Complexe MHC et présentation antigénique

Le Complexe Majeur d'Histocompatibilité (CMH) et la Présentation de l'Antigène

Le Complexe Majeur d'Histocompatibilité (CMH), également connu sous le nom de HLA (Human Leukocyte Antigen) chez l'homme, est un ensemble de gènes essentiels à la reconnaissance immunitaire. Il code pour des molécules de surface agissant comme des présentoirs d'antigènes pour les lymphocytes T, jouant un rôle crucial dans la distinction entre le "soi" et le "non-soi", et dans la réponse immunitaire adaptative.

1. Introduction

Les lymphocytes T et B reconnaissent les antigènes (Ag) via des molécules spécifiques à leur surface. Alors que les cellules B reconnaissent les Ag directement et dans leur intégralité grâce à leurs anticorps de surface, les cellules T reconnaissent uniquement des fragments peptidiques d'Ag présentés par les molécules du CMH à la surface d'autres cellules. La fonction principale des molécules du CMH est d'exposer ces fragments d'Ag afin qu'ils soient reconnus par les récepteurs des lymphocytes T (TCR).

Le terme d'histocompatibilité provient du fait que les protéines codées par le CMH déterminent si une transplantation d'organe sera tolérée ou rejetée. Les travaux de Benacerraf, Dausset et Snell (Prix Nobel 1980) ont caractérisé les fonctions du CMH dans la transplantation et la réponse immunitaire, suivis par Zinkernagel et Doherty (Prix Nobel 1981) qui ont montré le rôle des CMH dans l'immunité acquise en relation avec la reconnaissance par les cellules T. Les études structurales de Don Wiley ont confirmé la diversité des molécules du CMH et leur capacité à présenter différents peptides.

Il existe deux types principaux de molécules CMH :

• CMH de classe I

• CMH de classe II

Ces deux classes partagent des similitudes structurelles quaternaire mais diffèrent par leur mode d'assemblage, leur expression cellulaire et l'origine des antigènes qu'elles présentent aux cellules T. Il existe également des molécules de CMH de classe III qui participent à la réponse immunitaire mais ne sont pas impliquées dans la présentation directe d'antigènes peptidiques.

2. Structure et Fonction des Molécules CMH

Les molécules CMH de classe I et II sont des glycoprotéines qui présentent des peptides antigéniques aux cellules T via l'engagement du TCR. Elles possèdent un site spécifique pour la liaison des peptides.

2.1. Structure Moléculaire du CMH I

Le CMH I est composé de deux chaînes polypeptidiques :

• Une chaîne lourde glycoprotéique (45 KD).

• Une chaîne légère, la -Microglobuline (12 KD), liée de manière non covalente à la chaîne .

La chaîne comprend trois domaines externes (, , ), une région transmembranaire de 25 AA et une queue cytoplasmique hydrophile de 30 AA. La -Microglobuline est structurellement similaire au domaine , mais sans région transmembranaire.

• Les domaines et forment une plateforme de 8 feuillets antiparallèles soutenue par deux hélices , créant une cavité profonde ("Groove") pouvant accueillir un peptide de 8-10 acides aminés.

• Le domaine et la -Microglobuline sont organisés en feuillets antiparallèles et sont similaires aux régions constantes des immunoglobulines. Le domaine est très conservé et interagit avec la molécule CD8+ des lymphocytes T cytotoxiques (CTL).

Un complexe CMH I fonctionnel requiert la chaîne , le domaine -M et un peptide.

Figure 2.2: Représentation en 3D de la structure moléculaire de la molécule CMH de classe I

2.2. Structure Moléculaire du CMH II

Le CMH II est constitué de deux chaînes glycoprotéiques non identiques, (33 KD) et (28 KD), associées par des liaisons non covalentes. Chaque chaîne possède une région transmembranaire et une queue cytoplasmique, ainsi que deux domaines externes : , pour la chaîne , et , pour la chaîne .

• Les domaines et sont similaires à et -M du CMH I.

• Les domaines et forment la cavité de liaison peptidique, située entre les deux chaînes séparées.

