C d'un anticorps et a trois fonctions effectrices principales : la liaison au r cepteur Fc, l'activation du compl ment et la r gulation de la s cr tion. Tout d'abord, la r gion Fc de certains isotypes se lie des r cepteurs Fc sp cialis s exprim s par les cellules effectrices immunitaires. Les r cepteurs Fc exprim s la surface des macrophages et des neutrophiles se lient aux parties Fc des anticorps IgG1 et IgG3, facilitant ainsi la phagocytose des agents pathog nes enrob s de ces anticorps. La r gion Fc des IgE se lie un r cepteur Fc de haute affinit sur les mastocytes, les basophiles et les osinophiles activ s, d clenchant la lib ration de m diateurs inflammatoires en r ponse aux antig nes. Nous reviendrons sur ce sujet dans la section 10-19. Deuxi mement, les r gions Fc dans les complexes antig ne :anticorps peuvent se lier la prot ine du compl ment C1q (voir section 2-7) et initier la cascade classique du compl ment, qui recrute et active les phagocytes pour engloutir et d truire les agents pathog nes. Troisi mement, la portion Fc peut livrer des anticorps des endroits qu'ils n'atteindraient pas sans transport actif. Il s'agit notamment du transport des IgA dans les s cr tions muqueuses, les larmes et le lait, et du transfert des IgG de la m re enceinte dans la circulation sanguine f tale. Dans les deux cas, la partie Fc des IgA ou des IgG engage un r cepteur sp cifique, le r cepteur |
Immunologie de Janeway | Fc n onatal (FcRn), qui transporte activement l'immunoglobuline travers les cellules pour atteindre diff rents compartiments du corps. Les podocytes du glom rule r nal expriment FcRn pour aider liminer les IgG qui ont t filtr es du sang et accumul es au niveau de la membrane basale glom rulaire. Le r le de la partie Fc dans ces fonctions effectrices a t d montr en tudiant des immunoglobulines dont un ou plusieurs domaines Fc ont t cliv s enzymatiquement ou modifi s g n tiquement. De nombreux micro-organismes ont r agi au potentiel destructeur de la partie Fc en d veloppant des prot ines qui la lient ou la clivent, emp chant ainsi la r gion Fc de fonctionner ; par exemple, la prot ine A et la prot ine G du staphylocoque et la prot ine D de l'Haemophilus. Les chercheurs ont exploit ces prot ines pour aider cartographier la r gion Fc et aussi comme r actifs immunologiques. Toutes les classes d'immunoglobulines n'ont pas la m me capacit engager chacune des fonctions effectrices (voir Fig. 5.20). Par exemple, les IgG1 et IgG3 ont une affinit plus lev e que les IgG2 pour le type le plus courant de r cepteur Fc. Les IgM et IgD 5-14 sont d riv es du m me transcrit de pr -ARNm et sont toutes deux exprim es la surface des lymphocytes B matures. Les g nes CH de l'immunoglobuline forment un grand groupe s' tendant sur environ 200 kb jusqu'au c t 3 des segments du g ne JH (voir Fig. 5.19). Chaque g ne CH est divis en plusieurs exons (non repr sent s sur la figure), chaque exon correspondant un domaine d'immunoglobuline individuel dans la r gion C repli e. Le g ne codant pour la r gion C est le plus proche des segments du g ne JH, et donc le plus proche de l'exon assembl de la r gion VH (exon VDJ) apr s r arrangement de l'ADN. Une fois le r arrangement termin , la transcription d'un promoteur de seulement 5' l'exon VDJ r arrang produit une transcription compl te cha ne lourde. Tous les segments du g ne JH restants entre le g ne V assembl et le g ne C sont limin s pendant le traitement de l'ARN pour g n rer l'ARNm mature. Les cha nes lourdes sont donc les premi res tre exprim es, et les IgM sont les premi res immunoglobulines produites au cours du d veloppement des lymphocytes B. Imm diatement 3' la g ne se trouve le g ne , qui code pour la r gion C de la cha ne lourde IgD (voir Fig. 5.19). L'IgD est coexprim e avec l'IgM la surface de presque tous les lymphocytes B matures, mais n'est s cr t e qu'en petites quantit s par les plasmocytes. La fonction unique de l'IgD n'est pas encore claire et fait l'objet de recherches actives. Parce que l'IgD a des r gions charni res qui sont plus flexibles que celles des IgM, il a t sugg r que l'IgD est un r cepteur auxiliaire qui peut faciliter la liaison des antig nes par les lymphocytes B na fs. Les souris d pourvues des exons C pr sentent un d veloppement normal des lymphocytes B et peuvent g n rer des r ponses anticorps largement normales, mais pr sentent un retard dans le processus de maturation de l'affinit de l'anticorps pour les antig nes. Nous reviendrons sur ce sujet au chapitre 10, lorsque nous discuterons de l'hypermutation somatique. Les lymphocytes B exprimant les IgM et les IgD n'ont pas subi de changement de classe, ce qui n cessite des modifications irr versibles de l'ADN. Au lieu de cela, ces lymphocytes B produisent un long transcrit primaire d'ARNm qui est piss de mani re diff rentielle pour produire l'une ou l'autre des deux mol cules d'ARNm distinctes (Fig. 5.21). Dans un transcrit, l'exon VDJ est piss aux exons C et subit une polyad nylation partir d'un site voisin (pA1), pour coder une mol cule IgM compl te. Le deuxi me transcrit d'ARN s' tend bien au-del de ce site et comprend les exons C en aval. Dans ce transcrit, l'exon VDJ est piss ces exons C et la polyad nylation se produit un site s par en aval (pA2). Ce transcrit code pour une mol cule d'IgD. On sait depuis les ann es 1980 que le traitement du transcrit de l'ARNm long est r gul par le d veloppement, les lymphocytes B immatures produisant principalement le transcrit et les lymphocytes B matures produisant principalement le ainsi que certaines , bien que jusqu' r cemment, il y avait peu ou pas d'explication mol culaire. Un r cent criblage g n tique avanc de la mutagen se induite par la N- thyl-N-nitrosour e (ENU) chez la souris a identifi un g ne impliqu dans l'expression des IgD qui r gule le processus d' pissage alternatif. Le g ne code pour ZFP318, une prot ine structurellement apparent e la petite ribonucl oprot ine nucl aire U1 de l' pissage, le complexe ARN-prot ine n cessaire l' pissage de l'ARNm. ZFP318 n'est pas exprim dans les lymphocytes B immatures, o le transcrit IgD n'est pas produit, mais devient exprim dans les lymphocytes B matures et activ s qui coexpriment l'IgD avec les IgM. ZFP318 est n cessaire pour l' pissage alternatif du long pr -ARNm de l'exon VDJ aux exons C , car les souris avec un |
Immunologie de Janeway | g ne ZFP318 enti rement inactiv ne parviennent pas exprimer l'IgD et expriment des niveaux accrus d'IgM. Bien que le m canisme pr cis ne soit pas clair, il semble probable que ZFP318 puisse agir directement sur le transcrit du pr -ARNm pendant l' longation, en supprimant l' pissage de l'exon VDJ aux exons C , permettant l' longation du transcrit et favorisant l' pissage aux exons C . En bref, l'expression de ZFP318 favorise l'expression des IgD, bien que la fa on dont l'expression de ZFP318 elle-m me est r gul e dans les cellules B immatures et matures soit encore inconnue. 5-15 Les formes transmembranaires et s cr t es d'immunoglobuline sont g n r es partir de transcrits alternatifs d'ARNm cha ne lourde. Chacun des isotypes d'immunoglobulines peut tre produit soit sous forme de r cepteur li la membrane, soit sous forme d'anticorps s cr t s. Les lymphocytes B expriment initialement la forme transmembranaire des IgM ; apr s stimulation par l'antig ne, certains de leurs Dans les lymphocytes B matures, la transcription initi e au niveau du promoteur VH s' tend travers les exons C et C . Ce long transcrit primaire est ensuite trait par clivage et polyad nylation (AAA), et par pissage. Le clivage et la polyad nylation au site (pA1) et l' pissage entre les exons C produisent un ARNm codant pour la cha ne lourde (panneau de gauche). Le clivage et la polyad nylation au niveau du site (pA2) et un mod le d' pissage diff rent qui relie l'exon de la r gion V aux exons C et supprime les exons C produisent un ARNm codant pour la cha ne compl te lourde (panneau de droite). Pour simplifier, nous n'avons pas montr tous les exons individuels de la r gion C. la descendance se diff rencie en plasmocytes produisant des anticorps IgM, tandis que d'autres subissent un changement de classe pour exprimer des immunoglobulines transmembranaires d'une classe diff rente, suivi de la production d'anticorps s cr t s de la nouvelle classe. Les formes membranaires de toutes les classes d'immunoglobulines sont des monom res compos s de deux cha nes lourdes et de deux cha nes l g res. Les IgM et IgA ne polym risent que lorsqu'elles ont t s cr t es. La forme membranaire de la cha ne lourde d'immunoglobuline a l'extr mit carboxy un domaine transmembranaire hydrophobe d'environ 25 r sidus d'acides amin s qui l'ancre la surface du lymphocyte B. La forme s cr t e remplace ce domaine transmembranaire par une terminaison carboxy compos e d'une queue s cr toire hydrophile. Ces deux