Transcript IMMUNITÉ INNÉE

IMMUNITÉ INNÉE
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Laurence Guglielmi
Institut de Recherche en Cancérologie (IRCM – INSERM U1194)
[email protected]
04/02/2015
1
Micro-organismes
parasites
bactéries
virus
champignons
Invertébrés
Vertébrés
~ 2 000 000 espèces
~ 45 000 espèces
Holométaboles
Hétérométaboles
Poissons
Amphi- Reptiles
biens
Oiseaux
Mammifères
Placodermes
5%
Inné et
Adaptatif
Insectes
Mollusques
Annélides
95%
Inné
Gnathostomes
Agnathes
- 450 Ma
Echinodermes
- 800 Ma
Urochordés
Immunité adaptative
(ou acquise)
Immunité innée
(ou naturelle)
- Non spécifique
- Spécifique d’Ag
- Immédiate
- Non Immédiate
- Sans mémoire
- Douée de mémoire
- Barrières Naturelles
- Immunité Humorale
- Réaction Inflammatoire
- Immunité à Médiation Cellulaire
- Phagocytose
- Facteurs du complément
Coopération
-
contact cellulaire direct
-
médiateurs solubles (chimiokines, cytokines, …)
-
FcR
Immunité Innée
• Ubiquitaire : récepteur de l’immunité innée (PRR)
• Sécrétoire : complément, ficolines, collectines
• Hématopoïétique : cellules phagocytaires
BARRIERES
Barrières physiques :
• peau (≈ 1,7 m2)
• muqueuses (≈ 400 m2) (respiratoire, digestive, uro-génitale)
Barrières biologiques / biochimiques :
• pH : acidité locale (estomac, urine, vagin)
• acides gras toxiques (peau)
• peptides antimicrobiens
• enzymes : lysozymes (salive, sueur, larmes)
pepsine (intestin)
Barrière écologique :
• flore bactérienne
Symbiose hôte-microbes
~ 1013 cellules

~ 22.000 gènes
~ 1014 germes

~ 3.106 gènes

~ 1000 espèces bactériennes
(mais aussi virus, champignons, parasites)
 Colonisation dès la naissance
 Évolution parallèle chez les mammifères depuis des millions d’années
Microbiote = Flore bactérienne
Bactéries
Commensales
Rôles :
• Métabolisme :
destinée à augmenter la digestion en
dégradant les polysaccharides, à produire
des vitamines et des acides gras à chaîne légère
• Protection contre les bactéries pathogènes
- compétition avec les pathogènes (nutriments, captation du fer)
- blocage d'accès pour l'épithélium
- production de substances antibiotiques (colicine)
• Développement du système immunitaire
Pathogènes
Homéostasie intestinale
Limitation du contact direct entre bactérie et épithélium :
Microbiote = flore intestinale
Mucus
Bactéries commensales (≈ 1014)
+ IgA sécrétoires (IgAs)
+ peptides anti-microbiens
Cellules épithéliales
Les récepteurs de l’immunité innée
Mécanismes de reconnaissance des micro-organismes :
Récepteurs de
Récepteurs de
l’immunité innée
l’immunité adaptative
Expression : cellules susceptibles d’entrer en
contact avec des microorganismes
(cellules endothéliales et épithéliales, DC,
monocytes/macrophages, …)
Expression : lymphocytes B et T
Spécificité non variable
Spécificité extrêmement variable
(chaque cellule T ou B subit des recombinaisons
génomiques aléatoires)
100-200 récepteurs différents / espèces
Immense répertoire : 1012 récepteurs des cellules B
1015 récepteurs des cellules T
Reconnaissance de motifs moléculaires microbiens
(LPS, peptidoglycane, …)
Reconnaissance illimitée (antigène infectieux, de
l’environnement, soi, non soi…)
Notion de DANGER
Comment distinguer le soi et le non-soi (les microbes) ?
 Récepteur Toll chez la drosophile :
- intervient dans le développement dorso-ventral,
- intervient dans la défense anti-infectieuse.
Prix Nobel 2011 : Jules Hoffmann (Strasbourg), Bruce Beutler
(La Jolla), Ralph Steinman (NY)
 1997 : Charles Janeway et al. découvrent l’équivalent chez l’homme :
les Toll-like-receptors (TLR).