La cavité du CMH II, similaire à celle du CMH I, est formée de 8 feuillets antiparallèles supportés par deux hélices . Cependant, elle est plus ouverte et peut contenir des peptides plus longs, de 13-18 AA. Le CMH II est dépourvu de séquences conservées qui se fixent à l'AA terminal du peptide, ce qui lui confère une cavité ouverte par rapport au CMH I, avec des implications fonctionnelles.

Figure 2.3: Représentation de la structure moléculaire en 3D du MHC II

2.3. Les Molécules CMH I et CMH II sont Polymorphiques

Les molécules CMH I et II présentent un polymorphisme élevé au niveau de la région de liaison au peptide, avec des centaines d'allèles identifiés chez l'homme et la souris. Chaque individu exprime un nombre limité de classes de CMH I (6) et CMH II (12), mais cette diversité permet de fixer un grand nombre de peptides différents. Les molécules CMH sont dites "promiscues" car elles peuvent fixer plusieurs peptides, et certains peptides peuvent se lier à différents CMH.

Caractéristiques communes des cavités de fixation peptidiques :

• Le peptide est étalé sur toute la cavité du CMH.

• La cavité du CMH I est bloquée aux deux extrémités, accommodant des peptides courts (8-10 AA, souvent 9 AA).

• La cavité du CMH II est ouverte aux deux extrémités, accommodant des peptides plus longs (13-18 AA).

La liaison des peptides au CMH I nécessite des AA spécifiques aux extrémités N- et C-terminales, contrairement au CMH II. Les associations peptide-CMH sont très stables (Kd = à ).

Figure 2.4: Peptides fixés dans la cavité des molécules MHC I (a) et II (b)

2.3.1. Interaction entre CMH I et le Peptide

Les molécules CMH I fixent les peptides provenant de protéines endogènes digérées dans le cytosol et les présentent aux cellules CD8+. Chaque cellule nucléée exprime copies de molécules CMH I spécifiques, chacune présentant son propre peptide. Le fragment peptidique présenté aux CD8+ est déterminé par le groupement d'allèles CMH I hérité.

Les peptides isolés du CMH I ont deux caractéristiques distinctes :

• Ils mesurent 8-10 AA, souvent 9 AA.

• Ils possèdent des AA clés à des positions spécifiques (résidus d'ancrage), souvent hydrophobes. Ces résidus permettent l'ancrage du peptide dans le CMH I.

Les études de cristallographie montrent que les résidus 2/3 et 9 forment des liaisons hydrogènes avec le CMH I. Pour s'ajuster, le peptide subit une torsion vers l'extérieur, devenant saillant au milieu, et c'est cette région bombée qui est en contact avec les CD8+ (CTL).

Figure 2.5: Exemple de résidus d'ancrage élués à partir de différentes molécules MHC I

Figure 2.6: Conformation d'un peptide fixé à une molécule MHC I

2.3.2. Interaction entre le Peptide et le CMH II

Les molécules CMH II présentent les peptides aux cellules CD4+. Elles présentent une variété de peptides, généralement de 13 à 18 AA. La cavité de fixation est ouverte, permettant aux peptides plus longs de dépasser les limites. Les peptides liés au CMH II maintiennent une distance d'élévation par rapport au plancher de la cavité, contrairement au CMH I.

La liaison des peptides au CMH II implique des liaisons hydrogènes distribuées tout au long de la partie centrale du peptide en contact avec le plancher de la cavité. Ces peptides possèdent 7 à 10 AA servant de points de contact majeurs, souvent des résidus aromatiques ou hydrophobes au milieu et en C-terminal. Une proportion significative de peptides liés au CMH II (plus de 30%) contient une proline en position 2 et en C-terminal, contribuant à la flexibilité de liaison et à la promiscuité.

3. CMH : Organisation Générale et Hérédité

Le CMH est un ensemble de gènes situés sur une région continue d'ADN : sur le Chromosome 6 chez l'homme (complexe HLA) et sur le Chromosome 17 chez la souris (complexe H-2).

Figure 2.7: Comparaison de l'organisation des MHC chez l'homme et chez la souris

3.1. Le Locus du CMH code pour trois classes de molécules

1. CMH de classe I: Glycoprotéine exprimée sur toutes les cellules nucléées, essentielle pour la présentation d'antigènes aux CD8+.

2. CMH de classe II: Glycoprotéines exprimées sur les Cellules Présentatrices d'Antigènes (APC), présentant les peptides exogènes aux CD4+.