formes de terminaisons carboxy sont cod es par des exons diff rents situ s l'extr mit de chaque g ne CH, car ces exons subissent un traitement alternatif de l'ARN. Par exemple, le g ne IgM cha ne lourde contient quatre exons, C 1 C 4, qui codent pour ses quatre domaines Ig cha ne lourde (Fig. 5.22). L'extr mit de l'exon C 4 code galement l'extr mit carboxy de la forme s cr t e. Deux exons suppl mentaires en aval, M1 et M2, codent pour les formes transmembranaires. Si le transcrit primaire est cliv au site de polyad nylation (pAs) situ juste en aval de l'exon C 4 mais avant les deux derniers exons, alors seule la mol cule s cr t e peut tre produite. Si la polym rase transcrit travers ce premier site de polyad nylation, l' pissage peut se produire partir d'un site d' pissage-donneur non consensus dans l'exon C 4 vers l'exon M1. Dans ce cas, la polyad nylation se produit au niveau d'un site en aval (pAm) et la forme de surface cellulaire de l'immunoglobuline peut tre produite. Cette pissure alternative n'est pas compl tement comprise, mais AAA AAA L VDJ C 1 C 2 C 3 C 4SCpAs pAmM1 M2 carboxy terminuspour IgM transmembranaire IgM carboxy terminuspour IgM AAA AAA Ascarardo r arrang Transcription des prot ines Diff rentes formes de traitement de l'ARN Traduction, traitement des prot ines Transcription primaire ARN IgMTransmembrane IgM L VDJ C 1 C 2 C 3 C 4SC pAs pAmM1 M2 Fig. 5.22 Les formes transmembranaires et s cr t es d'immunoglobulines sont d riv es de la m me s quence de cha ne lourde par un traitement alternatif de l'ARN. l'extr mit du g ne C cha ne lourde, il y a deux exons (M1 et M2, jaune) qui codent ensemble la r gion transmembranaire et la queue cytoplasmique de la forme transmembranaire. Dans le dernier exon du domaine C, une s quence codant pour la s cr tion (SC) (orange) code pour l'extr mit carboxy de la forme s cr t e. Dans le cas de l'IgD, la s quence SC se trouve dans un exon s par (non illustr ), mais pour les autres isotypes, y compris les IgM comme indiqu ici, la s quence SC est contigu au dernier exon du domaine C. Les v nements qui dictent si un ARN cha ne lourde entra nera une s cr tion ou une les immunoglobulines transmembranaires se produisent pendant le traitement du transcrit du pr -ARNm. Chaque g ne C cha ne lourde a deux sites potentiels de polyad nylation (repr sent s par pAs et pAm). Panneau de gauche : le transcrit est cliv et polyad nyl (AAA) au deuxi me si |
Immunologie de Janeway | te (pAm). L' pissage se produit partir d'un site situ dans le dernier exon C 4 juste en amont de la s quence SC (orange), jusqu' un second site l'extr mit 5' des exons M1 (jaune). Cela entra ne l' limination de la s quence SC et la jonction de l'exon C 4 aux exons M1 et M2 et g n re la forme transmembranaire de la cha ne lourde. Panneau de droite : la polyad nylation se produit au premier site d'addition de poly(A) (pAs), et la transcription se termine avant les exons M1 et M2, emp chant la g n ration de la forme transmembranaire de la cha ne lourde, et produisant la forme s cr t e. peut impliquer la r gulation de l'activit de l'ARN polym rase lorsque la polym rase transcrit travers le locus IgM. L'un des facteurs qui r gulent la polyad nylation des transcrits d'ARN est une sous-unit du facteur de stimulation de clivage, CstF-64, qui favorise la production du transcrit pour les IgM s cr t es. Le facteur d' longation de la transcription ELL2, qui est induit dans les plasmocytes, favorise galement la polyad nylation au niveau du site pAs et favorise la forme s cr t e. CstF-64 et ELL2 s'associent l'ARN polym rase dans le locus de l'immunoglobuline. Ce traitement diff rentiel de l'ARN est illustr pour C sur la Fig. 5.22, mais il se produit de la m me mani re pour tous les isotypes. Dans les lymphocytes B activ s qui se diff rencient pour devenir des plasmocytes s cr tant des anticorps, la plupart des transcrits sont piss s pour produire la forme s cr t e plut t que transmembranaire de l'isotype cha ne lourde que le lymphocyte B exprime. Les IgM et les IgA 5-16 peuvent former des polym res en interagissant avec la cha ne J. Bien que toutes les mol cules d'immunoglobulines soient construites partir d'une unit de base de deux cha nes lourdes et de deux cha nes l g res, les IgM et les IgA peuvent former des multim res de ces unit s de base (Fig. 5.23). Les r gions C des IgM et des IgA peuvent inclure un cordier de 18 acides amin s qui contient un r sidu de cyst ine essentiel la polym risation. Une cha ne polypeptidique distincte de 15 kDa appel e cha ne J favorise la polym risation en se liant la cyst ine de ce cordier, que l'on ne trouve que dans les formes s cr t es des cha nes et . (Cette cha ne J ne doit pas tre confondue avec la r gion J de l'immunoglobuline cod e par un segment du g ne J ; voir Section 5-2.) Dans le cas des IgA, la dim risation est n cessaire pour le transport travers les pith liums, comme nous le verrons au chapitre 10. Les mol cules d'IgM se trouvent sous forme de pentam res, et parfois d'hexam res (sans cha ne J), dans le plasma, tandis que les IgA se trouvent principalement sous forme de dim res dans les s cr tions muqueuses mais sous forme de monom re dans le plasma. La polym risation des immunoglobulines est galement consid r e comme importante dans la liaison des anticorps aux pitopes r p titifs. Une mol cule d'anticorps poss de au moins deux sites de liaison l'antig ne identiques, chacun ayant une affinit donn e, ou force de liaison, pour l'antig ne. Si l'anticorps se fixe plusieurs pitopes identiques sur un antig ne cible, il ne se dissociera que lorsque tous les sites de liaison se dissocieront. Le taux de dissociation de l'anticorps entier sera donc beaucoup plus lent que le taux de dissociation d'un seul site de liaison ; Plusieurs sites de liaison donnent ainsi l'anticorps une plus grande force de liaison totale, ou avidit . Cette consid ration est particuli rement pertinente pour les IgM pentam res, qui ont 10 sites de liaison l'antig ne. Fig. 5.23 Les mol cules IgM et IgA peuvent former des multim res. Les IgM et les IgA sont g n ralement synth tis es sous forme de multim res en association avec une cha ne polypeptidique suppl mentaire, la cha ne J. Dans l'IgA dim rique (panneau de gauche), les monom res ont des liaisons disulfure la cha ne J ainsi qu'entre eux. Dans les IgM pentam res (panneau de droite), les monom res sont r ticul s par des liaisons disulfure entre eux et avec la cha ne J. Les IgM peuvent galement former des hexam res d pourvus de cha ne J (non illustr ). Les anticorps IgM reconnaissent fr quemment des pitopes r p titifs tels que ceux des polysaccharides de la paroi cellulaire bact rienne, mais les sites de liaison individuels sont souvent de faible affinit car les IgM sont produites t t dans les r ponses immunitaires, avant l'hypermutation somatique et la maturation de l'affinit . La liaison multisite compense cela, en am liorant consid rablement la r sistance fonctionnelle globale de la liaison. Cela implique que la liaison d'un seul pentamer IgM une cible pourrait tre suffisante pour m dier l'activit effectrice biologique, alors que dans le cas des IgG, deux mol cules cibles ind pendantes pourraient devoir tre situ es proximit . R sum . Les classes d'immunoglobulines sont d finies par leurs r gions C cha ne lourde, les diff rents isotypes cha ne lourde tant cod s par diff rents g nes |
Immunologie de Janeway | de la r gion C. Les g nes de la r gion C cha ne lourde sont pr sents dans un groupe de 3 aux segments des g nes V, D et J. Un exon de la r gion V r arrang de mani re productive est initialement exprim en association avec les g nes et CH, qui sont coexprim s dans les lymphocytes B na fs par pissage alternatif d'un transcrit d'ARNm contenant la fois les exons et CH. De plus, les lymphocytes B peuvent exprimer n'importe quelle classe d'immunoglobuline en tant que r cepteur antig nique li la membrane ou en tant qu'anticorps s cr t . Ceci est r alis par pissage diff rentiel de l'ARNm pour inclure des exons qui codent soit une ancre de membrane hydrophobe, soit un cordier s cr table. L'anticorps qu'un lymphocyte B s cr te lors de l'activation reconna t ainsi l'antig ne qui a initialement activ le lymphocyte B via son r cepteur antig nique. Le m me exon de la r gion V peut ensuite tre associ l'un des autres isotypes pour diriger la production d'anticorps de diff rentes classes par le processus de commutation de classe, qui est d crit au chapitre 10. volution de la r ponse immunitaire adaptative. La forme d'immunit adaptative dont nous avons parl jusqu' pr sent dans ce livre d pend de l'action de la recombinase RAG-1/RAG-2 pour g n rer un r pertoire clonal extr mement diversifi d'immunoglobulines et de r cepteurs de cellules T. Ce syst me ne se trouve que chez les vert br s m choires, les gnathostomes, qui se sont s par s des autres