Notion de DANGER
Microorganismes
Récepteurs
PAMPs
PRR
Pathogen-Associated
Molecular Patterns
Pattern-Recognition
Receptor
MAMPs
Microbe-Associated
Molecular Patterns
Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs)
Caractéristiques :
• Produits uniquement par les micro-organismes,
• Motifs structuraux très conservés entre micro-organismes d'une classe donnée,
(motifs répandus, invariants et communs à de nombreux micro-organismes)
• Rôle essentiel dans la physiologie et la survie des micro-organismes
(mutations importantes improbables  peu de possibilités d'échappement au système immunitaire)
Pattern Recognition Receptor (PRR)
PGN (Gram+)
Zymosan (levure)
LPS "atypique"
…
Lipoprotéines
Lipoprotéines
…
…
LPS
HSP60
…
TLR2
TLR4
Flagelline
levure
bactérie
MILIEU
EXTRACELLULAIRE
TLR2
TLR6
TLR2 TLR1
TLR5
DC-SIGN
NKG2D
CYTOPLASME
Dectin-2
TOLL-LIKE RECEPTOR : TLR
C-TYPE LECTIN RECEPTOR : CLR
TLR3
ARN db
TLR7/8
ARN sb
NOD-LIKE RECEPTOR : NLR
RIG-LIKE RECEPTOR : RLR
ADN
CpG
RIG-1
ARN viral
MDA-5
TLR9
ENDOSOME
LGP2
NOD1
Peptidoglycane
NOD2
NLRP1
NLRP3
Toll Like Receptor (TLR)
13 TLR identifiés chez le mammifère
Activation des TLR
• Production de cytokines et
chimiokines inflammatoires
(TNF-a, IL-6, IL-12, IL-8, IL-1)
• Réponse anti-virale :
production d'IFN de type I
(IFN-a, IFN-b)
Toll Like Receptor (TLR)
DAMPs : Danger-Associated Molecular Patterns
dommage /
stress/
nécrose
tissue
Signaux
d’alarme
Heat shock proteins (HSP)
Acide urique
ATP extracellulaire
High mobility group 1 (HMGB1)
IL-1a
F-actine
Dérivé oxygéné ROS
Dissolution de la matrice extra-cellulaire
…
T
APC
DAMPs : Danger-Associated Molecular Patterns
inflammation
inflammation
Adapté de Kawai & Akira, Nat. Immunol., 2010, 11(5):373
MyD88-/-
Forte susceptibilité à un spectre large de pathogène (virus, bactéries,
champignons, protozoaires)
Déficits immunitaires chez l’homme (rares)
• MyD88 ou IRAK4
(infection invasives à S. pneumoniae et S. aureus)
• TLR3, TRIF, TRAF3, …
(encéphalite à virus Herpès)
• TLR5
(asymptomatique, redondance ?)
Inflammasome
Deganais M et al. 2012. Cell Death Differ
Inflammasome
pro-IL-1b
IL-1b
IL-1b
Activation de la réponse immunitaire adaptative
par la réponse immunitaire innée
Cytokines
(IL-1, IL6, IL12, …)
PRR
lymphocyte T
naïf
CD80/CD86
CD28
T
NF-kB
CMH
TCR
ENDOCYTOSE
L’activation des PRR induit :
cellule
présentatrice
d'antigène
Microorganismes
pathogènes
• Maturation des CPA
• Augmentation de l'expression des
molécules de co-stimulation (CD80/CD86)
Ex : Burnet
1969
Janeway
1989
Matzinger
2002
Pradeu & Cooper, Frontiers in Immunology, 2012
Expl : immunité des muqueuses
« Ménage à trois » : Microbiote résident - hôte - pathogène
Microbiote
résident
pathogène
Microbiote
Microbiote
Microbiote
résident
Microbiote
résident
résident
résident
Microbiote
pathogène
Microbiote
Microbiote
résident
résident
résident
Epithélium intestinal à
Epithélium intestinal
l’homéostasie
inflammatoire
« Switch »
commensalisme - pathogénicité
Bactéries commensales
DC
« tolérogène »
Pathogènes
IL-10
Signaux de danger
TGF- b
IL-1, IL-6, IL-8, CCL5
T4
DC
T4
DC
INFLAMMATION
PNN
DC
« immunogène »
TOLERANCE
Th17
IMMUNITE
Treg
Th1
Tr1
Treg
Treg
Th2
Th17
Tr1
Treg
Th1
Th2
Les cellules phagocytaires
Cellules circulantes : PNN
Cellules immobiles : macrophages
Phagocytose
1. CHIMIOTACTISME
2 catégories de récepteurs phagocytaires :
- récepteurs liant des particules opsonisées
(i.e. marquées par des molécules solubles qui
les enrobent)
- récepteurs liant directement les microbes :
•
récepteur du mannose, dectine-1, …
•
récepteurs éboueurs ("scavenger
receptors")
•
RFc
Récepteur des
fragments Fc des Ig
RC3b
Récepteur du
complément
opsonisation
Macrophage
Neutrophile
DC
CD14 …
Récepteurs
phagocytaires
2. CAPTURE
Phagocytose
3. INTERNALISATION
Rôle de la phagocytose :
- destruction des agents pathogènes
polymérisation
d’actine
- élimination des cellules apoptotiques
- évacuation de particules exogènes
lysosomes
inertes
fusion du phagosome
avec des granules et
des lysosomes
=
phagolysosome
4. DESTRUCTION
(enzymes, O2-, H2O2, dérivés NO)
Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes
Resting neutrophils
Activated neutrophils
PMA
IL-8
Analyse par microscopie électronique
Bars = 10 µm
Brinkmann et al. Science 2004
Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes
Elastase
ADN
complexe ADN-H2A-H2B
Activation des neutrophiles :
Traitement IL-8
pendant 30 min
Marquage en immunofluorescence
•
les neutrophiles émettent dans le milieu extra-cellulaire des filaments
composés d’ADN et de protéines
•
Filaments de 15 nm de diamètre
Brinkmann et al. Science 2004
Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes
S. aureus
(gram +)
S. typhimurium
(gram -)
S. flexneri
(gram -)
Microscopie électronique à balayage
Les filaments d’ADN et de protéines forment un filet, qui
piègent les envahisseurs.