3. CMH de classe III: Code pour des protéines différentes des CMH I et II, dont certaines jouent un rôle dans la réponse immunitaire, par exemple les composants du système du complément et les molécules de l'inflammation.

L'organisation des gènes varie entre l'homme et la souris. Chez la souris, le gène CMH I est interrompu par les régions codant pour CMH II et CMH III. Les chaînes du CMH I sont codées par les régions K, D et L chez la souris, et par HLA A, B et C chez l'homme. La sous-unité -Microglobuline est codée en dehors du gène CMH I.

Il existe également des régions de classe I codant pour des molécules CMH I non-classiques, comme HLA-G chez l'homme, exprimé dans les cellules fœtales pour inhiber le rejet par les CD8+.

Les molécules de CMH II sont codées par IA et IE chez la souris, et par DP, DQ et DR chez l'homme. Les gènes du CMH II codent pour les deux chaînes et . Un individu peut exprimer plusieurs gènes pour chaque chaîne (par exemple, jusqu'à 4xDR- fonctionnels), ce qui augmente la diversité. Le gène CMH II comprend aussi des gènes codant pour des molécules non-classiques DM ou DO.

• Les DM sont des molécules de type classe II qui facilitent l'échange de peptides avec le CMH II.

• Les DO de classe II régulent la préparation de l'Ag et sont exprimés dans le thymus et les cellules B.

Les produits du CMH III incluent les composants du complément C4, C2 et le facteur B, ainsi que les cytokines TNF- et TNF-. Les polymorphismes dans ces gènes sont liés à des pathologies comme la susceptibilité aux maladies infectieuses et auto-immunes (ex: maladie de Crohn, arthrite rhumatoïde).

Figure 2.8: Carte simplifiée du locus MHC de la souris et de l'homme

3.2. L'arrangement Exon/Intron des CMH I et II

L'organisation des exons et introns des gènes du CMH I et II reflète leurs domaines structuraux.

• Chez le CMH I, la séquence débute par un exon leader en 5' (L) codant un peptide signal (nécessaire pour l'insertion dans le Réticulum Endoplasmique, RE). Suivent des exons codant pour les domaines extracellulaires , et , puis un exon pour la région transmembranaire (Tm), et enfin 1 à 2 exons pour la région cytoplasmique.

• Le gène du CMH II présente une organisation similaire, avec des exons pour les chaînes , , une région Tm et 1 à 2 régions cytoplasmiques.

Figure 2.9: Schéma des gènes du MHC I (a) et II (b)

3.3. Les formes alléliques du gène CMH sont héritées par groupements dits « Haplotypes »

Les gènes du CMH sont très polymorphiques. Les locus des gènes CMH I, II, III sont situés très proches les uns des autres sur le chromosome, ce qui entraîne une héritabilité très liée. Les gènes du CMH sont transmis sous forme d'haplotypes. Un individu hérite un haplotype par parent, recevant ainsi deux groupes d'allèles. Les humains sont souvent hétérozygotes pour le CMH.

Figure 2.10: Illustration de l'hérédité des haplotypes MHC chez les souches de souris croisées

3.4. Les Molécules du CMH sont exprimées de façon Codominante

Les haplotypes parentaux sont exprimés de manière codominante chez la descendance, simultanément et dans les mêmes cellules. Par conséquent, des frères et sœurs n'ont qu'une chance sur quatre d'être histocompatibles, et aucun enfant n'est complètement histocompatible avec ses parents. Les faibles recombinaisons par cross-over dans le HLA contribuent également à la diversité allélique, rendant rare l'identité HLA entre individus non apparentés, ce qui complique les transplantations.

La région du gène CMH est polygénique, c'est-à-dire qu'elle contient plusieurs gènes ayant des fonctions similaires mais des structures différentes (ex: HLA A, B, C pour CMH I; DP, DQ, DR pour CMH II). La codominance des allèles du CMH signifie que les individus hétérozygotes expriment les produits des deux allèles, résultant en 6 molécules CMH I différentes dans chaque cellule. Pour le CMH II, la diversité est encore plus grande car chaque molécule est composée de deux polypeptides ( et ) formés par deux chaînes chacun, et il existe 3 gènes classiques (DP, DQ, DR) chez l'homme.

