Cours 2 d\'immunologie génétique - PAMP/DAMP et PRR PDF

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Summary

Cours de l'UE Immunologie génétique par A. Couedel en première année (L3) du Magistère Européen de Génétique (MEG) au second semestre (S6) .
PRR membranaire, cytosolique et soluble....

Description

C2 27/01/2020

Les moyens moléculaires de « détecter le danger » : les PAMP/DAMP et les PRR Les micro-organismes pathogènes présentent des « signatures » (stéréotypes) moléculaire : PAMP (pathogen associated molecular pa?erns) : ne sont pas présents chez l’hôte (sucres, lipides, protéines, acides nucléiques différents), sont partagés par de grands groupes d’agents pathogène, sont relaFvement peu variables (à la ≠ de l’hémaggluFnine (HA) et de la neuraminidase (N) par ex).

EX DE PAMP : •

Flagelline des flagelles bactérienne

•

Epaisse couche de pepFdoglycan des bactéries G+

•

Epaisse couche de lipopolysaccharide (endotoxine) des bactéries G-

•

RNA double brin

•

DNA non méthylé ou hypométhylé (dans la plupart des bactéries l’ADN est faiblement méthylé)

DAMP (Damaged associated molecular pa?ern) : molécules de l’hôte qui peuvent iniFer et perpétuer une réponse inflammatoire non infecFeuse. La plupart sont des protéines nucléaires ou cytosoliques qui relarguées à l’extérieur des cellules ou exposées à la surface d’une cellule en souffrance sont dénaturées et alors reconnues par des récepteurs. Signature moléculaire des cellules abimées : molécules qui sont anormalement à l’extérieur : protéine cytoplasmique qui se retrouvent à l’extérieur. Exemple : HMGB1 (associée à la chromaFne) et quand la cellule est endommagée elle est relargués à l’extérieur, ADN, ARN, ATP, Adénosine. Façon de mourir des cellules : nécrose, apoptose, sénescence … en foncFon de la façon dont la cellule meurt, elle va libérer +/- de molécules qui sont normalement à l’intérieur Cellules sous stress : producFon de protéines qui vont être relarguées en masse. Va être potenFellement senFt par les cellules autour.

Système de perception du côté de l’hôte : PRRs (pattern recognition receptor) PRR = dans ≠ localisaFon. OrganisaFon qui fait qu’il y en a partout dans l’organisme et au niveau subcellulaire pour arriver à senFr tout ce qu’il se passe. Une fois que ces récepteurs vont être sFmulés, il va y avoir ≠ conséquences de la reconnaissance des PAMP ou DAMP par les récepteurs. Soit juste un senseur (membranaire ou intracellulaire) qui va déclencher l’alarme et donc la producFon de cytokines, déclenchent la réponse immunitaire (récepteur d’alarme) ex TLR, sont présents sur la plupart des cellules de l’organisme. Soit effet direct en favorisant une acFon effectrice, « effecteurs membranaires » (ex : augmenter / déclencher la phagocytose, ex CD206, uniquement présent sur les cellules « spécialisées » de l’immunité naturelle)

PRR membranaire Au niveau de la membrane plasmique mais aussi dans les comparFments interne : vésiculaire, reFculum, lysosome. Sont tous des « senseurs » Exemples de « senseurs » chez les mammifères : TLR (toll like recepteur) : Ressemble dans la foncFon au toll des insectes, iniFaFon de la réponse et de la reconnaissance du danger. Molécules impliquées à la fois dans le dvpment et dans la résistance à certaines infecFons (producFon pepFdes anFmicrobiens contre champignons). 1er TLR mis en évidence = TLR4, s’il est absent chez la souris, il empêche le choc sepFque : montre que c’est un senseurs de PAMP.

D’un point de vue moléculaire : les extracellulaire : ont un domaine riche en leucine (LRR) et en dessous un domaine TIR. Homogénéité de la structure. Chaque TLR va reconnaitre un moFf parFculier (Ex : TLR4 reconnait les LPS des gram -. TLR5 reconnait la flagelline). Les TLR qui reconnaissent l’ARN simple ou double brin sont à l’intérieur de la cellule. Chez l’homme on connait 10 TLR, un peu plus chez la souris.

