Physiologie des lymphocytes B, T et NK

Dans l’organisme deux systèmes de protection (immunité = protection) se chevauchent, s’entrecroisent, se complètent :

 

Immunité naturelle (innée): rapide, non spécifique, dirigée contre ce qui est étranger à l’organisme (= non self). Ce sont: barrières de défense naturelle (peau, muqueuses), diverses substances sécrétées (protéines cytokines). Cellules dédiées: monocytes, granulocytes, cellules NK

 

Immunité acquise: lente, mais spécifique d’un composant, fait la distinction self / non self. Elle est adaptative : se renforce après un nouveau contact (=réponse anamnestique). Les cellules impliquées sont les lymphocytes B [= immunité humorale (Ig)], les lymphocytes T [= immunité cellulaire (cytokines; action directe)

 

Lymphopoïèse et immunopoïèse B

 

1. Les principales molécules caractérisant la lignée lymphoïde B.

 

Les cellules lymphoïdes B, quel que soit leur niveau de différenciation ou d’implication dans la réponse immune portent sur leur membrane une ou plusieurs molécules qui permettent de les caractériser.

 

1.1 Le B cell receptor : élément fonctionnel majeur de la lignée B

 

* Le B Cell Receptor (BCR) est constitué de :

 

- une molécule complète d’immunoglobuline (2 chaînes H + 2 chaînes L)

- des molécules CD79a et CD79b et plusieurs molécules associées (CD19, CD21,…)

 

* Rôle du BCR dans le lymphocyte normal.

 

               ► L’antigène complémentaire se fixe sur l’Ig du BCR

                ► Les CD79a et CD79b assurent l’initiation de la transduction du signal (l’Ig ne peut réaliser directement cette initiation)

                ► Plusieurs voies de transduction sont sollicitées (molécules de la famille SRC, protéines adaptatrices puis cascade des RAF et MAP kinases ; mais aussi PIP3-DAG-PKC).

                ►Ceci aboutit à la phosphorylation de facteurs de transcription nucléaires (NF-KappaB, c-myc, c-jun) qui agissent sur les promoteurs de nombreux gènes (notamment du cycle cellulaire)

 

D3

On trouve environ 50 000 complexes BCR (tous identiques) sur chaque lymphocyte B.

Tous les lymphocytes B de l’organisme se différencient les uns des autres par de petites variations dans la structure de l’Ig du BCR (109 à 1011 structures d’Ig différentes)

 

1.2 - Les principales molécules de la lignée lymphoïde B :

 

* Les molécules qui constituent le BCR :

 

     - L’immunoglobuline (H2 L2)

     - Les CD79a et CD79b (aussi appelées Iga et Igb), phosphoprotéines dont la partie intracytoplasmique initie la transduction du signal, quand l’AG s’est spécifiquement fixé à l’Ig. Ces molécules très précoces persistent à tous les stades de la différenciation B et sur toutes les cellules B matures (sauf les plasmocytes qui sont CD79a -)

 

* Des molécules présentes à tous stades de la différenciation B (= « marqueurs »)

      -  CD19 : marqueur présent à tous les stades de la lignée B, y compris sur les plasmocytes normaux (Phosphoprotéine qui stabilise le BCR persiste).

      - CD22 : marqueur précoce et qui persiste à tous les stades de la différenciation B (Molécule impliquée dans la transduction du signal du BCR et qui stabilise le BCR)

 

* Des antigènes plus tardifs ou spécialisés :

     - CD20 : molécule de canal calcique, qui apparaît tardivement (présente sur les cellules matures ; important car il existe des anticorps contre celle molécule et utilisés en thérapeutique des lymphomes).

    - CD23 : ou Fc Epsilon R2, il existe sous deux isoformes [CD23a qui est spécifique des cellules B, et CD23b qui est une molécule inductible sur diverses cellules (B, T, NK, PE, …)]; ce récepteur peut être clivé et retrouvé dans le plasma.