NET (Neutrophil Extracellular Traps)
Brinkmann et al. Science 2004
Neutrophiles : destruction extracellulaire de pathogènes
Les neutrophiles sont
également traités avec de la
cytochalasine D (inhibiteur
de la polymération d’actine
=> inhibe la phagocytose)
Les NET détruisent les micro-organismes
Brinkmann et al. Science 2004
NETosis
Induction de la NETosis
Activation de Récepteurs membranaires :
• Microbes, produits microbiens, …
• Complexes immuns
• Cytokines et autres stimulus (IL-8, TNF, IFN, …)
Production de dérivés oxygénés
(ROS et NO) par la NADPH Oxydase
NET
• ADN
• Histones
• Myeloperoxidase
• Enzymes bactéricides :
Gélatinase
Elastase
Lactoferrine
Kaplan & Radic, J. Immunol., 2012
Les lymphocytes de la réponse innée
(innate-like lymphocytes)
Cellules NK
Lymphocytes T gd
Cellules NKT
Lymphocytes B1
Lymphocytes B MZ
Cellules NK
 Famille des grands lymphocytes granuleux (LGL)
 Absence d’expression de récepteur pour l’antigène
Récepteurs Inhibiteurs
NK
Récepteurs Activateurs
CD16
Récepteur
de basse affinité
pour le fragment
Fc des IgG
CD56
(NCAM)
 2 populations distinctes
CD56+ CD16+
CD56+++ CD16-
~ 90% des cellules NK circulantes
Organes lymphoïdes secondaires
activité cytotoxique
sécrétion de cytokines/chimiokines
Récepteurs activateurs / inhibiteurs
Récepteur Inhibiteur
ligands = molécules du CMH classe I
signal OFF
NK
Récepteur Activateur
nombreux ligands (protéines de stress,
marqueurs d’infections,…)
signal ON
Récepteurs
Inhibiteurs
Récepteurs
Activateurs
-
+
Immunosurveillance
Cellule normale
"Soi manquant"
CYTOTOXICITE
Cellule tumorale
ou infectée
"Soi modifié"
Cellule tumorale
ou infectée
Alloréactivité
Cellule étrangère
molécules CMH classe I
incompatibles
Récepteur inhibiteur
HLA Classe I
Récepteur activateur
Ligand activateur
Modes d’action 1. Cytotoxicité naturelle
Perforine
Exocytose
perforine/granzyme
Granzymes
Récepteur
inhibiteur
NK
cellules
infectées ou
tumorales
Récepteur
activateur
FasL
nécrose
Fas (CD95)
NK
Récepteurs de mort
cellules
infectées ou
tumorales
NK
apoptose
TRAIL
TRAILR
TNF-a
Sécrétion de TNF-a
NK
TNF-R
cellules
infectées ou
tumorales
apoptose
Modes d’action 2. Cytotoxicité cellulaire dépendante des anticorps
(ADCC)
TNF
perforine
NK
CD16
Fc-récepteur
Cellule
cible
Anticorps
IgG
Antigène
Modes d’action
3. Production de cytokines
IL-12
TNF-a
Mφ
IFN-g
NK
macrophage
TNF-a
IL-10
Chimiokines
pathogènes
IL-15
IFN-a/b
Cellule stromale
 Régulation de la réponse inflammatoire :
recrutement et activation de macrophages et cellules dendritiques
 Contrôle de la réplication virale par la production d’IFN-g
 Orientation de la réponse adaptative (humorale / cellulaire / régulatrice)
Lymphocytes T gd
Distribution
• Sang : 1 à 5% des lymphocytes circulants (DN CD4- CD8-)
• Epithéliums (intestin, peau) : 50% des cellules T (CD8aa dans l'intestin)
Fonction
• Production de cytokines/chimiokines
• Cytotoxicité
Le répertoire de TCR gd est très limité
Pas de restriction aux molécules de CMH classiques
Reconnaissent des épitopes conservés au sein de pathogènes
Lymphocytes NKT
Distribution
• Sang : 0,001 % à 3 % des lymphocytes circulants
• organes lymphoïdes (rate thymus, OL2aire) : 2,5% des LT
• foie : 30% des LT
Expriment des marqueurs de cellules NK (CD56 et CD16) et de
cellules T (TCR et CD3).