vert br s il y a environ 500 millions d'ann es. L'immunit adaptative semble tre apparue brusquement au cours de l' volution. M me les poissons cartilagineux, le premier groupe de poissons m choires survivre jusqu' nos jours, ont un tissu lympho de organis , des r cepteurs de cellules T et des immunoglobulines, et la capacit de d velopper des r ponses immunitaires adaptatives. La diversit g n r e au sein du syst me immunitaire adaptatif des vert br s tait autrefois consid r e comme unique parmi les syst mes immunitaires animaux. Mais nous savons maintenant que des organismes aussi diff rents que les insectes, les chinodermes et les mollusques utilisent une vari t de m canismes g n tiques pour augmenter leur r pertoire de mol cules de d tection d'agents pathog nes, bien qu'ils n'atteignent pas une v ritable immunit adaptative. Plus pr s de chez nous, il a t constat que les esp ces survivantes de vert br s sans m choire, les agnathes les lamproies et les myxines ont une forme d'immunit adaptative ou anticipatoire qui est bas e sur des prot ines non immunoglobulines de type anticorps et implique un syst me de r arrangement des g nes somatiques qui est tout fait distinct du r arrangement V(D)J d pendant du RAG. Nous devrions donc maintenant consid rer notre syst me immunitaire adaptatif comme une seule solution, bien que la plus puissante, au probl me de la g n ration de syst mes tr s divers pour la reconnaissance des agents pathog nes. 5-17 Certains invert br s g n rent une grande diversit dans un r pertoire de g nes de type immunoglobuline. Jusqu' tr s r cemment, on pensait que l'immunit des invert br s se limitait un syst me inn qui avait une diversit tr s restreinte dans la reconnaissance des agents pathog nes. Cette id e tait bas e sur la connaissance que l'immunit inn e chez les vert br s reposait sur environ 10 r cepteurs distincts de type Toll et un nombre similaire d'autres r cepteurs qui reconnaissent galement les PAMP, et aussi sur l'hypoth se que le nombre de r cepteurs chez les invert br s n' tait pas sup rieur. Des tudes r centes ont toutefois mis au jour au moins deux exemples d'invert br s de diversification extensive d'un membre de la superfamille des immunoglobulines, ce qui pourrait potentiellement fournir une gamme largie de reconnaissance des agents pathog nes. Chez la drosophile, les cellules adipeuses et les h mocytes agissent dans le cadre du syst me immunitaire. Les cellules adipeuses s cr tent des prot ines, telles que les d fensines antimicrobiennes (voir chapitres 2 et 3), dans l'h molymphe. Une autre prot ine pr sente dans l'h molymphe est la mol cule d'adh sion cellulaire du syndrome de Down (Dscam), membre de la superfamille des immunoglobulines. Dscam a t d couvert l'origine dans la mouche en tant que prot ine impliqu e dans la sp cification du c blage neuronal. Il est galement fabriqu dans les cellules adipeuses et les h mocytes, qui peuvent le s cr ter dans l'h molymphe, o on pense qu'il reconna t les bact ries envahissantes et aide leur engloutissement par les phagocytes. La prot ine Dscam contient plusieurs domaines de type immunoglobuline, g n ralement 10. Le g ne qui code pour Dscam a cependant volu pour contenir un grand nombre d'exons alternatifs pour plusieurs de ces domaines (Fig. 5.24). L'exon 4 du g ne codant pour la prot ine Dscam peut tre n'importe lequel des 12 exons diff rents, chacun sp cifiant un domaine d'immunoglobuline de s quence diff rente. Le |
Immunologie de Janeway | groupe d'exons 6 a 48 exons alternatifs, le groupe 9 33 autres et le groupe 17 2 autres : on estime que le g ne Dscam pourrait coder environ 38 000 isoformes de prot ines. Un r le de Dscam dans l'immunit a t propos lorsqu'il a t constat que la phagocytose in vitro d'Escherichia coli par des h mocytes isol s d pourvus de Dscam tait moins efficace que par des h mocytes normaux. Ces observations sugg rent qu'au moins une partie de ce vaste r pertoire d'exons alternatifs pourrait avoir volu pour diversifier la capacit des insectes reconna tre les agents pathog nes. Ce r le de Dscam a t confirm chez le moustique Anopheles gambiae, chez lequel il a t d montr que le silence de l'homologue de Dscam, AgDscam, affaiblit la r sistance normale du moustique aux bact ries et au parasite du paludisme Plasmodium. Il existe galement des preuves chez le moustique que certains exons de Dscam ont une sp cificit pour des agents pathog nes particuliers. Il n'est pas clair si les isoformes de Dscam sont exprim es de mani re clonale. Un autre invert br , cette fois un mollusque, utilise une strat gie diff rente pour diversifier une prot ine de la superfamille des immunoglobulines afin de l'utiliser dans l'immunit . L'escargot d'eau douce Biomphalaria glabrata exprime une petite famille de prot ines li es au fibrinog ne (FREP) qui joueraient un r le dans l'immunit inn e. Les FREP ont un ou deux domaines d'immunoglobulines leur extr mit amino-terminale et un domaine fibrinog ne leur extr mit carboxy. Les domaines des immunoglobulines peuvent interagir avec les agents pathog nes, tandis que le domaine du fibrinog ne peut conf rer au FREP des propri t s similaires celles de la lectine qui aident pr cipiter le complexe. Les FREP sont produits par Fig. 5.24 La prot ine Dscam de l'immunit inn e de la drosophile contient plusieurs domaines d'immunoglobulines et est tr s diversifi e gr ce l' pissage alternatif. Le g ne codant pour Dscam chez la drosophile contient plusieurs grands groupes d'exons alternatifs. Les grappes codant pour l'exon 4 (vert), l'exon 6 (bleu clair), l'exon 9 (rouge) et l'exon 17 (orange) contiennent respectivement 12, 48, 33 et 2 exons alternatifs. Pour chacun de ces groupes, un seul exon alternatif est utilis dans l'ARNm complet de Dscam. Il existe une certaine utilisation diff rentielle des exons dans les neurones, les cellules adipeuses et les h mocytes. Les trois types de cellules utilisent toute la gamme d'exons alternatifs pour les exons 4 et 6. Pour l'exon 9, l'utilisation d'exons alternatifs dans les h mocytes et les cellules adipeuses est limit e. L'utilisation combinatoire d'exons alternatifs dans le g ne Dscam permet de g n rer plus de 38 000 isoformes de prot ines. Adapt d'Anastassiou, D. : Genome Biol. 2006, 7 :R2. h mocytes et s cr t s dans l'h molymphe. Leur concentration augmente lorsque l'escargot est infect par des parasites c'est, par exemple, l'h te interm diaire des schistosomes parasites qui causent la schistosomiase humaine. Le g nome de B. glabrata contient de nombreuses copies des g nes FREP qui peuvent tre divis s en environ 13 sous-familles. Une tude des s quences des membres exprim s de la sous-famille FREP3 a r v l que les FREP exprim s dans un organisme individuel sont tr s diversifi s par rapport aux g nes germinaux. Il y a moins de cinq g nes dans la sous-famille FREP3, mais on a constat qu'un escargot individuel g n rait plus de 45 prot ines FREP3 distinctes, toutes avec des s quences l g rement diff rentes. Une analyse des s quences prot iques a sugg r que cette diversification tait due l'accumulation de mutations ponctuelles dans l'un des g nes germinaux FREP3. Bien que le m canisme pr cis de cette diversification et le type de cellule dans lequel elle se produit ne soient pas encore connus, cela sugg re une certaine similitude avec l'hypermutation somatique qui se produit dans les immunoglobulines. Les exemples de l'insecte et de Biomphalaria semblent repr senter un moyen de diversifier les mol cules impliqu es dans la d fense immunitaire, mais bien qu'ils ressemblent certains gards la strat gie d'une r ponse immunitaire adaptative, il n'y a aucune preuve de s lection clonale la pierre angulaire de la v ritable immunit adaptative. r arrangement g nique somatique pour diversifier les r cepteurs construits partir de domaines LRR. Depuis le d but des ann es 1960, on sait que certains poissons sans m choire, la myxine et la lamproie, pouvaient monter une forme de rejet acc l r des greffes de peau transplant es et pr senter une sorte d'hypersensibilit immunologique de type retard . Leur s rum semblait galement contenir une activit qui se comportait comme une agglutinine sp cifique, augmentant en titre apr s les vaccinations secondaires, de la m me mani re qu'une r ponse anticorps chez les vert br s sup rieurs. Bien que ces ph nom nes semblaient rappeler l'immunit adaptative, il n'y avait aucune preuve d'un thymus ou d' |