Figure 2.11: Diagramme illustrant la diversité des molécules MHC II exprimées à la surface d'une APC

3.5. Diversité des Molécules CMH I et CMH II entre les individus et les espèces

La haute diversité des allèles du CMH est principalement concentrée dans les régions courtes des chaînes , du CMH I et , du CMH II. La majorité des résidus polymorphiques se trouvent dans la cavité de fixation du peptide et les régions en contact avec l'Ag. Ceci explique pourquoi certains haplotypes peuvent être associés à des maladies spécifiques.

Figure 2.12: Variabilité en acides aminés d'une molécule de MHC I

3.6. Le polymorphisme des CMH a une relevance fonctionnelle

Le polymorphisme du CMH offre un avantage à l'hôte en maximisant la capacité du système immunitaire à reconnaître de multiples épitopes sur un même antigène. Cette diversité permet de fixer un large éventail de peptides, ce qui est crucial pour la réponse aux pathogènes.

4. Rôle du CMH et les Patterns d'Expression

Les molécules du CMH jouent un rôle essentiel dans l'homéostasie et la santé en plus de contrer les infections. Elles passent du temps à présenter des molécules du soi pour plusieurs fonctions :

1. Indiquer qu'une cellule est saine en présentant des molécules du soi.

2. Signaler une cellule infectée par la présentation de peptides dans le CMH I, engageant ainsi les CTL.

3. Tester le développement des cellules T pour leur auto-réactivité en présentant des peptides du soi dans les CMH I et II.

4. Maintenir la tolérance aux protéines du soi par la présentation des peptides du soi dans les CMH I et II.

5. Signaler une infection et activer les lymphocytes T auxiliaires () en présentant des peptides étrangers dans les CMH I et II.

4.1. Les molécules du CMH présentent à la fois des antigènes intra et extracellulaire

Le CMH surveille les antigènes qui proviennent de l'intérieur de la cellule (intracellulaires). Normalement, les CMH présentent uniquement les molécules du soi, signalant que la cellule est saine. En l'absence de molécules du soi, les cellules NK peuvent éliminer la cellule (en cas de cancer ou d'infection virale). En revanche, les molécules du CMH II présentent des peptides provenant d'antigènes extracellulaires (ex: champignons, bactéries). Ce contrôle de l'espace extracellulaire est effectué par des cellules spécialisées appelées Cellules Présentatrices d'Antigènes (APC), telles que les cellules dendritiques, les macrophages et les cellules B.

4.2. L'expression des CMH I est retrouvée dans toutes les cellules du corps

Les molécules CMH I sont exprimées dans toutes les cellules nucléées, bien que leur niveau d'expression varie. Les lymphocytes présentent le plus grand nombre de CMH I, tandis que des cellules comme les fibroblastes, les cellules musculaires, les hépatocytes et certains neurones en expriment un niveau faible. Les cellules non nucléées, comme les globules rouges, n'expriment pas de CMH. L'expression constitutive du CMH I est cruciale ; les cellules n'exprimant pas de CMH I sont ciblées par les cellules NK, suggérant qu'elles sont malades ou infectées (par exemple, par un virus ou une tumeur).

4.3. L'expression des molécules CMH II est limitée aux APC

La présentation de peptides antigéniques par le CMH II est réservée aux APCs, et parfois seulement après un événement inducteur. Ces APCs présentent les peptides via le CMH II aux cellules CD4+ (). L'activation des APCs, souvent suite à une interaction antigénique ou à une signalisation par des cytokines, conduit à une augmentation de l'expression du CMH II à leur surface.

Trois types de cellules sont considérées comme des APCs professionnelles (pAPC) :

• Cellules dendritiques : Les plus efficaces, avec une forte expression du CMH II et une activité co-stimulatrice élevée.

• Macrophages : Doivent être activés (par TLR ou molécules co-stimulatrices) pour exprimer le CMH II.

• Cellules B : Expriment constitutivement le CMH II et possèdent des récepteurs spécifiques aux Ag. Elles nécessitent une activation (par Ag, cytokines ou PAMPs) avant d'exprimer les molécules co-stimulatrices nécessaires à l'activation des naïfs.

D'autres cellules peuvent induire l'expression du CMH II et des signaux co-stimulateurs dans certaines conditions, devenant ainsi des APCs transitoires lors d'une réponse inflammatoire.