TCR très conservé (semi-invariant):
chaîne a du TCR : Va14-Ja18
associé préférentiellement à la
CD16
TCR
Va14-Ja18
CD56
chaîne b du TCR : Vb11
Natural Killer T lymphocytes semi-invariant (iNKT)
CD161
IFN-g
APC
CD1d
IL-4
IL-17
TCR
Va14-Ja18
Reconnaissance d’Ag (glyco)lipides endogènes ou exogènes (paroi de
bactéries Gram- n’exprimant pas de LPS) présentés par la molécule
CD1d exprimée par les CPA telles que les DC et MΦ.
Production massive de cytokines
Sous-populations lymphocytaires B
Lymphocytes B conventionnels : B2
antigène
IgM
IgG
IgE
IgA
Plasmocytes à
durée de vie
courte
IgM
CENTRE GERMINATIF
Production d’Ac par les cellules B folliculaires
Lymphocytes B conventionnels : B2
Centre
germinatif
Prolifération
et mutations
Cellule
mémoire
B
IgG
IgA
IgE
IgM
Sélection et
commutation
isotypique
Semaine 1
Semaine 2
Survie
dans MO
Semaine 3
Cellules B transitionnelles de la rate
Moelle osseuse
Pro-B
IgMbright
IgDCD21CD23-
T1
Réarrangement
chaîne lourde
T2/3
IgMbright
IgDbright
CD21bright
CD23bright
Pré-B
Réarrangement
chaîne légère
MZ
B
immature
Fo
B mature
naïve
Rate
Adapté de Jacobi AM & Diamond B, J Exp Med 2005;202:341-344
La rate
Lymphocytes B MZ
IgM
IgM
IgG
IgA
MZ
Production rapide d’Ac (~3 jours) contre les agents infectieux (polysaccharides des
bactéries encapsulées) présents dans le sang
Cellules MZ
 Nombre peu élevé chez le nouveau-né, effectif significatif ~ 1-2 ans
 Localisation : zone marginale (MZ) de la rate
 Phénotype de cellules activées
 Production d’Ac indépendante des LT après stimulation antigénique :
• IgM, IgG, IgA
• diversité moyenne
• absence d’HMS ???
Lymphocytes B1
IgM
B1
Ac naturels
et IgA
Présence d’Ac "naturels" préexistants à une infection, sécrétés par les cellules B1
 protection précoce, rapide contre les infections virales et bactériennes
Cellules B1
 Développement durant la vie fœtale et post-natale, puis maintient par auto-renouvellement.
 localisation : cavités péritonéale et pleurale, lamina propria de l’intestin
 Production d’Ac indépendante des LT, sans stimulation antigénique :
•
IgM "naturels" et IgA
•
diversité très limitée (utilisation exclusive des segments VH les plus proches de D,
absence de diversité jonctionnelle)
•
absence d’HMS
Homéostasie tissulaire
• Elimination des cellules apoptotiques, des protéines
mal repliées et des cellules altérées par les
macrophages et DC
• Régulation de l’inflammation et de l’autoimmunité
Protection lors d’une infection
• Neutralisation des pathogènes
• Activation de la voie classique du complément
• Opsonisation des pathogènes et phagocytose
• Transport des pathogènes vers les tissus lymphoïdes
Kaveri SV, et al. J Immunol 2012 188:939-945
3 sous-populations de lymphocytes B
Ac naturels
et IgA
B1
"innate-like"
MZ
IgM
IgG
IgA
apoptose
Centre
germinatif
Prolifération
et mutations
Cellule
mémoire
B2
adaptatif
Cellule
folliculaire
IgG
IgA
IgE
IgM
Sélection et
commutation
isotypique
Adapté de
Shapiro-Shelef & Calame,
Nat Rev Immunol.
2005; 5:230-242.
Semaine 1
Semaine 2
Survie
dans MO
Semaine 3