Immunologie de Janeway | immunoglobulines, mais ces animaux avaient des cellules qui pouvaient tre consid r es comme de v ritables lymphocytes sur la base d'une analyse morphologique et mol culaire. L'analyse des g nes exprim s par les lymphocytes de la lamproie marine Petromyzon marinus n'a r v l aucun lien avec les r cepteurs des lymphocytes T ou les g nes des immunoglobulines. Cependant, ces cellules ont exprim de grandes quantit s d'ARNm partir de g nes codant pour des prot ines avec plusieurs domaines LRR, le m me domaine prot ique partir duquel les r cepteurs de type Toll (TLR) reconnaissant les agents pathog nes sont construits (voir Section 3-5). Cela aurait pu simplement signifier que ces cellules sont sp cialis es pour reconna tre et r agir aux agents pathog nes, mais les prot ines LRR exprim es r servaient quelques surprises. Au lieu d' tre pr sents sous relativement peu de formes (comme les TLR invariants), ils ont des s quences d'acides amin s tr s variables, avec un grand nombre d'unit s LRR variables plac es entre les unit s LRR amino-terminales et carboxy-terminales moins variables. Ces prot ines contenant des LRR, appel es r cepteurs lymphocytaires variables (VLR), ont une r gion de tige invariante qui les relie la membrane plasmique par une liaison glycosylphosphatidylinositol, et elles peuvent soit tre attach es la cellule, soit, d'autres moments, comme les anticorps, tre s cr t es dans le sang. L'analyse des g nes VLR de la lamproie exprim s indique qu'ils sont assembl s par un processus de r arrangement des g nes somatiques (Fig. 5.25). Dans la configuration germinale, il y a trois g nes VLR incomplets, VLRA, VLRB et VLRC, chacun codant pour un peptide signal, une unit LRR amino-terminale partielle et une unit LRR carboxy-terminale partielle, mais ces trois blocs de s quence codante sont s par s par de l'ADN non codant qui ne contient ni signaux typiques pour l' pissage de l'ARN ni les RSS pr sents dans les g nes des immunoglobulines (voir section 5-4). Au lieu de cela, les r gions flanquant les g nes VLR incomplets comprennent un grand nombre de cassettes d'ADN qui contiennent des unit s LRR un, deux ou trois domaines LRR la fois. Chaque lymphocyte de lamproie mature exprime un g ne VLR complet et unique, soit VLRA, VLRB ou VLRC, qui a subi une recombinaison de ces r gions flanquantes avec le g ne VLR germinal. On pense actuellement que la cr ation d'un g ne VLR complet se produit lors de la r plication de l'ADN des lymphocytes de la lamproie par un m canisme de choix de copie qui est similaire, mais non identique, la conversion g nique (d crit la section 5-20). Au cours de la r plication de l'ADN, les unit s LRR flanquant le g ne VLR sont copi es dans le g ne VLR, probablement lorsqu'un brin d'ADN synth tis change de mod le et copie les s quences de l'une de ces unit s LRR. Bien que la preuve finale ne soit pas encore en cours, ce m canisme de changement de matrice peut tre d clench par des enzymes de la famille AID-APOBEC qui sont exprim es par les lymphocytes de la lamproie, et dont l'activit de la cytidine d saminase (CDA) pourrait provoquer les cassures de l'ADN simple brin qui peuvent d marrer le processus de choix de copie. Les lamproies poss dent deux enzymes de ce type : CDA1, qui est exprim dans les lymphocytes de la lign e VLRA, et CDA2, qui est exprim dans les lymphocytes de la lign e VLRB. On ne sait pas encore si CDA1 ou CDA2 est exprim dans les lymphocytes exprimant des VLRC. Le g ne VLR final contient une sous-unit LRR compl te de coiffage amino-terminal, suivie de l'ajout d'un maximum de sept domaines LRR internes, chacun d'une longueur de 24 acides amin s, et de l' limination des r gions non codantes internes pour compl ter la formation du domaine LRR carboxy-terminal (voir Fig. 5.25). On estime que ce m canisme de r arrangement somatique peut g n rer autant de diversit dans les prot ines VLR que possible pour les immunoglobulines. En effet, la structure cristalline d'une prot ine VLR montre que la surface concave form e par la s rie de r p titions LRR interagit avec un insert variable dans le LRR carboxy-terminal pour former une surface capable d'interagir avec une grande diversit d'antig nes. Ainsi, la diversit du r pertoire anticipatoire des agnathes peut tre limit e non pas par le nombre de r cepteurs possibles qu'ils peuvent g n rer mais par le nombre de lymphocytes pr sents chez un individu, comme dans le syst me immunitaire adaptatif de leurs cousins volutifs, les gnathostomes. Comme nous l'avons mentionn ci-dessus, chaque lymphocyte de la lamproie ne r organise qu'un seul des deux g nes VLR germinaux, exprimant soit une prot ine VLRA compl te, soit une prot ine VLRB ou VLRC. Les deux premi res populations cellulaires semblent pr senter certaines caract ristiques des lymphocytes T et B des mammif res, Panneau du haut : une copie germinale incompl te d'un g ne VLR de lamproie contient un cadre ( droite) pour le g ne complet : la part |
Immunologie de Janeway | ie codant pour le peptide signal (SP), une partie d'une unit LRR amino-terminale (NT, bleu fonc ) et une unit LRR carboxy-terminale qui est divis e en deux parties (LRR, rouge clair ; et CT, rouge) par des s quences d'ADN non codantes interm diaires. Les r gions flanquantes voisines ( gauche) contiennent de multiples copies de cassettes du g ne VLR avec des copies simples ou doubles de domaines LRR variables (vert) et des cassettes qui codent pour une partie des domaines amino-terminaux LRR (bleu clair, jaune). Panneau du milieu : la recombinaison somatique entra ne la copie de diverses unit s LRR dans le g ne VLR original. Cela cr e un g ne VLR complet qui contient la cassette LRR amino-terminale assembl e (LRR NT) et le premier LRR (jaune), suivi de plusieurs unit s LRR variables (vert) et de l'unit LRR carboxy-terminale termin e, et se termine par la partie qui code pour la r gion de tige du r cepteur VLR. La cytidine d saminases PmCDA1 et PmCDA2 de la lamproie P. marinus sont des candidats pour les enzymes qui peuvent initier ce r arrangement g n tique. L'expression du g ne r arrang permet d'obtenir un r cepteur complet qui peut tre attach la membrane cellulaire par liaison glycosylphosphatidylinositol (GPI) de sa tige. Panneau inf rieur : un lymphocyte individuel subit un r arrangement g nique somatique pour produire un r cepteur VLR unique. Ces r cepteurs peuvent tre attach s la surface du lymphocyte via la liaison GPI ou peuvent tre s cr t s dans le sang. Des v nements de r arrangement somatique uniques dans chaque lymphocyte en d veloppement g n rent un r pertoire de r cepteurs VLR de sp cificit s diff rentes. Adapt de Pancer, Z., et Cooper, M.D. : Annu. Rev. Immunol. 2006, 24:497 518. Chez les vert br s, l' volution du locus aboutit un locus antig ne-r cepteur en plusieurs parties qui peut tre r arrang par la recombinaison somatique m di e par RAG La recombinaison s pare les g nes RAG des segments de g nes marqu s TR L'insertion du transposon dans un g ne r cepteur Ig de type V divise le g ne en deux sites d'excision du g ne TRRAG1 G ne RAG2 G ne RAG2 RSS RSS G ne RAG2 Cluster de g nes de type RAG1/2 d riv du transposon dans un anc tre deut rostome L'activit de la transposase peut exciser le transposon r p titions terminales et les r ins rer un nouvel emplacement dans le domaine de type Ig de type V du g nome J JVV Fig. 5.26 On pense que l'int gration d'un transposon dans un g ne du r cepteur de l'immunoglobuline de type V a donn naissance aux g nes du r cepteur des lymphocytes T et de l'immunoglobuline. respectivement, et les cellules VLRC semblent plus troitement li es la lign e VLRA. Par exemple, les lymphocytes exprimant VLRA expriment galement des g nes similaires certains g nes de cytokines de cellules T de mammif res, ce qui sugg re une similitude encore plus troite avec notre propre syst me immunitaire adaptatif d pendant de RAG que ce que l'on pensait auparavant. Un r pertoire de g nes semblables ceux des immunoglobulines est apparu brusquement chez les poissons cartilagineux. Au sein des vert br s, nous pouvons retracer le d veloppement des fonctions immunitaires des agnathes aux poissons cartilagineux (requins, raies et raies) jusqu'aux poissons osseux, puis aux amphibiens, aux reptiles et aux oiseaux, et enfin aux mammif res. La recombinaison V(D)J d pendante de RAG n'a pas t observ e chez les agnathes, les autres chord s ou les invert br s. Les origines de l'immunit adaptative d pendante du RAG deviennent maintenant plus claires mesure que les s quences g nomiques de beaucoup plus d'animaux deviennent disponibles. Le premier indice tait que la recombinaison d pendante de RAG partage de nombreuses caract ristiques avec le m canisme de transposition des transposons d'ADN des l ments g n tiques mobiles qui codent leur propre transposase, une activit enzymatique qui leur permet d'exciser partir d'un site du g nome et de se r ins rer ailleurs. Le complexe RAG des mammif res peut agir comme une transposase in vitro, et m me la structure des g nes RAG, qui se trouvent proximit les uns des autres dans le chromosome et n'ont pas les introns habituels des g nes des mammif res, rappelle un transposon. Tout cela a suscit des sp culations selon lesquelles l'origine de l'immunit adaptative d pendante de RAG-D pend tait l'invasion d'un transposon d'ADN dans un g ne similaire une immunoglobuline ou un g ne de la r gion V du r cepteur des lymphocytes T, un v nement qui se serait produit chez un anc tre des vert br s m choires (Fig. 5.26). Les transposons d'ADN portent des s quences r p t es invers es chaque extr mit , qui sont li es par la transposase pour que la transposition se produise. Ces r p titions terminales sont consid r es comme les anc tres des RSS dans les g nes actuels des r cepteurs de l'antig ne (voir la section 5-4), tandis que la prot ine RAG-1 aurait volu partir d'une transposase. La duplication, la r duplica |
