UE6 - Immunologie 3 - Ontogénèse T et TCR -05 03 2018 - 8h30[2789] PDF

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RT : Annoud Sylvie et Belouaer Imane RL : Bouchaffa Salma UE. 6 - Immunologie

LYMPHOPOIESE T : Ontogenèse et TCR

I. II.

INTRODUCTION LE RECEPTEUR DES CELLULES T (TCR) A. Le complexe TCR-CD3 B. Les réarrangements des chaines du TCR C. Autres molécules du TCR

III. ONTOGENESE DES CELLULES T A. Différenciation des LT dans le thymus B. Différenciation des LT en périphérie

Certaines diapos n’ont pas été abordées par le prof en cours ou ont été très brièvement abordées, donc on vous conseille de travailler avec son diaporama aussi pour avoir les infos qui y sont et qui n’apparaissent pas dans la ronéo.

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I. Introduction Pour être un lymphocyte T (LT), il faut exprimer un récepteur spécifique dit TCR. Les LT sont des lymphocytes issus du progéniteur lymphoïde commun. A partir de CSH , il va se passer différentes étapes de différenciation dans la moelle pour former le LT. Les LT viennent du thymus (quant aux LB, ils viennent de la bourse de Fabrisius chez les oiseaux et non pas bone marrow). Le thymus est un organe lymphoïde primaire, lieu de production du LT, situé au-dessus du cœur. Il a une capsule, cortex et médulla, organisation importante dans la génération du LT. Dans chaque partie du thymus on aura des LT en cours de développement des cellules thymocytes à différents stades de développement évalués par leur récepteur qu’ils ont ou pas à la surface. Il y’a donc expression de différents récepteurs caractéristiques du stade de maturation des lymphocytes. Ne sortent du thymus que des LT matures c’est-à-dire qu’ils auront un TCR fonctionnel et entièrement recombiné mais naïf de tout premier contact avec un Ag (antigène). Les différentes étapes de sélection pour la génération du TCR se font de manière aléatoire donc il y’a autant de chance de reconnaitre des Ag du Soi que du Non Soi. Il faut bcp de sélection pour éliminer tous les LT qui reconnaitraient avec une très grande affinité les Ag de soi. Mais le fait que ce soit aléatoire crée de la diversité.

Certaines cellules font parties de l’immunité adaptative pourtant on les met au milieu (la zone grise) car elles présentent certaines caractéristiques de l’immunité innée. C’est le cas de 2 sous populations de LT : • Les LT γ/δ. Le TCR pour la partie reconnaissance a 2 chaines, soit en majorité α/β qui reconnait des peptides, soit en minorité (5% des T) γ/δ.

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Le α/β est très divers : 1015 à 1018 recombinaisons possibles alors que le γ/δ peut moins faire de recombinaison de TCR •

Les TNK (ou INKT en anglais avec I= invariant) ont un TCR inv ariant, c’est la même recombinaison , c’est le même TCR. Ce sont quantitativement peu de cellules (0.05% des Lymphocytes qu’on peut trouver) mais c’est une vraie « bombe à cytokine » : production IL-4 / IL-17 / interféron γ qui sont des cytokines qui réorientent complètement la réponse immunitaire. Ils reconnaissent des glycolipides (et pas des peptides)

(On rappelle que les LT classiques sont ceux à chaine α/β et qui produisent soit CD4 soit CD8.) De même, les LB présentent des cellules dans cette fameuse zone grise : les B2 sont adaptatives mais pas les B1 (produit dans le péritoine) qui se retrouvent dans cette zone grise car ne produisent que des IGM et sont sans mémoire immunologique. /!\ Tous les lymphocytes ne font pas partie de l’immunité adaptative car les NK sont dans l’ immunité innée. Les sous population des LT sont fonctionnellement différentes les unes des autres. Leur étude repose sur la cytométrie en flux + reconnaissance des Ag par des AC (anticorps) monoclonaux (capable de reconnaitre un épitope d’Ag). Initialement, un même Ag avait plusieurs dénominations (nom propre à chaque laboratoire). Aujourd'hui, on parle de "Cluster de différenciation" = nom de l’Ag harmonisé pour que toutes les équipes qui ont fait leur découverte, parle de la même chose. Les CD4 et CD8, Ag à la surface des LT ont des fonctions différentes : • Les CD4 aussi appelés T Helper (auxiliaire) organise la réponse immune en interagissant avec d’autres cellules. Elles produisent des cytokines, activent des récepteurs par contact. Elles jouent dans la médiation humorale. • Les CD8 = cytotoxique. ==> Ces Ag de surface permettent de caractériser une population , puis une sous population lymphocytaire. Plus on fait de marquage avec des AC plus on peut étudier les sous populations. Grace à l’étude des CD, on définit mieux les sous populations lymphocytaires.