4.4. L'expression des CMH peut changer si les conditions changent

L'expression des gènes du CMH est soumise à une régulation fine, pouvant être stimulée ou inhibée. Un excès d'expression du CMH II, par exemple, peut entraîner une réponse agressive contre des composants du soi, menant à des maladies auto-immunes ou des allergies.

4.4.1. Régulation génétique

La régulation de l'expression des CMH dépend des promoteurs des gènes CMH I et II et des facteurs de transcription associés. Des activateurs de transcription du CMH II, tels que cIITA (class II MHC transactivator) et RFX, augmentent l'expression du CMH II. Une déficience dans ces activateurs peut causer le "Bare Lymphocyte Syndrome" où les patients n'expriment pas de CMH II et souffrent d'immunodéficience.

4.4.2. Interférence virale

Certaines infections virales peuvent réguler négativement l'expression du CMH. Par exemple, le cytomégalovirus (CMV), le virus de l'hépatite B et l'adénovirus 12 peuvent réduire l'expression du CMH I en interférant avec les composants de sa synthèse. Dans le cas du CMV, une protéine virale peut se fixer à la chaîne -M, empêchant la formation d'un complexe CMH I fonctionnel, ce qui permet au virus d'échapper à la détection par les CD8+.

4.4.3. La signalisation par les cytokines

L'expression des CMH est également régulée par les cytokines. Les interférons-, -, - et les TNF-, - augmentent la transcription du CMH I. L'INF- est produit par les macrophages lors d'infections virales/bactériennes, et le TNF- par les APCs. L'interféron-, sécrété par les , augmente l'expression du CMH et active les facteurs de transcription, augmentant ainsi l'expression des chaînes , -M et d'autres protéines impliquées dans la présentation du CMH. L'INF- active la transcription du CMH II en régulant cIITA, même dans des cellules non-APCs.

L'interleukine 4 (IL-4) augmente l'expression du CMH II dans les cellules B au repos, les rendant plus efficaces comme APCs. À l'inverse, l'INF- diminue l'expression du CMH II dans les cellules B. Les corticostéroïdes et les prostaglandines peuvent également réduire l'expression du CMH II en se fixant sur des récepteurs intracellulaires et en supprimant la réponse immunitaire acquise, une propriété utilisée dans le traitement de l'hypersensibilité, des allergies et du rejet de greffe.

4.4.4. Les allèles CMH II jouent un rôle important dans la réponse immunitaire

Les allèles du gène CMH I sont cruciaux pour le type de réponse et le choix du peptide présenté. Deux hypothèses expliquent cette variabilité :

1. "Determinant-selection model" : Différents CMH II varient dans leur capacité à fixer et traiter un Ag ; certains peptides pourraient être plus efficaces pour éliminer un pathogène.

2. "Holes in the repertoire model" : Les cellules T possèdent des récepteurs pour des Ag étrangers ressemblant aux Ag du soi, qui sont éliminés lors du développement des cellules T.

Ces deux théories sont complémentaires. L'absence de TCR ou de CMH réduit la réponse immunitaire à une substance étrangère, ce qui explique la relation entre les haplotypes du CMH et la capacité de réponse à un antigène particulier.

4.5. Les cellules T sont restreintes à ne reconnaître que les peptides présentés dans le contexte de l'allèle CMH du soi

Des expériences menées dans les années 1970 ont démontré deux principes fondamentaux :

1. Les cellules CD4+ et CD8+ reconnaissent les Ag uniquement lorsqu'ils sont présentés par le CMH.

2. L'haplotype CMH de l'APC et des cellules T doit correspondre (restriction au soi).

Cette "self-MHC restriction" fait référence à la double spécificité des cellules T pour les CMH du soi et les Ag étrangers. Les travaux de Rosenthal et Shevach ont montré que les (CD4+) prolifèrent uniquement en présence de macrophages ayant le même haplotype CMH. La reconnaissance par les CD4+ est restreinte aux CMH II. De même, Zinkernagel et Doherty ont démontré la restriction aux CMH I pour les CD8+. Cette restriction est due au développement des cellules T dans le thymus, où seules les cellules reconnaissant le soi sont sélectionnées positivement.