Immunologie de Janeway | tion et la recombinaison ult rieures du g ne du r cepteur immunitaire et de ses RSS ins r s ont finalement conduit la s paration des g nes RAG du reste du transposon relique et aux loci multisegment s des r cepteurs d'immunoglobulines et de lymphocytes T des vert br s actuels. On pense maintenant que les origines ultimes des RSS et du noyau catalytique RAG-1 se trouvent dans la superfamille des transposons d'ADN Transib, et le s quen age du g nome a conduit la d couverte de s quences li es RAG1 chez des animaux aussi loign s des vert br s que l'an mone de mer Nematostella. L'origine de RAG2 est Panneau du haut : on pense qu'un transposon d'ADN chez un anc tre des deut rostomes (le grand groupe de phylums auquel appartiennent les chord s) avait des g nes apparent s RAG1 et RAG2 - prototypes RAG1 (violet) et RAG2 (bleu), qui agissaient comme sa transposase. Les transposons d'ADN sont d limit s par des s quences terminales de r p tition invers e (TR). Deuxi me panneau : pour exciser un transposon de l'ADN, les prot ines transposases (violette et bleue) se lient aux TR, les rassemblant, et l'activit enzymatique de la transposase coupe le transposon de l'ADN, laissant une empreinte dans l'ADN de l'h te qui ressemble aux TR. Apr s l'excision d'un site, le transposon se r ins re ailleurs dans le g nome, dans ce cas dans un r cepteur d'immunoglobuline de type V (vert). L'activit enzymatique de la transposase permet la transposon de s'ins rer dans l'ADN dans une r action qui est l'inverse de la r action d'excision. Troisi me panel : l'int gration du transposon de type RAG1/2 au milieu du g ne pour un r cepteur d'immunoglobuline de type V divise l'exon V en deux parties. Quatri me et cinqui me panels : dans l' volution des g nes des r cepteurs des immunoglobulines et des lymphocytes T, l' v nement d'int gration initial a t suivi de r arrangements de l'ADN qui s parent les g nes de la transposase (maintenant connus sous le nom de g nes RAG1 et RAG2) des TR du transposon, que nous appelons maintenant les s quences de signal de recombinaison (RSS). L'oursin violet (un deut rostome invert br ) a un groupe de g nes de type RAG1/2 (non illustr ) et exprime des prot ines similaires aux prot ines RAG-1 et RAG-2, mais n'a pas d'immunoglobulines, de r cepteurs de cellules T ou d'immunit adaptative. Les prot ines de type RAG conservent probablement une autre fonction cellulaire (jusqu' pr sent inconnue) chez cet animal. plus obscur, mais un groupe de g nes apparent s RAG1-RAG2 a r cemment t d couvert chez les oursins, invert br s apparent s aux chord s. Les oursins eux-m mes ne montrent aucun signe d'immunoglobulines, de r cepteurs de cellules T ou d'immunit adaptative, mais les prot ines exprim es par les g nes RAG de l'oursin forment un complexe entre elles et avec les prot ines RAG du requin taureau (Carcharhinus leucas), un vert br primitif m choire, mais pas avec celles des mammif res. Cela sugg re que ces prot ines pourraient en effet tre li es aux RAG des vert br s, et que RAG-1 et RAG-2 taient d j pr sents chez un anc tre commun des chord s et des chinodermes (le groupe auquel appartiennent les oursins), remplissant probablement une autre fonction cellulaire. L'origine du r arrangement des g nes somatiques dans l'excision d'un l ment transposable donne un sens un paradoxe apparent dans le r arrangement des g nes du syst me immunitaire. C'est que les RSS sont li s pr cis ment dans l'ADN excis (voir Section 5-5), qui n'a plus de fonction et dont le sort n'a pas d'importance pour la cellule, tandis que les extr mit s coup es de l'ADN g nomique, qui font partie du g ne du r cepteur des immunoglobulines ou des lymphocytes T, sont reli es par un processus sujet aux erreurs, ce qui pourrait tre consid r comme un inconv nient. Cependant, du point de vue du transposon, cela a du sens, car le transposon pr serve son int grit par ce m canisme d'excision, alors que le sort de l'ADN qu'il laisse derri re lui n'a aucune importance pour lui. Il s'est av r que la jonction sujette aux erreurs dans le g ne primitif de l'immunoglobuline a g n r une diversit utile dans les mol cules de reconnaissance de l'antig ne et a t fortement s lectionn e. Le syst me de r arrangement bas sur RAG a galement fourni quelque chose d'autre que les mutations ne pouvaient pas fournir : un moyen de modifier rapidement la taille de la r gion codante, et pas seulement sa diversit . La question suivante est de savoir dans quel type de g ne le transposon s'est ins r . Les prot ines contenant des domaines de type Ig sont omnipr sentes dans les r gnes v g tal, animal et bact rien, ce qui en fait l'une des super-familles de prot ines les plus abondantes ; Chez les esp ces dont le g nome a t enti rement s quenc , la superfamille des immunoglobulines est l'une des plus grandes familles de domaines prot iques du g nome. Les fonctions des membres de cette superfamille sont tr s disparates, et elles constituent un exemple |
Immunologie de Janeway | frappant de la s lection naturelle qui prend une structure utile le pli de base du domaine Ig et l'adapte diff rents usages. Les domaines de la superfamille des immunoglobulines peuvent tre divis s en quatre familles sur la base des diff rences de structure et de s quence du domaine des immunoglobulines. Il s'agit de V (ressemblant un domaine variable d'immunoglobuline), C1 et C2 (ressemblant des domaines de r gion constante) et d'un type de domaine d'immunoglobuline appel domaine I (pour interm diaire). La cible de l' l ment contenant le RSS est probablement un g ne codant pour un r cepteur de surface cellulaire contenant un domaine V de type Ig, tr s probablement un type similaire aux domaines VJ actuels. Ces domaines se trouvent dans certaines prot ines r ceptrices invariantes et sont appel s ainsi en raison de la ressemblance de l'un des brins avec un segment J. Il est possible d'imaginer comment le mouvement des transposons dans un tel g ne pourrait produire des segments s par s des g nes V et J (voir Fig. 5.26). Sur la base de l'analyse phylog n tique, les r cepteurs appari s agnathes ressemblant aux r cepteurs Ag, ou APAR, qui sont cod s par une famille multig nique trouv e chez la myxine et la lamproie, sont actuellement les meilleurs candidats pour tre des parents de l'anc tre du r cepteur antig nique. Leurs s quences d'ADN pr disent des prot ines transmembranaires passage unique avec un seul domaine VJ extracellulaire et une r gion cytoplasmique contenant des modules de signalisation. Les APAR sont exprim s dans les leucocytes. 5-20 Diff rentes esp ces g n rent une diversit d'immunoglobulines de diff rentes mani res. La plupart des vert br s que nous connaissons g n rent une grande partie de la diversit de leurs r cepteurs antig niques de la m me mani re que les souris et les humains, en assemblant des segments de g nes dans diff rentes combinaisons. Il y a cependant des exceptions, m me chez les mammif res. Certains animaux utilisent le r arrangement g nique pour toujours joindre les m mes segments de g nes V et J dans un premier temps, puis diversifier cette r gion V recombin e. Chez les oiseaux, les lapins, les vaches, les porcs, les moutons et les chevaux, il y a peu ou pas de diversit germinale dans les segments des g nes V, D et J qui sont r arrang s pour former les g nes des r cepteurs initiaux des cellules B, et les s quences de la r gion V r arrang es sont identiques ou similaires dans la plupart des cellules B immatures. Ces lymphocytes B immatures migrent vers des microenvironnements sp cialis s la bourse de Fabricius dans l'intestin des poulets et un autre organe lympho de intestinal chez les lapins. Ici, les lymphocytes B prolif rent rapidement et leurs g nes d'immunoglobulines r arrang s subissent une diversification suppl mentaire. Chez les oiseaux et les lapins, cela se produit principalement par conversion g nique, un processus par lequel de courtes s quences du g ne de la r gion V r arrang exprim sont remplac es par des s quences d'un pseudog ne d'un segment du g ne V en amont. L'arrangement germinal du locus cha ne lourde du poulet est un ensemble unique de segments de g nes V, J, D et C r arrang s et de multiples copies de pseudog