LT exerce un contrôle sur l’immunité à médiation humorale (exerce un contrôle) ainsi que celle à médiation cellulaire. Ces LT sont initialement originaires de la moelle puis vont migrer pour venir coloniser le thymus (ils ne sont pas présents initialement dans le thymus !!). En effet à la 3ème semaine de vie embryonnaire on trouve dans le foie des CSH pluripotentes qui migrent vers la moelle au 3ème mois puis vers le 7ème mois dans le thymus pour donner des thymocytes qui donneront des LT.

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Les LT matures qui sortent du thymus expriment plusieurs marqueurs de différenciation, ils ont un TCR fonctionnel car s’il n’est pas fonctionnel bah la cellule meurt. De plus, ils réarrangent leurs gènes codant pour ce TCR justement. Etant donné que ce réarrangement est complètement aléatoire il y’a des étapes de sélection positive et négative.

II.

LE RECEPTEUR DES CELLULES T (TCR)

A. Le complexe TCR-CD3 Une cellule T n'est un LT que si elle exprime un TCR (LT = expression du TCR). Le TCR a des parties variables et constantes. Il est constitué de 2 chaines différentes α/β ou γ/delta. Ces 2 chaines ne servent qu’à reconnaitre un peptide associé au CMH, leur partie IC (intraccytoplasmique) étant trop courte pour médier une signalisation. On parle de complexe TCR associé aux molécules CD3. C'est le complexe CD3 qui est capable de transduire le signal en IC impératif pour donner le signal 1 au LT pour qu’il s’active. On parle de complexe TCR-CD3 (TCR = reconnaissance / CD3 = signalisation intracellulaire). A côté des 2 chaines de la reconnaissance porté par le TCR, on a 6 chaines de signalisation dans le CD3 : le γ/δ (/!\ à ne pas confondre avec le γ/δ du TCR) + 2 chaines ζ (zêta) + 2 chaines ε.

B. Réarrangement des chaînes du TCR 95% des LT ont un TCR α/β donc 5% seulement ont le γ/δ. Cette formation de chaine du TCR se fait sur le même mode que la génération des Ag et des Ig : le réarrangement génomique. Chaque clone T (un thymocyte T) est différent et a une réorganisation de différents segments d’ADN selon la chaine de son TCR (VJC pour la chaine α / VDJC pour la chaine β) qui forme un ADN réarrangé où on a perdu de l'information génétique. Les différents segments d'ADN sélectionnés s'associent entre eux et toutes les portions d'ADN qui se situent entre ces segments et qui n'ont pas été

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sélectionnées sont coupées et éliminées. Quand on réarrange une chaine du TCR si ce n'est pas fonctionnel, si à la fin on a pas quelque chose d'exprimé à la surface du LT, on a une deuxième chance, c’est-à-dire qu'on réarrange l’autre allèle parentale et si ça marche toujours pas la cellule meurt. ==> En absence de génération d'un TCR fonctionnel, la cellule meurt ! Ainsi, un TCR associé au complexe CD3 permet de transduire le signal au sein du LT. Cependant, pour activer pleinement un LT il faut 2 signaux, le premier étant transduit par CD3 qui reconnait le peptide dont il est spécifique mais il faut un signal 2. Sans signal 2, le LT entre en anergie c’est-à-dire un état de non réponse active. La cellule ne meurt pas mais est insensible à toute autre stimulation (en gros on l’a perdu car elle n'aura reçu que son signal 1. C'est le fait de recevoir le signal 2 qui permet au LT d'éviter l'anergie). Ceci constitue une sécurité importante pour limiter les activités des LT auto-immuns qui ont réussis à sortir du thymus. •