Figure 2.13: Démonstration de la restriction au soi des

4.5.1. L'apprêtement (Processing) de l'Ag est nécessaire pour sa reconnaissance par les cellules T

Ziegler et Unanue (1980) ont établi que l'apprêtement intracellulaire de l'Ag par l'APC est indispensable à l'activation des cellules T. Shimonkevitz a montré qu'il est possible de contourner cette étape en présentant directement les peptides à l'APC. Townsend et Gerhard ont découvert que les peptides viraux (polymérase, nucléocapside) sont plus reconnus par les CTL que les protéines d'enveloppe, même les plus exposées. Ces découvertes ont mis en évidence que l'apprêtement de l'Ag est un processus métabolique de découpage des protéines en peptides, pour être ensuite présentés en complexe avec les CMH I ou II.

Figure 2.14: Démonstration expérimentale de la nécessité du processing de l'antigène pour activer

4.1. Il existe différentes voies d'apprêtement et de présentation des antigènes

Le système immunitaire utilise des voies distinctes pour éliminer les antigènes intracellulaires et extracellulaires. Les antigènes endogènes sont traités dans le cytosol et présentés avec le CMH I. Les antigènes exogènes sont capturés par les APCs, qui les présentent aux via le CMH II.

Les expériences de Morrison et Braciale ont montré que l'apprêtement des Ag endogènes et exogènes suit des voies différentes :

1. La présentation par le CMH I exige que la cellule cible soit infectée par un virus vivant, et elle est bloquée si la synthèse des protéines est inhibée.

2. La présentation par le CMH II peut se faire avec un virus vivant ou non, et n'est pas affectée par les inhibiteurs de synthèse protéique.

3. L'expression du CMH II est bloquée par l'utilisation d'inhibiteurs des voies endosomales.

Figure 2.15: Les voies endogènes et exogènes du processing des antigènes

5. La voie endogène d'apprêtement (Processing) et de la présentation

La voie endogène concerne la présentation d'antigènes intracellulaires. Le niveau d'expression des protéines eucaryotes est finement régulé ; après leur demi-vie, elles sont dégradées et recyclées. Certains polypeptides non dégradés restent dans le cytoplasme pour être présentés à la surface cellulaire en association avec les CMH I.

5.1. Génération des peptides par protéolyse dans le protéasome

Les protéines intracellulaires sont découpées en petits fragments peptidiques par un système protéolytique ubiquitaire appelé protéasome. Le protéasome 20S est composé de 14 sous-unités organisées en anneaux, coiffées par une unité régulatrice 19S. Les protéines destinées à la dégradation sont marqués par l'ubiquitine. Le protéasome clive les protéines en peptides via un processus ATP-dépendant.

Le système immunitaire utilise un protéasome spécialisé de même taille, appelé immunoprotéasome, trouvé dans les pAPCs et les cellules infectées. L'immunoprotéasome contient des composants (LMP2 et LMP7, codés dans le locus CMH I) qui peuvent être induits par l'IFN- et le TNF-. Ces protéines catalytiques transforment le protéasome standard en immunoprotéasome, augmentant ainsi la production de peptides pour la présentation par les CMH I. L'immunoprotéasome a un taux de renouvellement plus élevé, ce qui peut dans certains cas contribuer à des maladies auto-immunes.

Figure 2.16: Dégradation des protéines cytoplasmiques dans le protéasome

5.2. Transport des peptides du cytosol vers le réticulum endoplasmique rugueux (RER)

Le transport des peptides du cytosol vers le RER est assuré par la protéine TAP (Transporter-Associated with Ag-processing), une protéine membranaire du RER. Les connaissances sur TAP proviennent d'études sur des cellules mutantes (ex: RMA-S) qui expriment un niveau réduit de CMH, ayant une anomalie dans TAP.

TAP est formée de deux sous-unités (TAP1 et TAP2) possédant chacune un domaine transmembranaire et des projections cytoplasmiques et dans la lumière du RER. TAP se lie à l'ATP et transporte les peptides dans le RER par un mécanisme ATP-dépendant. TAP a une affinité pour les peptides avec des acides aminés hydrophobes ou basiques à l'extrémité C-terminale. Les gènes de TAP1 et TAP2 sont situés dans la région du CMH I, adjacents aux gènes LMP2 et LMP7. Une anomalie de TAP peut entraîner des maladies auto-immunes ou une immunodéficience.