nes du segment V. La diversit dans ce syst me est cr e par la conversion g nique dans laquelle les s quences des pseudog nes VH sont copi es dans le g ne VH r arrang unique (Fig. 5.27). Il semble que la conversion g nique soit li e l'hypermutation somatique Fig. 5.27 La diversification des immunoglobulines de poulet se produit par conversion g nique. Chez les poulets, la diversit des immunoglobulines qui peut tre cr e par la recombinaison de V(D)J est extr mement limit e. Initialement, il n'y a qu'un seul segment de g ne V, un segment J et 15 segments de g ne D actifs au locus de la cha ne lourde du poulet et un segment de g ne V actif et un segment de g ne J au locus unique de la cha ne l g re (panneau en haut gauche). Le r arrangement g nique primaire ne peut donc produire qu'un nombre tr s limit de sp cificit s de r cepteurs (seconds panneaux). Les lymphocytes B immatures exprimant ce r cepteur migrent vers la bourse de Fabricius, o la r ticulation de l'immunoglobuline de surface (sIg) induit la prolif ration cellulaire (deuxi mes panneaux). Le g nome du poulet contient de nombreux pseudog nes avec une structure VH-D pr -r arrang e. Les v nements de conversion g nique introduisent des s quences de ces pseudog nes adjacents du segment V du g ne dans le g ne exprim , cr ant ainsi une diversit dans les r cepteurs (troisi mes panneaux). Certaines de ces conversions de g nes inactivent le g ne pr c demment exprim (non illustr ). Si un lymphocyte B ne peut plus exprimer de sIg apr s une telle conversion g nique, il est limin . Des v nements r p t s de conversion g nique peuvent continuer diversifier le r pertoire (panneaux inf rieurs). Des s quences de pseudog nes V sont introduites dans des g nes V r arran |
Immunologie de Janeway | g s par conversion g nique Des cycles multiples de conversion g nique peuvent modifier les affnit s de l'anticorps pour l'antig ne C VDJ C VJ C VDJ C VJ C VDJ C VJ Cellules B de poulet immatures. Tous ont r arrang les m mes g nes VH et V V H D C J V C J VH pseudog nes V Pseudog nes G nes germinales de l'immunoglobuline de poulet dans son m canisme, car il a t d montr que la conversion g nique dans une lign e de cellules B de poulet n cessite la cytidine d saminase induite par l'activation enzymatique (AID). Dans le chapitre 10, nous verrons que cette m me enzyme est impliqu e dans le changement de classe et la maturation de l'affinit de la r ponse anticorps. Pour la conversion g nique, on pense que les coupes simple brin dans l'ADN g n r par l'endonucl ase apurinique/apyrimidinique endonucl ase-1 (APE1) apr s les actions de l'AID sont le signal qui initie un processus de r paration dirig par homologie dans lequel un segment de pseudog ne V homologue est utilis comme mod le pour la r plication de l'ADN qui r pare le g ne de la r gion V. Chez les moutons et les vaches, la diversification des immunoglobulines est le r sultat d'une hypermutation somatique, qui se produit dans un organe connu sous le nom de patch de Peyer il al. L'hypermutation somatique, ind pendante des lymphocytes T et d'un antig ne moteur particulier, contribue galement la diversification des immunoglobulines chez les oiseaux, les moutons et les lapins. Une organisation plus fondamentalement diff rente des g nes des immunoglobulines se trouve chez les poissons cartilagineux, les vert br s m choires les plus primitifs. Les requins ont plusieurs copies de cassettes discr tes VL-JL-CL et VH-DH-JH-CH, et activent le r arrangement l'int rieur de cassettes individuelles (Fig. 5.28). Bien que cela soit quelque peu diff rent du type de r arrangement g nique combinatoire des vert br s sup rieurs, dans la plupart des cas, il est toujours n cessaire de provoquer un v nement de r arrangement somatique m di par RAG. En plus de r arranger les g nes, les poissons cartilagineux ont plusieurs r gions VL r arrang es (et parfois des r gions VH r arrang es) dans le g nome germinal (voir Fig. 5.28) et g n rent apparemment de la diversit en activant la transcription de diff rentes copies. M me ici, une certaine diversit est galement apport e par des moyens combinatoires par l'appariement ult rieur de cha nes lourdes et l g res. Il est peu probable que cette organisation germinale des loci cha ne l g re repr sente une tape volutive interm diaire, car dans ce cas, les g nes cha ne lourde et cha ne l g re auraient d acqu rir ind pendamment la capacit de r arrangement par volution convergente. Il est beaucoup plus probable qu'apr s la divergence des poissons cartilagineux, certains loci d'immunoglobulines se soient r arrang s dans la lign e germinale de divers anc tres par l'activation des g nes RAG dans les cellules germinales, avec pour cons quence l'h r dit des loci r arrang s par la prog niture. Chez ces esp ces, les loci germinaux r arrang s pourraient conf rer certains avantages, tels que l'assurance de r ponses rapides aux agents pathog nes courants en produisant un ensemble pr form de cha nes d'immunoglobulines. On pense que l'isotype de l'anticorps IgM remonte aux origines de l'immunit adaptative. C'est la forme pr dominante d'immunoglobuline dans les Fig. 5.28 L'organisation des g nes des immunoglobulines est diff rente chez diff rentes esp ces, mais toutes peuvent g n rer un r pertoire diversifi de r cepteurs. L'organisation des g nes de la cha ne lourde des immunoglobulines chez les mammif res, dans lesquels il existe des groupes s par s de segments r p t s de g nes V, D et J, n'est pas la seule solution au probl me de la g n ration d'un r pertoire diversifi de r cepteurs. D'autres vert br s ont trouv des solutions alternatives. Dans les groupes primitifs , tels que les requins, le locus se compose de plusieurs r p titions d'une unit de base compos e d'un segment du g ne V, d'un ou deux segments du g ne D, d'un segment du g ne J et d'un segment du g ne C. Une version plus extr me de cette organisation se trouve dans le locus de cha ne l g re de type de certains poissons cartilagineux tels que les raies et les requins carcharhines, dans lesquels l'unit r p t e est constitu e de g nes VJ-C d j r arrang s, partir desquels un choix al atoire est fait pour l'expression. Chez les poulets, il n'y a qu'un seul ensemble de segments de g nes r organis s au locus de la cha ne lourde, mais il y a plusieurs copies de pseudog nes pr -int gr s de segments VH-D. La diversit dans ce syst me est cr e par la conversion g nique, dans laquelle les s quences des pseudog nes VH-D sont copi es sur le g ne VH r arrang . poissons et poissons osseux. Les poissons cartilagineux ont galement au moins deux autres isotypes cha ne lourde que l'on ne trouve pas chez les esp ces plus r cemment volu es. L'une, |
Immunologie de Janeway | IgW, a une r gion constante compos e de six domaines d'immunoglobulines, tandis que la seconde, IgNAR, que nous avons d crite la section 4-10, semble tre apparent e aux IgW, mais a perdu le premier domaine de r gion constante et ne s'apparie pas avec des cha nes l g res. Au lieu de cela, il forme un homodim re dans lequel chaque domaine V cha ne lourde forme un site de liaison l'antig ne distinct. Les IgW semblent tre apparent es aux IgD (que l'on trouve pour la premi re fois chez les poissons osseux) et, comme les IgM, semblent remonter l'origine de l'immunit adaptative. 5-21 Les r cepteurs des lymphocytes T : et : sont pr sents chez les poissons cartilagineux. Ni les r cepteurs des lymphocytes T ni les immunoglobulines n'ont t trouv s chez aucune esp ce au cours de l' volution plus t t que les poissons cartilagineux, chez lesquels ils ont essentiellement la m me forme que celle que nous voyons chez les mammif res. L'identification d'homologues de la cha ne TCR et de la cha ne chez les requins, et des cha nes TCR , , et distinctes d'une raie, montre que m me au moment o ces r cepteurs du syst me immunitaire adaptatif peuvent tre identifi s, ils s' taient d j diversifi s en au moins deux syst mes de reconnaissance. De plus, chaque lign e pr sente une diversit r sultant d'un r arrangement somatique combinatoire. L'identification de nombreux ligands reconnus par les lymphocytes T : a permis de clarifier leur r le dans la r ponse immunitaire. Bien qu'il n'en reste pas encore une liste compl te, la tendance semble tre plus proche d'une sorte de d tection inn e plut t que de la sp cificit peptidique fine des cellules T : . Les ligands des lymphocytes T : comprennent divers lipides qui peuvent proriver de microbes et de mol cules non classiques de classe Ib du CMH dont l'expression peut tre une indication d'infection ou de stress cellulaire (voir Section 6-17). M me certains lymphocytes T : T semblent participer une forme de reconnaissance inn e, comme les lymphocytes T invariants associ s la muqueuse d crits dans la section 4-18. Cela pourrait indiquer qu'au d but de l' volution de l'immunit adaptative d pendante