Les chaines α/β:

Par conséquent, pour la chaine α, on aura une multitudes de segments génétiques V ainsi que de J et de C qu'on associera à un segment constant (il en est de même pour la chaine β sauf qu'on a en plus des segments D) . Ceci génère à partir d’un ADN germinal une combinatoire importante. En plus de cette association de segments, on a en plus une enzyme qui va modifier très légèrement au niveau de la jonction ce réarrangement. Donc on a une incertitude jonctionnelle qui rajoute encore plus de diversité. De plus, on a différentes chaines donc rajout également de diversité. ==> Par conséquent, cette diversité permet d'exprimer de manière très aléatoire 1015 TCRαβ différents en théorie.

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Cette diversité nous permet de faire face à différents agents pathogènes qui nous entourent et qui mutent tout le temps. Le fait de générer de la diversité permet la survie de notre espèce dans un monde non stérile. Cependant, générer de la diversité équivaut aussi à générer un répertoire de LT auto-immunes (de nombreux LT auto-réactifs vont être générés). Ces LT auto-réactifs vont être soit éliminés, soit sans conséquences (on reverra cela ultérieurement dans ce cours). •

Pour les chaines γ/δ on a le même système :

Chaine γ = Chaine α ( on réarrange les segments V,J et C) Chaine β = Chaine δ ( on réarrange les segments V,J,D et C)

Conclusion : On a des segments génétiques qui se recombinent aléatoirement pour former α/β ou γ/δ fonctionnels et exprimés en surface.

Les enzymes qui interviendront pour exciser les portions d'ADN situés entre les segments conservés seront les mêmes que celles qu'on a vu pour les Ac : Les recombinases RAG-1 et RAG-2 jouant un rôle dans la recombinaison et dans l’élimination des segments génomiques entre ceux sélectionnés. Particularité à connaitre : L'ADN excisé et qui est libéré sous forme circularisée n’est pas éliminé. Il s’agit d’un TREC (TCR excision cercle) qui correspond à la portion génomique non conservée et qui est non réplicable car n'a pas d'origine de réplication ( c'est différent d'un plasmide qui peut se répliquer de façon autonome à l'intérieur d'une bactérie). On aura des TRECs qui seront dilués au fur et à mesure entre les cellules filles issues de la multiplication du clone T en question. Donc pour une cellule qui vient de sortir du thymus et qui aura réussie à recombiner son TCR, on aura la présence de TREC. En revanche, une cellule

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qui prolifère de manière intense en périphérie aura moins de TREC car il y a répartition de ces TREC entre les cellules filles. Ils se retrouvent dilués au fur et à mesure de la multiplication des cellules. ==> L’étude des TREC est donc un indicateur de la production, c'est un reflet de l’activité thymique (cellule qui sort du thymus aura beaucoup de TREC tandis qu'une cellule périphérique en aura peu)

C. Autres molécules du TCR Au cours de la génération des LT, plusieurs molécules CD sont exprimés à la surface : CD2 pour l’adhésion, CD5 pour l’activation, CD7 … mais les plus intéressantes sont CD4/CD8 et CD28. -CD4 et CD8 caractérisent une fonction et sont en lien avec la co-reconnaissance du CMH. Le TCR reconnait le peptide associé au CMH et le CD4 reconnait le CMH2 quant au CD8 il reconnait le CMH1. -CD28 intervient dans la coopération entre LT et LB ainsi que dans la reconnaissance des molécules de co-stimulation exprimées uniquement par la CPA. C’est le CD28 qui transduit le signal 2 et ainsi permet d'éviter l’anergie. Donc CPA exprime du CMH notamment le CMH2 permettant d'activer le CD4. Si le peptide présenté par le CPA active la CD4 , le CD80 et CD86 (autrefois appelés B71, B72) qui sont les molécules de coactivation exprimées uniquement par la CPA vont permettre d'activer le CD28. Donc on aura : TCR activé = signal 1 et CD28 activé = signal 2 et donc une cellule activée. Un LT non activé par la CPA n’aura pas de signal 2. ➢ SIGNAL 1 SANS SIGNAL 2 = ANERGIE