Figure 2.17: Illustration de la protéine TAP

5.3. Les protéines chaperonnes

Les protéines chaperonnes facilitent l'assemblage des complexes peptide-CMH I. Les sous-unités et -M du CMH I sont synthétisées dans le RER. Leur assemblage avec le peptide se fait en plusieurs étapes, nécessitant l'intervention de chaperonnes pour le "folding" et l'assemblage.

Figure 2.18: Assemblage et stabilisation des MHC I

1. La Calnexine, une protéine résidente du RE, s'associe avec les chaînes (et ERp57).

2. Lorsque la chaîne -M s'associe à la chaîne , la Calnexine se libère.

3. Le CMH I s'associe alors à la Calréticuline et à la Tapasin (TAP-associated proteins), qui le rapprochent de TAP.

4. Le peptide, fraîchement transloqué dans le RE, s'associe au CMH I.

5. Les exoprotéases du RE (ERAP1) ajustent la taille du peptide en enlevant les AA du côté N-terminal pour qu'il atteigne 8 AA.

6. Le complexe CMH I-peptide devient stable et se dissocie de la Calréticuline, Tapasin et ERp57, puis quitte le RE pour le Golgi.

6. La voie exogène d'apprêtement « Processing » et de présentation

La voie exogène traite les antigènes extracellulaires internalisés par les APCs, via phagocytose ou endocytose.

6.1. Les peptides sont générés à partir des Ag internalisés par les vésicules d'endocytose

Lorsqu'un antigène est internalisé par une APC, il est dégradé en peptides dans les compartiments de la voie d'endocytose. Ce processus implique trois types de vésicules caractérisées par un pH décroissant :

1. Endosomes précoces (pH = 6-6,5).

2. Endosomes tardifs (pH = 4,5-5).

3. Lysosomes (pH = 4,5).

Les antigènes progressent à travers ces compartiments, où ils sont exposés à des enzymes hydrolytiques et à un pH de plus en plus acide. La dégradation des protéines et le chargement sur les CMH II se produisent principalement dans les endosomes tardifs. Les Ag sont découpés en peptides de 13 à 18 AA qui rencontrent et se fixent aux CMH II. Les enzymes hydrolytiques sont actives en pH acide et peuvent être inhibées par la chloroquine ou des inhibiteurs de protéase.

Figure 2.19: Génération des peptides dans la voie exogène

6.2. La chaîne invariante (Ii, CD74) dirige les CMH II vers les vésicules d'endocytose

Comme les APCs expriment les CMH I et II, un mécanisme empêche les peptides du CMH II de se fixer sur les CMH I. Lors de leur synthèse dans le RER, les chaînes et du CMH II s'associent à la chaîne invariante (Ii, CD74). Cette protéine conservée, codée par un gène non-CMH, occupe la cavité de liaison peptidique, empêchant ainsi la fixation des peptides endogènes durant le transit du CMH II par le RE. La chaîne invariante est également impliquée dans l'assemblage des chaînes et du CMH II, leur sortie du RE et leur acheminement vers les vésicules endocytiques via le trans-Golgi. Des expériences de transfection ont démontré que la Ii est essentielle pour que le CMH II quitte le RE et atteigne les compartiments endocytiques.

6.3. Les peptides s'assemblent avec le CMH II en déplaçant le CLIP

Du RE, les complexes Ii-CMH II sont transportés vers le Golgi puis vers les endosomes. Au fur et à mesure que l'activité protéolytique augmente dans les endosomes, la chaîne invariante est dégradée. Un petit fragment, le CLIP (Class II-associated Invariant chain Peptide), persiste attaché au CMH II, occupant physiquement la place du peptide et empêchant la fixation prématurée d'autres peptides endogènes.

Figure 2.20: Assemblage des molécules MHC II

Les molécules CMH II non classiques, comme HLA-DM, sont nécessaires pour échanger le CLIP contre un peptide. Chez l'homme, les gènes et sont situés à proximité des gènes TAP et LMP dans le locus CMH. Contrairement aux CMH II classiques, HLA-DM est non polymorphique et ne s'exprime pas à la membrane cellulaire, étant principalement trouvé dans les compartiments endocytiques. Les peptides qui établissent une forte interaction avec les CMH II sont difficiles à déloger par HLA-DM. Comme pour le CMH I, la fixation du peptide stabilise le complexe CMH II-peptide, qui est ensuite transporté vers la membrane plasmique. Une autre molécule CMH II non classique, HLA-DO, agit comme un régulateur négatif en empêchant le détachement de CLIP.