de RAG, les r cepteurs g n r s par l'excision du r trotransposon primordial taient utiles dans la d tection inn e des infections, et que ce r le a persist dans certaines populations mineures de lymphocytes T jusqu' ce jour. Quoi qu'il en soit, la divergence tr s pr coce de ces deux classes de r cepteurs des lymphocytes T et leur conservation au cours de l' volution ult rieure sugg rent une s paration pr coce importante des fonctions. Les mol cules 5-22 du CMH de classe I et de classe II sont galement trouv es pour la premi re fois dans les poissons cartilagineux. On s'attendrait voir les ligands sp cifiques des r cepteurs des lymphocytes T, les mol cules du CMH, merger peu pr s au m me moment de l' volution que les r cepteurs. En effet, les mol cules du CMH sont pr sentes chez les poissons cartilagineux et chez tous les vert br s sup rieurs, mais, comme les r cepteurs des lymphocytes T, elles n'ont pas t trouv es chez les agnathes ou les invert br s. Les g nes de la cha ne et de la cha ne du CMH de classe I et de classe II sont pr sents chez les requins, et leurs produits semblent fonctionner de mani re identique ceux des mol cules du CMH des mammif res. Les r sidus cl s de la fente de liaison au peptide qui interagissent avec les extr mit s du peptide dans les mol cules du CMH de classe I ou avec la r gion centrale du peptide dans les mol cules du CMH de classe II sont conserv s dans les mol cules du CMH de requin. De plus, les g nes du CMH sont galement polymorphes chez les requins, avec de multiples all les de loci de classe I et de classe II. Chez certaines esp ces, plus de 20 all les du CMH de classe I ont t identifi s ce jour. Pour les mol cules du CMH de requin de classe II, les cha nes de classe II et de classe sont polymorphes. Ainsi, non seulement la fonction des mol cules du CMH dans la s lection des peptides pour la pr sentation a volu au cours de la divergence des agnathes et des poissons cartilagineux, mais la s lection continue impos e par les agents pathog nes a galement entra n le polymorphisme qui est une caract ristique du CMH. La section 4-20 a introduit la division entre les g nes classiques du CMH de classe I (parfois appel s classe Ia) et les g nes non classiques du CMH de classe Ib, qui sera discut e au chapitre 6. Cette division est galement pr sente chez les poissons cartilagineux, car les g nes de classe I des requins en comprennent certains qui ressemblent des mol cules de classe Ib de mammif res. Cependant, on pense que les g nes de la classe Ib des requins ne sont pas les anc tres directs des g nes de la classe Ib des mammif res. Pour les g nes de classe I, il semble qu'au sein de chacune des cinq principales lign es de vert br s tudi es (poissons cartilagineux, poissons nageoires lob |
Immunologie de Janeway | es, poissons nageoires rayonn es, amphibiens et mammif res), ces g nes se soient s par s ind pendamment en loci classiques et non classiques. Ainsi, les traits caract ristiques des mol cules du CMH sont tous pr sents lorsque ces mol cules sont rencontr es pour la premi re fois, et il n'y a pas de formes interm diaires pour guider notre compr hension de leur volution. Bien que l'on puisse retracer l' volution des composants du syst me immunitaire inn , le myst re de l'origine du syst me immunitaire adaptatif persiste encore en grande partie. Mais bien que nous n'ayons peut- tre pas de r ponse s re la question de savoir quelles forces s lectives ont conduit l' laboration de l'immunit adaptative d pendante du RAG, il n'a jamais t aussi clair que, comme Charles Darwin l'a fait remarquer propos de l' volution en g n ral, depuis un d but si simple, des formes infinies les plus belles et les plus merveilleuses ont t et sont en train d' voluer . R sum . L' volution de l'immunit adaptative d pendante du RAG chez les vert br s m choires tait autrefois consid r e comme un Big Bang immunologique tout fait unique et inexplicable. Cependant, nous comprenons maintenant que l'immunit adaptative a galement volu ind pendamment au moins une autre fois au cours de l' volution. Nos proches cousins vert br s, les poissons sans m choires, ont d velopp un syst me immunitaire adaptatif construit sur une base compl tement diff rente la diversification des domaines LRR plut t que des domaines d'immunoglobulines mais qui semble par ailleurs avoir les caract ristiques essentielles de l'expression clonale de r cepteurs produits par un r arrangement somatique et avec une forme de m moire immunologique, toutes caract ristiques d'un syst me immunitaire adaptatif. Nous comprenons maintenant que l' volution du syst me immunitaire adaptatif d pendant de RAG est probablement li e l'insertion d'un transposon dans un membre d'un g ne primordial de la superfamille des immunoglobulines, qui a d se produire dans une cellule germinale chez un anc tre des vert br s. Par chance, les s quences terminales du transposon, les pr curseurs des RSS, ont t plac es un endroit appropri au sein de ce g ne primordial du r cepteur de l'antig ne pour permettre la recombinaison somatique intramol culaire, ouvrant ainsi la voie au r arrangement complet des g nes somatiques observ dans les g nes actuels des immunoglobulines et des r cepteurs des lymphocytes T. Les mol cules du CMH qui sont les ligands des r cepteurs des lymphocytes T apparaissent pour la premi re fois chez les poissons cartilagineux, sugg rant une co volution avec l'immunit adaptative d pendante du RAG. Les g nes de la transposase (les g nes RAG) pourraient d j avoir t pr sents et actifs dans une autre fonction du g nome de cet anc tre. RAG1 semble tre d'origine tr s ancienne, car des s quences apparent es RAG1 ont t trouv es dans une grande vari t de g nomes animaux. R sum du chapitre 5. Les r cepteurs antig niques des lymphocytes sont remarquablement diversifi s, et les lymphocytes B et T en d veloppement utilisent le m me m canisme de base pour obtenir cette diversit . Dans chaque cellule, les g nes fonctionnels des cha nes de r cepteurs des immunoglobulines et des lymphocytes T sont assembl s par recombinaison somatique partir d'ensembles de segments de g nes distincts qui codent ensemble pour la r gion V. Les substrats du processus d'assemblage sont des r seaux de segments de g nes V, D et J, qui sont similaires dans tous les loci du g ne antig ne-r cepteur. Les prot ines sp cifiques lympho des RAG-1 et RAG-2 dirigent le clivage sp cifique du site de l'ADN au niveau des RSS flanquant les segments V, D et J pour former des cassures double brin qui initient le processus de recombinaison dans les cellules T et B. Ces prot ines fonctionnent de concert avec des enzymes modificatrices de l'ADN omnipr sentes agissant dans la voie de r paration des cassures double brin, et avec au moins une autre enzyme sp cifique lympho de, TdT, pour compl ter les r arrangements g niques. Comme chaque type de segment de g ne est pr sent dans plusieurs versions, l g rement diff rentes, la s lection al atoire d'un segment de g ne dans chaque ensemble est une source de diversit potentielle substantielle. Au cours de l'assemblage, les m canismes d'assemblage impr cis aux jonctions codantes cr ent un haut degr de diversit concentr dans les boucles CDR3 du r cepteur, qui se trouvent au centre des sites de liaison l'antig ne. L'association ind pendante des deux cha nes d'immunoglobulines ou de r cepteurs des lymphocytes T pour former un r cepteur antig nique complet multiplie la diversit globale disponible. Une diff rence importante entre les immunoglobulines et les r cepteurs des lymphocytes T est que les immunoglobulines existent la fois sous forme membranaire (r cepteurs des lymphocytes B) et sous forme s cr t e (anticorps). La capacit d'exprimer l |