SignalisaNon des TLR Une fois que le récepteur lie le ligand spécifique (reconnaissent des signatures moléculaires microbiennes), le domaine cytosolique recrute des adaptateurs à domaine TIR, car les domaines TIR sont capables de faire des interacFons homologues (TIR-TIR), qui permet d’enclencher la signalisaFon sous ces récepteurs. MyD88 : adaptateurs présent dans toutes les signalisaFons des TLR. Molécule qui souvent est engagé dans le démarrage de la signalisaFon des TLR. Mais il y en a d’autres. Cascade de signalisaFon qui abouFt par la producFon de ≠ facteurs de transcripFon, à la sFmulaFon de la producFon des cytokines pro-inflammatoires (interleukine 8 (IL8), TNF α, IL6) et dans certains cas des INF de type I (INF α, β, produit très tôt, réponse mis en route après des infecFons virales). Alerte en produisant des cytokines qui favorisent l’inflammaFon : phénomène de vasodilaFon pour recruter des cellules à l’endroit de l’infecFon. En foncFon de la nature des cellules : +/- de capacités à acFvité les ≠ voies. Selon les types cellulaires, l’expression des TLR est ≠ : cascade ≠.

RégulaNon de la signalisaNon TLR Régulé à bcp de niveaux ≠ : Fmulaton du récepteurs ne suffit pas à la producFon de cytokine ou de INF. beaucoup de protéines capable de bloquer à ≠ niveaux la voie. Notamment les miR : micro-ARN, capable d’interférer dans la transcripFon des gènes. Surexpression de miR bloque la signalisaFon. Certains pathogène qui évoluent avec l’humain depuis un certain temps sont capable de réguler la producFon de ces miR et donc d’inhiber l’inflammaFon : bloquent les TLR.

Polymorphismes TLR associés à des sensibilités à certaines infecNons Toujours en évoluFon. Personnes beaucoup plus sensibles à des infecFons : ont des SNP ≠ sur leurs TLR. Haplotypes qui favorisent des maladies infecFeuses. En foncFon de la capacité à détecter le danger, on peut être sensible ou non à une infecFon.

Autres PRR membranaires : LecFnes de type C : protéines ou glycoprotéines qui reconnaissent des résidus glucidiques (mannose, fucose). Ex : le mannose récepteur (CD206) et DEC205. UFlisé pour cibler les cellules dendriFques, elles expriment bcp ces récepteurs. Récepteurs capable directement de favorisé la phagocytose. Reconnaissent un type de sucres. Vont directement favoriser une foncFon effectrice. f-Met-Leu-Phe receptors (fMLPR) : récepteurs pour pepFdes N-formylés de beaucoup de bactéries. Couplés à des protéines G qui augmentent la capacité de migraFon des cellules immunitaires : favorise le chimiotacFsme en parFculier neutrophiles. Produisent des chimiokines qui vont recruter des neutrophiles.

PRR cytosolique Récepteur capable de senFr l’intrusion dans la cellule : bactérie qui a réussi à rentrer dans le cytosol, virus qui a relargué son matériel généFque. 2 grands types : NLRs ou aussi appelé NOD (nucleoNd-binding oligomerizaNon-domain)-Like Receptors

Dédiés à la détecFon des bactéries. Présent chez les plantes, les insectes et les mammifères. NLR = famille de protéines, avec une sous famille contenant NOD1, NOD2 etc… Domaine de liaison aux nucléoFdes, des domaines riches en leucine comme les TLR, et un domaine CARD (caspase). NOD1 et NOD2 : reconnaissent 2 moFfs disFncts de pepFdoglycans de la paroi des bactéries. NOD2 reconnait les gram+ et les gram- alors que NOD1 ne reconnait que les gram-. Ils sont distribués différemment, NOD1 est dans toutes les cellules alors que NOD2 n’est quasiment que dans les cellules de l’immunité et dans les cellules de Paneth (cellules dans l’intesFn). Les NLR ont une importante physiologique pour les mammifères : maladies inflammatoire chronique de l’intesFn et des maladies auto-immune qui sont associés à des mutaFons de ces détecteurs.

La signalisaNon des NLR : Il faut que les ligands arrivent dans le cytoplasme. Quand NOD lient leurs ligands spé (MDP pour NOD2 et iE-DAP pour NOD1) : entrainent une oligomérisaFon de ces molécules qui sont alors capable de recruter d’autres effecteurs et au final d’acFver la producFon de cytokines pro-inflammatoire (ubiquiFnaFon de NEMO/Ikk, et acFvaFon de NFkB).