 

     - CD10 : endopeptidase neutre appelée également CALLA (common acute lymphoïd leukemia antigen) ; molécule exprimée dans les stades immatures de la moelle osseuse, mais aussi dans certains stades de l’immunopoïèse

     - CD21 : régule les réponses prolifératives B ; c’est aussi le récepteur d’une fraction du complément, et de l’EBV.

 

1.2. La lymphopoïèse B

 

- Correspond à la production de lymphocytes B par la moelle osseuse.

- Etape indépendante de la présence d’un antigène

- Aboutit à la production de lymphocytes ayant tous une Ig de surface différente

 

1.2.1. Quatre étapes successives de prolifération cellulaire.

 

A partir d’un progéniteur totipotent qui se différencie en progéniteur lymphoïde T (qui va migrer dans le thymus) et en progéniteur lymphoïde B (intervention des cytokines SCF et IL-3) qui reste dans la moelle osseuse. Le premier progéniteur lymphoïde B ou B cell precursor ou BCP prolifère et se différencie en présence d’IL-7 en 4 étapes successives, que l’on peut caractériser car il apparaît chaque fois une nouvelle molécule :

 

Au stade             B1 (ou pro B)                     présence des CD19, CD22, CD79b

 

Au stade             B2 (ou pré B)*                   on trouve en plus le CD10

Au stade             B3 (immature B)              on trouve en plus Cµ intracytoplasmique

 

Au stade             B4 (mature B)                   présence d’une Ig M en surface

 

(* : stade appelé également B commun)

 

1.2.2. Recombinaison des gènes d’Ig au cours de la lymphopoïèse

 

Dans le noyau des BCP puis des B I et des B II plusieurs remaniements successifs des gènes d’Ig H et L surviennent, qui permettent ensuite la synthèse d’une chaîne lourde Mu, d’abord retrouvée dans le cytoplasme des cellules (BIII) puis en surface (B IV).

Ces modifications moléculaires sont appelées recombinaison génétique, étape indispensable à l’expression du caractère lymphoïde B (voir enseignement sur les immunoglobulines).

 

1.2.3. La fin de la lymphopoïèse B

 

        Après le stade B IV les lymphocytes produits entrent en contact avec les antigènes du self : ceux qui réagissent avec les antigènes self sont inactivés (ce qui permet la tolérance immune), tandis que les autres, au contact des cellules stromales et sous l’influence de cytokines (IL2, IL4, IL5, IL6) les lymphocytes acquièrent en plus une IgD de surface.

        Les lymphocytes matures naïfs possèdent une IgM et une IgD de surface : ils sont appelés naïfs car ils n’ont jamais rencontré l’Ag complémentaire de leur Ig de surface.

 

        Ces lymphocytes naïfs quittent la moelle osseuse vers la circulation sanguine puis lymphatique.

Bien qu’ils n’aient jamais rencontré d’Ag (sauf ceux du self), chaque lymphocyte porte en surface une Ig dont la région Fab est par hasard complémentaire de celle d’un Ag précis (= recombinaison génétique au hasard). Les lymphocytes produits vont circuler dans l’organisme jusqu’à ce que l’un d’entre eux rencontre l’Ag complémentaire.

 

Remarque. Les lymphocytes B CD5+. Le CD5 est une molécule de 67 kDa, présente sur les cellules T, et sur 5% des lymphocytes B circulants de l’adulte (CD5+ CD19+) et sur la majorité des lymphocytes B du sang du nouveau-né. Ils proviendraient soit de la lignée B mais avec un répertoire B différent, soit seraient distincts des cellules B, se développant tôt dans l’ontogénie au niveau des cavités péritonéales et pleurales. Ces cellules joueraient un rôle dans l’immunité naturelle.