Immunologie de Janeway | a fois une forme s cr t e et une forme membranaire de la m me mol cule est due l' pissage alternatif de l'ARNm cha ne lourde pour inclure des exons qui codent pour diff rentes formes de l'extr mit carboxy-terminale. Les r gions C cha ne lourde des immunoglobulines contiennent trois ou quatre domaines, tandis que les cha nes r ceptrices des lymphocytes T n'en ont qu'un. D'autres esp ces ont d velopp des strat gies pour diversifier les r cepteurs impliqu s dans l'immunit , et les agnathes utilisent un syst me de VLR qui subissent un r arrangement somatique qui pr sente des similitudes sp cifiques avec notre propre syst me immunitaire adaptatif. L'immunit adaptative chez les vert br s m choires les gnathostomes semble tre apparue par l'int gration d'un r trotransposon qui codait des g nes prototypes RAG1/2 dans un g ne pr existant de type immunoglobuline de type V qui s'est ensuite diversifi pour g n rer des g nes de r cepteur des cellules T et B. Questionne. 5.1 Vrai ou faux : Un lymphocyte T en d veloppement peut par hasard exprimer la fois un h t rodim re et un h t rodim re si tous les loci se recombinent avec succ s. 5.2 Choix multiple : Lequel des facteurs suivants impliqu s dans la recombinaison antig ne-r cepteur pourrait tre supprim sans terminer la formation des r cepteurs antig niques ? A. Art mis B. TdT C. RAG-2 D. Ku E. XRCC4 5.3 Vrai ou faux : Les lymphocytes B et T peuvent subir une hypermutation somatique de leur r cepteur antig nique dans le contexte d'une r ponse immunitaire afin d'am liorer l'affinit antig nique. 5.4 R ponse courte : Quels sont les quatre processus qui contribuent la grande diversit des anticorps et des r cepteurs des lymphocytes B ? 5.5 Appariement : Associez la ou les prot ines leur fonction : A. RAG-1 et RAG-2 i. Ajout de N-nucl otides sans mod le B. Art mis ii. Activit des nucl ases pour ouvrir l' pingle cheveux de l'ADN et g n rer des nucl otides P C. TdT iii. Reconna t(s) RSS et cr e(s) une rupture simple brin D. ADN ligase IV et iv. Joint(s) ADN extr mit s XRCC4 E. DNA-PKcs c. Forme(s) un complexe avec Ku pour maintenir l'ADN ensemble et phosphoryler Artemis 5.6 R ponse courte : Qu'est-ce que la r gle 12/23 et comment assure-t-elle une bonne jonction des segments V(D)J ? 5.7 Appariement : Appariement du trouble clinique aux anomalies g n tiques : A. Ataxie t langiectasie i. Mutations RAG-1 ou RAG-2 entra nant une diminution de l'activit de la recombinase B. Sensible l'irradiation ii. Mutations SCID DE L'ATM (IR-SCID) C. Syndrome d'Omenn iii. Mutations d'Artemis 5.8 Appariement : Associez la classe des immunoglobulines sa fonction principale : A. IgA i. Plus abondant dans le s rum et fortement induit lors d'une r ponse immunitaire B. IgD ii. Premier produit apr s l'activation des lymphocytes B C. IgE iii. D fense des muqueuses D. IgG iv. D fense contre les parasites mais aussi impliqu e dans les maladies allergiques E. IgM c. Fonction peu connue ; peut servir d'auxiliaire BCR 5.9 remplir : Sur les cinq classes d'anticorps diff rentes, deux sont s cr t es sous forme de multim res. _____ est s cr t e sous forme de dim re et _______ est s cr t e sous forme de pentam re, qui ont tous deux un _______ dans le complexe multim rique. Les IgM et les ______ sont toutes deux exprim es la surface des lymphocytes B matures et sont d riv es du m me transcrit de pr -ARNm. L' quilibre d'expression entre ces deux est d termin par des _______________ alternatifs et est r gul par le snRNP __________. Le processus qui r gule les formes membranaires par rapport aux formes s cr t es d'anticorps est d termin par deux facteurs : l'___________ et la ___________. Les r cepteurs Fc des macrophages et des neutrophiles se lient aux parties Fc des anticorps isotypes _____ et _____ de la classe IgG. Les mastocytes, les basophiles et les osinophiles activ s, cependant, porteront des r cepteurs Fc qui se lient des anticorps de classe _______. Les anticorps de classe IgA et IgG sont capables de se lier ______, ce qui les transporte activement vers diff rents tissus corporels et les recycle au niveau du glom rule r nal pour pr venir leur perte et prolonger leur demi-vie. 5.10 Choix multiple : Laquelle des affirmations suivantes n'est pas vraie concernant l'histoire volutive du syst me immunitaire adaptatif ? R. L'immunit adaptative est apparue brusquement au cours de l' volution. B. Les mouches des fruits et les moustiques pr sentent une diversit dans la prot ine Dscam s cr t e par pissage alternatif d'une vaste gamme d'exons diff rents, tandis que les escargots d'eau douce pr sentent une diversit dans les g nes FREP par accumulation diff rentielle de mutations g nomiques dans ces g nes. C. Les poissons sans m choire recombinent les g nes VLR lors de la r plication de l'ADN pour engendrer une diversit dans ces g nes, qui sont exprim s sur les lymphocytes et ont des formes ancr es et s cr t es par GPI. D. RAG-1 est n de |
Immunologie de Janeway | transposases tandis que les RSS qu'il reconna t proviennent de r p titions terminales de transposons d'ADN. E. Les g nes du CMH de classe I et de classe II sont apparus avant les lymphocytes T et les immunoglobulines chez les poissons cartilagineux. R f rences g n rales. Fugmann, S.D., Lee, A.I., Shockett, P.E., Villey, I.J., et Schatz, D.G. : Les prot ines RAG et la recombinaison V(D)J : complexes, extr mit s et transposition. Annu. Rev. Immunol. 2000, 18:495 527. Jung, D., Giallourakis, C., Mostoslavsky, R., et Alt, F.W. : M canisme et contr le de la recombinaison V(D)J au locus de la cha ne lourde d'immunoglobulines. Annu. Rev. Immunol. 2006, 24:541 570. Schatz, D.G. : V(D)J recombinaison. Immunol. R v. 2004, 200:5-11. Schatz, D.G., et Swanson, P.C. : V(D)J Recombinaison : m canismes d'initiation. Annu. R v rend Genet. 2011, 45:167 202. R f rences de sections. 5-1 Les g nes des immunoglobulines sont r arrang s dans les prog niteurs des cellules productrices d'anticorps. Hozumi, N., et Tonegawa, S. : Preuve de r arrangement somatique des g nes d'immunoglobuline codant pour des r gions variables et constantes. Proc. Natl Acad. Sci. tats-Unis 1976, 73:3628-3632. Seidman, J.G., et Leder, P. : L'arrangement et le r arrangement des g nes d'anticorps. Nature 1978, 276:790-795. Tonegawa, S., Brack, C., Hozumi, N., et Pirrotta, V. : Organisation des g nes d'immunoglobulines. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 1978, 42:921-931. 5-2 Des g nes complets qui codent pour une r gion variable sont g n r s par la recombinaison somatique de segments de g nes s par s. Early, P., Huang, H., Davis, M., Calame, K., et Hood, L. : Un g ne de r gion variable cha ne lourde d'immunoglobulines est g n r partir de trois segments d'ADN : VH, D et JH. Cell 1980, 19:981-992. Tonegawa, S., Maxam, A.M., Tizard, R., Bernard, O., et Gilbert, W. : S quence d'un g ne germinal de souris pour une r gion variable d'une cha ne l g re d'immunoglobulines. Proc. Natl Acad. Sci. tats-Unis 1978, 75:1485-1489. 5-3 Plusieurs segments contigus du g ne V sont pr sents chaque locus d'immunoglobuline. Maki, R., Traunecker, A., Sakano, H., Roeder, W., et Tonegawa, S. : Le brassage d'exon g n re un g ne de cha ne lourde d'immunoglobuline. Proc. Natl Acad. Sci. tats-Unis 1980, 77:2138-2142. Matsuda, F., et Honjo, T. : Organisation du locus de la cha ne lourde de l'immunoglobuline humaine. Adv. Immunol. 1996, 62:1 29. Thiebe, R., Schable, K.F., Bensch, A., Brensing-Kuppers, J., Heim, V., Kirschbaum, T., Mitlohner, H., Ohnrich, M., Pourrajabi, S., Roschenthaler, F., et al. : Les g nes variables et les familles de g nes du locus kappa d'immunoglobuline de souris. Eur. J. Immunol. 1999, 29:2072 2081. 5-4 Le r arrangement des segments de g nes V, D et J est guid par des s quences d'ADN flanquantes. Grawunder, U., West, R.B., et Lieber, M.R. : R arrangement du g ne du r cepteur antig nique. Curr. Opin. Immunol. 1998, 10:172 180. Lieber, M. R. : Le m canisme de la jonction des extr mit s de l'ADN humain non homologue. J. Biol. Chem. 2008, 283:1-5. Sakano, H., Huppi, K., Heinrich, G., et Tonegawa, S. : S quences aux sites de recombinaison somatique des g nes de cha nes l g res d'immunoglobulines. Nature 1979, 280:288-294. 5-5 La r action qui recombine les segments des g nes V, D et J implique la fois des enzymes sp cifiques des lymphocytes et des enzymes modificatrices de l'ADN ubiquitaires. Agrawal, A., et Schatz, D.G. : RAG1 et RAG2 forment un complexe synaptique post-clivage stable avec de l'ADN contenant des extr mit s de signal dans la recombinaison V(D)J. Cell 1997, 89:43-53. Ahnesorg, P., Smith, P., et Jackson, S.P. : XLF interagit avec le complexe XRCC4DNA ligase IV pour favoriser l'assemblage final non homologue. Cell 2006, 124:301-313. Blunt, T., Finnie, N.J., Taccioli, G.E., Smith, G.C.M., Demengeot, J., Gottlieb, T.M., Ma, Y., Pannicke, U., Schwarz, K., et Lieber, M.R. : Traitement de l'ouverture et du surplomb en pingle cheveux par un complexe Artemis :DNA-PKcs dans la recombinaison V(D)J et dans la jonction d'extr mit non homologues. Cell 2002, 108:781-794. Buck, D., Malivert, L., deChasseval, R., Barraud, A., Fondaneche, M.-C., Xanal, O., Plebani, A., Stephan, J.-L., Hufnagel, M., le Diest, F., et al. : Cernunnos, un nouveau facteur d'union d'extr mit non homologue, est mut dans l'immunod ficience humaine avec microc phalie. Cell 2006, 124:287-299. Jung, D., Giallourakis, C., Mostoslavsky, R., et Alt, F.W. : M canisme et contr le de la recombinaison V(D)J au locus de la cha ne lourde d'immunoglobulines. Annu. Rev. Immunol. 2006, 24:541 570. Kim, M.S., Lapkouski, M., Yang, W., et Gellert, M. : Structure cristalline de la r combinase V(D)J RAG1-RAG2. Nature 2015, 518:507-511. Li, Z.Y., Otevrel, T., Gao, Y.J., Cheng, H.L., Seed, B., Stamato, T.D., Taccioli, G.E., et Alt, F.W. : Le g ne XRCC4 code pour une nouvelle prot ine impliqu e dans la r paration des cassures double brin de l'ADN et la recombinaison |
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