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Unité d’enseignement « Tissu sanguin et système imunitaire »
Le complexe majeur d’histocompatibilité
humain (HLA)
MED-2
2011-2012
Pr M. Labalette
Réponse adaptative, spécifique à l'Ag :
2 types de lymphocytes, 2 modalités de reconnaissance
Directe (Ag intact)
Anticorps
B
Ag
BCR
plasmocyte
IgM
IgG
IgA
(IgE)
puis
ou
ou
Ag
TCR
T
Cytokines
T
et / ou
Fragment d'Ag enchâssé
dans une molécule HLA
"Cellule Présentatrice d'Ag "
T
Cytotoxique
Région génique HLA, sur le bras court du chromosome 6
HLA : ~0,13% du génome (> 250 gènes) ~0,6% du protéome > 150 protéines
6p21.3
3paires de gènes de classe II
DPA
DPB
DQA
DQB
3 gènes de classe I classique
DRA
DRB
B
C
A
Chr 6
DP
DQ
Système polygénique
DR
B
C
A
HLA : ~0,13% du génome (> 250 gènes) ~0,6% du protéome > 150 protéines
Génome : 12-15 gènes / Mb ; CMH ~ 35 gènes / Mb
Shina T. et al. J. Hum. Genetics 2009; 54:15-39
CMH : diversité extrême … Polymorphisme HLA
6p21.3
A C B
DR DQ DP
AB AB AB
2m
peptides
Allèles
KIR
ILT
1698 1213 2271
7 1074 44 158 32 149
TCR
CD8
CD4
… malgré des contraintes fonctionnelles
Polymorphisme HLA
• Les protéines HLA - I (classiques) et - II sont hautement polymorphiques :
– Locus : Position d'un gène sur un chromosome ou dans un groupe de liaison.
– Allèle : Une ou plusieurs versions alternatives d'un même gène, situées au
niveau d'un même locus.
– Haplotype : Combinaison d'allèles de deux ou plusieurs loci (gènes) différents
mais proches sur un même chromosome (liés)
Chaque gène HLA-A, B, C, DR, DP, DQ a de nombreux allèles (différences de
séquence ADN, donc de composition peptidique) dans la population
Système HLA : Polygénie + Polymorphisme
 diversité des molécules HLA au niveau individuel et de
la population générale
HLA : caractéristiques génétiques
• Polymorphisme extrême
•Transmission en Haplotypes: liaison étroite entre
les différents gènes HLA
 Notion de déséquilibre de liaison
• Transmission codominante des gènes HLA
: expression de toutes les molécules HLA à la surface
cellulaire
Transmission en bloc des gènes HLA
(notion d’haplotypes)
a A1 B8 DR3
b A2 B12 DR4
P
a : 1er haplotype paternel
b : 2ème haplotype paternel
1
a A1 B8 DR3
c A3 B7 DR15
A3 B7 DR15 c
A1 B8 DR3 d
M
c : 1er haplotype maternel
d : 2ème haplotype maternel
2
b A2 B12 DR4
c A3 B7 DR15
3
b A2 B12 DR4
c A3 B7 DR15
4
b A2 B12 DR4
d A1 B8 DR3
Ex dans cette famille :
1 et 4 : deux haplotypes HLA différents
2 et 3 : identiques HLA pour les 2 haplotypes parentaux
1 et 2 : haplo-identiques HLA
Si un individu a n frères et soeurs, la probabilité qu'il ait au moins l'un d'entre eux HLA identique est de p=1-0,75n.
Structure
• Les molécules HLA de classe I :
– Dimères : une chaîne lourde  glycosylée et une chaîne légère 2
microglobuline
– La chaîne lourde comprend :
• 3 domaines extracellulaires 1, 2, 3
• 1 domaine transmembranaire
• 1 domaine cytoplasmique
– La chaîne lourde interagit avec la 2m
par son domaine 3
– Les domaines 1 et 2 forment le site de liaison du peptide antigénique
Structure
• Les molécules HLA de classe II:
– Dimères : Une chaîne lourde glycosylée  et une chaîne
légère 
– Elles comprennent toutes les deux :
• 2 domaines extracellulaires 1, 2 ou 1, 2
• 1 domaine transmembranaire
• 1 domaine cytoplasmique
– Les domaines 1 et 1 forment le site
de liaison du peptide antigénique
Expression des molécules HLA
HLA classe I
HLA classe II
T cells
+++
-
B cells
+++
+++
Macrophages
+++
++
Dendritic cells
+++
+++
Thymic epithelial
+
+++
rein
+
-
Cell. endothéliales +
Hepatocytes
+
-
cerveau
(+)
-
Neutrophils
+++
-
plaquettes
+
-
GR
-
-
-
CMH classe I : 1.104 à 5.105 / cellules ;  / IFN
CMH classe II : distribution restreinte CPAg 1.105 / cellules
Classe I
Classe II
2
1
1
2
1
1
 alléliques  1 … 30 AA 
polymorphisme "patchwork"
3
1
2
3
1
2
Le polymorphisme des gènes HLA est organisé
Le polymorphisme entre les allèles HLA est concentré au site de liaison
du peptide antigénique
Ex : 2 allèles HLA-A (classe I) :
 HLA-A2
 HLA-A11
Ex : 2 allèles HLA-DR (classe II) :