On a des molécules modifiées après activation des LT : CD45 Les T naïfs : CD45 RA tandis que les T actif : CD45 RO. CD 25 joue un rôle important dans la survie de cellule car il correspond la chaine α du récepteur à l’IL2 qui est une cytokine de survie et de prolifération pour la cellule. En exprimant la chaine alpha, on est capable de capter l'IL-2 dans le milieu et de s'en servir pour proliférer. Pour activer un LT, il faut un contact avec une CPA stable et ce contact doit durer longtemps. Ça se passe dans une synapse immunologique : endroit où il y a une forte association cellulaire avec au centre le TCR. Beaucoup de molécules d’adhérence (LFA1 / STAT) renforcent l’adhérence entre CPA et LT.

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III.

Ontogénèse des cellules T

A. Différenciation des LT dans le thymus Le thymus est un organe lymphoïde primaire et est le lieu de production des LT. Dans ce thymus, il existe une prolifération cellulaire très importante et aussi des étapes de sélection des produits de cette génération de clones T qui vont devoir exprimer un TCR mature mais faiblement auto réactif. L’ontogénèse T passe par plusieurs phases : •

Développement des LT.

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Maturation, avec acquisition d’un TCR qu’on associera à un CD3 puis soit à un CD4 soit à un CD8 (le LT exprime soit l’un soit l’autre jamais les deux en même temps).

•

Sélection positive puis négative, pour acquérir une tolérance aux Ag du Soi.

Les LT sont produits dans le thymus cependant celui-ci évolue au cours de l’âge, il y a une certaine dégénérescence du thymus, il se rempli progressivement de graisse au cours du vieillissement. De ce fait, il y aura une diminution de la capacité à générer un grand nombre de LT chez les personnes âgées et donc tout ce qui aura un lien avec la lymphoprolifération périphérique prendra plus d’importance chez les sujets très âgés. De moins en moins de LT seront produits au cours de l’âge, mais il nous en reste quand même assez (énormément même) mais chez les sujets âgés, on observe quand même un affaiblissement du système immunitaire.

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Dans le thymus il y a différentes zones où on trouvera des thymocytes avec des statuts différents : •

La zone sous capsulaire, où on retrouve des thymocytes doubles négatifs (DN)

•

La zone corticale, où on retrouve des thymocytes doubles positifs (DP)

•

La zone médullaire, où on retrouve des thymocytes simples positifs (SP)

Ça veut dire quoi ? •

Ça traduit l’expression de marqueurs important que sont CD4 et CD8. Dans la médulla, un thymocyte sera SP pour CD4 ou CD8 (n'exprime qu'un seul marqueur des deux) mais la même cellule sera passé par un état où elle était DP (double expression de CD4 ET CD8) et DN (n'exprime ni CD4 ni CD8). Ce sont des étapes importantes par lesquelles doit passer le thymocyte.

Ceci se fait en lien avec la réorganisation du TCR qui sera fonctionnel ou non et qui peut aboutir à une mort cellulaire dans un très grand nombre de cas. Quand on a un TCR qui n’est pas fonctionnel, on peut retenter notre chance en réarrangeant l’autre allèle parental si celui-ci n’est pas fonctionnel à nouveau, il y aura induction de la mort cellulaire du LT. Si le LT réussi à exprimer un TCR fonctionnel à sa surface, il peut passer aux étapes suivantes : celles de la sélection. Les étapes de la sélection très importante et ce font en fonction de ce que la cellule T reconnait : il ne faut pas reconnaitre de façon très importante c’est -à-dire avec trop d’affinité les Ag du soi.