 

1.3. Immunopoïèse ou réponse immunitaire humorale dépendante de l’Ag

 

1.3.1. Circulation lymphocytaire à la recherche de l’Ag complémentaire.

 

Tous les lymphocytes de l’organisme circulent dans le sang, puis dans les tissus, les organes lymphoïdes périphériques, la lymphe, puis le canal thoracique et reviennent dans le sang. Leur but est d’entrer en contact avec tout organisme étranger (Ag) afin d’essayer de l’éliminer.

Cette circulation peut durer plusieurs années, jusqu’au jour où un lymphocyte rencontre l’Ag complémentaire (soit de son BCR, soit de son TCR pour les lymphocytes T).

 

Remarque : la traversée de la paroi des vaisseaux est un mécanisme actif (diapédèse faisant intervenir des sélectines, des intégrines, le CD31, le CD34 et le CD44).

 

1.3.2. Rencontre entre l’antigène et le lymphocyte B.

 

* soit dans le tissu : le lymphocyte B migre ensuite vers l’organe lymphoïde le plus proche (= homing)

* soit au niveau d’un organe lymphoïde périphérique, l’antigène étant apporté par un macrophage (appelé aussi CPA ou Cellule Présentatrice d’Antigène)

 

Que devient l’Ag au niveau du lymphocyte B : le complexe Ag+Ig est endocyté et subit des modifications biochimiques (appelées aussi « processing ») et un couplage aux molécules du CMH. Puis l’Ag ou des fragments de celui-ci sont réexprimés en surface

 

Remarque : le même processus a lieu pour les macrophages, qui digèrent partiellement l’Ag et ne présentent en surface que des peptides antigéniques qu’ils proposent aux lymphocytes.

 

1.3.3. Contact lymphocyte B – lymphocytes T : coopération cellulaire.

 

* L’Ag est présenté au TCR des lymphocytes T, dans une région riche en cellules T du ganglion

*Des contacts CD80 - CD28 et CD40 - CD40L des lymphocytes B et T s’effectuent : ceci permet la synthèse et la sécrétion de cytokines.

 

Selon la nature des Ag, les cellules T impliquées et les cytokines sécrétées sont différentes : ces aspects sont traités dans le chapitre sur la lymphopoïèse T

 

1.3.4. Les lymphocytes B stimulés subissent des modifications moléculaires dans le ganglion.

 

Les lymphocytes B prolifèrent dans une région T du ganglion ; quelques cellules vont sécréter une IgM (= réponse immune primaire) tandis que d’autres vont migrer vers une

région plus spécialisée appelée follicule primaire. Elles vont continuer à proliférer si la réponse immune se poursuit (= poursuite de la stimulation), transformant le follicule primaire en follicule secondaire (avec centre germinatif).

 

Deux modifications successives des gènes d’Ig surviennent dans ces cellules « centrofolliculaires »:

   * d’abord un processus d’hypermutation somatique sur les chaînes lourdes et légères d’Ig: quelques nucléotides des régions variables CDR se substituent à d’autres, ce qui entraîne de petites modifications de la structure de la région Fab

   * ensuite un « switch » ou commutation isotypique, qui remplace le gène codant pour la région Fc constante Cµ de l’IgM par un gène codant pour une autre région Fc (G, A, E)

   * Ensuite les cellules redeviennent matures et subissent une sélection d’affinité :

 

           - l’Ig modifiée s’exprime en surface et les cellules B viennent en contact de l’Ag initial porté par les APC : les cellules B qui portent une nouvelle Ig d’affinité élevée pour l’Ag survivent, tandis que les cellules B qui portent une IgS d’affinité plus faible seront éliminées (apoptose)

           - ce processus permet de sélectionner les cellules avec Ig de forte affinité pour l’Ag.