Famille des NLR : Autre famille qui fait parFe des NLR : Dans la famille : ont quasiment toutes un domaine riche en leucine, ont toutes un domaine NACHT, la différence se trouve en N-ter : domaine CARD, PyD ou BIR, dépend de la protéine. Une des sous famille = NLRP, impliqué dans l’inflammasome. L’ acFvaFon des NLRP va leur donner la capacité d’acFver la caspase. Diffèrent NLRP qui sont des « senseurs », quand ils sentent spécifiquement un moFf (ARN bactérien, ATP, toxines, MDP, flagelline et autres) dans le cytoplasme, sont capable d’acFver la formaFon d’un complexe qui au final va acFver la caspase 1. Inflammasome = la consFtuFon de ces complexes qui perme?ent d’acFver la caspase. Caspase 1 très importante pour la transformaFon des cytokines IL1β et IL18 en vrai cytokines sécrétés (tant qu’elles ne sont pas clivées par la caspase, ne sont pas foncFonnels). Il faut la combinaison de la cascade des TLR (produisent les pro-cytokines) et l’acFvaFon de la caspase pour produire ces cytokines acFves. 4 types inflammasome ≠ : NLRP1, NRLP3, NRLC4 et AIM2. Molécules senFes par les ≠ NLRP rentrent dans la cellule, les ≠ complexes d’inflammasome sont sFmulé par des molécules de natures ≠ venant de ≠ pathogènes. Synergie avec les TLR permet d’avoir plusieurs point de contrôle, besoin des 2 cascades pour envoyer une alerte.

Reconnaissance des DAMPS : InteracFon entre des TLR et des DAMPS : HSP avec le TLR4. Molécules qui sont des signaux de dangers de la cellule qui interagissent avec des TLR. Se fait à la surface membranaire et par les NOD. Induit les mêmes réacFons : entrainent la producFon des cytokines et dans certains cas la producFon d’interférons de type 1. Une parFe qui est capable d’acFver l’inflammasome qui est nécessaire à la producFon d’IL1β et IL18. RegulaFon complexe qui font que dans certains cas les voies synergisent et d’autres où elles s’antagonisent. Selon l’intensité du signal on va ou non jusqu’au bout de la cascade.

RLR (RIG-I-like receptors) : RIG-I, Mda5, LGP2 qui présentent un domaine RNA helicase. Reconnait l’ARN viral (RIG-I reconnait ARN avec 5’ triphosphate) Les virus à ARN vont rentrer dans la cellule et faire sorFr leur ARN pour qu’il aille au noyau : à ce moment-là va être capable d’être détecté par RLR. Les virus ou bactérie à ADN double brin vont relargués leurs ADN dans le cytoplasme : sera senFt par les récepteurs à ADN, va sFmuler la translocaFon des facteurs de transcripFon (IR3, IR7, NFkB) qui vont entrainer la producFon d’interférons.

Les interférons de type I : INF α et INFβ sécrétés par de nombreux types cellulaires (fibroblastes, lymphocytes, macrophages, …pDC) ≠ INF type II (INFγ par cellules immunitaires). Rôle important dans l’inhibiFon de la réplicaFon virale et résistance virale Interférons de type I et récepteurs : L’interféron produit va être capable de se lier aux récepteurs des interférons de type 1 : IFNAR (combinaison de 2 molécules). SFmulaFon de ce récepteur va abouFr à une cascade de signalisaFon qui induit la transcripFon des ISG. ISG = interferon sFmulated gene. Panel de gènes qui répondent à l’interféron. Parmis ces ISG il y a molécules capable de bloquer directement la réplicaFon des virus = facteur de restricFon. Facteur de restricFon = peFte mol capable de bloquer la réplicaFon de plein de virus ≠ (uFlisé dans l’immunité intrinsèque). La producFon peut être sFmulé par l’interféron mais existe à l’état basale = empêche complétement la réplicaFon iniFale du virus. Autre acFon des ISG : anF-proliféraFve, la cellule va arrêter sa réplicaFon : dans le cas de rétro-virus permet de limiter l’infecFon virale. ISG qui sont des facteurs de restricFon à acFvité anFvirale : TLR, Mx, PKR, 2’5’OAS, TRAIL/vipérine ISG à acFon proliféraFve : p38, p21/p200, Caspases, IL-12, IL-15, IFN-γ, PI3K AcFon qui foncFonne aussi en paracrine. La cellule infecté va produire des interférons qui vont agir sur ce?e cellule et produire des ISG mais en plus l’interféron produit va être capable d’agir sur la cell d’à côté : producFon de + de facteurs de restricFon. ProtecFon + importante, préviens l’infecFon des cellules autour. Réponse fondamentale dans la lu?e anF-virale. Mais possible dans certains cas, que des virus peuvent bloquer la producFon d’interférons : chronicité de l’infecFon. Ce?e producFon d’interférons doit a un moment s’arrêter car sinon va entrainer la mort des cellules et des Fssus, processus inflammatoire qui dure —> maladie inflammatoire chroniques —> besoin de contrôle et d’arrêt. Propriétés des IFN de type I :

PRR soluble : Distribués dans la circulaFon.