Figure 2.21: Les voies de l'apprêtement et de la présentation des peptides endogènes et exogènes sont distinctes

7. Présentation croisée « cross-presentation » des antigènes exogènes

Un dilemme se pose pour le système immunitaire :

1. Comment activer les CD8+ naïfs pour éliminer des Ag intracellulaires si la cellule infectée n'est pas une pAPC ?

2. Comment une pAPC non infectée peut-elle présenter des virus capturés de l'extérieur pour activer la réponse CTL ?

La solution est la "cross-presentation". Dans certains cas, l'APC peut rediriger un antigène obtenu par voie d'endocytose (exogène) vers les CMH I, pour une présentation aux CTLs (voie endogène). Ce phénomène, mis en évidence par Bevan et détaillé par Cresswell, implique la redirection d'Ag internalisés destinés à la présentation par le CMH II vers le CMH I.

Figure 2.22: Activation des CTL par un antigène exogène, hypothèse du « Licencing »

7.1. La présentation croisée se fait essentiellement dans les cellules dendritiques

La cross-présentation a été reconnue dès 1976. Les cellules dendritiques (DCs) sont les plus efficaces pour la cross-présentation, particulièrement dans les organes lymphoïdes secondaires, où elles capturent les antigènes provenant de sources extracellulaires et de cellules mourantes. D'autres cellules comme les cellules B, macrophages, neutrophiles et mastocytes ont montré des capacités de cross-présentation in vitro.

7.2. Mécanisme et fonction de la cross-presentation

Le mécanisme exact de la cross-présentation reste débattu. Deux modèles ont été proposés :

1. Les cellules capables de cross-présentation possèdent une machinerie spécialisée pour acheminer les peptides exogènes vers les CMH I.

2. Ces cellules possèdent une machinerie d'endocytose qui permet le ciblage direct d'Ag extracellulaires vers des organites (phagosomes, endosomes précoces), où les peptides sont chargés sur les CMH I.

Ces hypothèses ne sont pas mutuellement exclusives. Un mécanisme régulateur suggère que les DCs doivent acquérir une "licence" pour cross-présenter, conférée par les CD4+. L'Ag est d'abord présenté aux CD4+ par les DCs via le complexe CMH II, activant les CD4+. Ces derniers, en retour, libèrent des molécules co-stimulatrices (IL-2) qui signalent aux DCs de présenter les Ag internalisés via le complexe CMH I, activant ainsi les CD8+.

8. Présentation des antigènes non peptidiques

Les antigènes non peptidiques, tels que les antigènes lipidiques (ex: acide mycolique du Mycobacterium tuberculosis), sont également reconnus par les cellules T. Ces Ag sont présentés par des molécules de la famille CD1, qui sont des CMH I non classiques. Les molécules CD1 partagent des similarités structurales avec les CMH I mais des similarités fonctionnelles avec les CMH II.

Récapitulatif

• Le CMH code pour des molécules de classe I et II, dont le rôle est la présentation des antigènes aux cellules T, et pour des molécules de classe III ayant des fonctions diverses.

• Le CMH I est une glycoprotéine formée d'un grand domaine et d'une chaîne -M, codée en dehors du gène du CMH.

• Les CMH II présentent les antigènes exogènes aux cellules CD4+ ().

• Les Antigènes endogènes sont dégradés dans le cytosol par les protéasomes, assemblés au CMH I dans le RER, et présentés à la membrane aux CD8+.

• Les Antigènes exogènes sont internalisés et dégradés dans les compartiments acides des endosomes, où ils sont combinés aux CMH II pour être présentés aux CD4+.

• La fixation du peptide au CMH II est catalysée par HLA-DM et nécessite le remplacement de la chaîne invariante (CLIP) qui occupe la cavité de fixation sur le CMH II.

• Dans certains cas, un antigène exogène peut accéder au CMH I, c'est la présentation croisée (« cross-presentation »).