 

* Ces cellules vont se remettre à proliférer pour amplifier leur nombre puis :

 

           - soit migrent vers la pulpe rouge de la rate, la médullaire du ganglion ou la moelle osseuse, et se transforment en plasmocytes qui produisent les anticorps

 

          - soit deviennent des lymphocytes mémoire, qui recirculent indéfiniment dans l’organisme à la recherche de leur Ag complémentaire. Un nouveau contact induit un nouveau cycle d’immunopoïèse, qui produira de nouvelles cellules B encore plus spécifiques de l’Ag. Par rapport aux lymphocytes naïfs, les lymphocytes mémoire ont un BCR à forte affinité pour l’antigène, de nature IgG, A ou E.

 

Conclusion

 

                La lymphopoïèse et l’immunopoïèse sont deux étapes successives et complémentaires qui aboutissent à produire des cellules très spécifiques de chacun des antigènes existants.

 

Au cours de chacune de ces étapes les cellules prolifèrent intensément et sont l’objet de multiples remaniements chromosomiques. Une anomalie génomique peut survenir : elle sera habituellement suivie de la mort de la cellule correspondante (apoptose), mais parfois l’anomalie induit un avantage de prolifération ou/et de survie, base d’une maladie cancéreuse : par exemple une leucémie aiguë quand elle se produit dans une cellule de la moelle osseuse (B I, B II, B III), ou un lymphome quand elle se produit dans une cellule du follicule lymphoïde.

 

Lymphopoïèse T

 

Les lymphocytes T ont une origine thymique. Ils interviennent dans l’immunité à médiation humorale (contrôle) mais également dans l’immunité à médiation cellulaire.

 

1. Les principaux antigènes des cellules T

 

1.1 Le complexe TCR – CD3.

 

Il est présent sur tous les lymphocytes T de l’organisme, et est l’équivalent du complexe CD79-BCR des cellules B.

 

Le T cell receptor (TCR) est constitué de 2 chaînes :

 

                95 % des lymphocytes T ont un TCR formé de 2 chaînes a et b

                5%  des lymphocytes T ont un TCR formé de 2 chaînes g et d

 

Chaque chaîne a une structure proche de celle d’une Ig, avec des régions V, C, D, J. Le mécanisme de recombinaison rappelle un peu celui des Ig, et utilise également des RAG et la TdT.

 

Le CD3 est un ensemble de 6 molécules : g, d, e, e, z, z (différentes des molécules du TCR)

 

Comme pour le BCR, le TCR reconnaît l’Ag, et ce sont les molécules du CD3 qui réalisent la transduction du signal

D2

1.2 Les autres molécules.

 

* Diverses molécules précoces de la lymphopoïèse T : CD2 (molécule d’adhésion), CD5 (molécule d’activation des cellules T induisant la sécrétion d’IL-2), et CD7 (molécule non spécifique d’immaturité)

 

* Des molécules présentes sur une partie des lymphocytes T :

 

               - CD4 : permet la liaison avec les molécules CMH classe II (présent sur 2/3 des lymphocytes, c’est aussi la cible du VIH)

                - CD8 : permet la liaison avec les molécules CMH classe 1 (présent sur 1/3 des lymphocytes)

                - CD28 : intervient dans la coopération cellulaire T – B (se couple au CD80 des lymphocytes B, mais aussi des autres CPA, et induit la synthèse d’IL-2 et d’IFN-g par les lymphocytes CD4+)

 

* Des molécules apparaissant après activation des cellules T :

 

               - CD45 RO. Cette molécule est présente sur les lymphocytes T activés et mémoire, mais pas sur les lymphocytes T naïfs (= portent la molécule CD45 RA)

                - CD25 ou IL-2R a : récepteur pour l’IL-2, il apparaît après stimulation par les mitogènes ou les virus.

                - CD38

                - HLA-DR

 

2. La lymphopoïèse T se développe dans le thymus.

 

A partir d’un CLP (progéniteur lymphoïde commun) CD34+ qui migre de la moelle osseuse vers le thymus,

Trois étapes successives de différenciation au cours desquelles se construit le complexe CD3-TCR.