EXEMPLES : LBP = LPS-binding protein (foie) : Protéine sérique de l’inflamma3on sécrété par le foie et cellules épithéliales. Augmentée par les cytokines IL6, IL1, TNF. Capable de lier les LPS (donc les gram-). Les LPS ont une par3e lipidique très toxique, et des composants saccharidique (sucre complexes) qui vont être différents selon les bactéries. LPB = LPS des gram – responsable du choc sep3que LPS = endotoxine. Choc endotoxique lié a ce LPS. =/= entre exotoxines et endotoxines : Exotoxine = pe3ts pep3des produit par les bactéries (vivantes) et qui vont agir sur des récepteurs spécifiques. Pour la majorité elles sont thermolabiles (on peut s’en débarrasser en chauffant). Pe3ts pep3des très immunogènes : on peut faire des sérums avec des AC contre elles pour contrer son ac3on. Souvent sur des gènes extrachromosomales Toxicité très importante, quelque ug d’exotoxine = fatale Endotoxines = LPS a la paroi externe des bactéries gram-. Les endotoxines sont de nature lipidique = lipide A donc peu sensibles à la chaleur donc non inac3vable par chauffage, peu immunogène (surement du a sa par3e en sucre) : pas/peu d’AC produit contre les endotoxines donc pas de vaccins possible. Codé dans le chromosome bactérien Les endotoxines provoquent un choc toxique (ou choc endotoxinique ou choc sep3que) responsable de la mort dans 50% des cas (forte fièvre, vasodilata3on, et augmenta3on de la perméabilité des vaisseaux, d’où la forma3on d’oedemes et une chute générale de la P° artérielle, dégranula3on des plaque]es provoquant une « coagula3on intravasculaire disséminée »). Elles ont une ac3vité toxique qui ne s’expriment qu’à forte dose : il faut une infec3on bactérienne importante et une libéra3on massive d’endotoxine pour observer un choc toxique. A faible dose elles ont globalement un effet bénéfique. LPS qui se lie à la LBP est capable d’être reconnu par le TLR4 et le CD14 (associa3on de CD14/TLR4 qui reconnait LPS+LBP) —> ac3ve les macrophages à produire de grandes quan3té d’IL1. Ce]e ac3va3on va entrainer une « tempête cytokinique » pro-inflammatoire avec d’énormes sécré3on d’IL6, d’IL1 et de TNF : les cytokines sont relégués dans le sang par les macrophages et vont aller jusque dans l’hypothalamus dans le cerveau. —> c’est ce qui va être responsable du choc scep3que. l’IL1 va aller dans l’hypothalamus —> hypothalamus va produire des prostaglandines ce qui va augmenter la t° générale de l’organisme, produisant la fièvre. On ne peut pas encore bloquer ces chocs scep3ques. Lec:nes comme MBP (mannose binding protéin) : Reconnait des sucres répé33fs, origine non immunitaire (foie). A des domaines cargo-hydrate qui sont capables de reconnaitre des mo3fs de sucre à la surface des bactéries.