Le mécanisme de sélection se fait donc en 3 étapes successives, toutes caractérisées par une forte prolifération au cours desquelles se construit le complexe TCR-CD3

Etape 1 : (présent sur une diapositive que le prof n’a pas voulu lire) 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 : c’est essentiellement le locus de la chaîne qui se réarrange, ce qui permettra le réarrangement au locus de la chaîne α à l’étape suivante. Dans 5% des cas c’est un réarrangement du locus de la chaîne qui survient (ce qui aboutira à la production de lymphocytes T, qui peuvent reconnaître directement l’antigène). Remarque : IL-7 est une cytokine de survie très importante pour les LT, tout ce qui touchera à son expression aboutira à une faible production des LT.

Etape 2 : Egalement dans la zone corticale, les cellules de l’étape 1 évoluent en pré-thymocytes ou thymocytes communs : on observe un réarrangement au locus α et la co-expression en surface des molécules CD4 et CD8. Une sélection positive a lieu au cours de cette étape : les cellules entrent en contact avec les molécules du CMH I et II, ce qui leur permet d’échapper à l’apoptose (celles qui n’entrent pas en contact avec les molécules du CMH entrent en apoptose).

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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 les cellules dendritiques porteuse des complexes CMH I/peptide ou CMH II/peptide : • Si interaction forte avec ces complexes : apoptose • Si interaction faible : survie

Il faut sélectionner les LT puisqu’on a généré une diversité très importante et aléatoire lorsqu’on les a produits. La sélection consiste à éliminer les LT qui sont auto réactifs pour éviter les maladies auto immunes. Deux types de sélection :

• Sélection positive : ( = survie ) Il faut que le peptide reconnu par le LT le soit quand il est présenté par le CMH, il doit y avoir une coreconnaissance entre peptides et CMH. En effet, un LT ne peut être activé par un peptide seul (en solution), il faut que le peptide soit associé au CMH pour qu’il soit reconnu. C’est positif pour la cellule de reconnaitre les peptides associés au CMH afin qu’elle reçoive les cytokines de survie par la CPA. ==> Donc la sélection positive c’est : je reconnais le peptide associé au CMH, je reçois les cytokines de survie. Tout LT qui sortira du thymus, qui aura donc réussi les étapes de sélection, ne reconnaitra son peptide que s’il est associé au CMH : c’est ce qu’on appelle la restriction de la reconnaissance par le CMH

• Sélection négative : ( = Apoptose ) Si le peptide en question qui est reconnu est un peptide du Soi et est reconnu avec une trop forte affinité, là c’est négatif pour le LT, il recevra un signal d’apoptose. Il y a 98% des cellules T produites dans le thymus qui ne sortiront pas du thymus car fortement auto réactifs. On génère donc une énorme diversité et ce de façon aléatoire mais la phase de sélection d’après est drastique. Les millions et millions de LT qui sortent du thymus tous les jours ne représentent que les 2% des thymocytes qui ont réussi à générer un TCR et également réussi les étapes de sélection (reconnaissance du CMH mais pas avec trop d’affinité non plus). Si on se fait une prise de sang, on va trouver des LT et LB auto réactifs donc les mécanismes de sélection ne sont pas parfaits, il y aura toujours des LB et LT faiblement auto réactifs (mais auto réactifs quand même qui sortiront du thymus), mais on ne sera pas malade pour autant car il y a un relai qui sera fait en périphérie.

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Questions/Réponses : -Ça veut dire que dans le thymus il y a des CPA qui ont tous les Ag qu’on possède dans notre corps ? La condition pour pouvoir sélectionner ces LT auto réactifs et les éliminer est d’exprimer les Ag du Soi par les CPA. Il existe donc une enzyme exprimée par les CPA dans le thymus, qui s’appelle AID et qui va générer des peptides du Soi en très grande quantité. Elle génère pratiquement tous les Ag du Soi sauf les Ag testiculaires car le testicule bénéficie d’un privilège immun qui fait qu’aucune cellule immunitaire ne peut y accéder, il y a une ignorance des cellules immunitaire vis-à-vis du testicule. Grace à cette enzyme, il y a expression des peptides du Soi qui va permettre de délétère les LT les plus auto réactifs. Dans la moelle, pour les LB c’est différ...