 

Etape 1 : Dans la zone corticale du thymus, prolifération intense de prothymocytes ou thymocytes corticaux, stimulée par les SCF et IL-7

 

Les chaînes du TCR commencent à se réarranger: essentiellement le locus de la chaîne ß, ce qui permettra le réarrangement au locus de la chaîne a à l’étape suivante [dans 5% des cas : réarrangement du locus de la chaîne γ au lieu de ß : ce qui aboutira à la production de lymphocytes T γδ, qui peuvent reconnaître directement l’antigène].

Phénotype : présence du CD3 intracytoplasmique; les cellules sont appelées DN (double négatives CD4- CD8-), expriment transitoirement les CD44 puis CD25.

 

Etape 2 : Egalement dans la zone corticale, les cellules de l’étape 1 évoluent en préthymocytes ou thymocytes communs

 

Réarrangement au locus α et coexpression en surface des molécules CD4 et CD8 (= doubles positives CD4+ CD8+)

 

Une sélection positive a lieu : les cellules entrent en contact avec les molécules du CMH 1 et 2 et les reconnaitre (les cellules qui n’entrent pas en contact avec les molécules du CMH entrent en apoptose). Ceci restreint les lymphocytes T à ne réagir qu’avec les molécules du CMH et élimine les cellules autoréactives.

 

Etape 3 : Les cellules de l’étape 2 se localisent dans la médullaire du thymus = thymocytes matures ou médullaires.

 

En surface, elles expriment soit CD4 soit CD8.

 

Une seconde étape de sélection d’affinité a lieu : contact avec des cellules dendritiques porteuses des complexes CMH1/peptide ou CMH2/peptide :

                - si interaction forte avec ces complexes : apoptose

                - si interaction faible : survie.

 

Le but de cette étape est d’éliminer les cellules fortement réactives avec les protéines du soi.

Les thymocytes matures se différencient en lymphocytes CD4+ ou CD8+ naïfs qui passent dans les vaisseaux sanguins.

  

3. Les principales fonctions des lymphocytes T

 

Tous les lymphocytes T peuvent reconnaître un Ag (grâce au TCR αβ), mais il faut l’intervention du CMH :

- si l’Ag est couplé à une molécule CMH 2, les lymphocytes CD4 interviennent [il y a 2 types de lymphocytes CD4: T H1 et TH 2 (T Helpers)]

- si l’Ag est couplé à une molécule CMH1 ce sont les lymphocytes CD8 qui interviennent

 

3.1. Reconnaissance de l’Ag par le TCR des lymphocytes TH1

 

L’Ag, par exemple microbien, se fixe sur le TCR des TH1, ce qui induit la synthèse et la sécrétion de diverses cytokines :

 

                * IL-2 : stimule la prolifération B, la prolifération TH1, et limite la prolifération TH2

                * interféron γ : stimule l’activation des monocytes en macrophages : ceci stimule la phagocytose, mais induit aussi le switch isotypique dans les lymphocytes B du follicule vers les IgG1 et IgG2a (= anticorps opsonisants)

 

Bilan : il se forme des complexes Ag + Ac opsonisants + C’ qui seront phagocytés par les macrophages. C’est une réponse essentiellement phagocyte dépendante (rôle essentiel dans l’hypersensibilité retardée et l’infection).

 

3.2. Reconnaissance de l’Ag par le TCR des lymphocytes TH2

 

Les Ag sont ici essentiellement des allergènes ou des parasites (avec intervention des mastocytes, basophiles et éosinophiles).

 

La fixation de l’Ag sur le TCR des TH2 provoque la synthèse et la sécrétion de :

 

               * IL-4 : stimule le switch dans les lymphocytes B vers la synthèse d’IgE

                * IL-5 : stimule la croissance des éosinophiles (et le switch vers les IgA)

                * IL-6 : stimule la croissance des plasmocytes pour sécréter des Ig

                * IL-10 : réprime la réponse macrophagique.