La distribu3on des sucres à la surfaces des bactéries =/= de la distribu3on sur des cell eucaryotes. La surface microbienne a des mo3fs réguliers (alors qu’il n’y a pas de mo3fs sur la surface des eucaryotes) La lec3ne liant le mannose (MBL) se lie aux sucres répé33fs microbiens —> va ac3ver le complément. MBP = une des façons d’ac3ver la voie du complément. Protéines du complément : C’est un système : ensemble de protéines qui interagissent entres elles, s’ac3vent en cascade. Elles sont toutes produites par le foie sous forme inac3ve (circule sous forme inac3ve). Si a un moment l’une est ac3vé —> cascade où elles s’ac3vent les unes avec les autres —> abou3t a =/= choses. Groupe de 35 protéines majoritairement circulantes (serum) (12 de ces prot sont directement impliquées dans les méca d’élimina3on des pathogènes, les autres régulent finement l’ac3vité des premières afin d’éviter une réac3on auto-immune) Soit pro-enzymes inac3ves ac3vés par clivage. Vont être découpés et libéré : un fragment soluble qui en général à une fonc3on pro-inflammatoire et un fragment qui aura la fonc3on enzyma3que (cataly3que) de protéases pour aller cliver le facteur suivant. Chaque protéine inac3ve est capable d’ac3ver une autre quand elle est digéré mais aussi d’avoir une ac3vité pro-inflammatoire. Toutes ces protéines sont thermolabiles (qui perdent leurs qualités à une température déterminée), étant donnés qu’elles sont dans la circula3on quand on u3lise du sérums si on ne les désac3vent pas : peut laser les cellules, quand on travaille avec du sérums on passe toujours 30 min à 56°C pour éliminer les éléments du compléments pour qu’il n’y ai pas d’ac3va3on du compléments dans la culture. Quelques soit la voie d’ac3va3on du complément on abou3t toujours aux mêmes choses : recrutement de cellules inflammatoires (clivage du fragment pro-inflammatoire), une par3e des éléments sont capables de se recoller sur des pathogènes = opsoniza3on des pathogènes, et aussi capacité de destruc3on des pathogènes par la forma3on de pores. 3 mécanismes effecteurs de l’ac3va3on du complément. 3 voies d’ac3va3on du complément : voie classique, voie lec3nes, voie alterna3ves. Un des éléments du complément = C3. C3 est hydrolyser (coupé en 2) —> un morceau C3a proinflammatoire et l’autre (C3b) a l’ac3vité enzyma3que : agit sur un autre composé pour le couper. Au fur et a mesure des coupures et des assemblages on est capable d’abou3r à la C3 convertase = capable d’avoir une ac3vité cataly3que sur la C5 De cascade en cascade on ac3ve les éléments du complément. Crée des complexes à la surface du pathogènes. Il y a aussi des régulateurs : possibilité d’arrêter la mise en route d’ac3va3on à =/= moments et donc de ne pas aller au bout de la cascade. Ex : facteur P stabilise la C3 conver3es à la surface de la bactérie. Mais des facteurs au contraire sont capable de déstabiliser ce complexe : ce qui arrête la cascade du complément. Cascade régulé par d’autres facteurs. Voie classique médiée par le complexe AG AC (déjà en réponse immunitaire acquises). Mais l’ac3va3on du complément par la voie MB-lec3nes et la voie alterna3ve possible pendant la réponse innée. Quelque soit le démarrage (selon les 3 voies d‘ac3va3on) de la cascade on abou3t à la C3 convertase. Sa composi3on n’est pas exactement la même selon la voie qui la forme mais dans tous les cas elle va être capable de donner toutes les pe3tes sous par3es (C5b à C9) qui vont être capable de former le complexe d’a]aque membranaire (complexe mul3-moléculaire qui fait des pores dans la bactérie sur laquelle s’est ancrée la C3 convertase) —> lyse de la bactérie. Clivage du C3 = pilier centrale du démarrage de la cascade qui permet la lyse de la bactérie.

Opsonisa3on : Si on recouvre le pathogènes par un certain type d’élément (ex : C3b) : permet de bloquer la présence de molécules importante pour cibler certaine cellules (ex : si la bactérie à besoin d’un récepteur pour rentrer dans certaines cellules) —> inac3ve. Permet d’augmenter la phagocytose : il y a des récepteurs des protéines ac3vés du compléments (CR1 et CR3). Ces récepteurs vont favoriser la capacité des macrophages à phagocyter les pathogènes. Ac3ons : lyse directe, ospsonisa3on des pathogènes (inac3ve le pathogène et favorise la phagocytose), favorise la chimio-a]rac3on à l’endroit où le complément à été ac3vé —> fonc3on chimio-tac3que, permet l’extrac3on des cell de l’immunité (augmente aussi la phagocytose mais par le complexe AG/AC).

Différentes conséquences quand reconnaissance Les opsonines (morceaux du compliments) peuvent augmenter la phagocytose mais en // il peut y avoir une s3mula3on des PRR qui déclenche la réponse inflammatoire (alerte les cellules). Possible aussi de la destruc3on dans les macrophages des bactéries opsonisées. —> on a une combinaison de mécanismes mis en route en même temps pour éliminer les micro-organismes invasif. La phagocytose = phénomène ac3f qui demande une consomma3on d’énergie importante par la cellule. Son ac3vité est largement augmenté par l’opsonisa3on. A termes quand la phagocytose à eu lieu —> présenta3on an3génique. Se passe dans les macrophages mais aussi dans les cellules d...