 HLA-DR3
 HLA-DR4
Positionnement du peptide antigénique dans sa niche
CMH classe I
1
N
C
2
Les peptides de 8-10 amino-acides se logeant
dans les molécules du CMH de classe I sont
profondément enfouis aux 2 extrémités
• poches d’ancrage au niveau de la niche peptidique
 ~ homogénéité des AA occupant les sites d ’ancrage
• AA centraux variables
 interaction ± forte avec région CDR3 des TCR
CMH classe II
1
N
C
1
Les peptides de 15 amino-acides ou plus se logeant
dans les molécules du CMH de classe II, débordent
largement de leurs 2 extrémités
Le polymorphisme des allèles HLA est responsable
de contraintes structurales variables de la niche à peptide
AA du peptide "visibles »,
accessibles à la reconnaissance
par le récepteur T
Classe I
Extrémités du
peptide bloquées
MOTIFS D'ANCRAGE du peptide
 respect des critères de volume,
d'hydrophilie/hydrophobicité, de charge
électrique des poches
polymorphisme  Variabilité
des POCHES D'ANCRAGE
au fond du sillon
FLPSDFFPSV
TLTSCNTSV
I LKEPVHGV
G I LGFVFTL
LLFGYPVYV
1. Molécules HLA = molécules composites  Co-génération d’un complexe CMH-peptide
2. Les peptides présentables respectent les critères d'enchâssement des molécules du CMH
3. Une niche HLA a la possibilité de loger une "famille" de peptides respectant ses critères.
Chargement en peptides des molécules de classe I
Voie principale : voie endogène
• Protéines dégradées associées à chaîne de polyubiquitine --> entrée dans la protéasome
• protéasome : 1 unité protéasique (4 anneaux de 7 protéines) --> peptides de 4 à 24 AA
2 complexes régulateurs
• translocation dans le RE par TAP
Chargement en peptides des molécules de classe II
Chaîne invariante Ii
Dans les cellules exprimant les molécules CMH de classe II
Apprêtement et enchâssement
du fragment peptidique dans une molécule HLA
classe I
classe II
4
Protéine
endogène
1
3
Protéine
exogène
endosome
2
2
3
1
protéasomeTAP
RE
α β2m
lysosome
li
αβ
1’
Origine des peptides présentés par les molécules HLA de classe I et classe II
exogène
cytosol
cytosol
exogène
CMH I
CMH II
HLA
membrane
HLA membrane
• sur 1 cellule, ~104 à 105 molécules HLA / locus
• dans 1 molécule HLA  1 peptide
• seulement 1 millier de peptides capables de se lier à 1 allèle HLA
• Tri sélectif parmi un ensemble des peptides (> 109 nonapeptides)
 tri variable selon les allèles HLA hérités
• diversité des peptides présentés à la surface d’une cellule :
(> 104 peptides différents : beaucoup sont rares, certains plus abondants (100 - 400 copies)
protéasome
1 protéine du soi
(non polymorphique)
Dégradation en plusieurs peptides
HLA
- sélection des peptides adaptés à la niche à peptide
-sélection différente selon les allèles HLA de l’individu
- peptides sélectionnés = peptides immunodominants
Dans thymus : interaction entre TCR et CMH-peptide
 sélection négative des Lc T spécifiques des peptides immunodominants
 pas de délétion des Lc T spécifiques des peptides mineurs ou non présentables
Chaque individu possède un ensemble de Lc T avec un répertoire unique
(répertoire T = ensemble des spécificités des TCR)
Deux voies classiques pour
l’apprêtement des Ag
• “voie CMH classe I”  cellules T CD8+
(voie endogènes/cytosolique/TAP-dépendante)
• “voie CMH classe II”  cellules T CD4+
(voie exogènes/endocytose/TAP-indépendante)
appanage des cellules présentatrices d’Ag
Des voies particulières pour les cellules dendritiques…
Enchâssement du peptide dans une molécule HLA
TCR
CDR1 CDR2
CDR2 CDR1
CDR3 CDR3
6
1 3
5
2
8
7
9
CMH
T
CD4
HLA
classe II
CDR2
TCR
CDR3
CDR3
CDR1
T
CDR2
CDR1
TCR
CD8
HLA
classe I
1 molécule HLA (codée par 1 allèle)
1 ensemble de peptides
présentables
Ensemble des
lymphocytes T
produits dans le thymus
T
peptide "non soi" – peptide "soi"
Sélection Positive
 Lymphocytes T dont le récepteur T
est capable d’interagir
cet allèle CMH
Sélection
Négative
1 répertoire T
Élimination des lymphocytes T
très auto-réactifs
Des positionnements différents du TCR permettent à un Lc T
sélectionné par un peptide "soi" d'interagir ensuite avec un peptide "non
soi" enchâssé dans la même variété de molécule CMH
Colf … Garcia. Cell 2007
129 135
Le répertoire T varie selon l’allèle CMH
Les molécules HLA interviennent dans :
La sélection Thymique
La réponse immunitaire adaptative :
(Reconnaissance antigénique des cellules T)
Tolérer le soi
Rejeter le non soi
L’immuno-surveillance des cellules Natural Killer (NK)
La greffe d’organe et de moelle
Susceptibilité vis-à-vis de certaines maladies
CMH et cellules NK
Caractéristiques phénotypiques
des cellules Natural Killers
CD56
+/ CD16
Ig G
Lectine C / CD94
+/ -
+
+
NCR
KIR
S ou L
Mécanisme de cytotoxicité
SIGNAL « OFF »
IGNORANCE
KIR - L
lectine C / CD94
-
CMH - I
Cellule cible
Cellule NK
+
NCR
ligand
activateur
TOLERANCE
Mécanisme de cytotoxicité
SIGNAL « ON »
KIR - S
lectine C / CD94
CMH – I
modifié
+
Cellule cible
Cellule NK
+
NCR
ligand
activateur
LYSE