 

Les IgE produites peuvent se fixer sur les basophiles et mastocytes (récepteurs spécifiques) et produire la dégranulation.

 

3.3. Implication des lymphocytes CD8+

 

2 types d’action :

 

                - contrôle de la réponse immune humorale (effet T suppresseur)

                - réponse cytotoxique

 

Des CD8 « précurseurs » reçoivent un premier signal (après contact avec la cible qui porte un Ag et une molécule de classe 1 ; Ex = Ag viral sur une cellule), ce qui entraîne l’apparition en surface de récepteurs pour l’IL-2. Des cellules CD4 qui reconnaissent l’Ag couplé au CMH classe 2 vont produire de l’IL-2 qui va stimuler les CD8, ce qui entraîne leur prolifération et expansion.

 

La cible est ensuite lysée :

 

                - soit directement si elle porte des complexes CMH1 + Ag [les granulations des CD8 activés libèrent de la perforine (qui troue la membrane de la cible) et du granzyme (qui pénètre par les pores créés) qui active la cascade des caspases et entraîne l’apoptose de la cible : en parallèle le FAS-ligand des CD8 se couple aux molécules FAS de la cellule cible, activant les premières étapes de la cascade des caspases]

                - soit au sein d’un mécanisme appelé ADCC (antibody dependant cell cytotoxicity) quand la cible est recouverte au préalable d’anticorps.

 

3.4. Réponse humorale T indépendante

 

                Surtout pour les Ag non protéiques (saccharidiques). Elle produit surtout des IgM (pas ou peu de switch isotypique), ou par exemple pour le pneumocoque (et autres bactéries encapsulées saccharidiques) avec commutation vers les IgG2

                S’effectue surtout dans la pulpe blanche de la rate (zone marginale abondante avec nombreux macrophages résidents actifs sur les pneumocoques). En cas de splénectomie, la réponse anti infectieuse sera plus difficile ou inexistante : la vaccination avant splénectomie (programmée) permet de développer une immunité IgG par les autres formations lymphoïdes (ganglions).

 

 

Les cellules NK

 

Représentent environ 10% des lymphocytes du sang circulant.

 

- Origine : précurseur commun T/NK.

 

- Fonctions : cellules majeures de l’immunité naturelle, et de la surveillance antitumorale et antivirale.

 

- Morphologiquement proches des lymphocytes CD8 (grands lymphocytes granuleux dans les 2 cas). Action par un mécanisme de cytotoxicité proche de celle des CD8, dépendant d’Ac (ADCC et intervention du CD16) ou non (lyse de cellules qui ne portent pas de CMH1).

 

- Elles sécrètent diverses cytokines :

                                - IFN γ                               - IL-3

                               - IL-4 et IL-5

                               - cytokines inflammatoires (IL1, IFN, GM-CSF)

 

- Elles portent des Ag particuliers : CD56, CD57, CD16, récepteurs Kir. (mais sont dépourvues de CD3, CD8 et des molécules du TCR)

 

 

Notions sur le système HLA

 

Regroupe les CMH de type I et de type II

 

* CMH de type I = une chaîne a et une chaîne libre appelée bêta2 microglobuline (99 AA). Ces molécules sont présentes sur toutes les cellules de l’organisme sauf les globules rouges  Il y en a trois grands groupes A, B, et C

Les IFN a, b, et g et les TNF a et b augmentent l’expression des CMH 1 sur les cellules.

 

* CMH type II = une chaîne a et une chaîne b. Elles sont présentes sur les CPA : macrophages, lymphocytes B, cellules endothéliales, dendritiques, et de Langerhans.

C’est le groupe HLA de type D, contenant plusieurs sous-groupes DP, DQ, et DR (ou Ia).

 

Quand les cellules T sont activées, HLA DR apparaît en surface

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janvier 2011