Ce chapitre explore l'immunologie, la science dédiée à l'étude des mécanismes de défense de l'organisme contre les agents étrangers. De ses origines historiques à sa définition moderne, il sera question des différents types d'immunité, de leurs composants et de leurs fonctionnements.

1. Définitions

L'immunologie est la science qui étudie l'immunité. Historiquement, le terme "immunité" avait une connotation juridique de protection. Au 19ème siècle, Louis Pasteur lui a donné une définition biologique, désignant les recherches sur les défenses anti-microbiennes de l'organisme et le développement de méthodes thérapeutiques comme la sérothérapie (production et injection d'anticorps contre un pathogène).

Actuellement, l'immunologie est définie comme la science qui étudie les réponses de l'organisme à toutes les stimulations antigéniques.

• Un antigène est une molécule ou une particule étrangère à la composition de l'organisme (ex: albumine de vache pour un humain, bactéries, virus, parasites, cellules étrangères, particules chimiques).

• Le système immunitaire différencie le soi (ce qui constitue notre organisme) du non-soi (tout ce qui est extérieur) et rejette le non-soi pour protéger l'intégrité du soi.

• En cas d'entrée d'un antigène, une réponse immunitaire est déclenchée pour l'éliminer.

Il existe deux grands types d'immunités qui se mettent en place en parallèle:

• L'immunité naturelle (non spécifique)

• L'immunité spécifique

Immunité naturelle (non spécifique)

• Elle n'est pas spécifique à un antigène particulier.

• Elle préexiste dans le corps et se met en place immédiatement dès l'entrée d'un antigène.

Immunité spécifique

• Elle se met en place après un certain temps (temps de latence).

• Elle est dirigée contre un antigène précis.

• Elle se décompose en deux sous-types:

  • L'immunité cellulaire, assurée par des cellules (lymphocytes).

  • L'immunité humorale, assurée par des anticorps (présents dans les humeurs, ou liquides corporels).

2. L'Immunité naturelle

A. Les agents de l'immunité naturelle

1. Les défenses naturelles externes

• Barrières physiques: La peau et les épithéliums internes (muqueuses).

• Barrières biochimiques:

  • Lysozymes: Enzymes présentes dans les sécrétions des muqueuses qui dégradent la paroi des pathogènes/bactéries.

  • IgA sécrétoires: Recouvrent les pathogènes pour les empêcher de s'accrocher aux muqueuses.

2. Les cellules phagocytaires

• Exemples: macrophages, polynucléaires neutrophiles.

• Fonctions: Capter, phagocyter et détruire les corps étrangers.

• Localisation: Présentes dans presque tous les tissus (poumons, rate, ganglions lymphatiques, foie, cerveau, sang, liquide synovial). Elles peuvent prendre différents noms selon leur localisation (ex: microglie dans le cerveau). Leur morphologie est polymorphe.

3. Les cellules NK (Natural Killer)

• Ce sont des cellules tueuses qui patrouillent continuellement dans le corps pour rechercher des altérations membranaires sur les cellules du soi. Elles vérifient l'intégrité du soi.

• Types d'altérations:

  • Cellules infectées: Lorsqu'une cellule est infectée par un virus ou une bactérie intracellulaire, elle exprime à sa surface des protéines virales ou bactériennes. Les NK tuent ces cellules infectées pour bloquer la réplication virale ou la multiplication bactérienne.

  • Cellules cancéreuses/tumorales: Les cellules mutées peuvent exprimer des antigènes cancéreux/tumoraux avec une structure altérée. Les NK détectent ce soi altéré et jouent un rôle important en tuant ces cellules.

4. Les médiateurs solubles

• Les interférons (IFN):

  • Rôle majeur en cas d'infection intracellulaire (virale).

  • Induisent une résistance dans la cellule infectée et dans les cellules saines environnantes en se fixant sur leurs récepteurs et en stimulant l'expression de protéines de résistance.

• Protéines de la phase aiguë:

  • Produites par le foie, leur taux basal augmente significativement durant une infection et diminue une fois l'infection neutralisée.

  • Exemple: Protéine C-réactive (CRP). La CRP recouvre les pathogènes en présence de calcium, facilitant ainsi l'opsonisation.

  • L'opsonisation est le recouvrement d'un pathogène par des molécules (protéines, anticorps, compléments) pour faciliter sa reconnaissance par les phagocytes qui possèdent des récepteurs spécifiques.

  • Une augmentation de CRP et de complément dans le sang indique une inflammation ou un problème.

• Le complément:

  • Ensemble de protéines présentes dans le sang qui s'activent en cascade.

  • Activation déclenchée par l'entrée de micro-organismes ou la formation de complexes antigène/anticorps.

  • Fonctions:

    • Opsonisation des bactéries, facilitant la reconnaissance par les phagocytes.

    • Chimiotactisme: Attraction de cellules immunitaires vers le site infecté via un gradient de molécules chimiques (ex: C5a).

    • Lyse de certaines bactéries (notamment Gram-) par perforation de leur membrane.

    • Augmentation du flux sanguin dans la zone infectée/inflammée.

    • Provocation de la rétractation des cellules endothéliales, augmentant la perméabilité des capillaires pour permettre l'entrée de cellules sanguines (Diapédèse) dans les tissus infectés. C'est un médiateur important de la réaction inflammatoire.

B. Les mécanismes de l'immunité naturelle

La réaction inflammatoire

1. L'entrée de bactéries active localement le système du complément, produisant des molécules chimiotactiques comme le C5a.

2. Les monocytes (dans le sang) et macrophages (dans les tissus) sont attirés par chimiotactisme vers le site infecté.

3. Les phagocytes reconnaissent directement le pathogène grâce à des récepteurs pour des peptides bactériens.

Si l'immunité naturelle ne suffit pas (pathogènes non reconnus directement ou n'activant pas le complément), l'immunité spécifique intervient via les anticorps (Ig) qui opsonisent le pathogène. Les phagocytes ont des récepteurs pour la partie Fc (queue) des anticorps, permettant une double reconnaissance (par le récepteur Fc et par les récepteurs au complément du phagocyte) pour une phagocytose optimale.

Un anticorps est spécifique d'un seul antigène. L'opsonisation par le complément n'est pas spécifique à un seul pathogène.

3. L'Immunité spécifique

L'immunité spécifique implique des effecteurs moléculaires (anticorps) et des effecteurs cellulaires.

• Les lymphocytes B (LB) qui ont reconnu un antigène se différencient en plasmocytes, cellules sécrétrices d'anticorps.

• Les lymphocytes T (LT) ne produisent pas d'anticorps.

La notion d'antigène

Un antigène est toute molécule ou particule reconnue comme étrangère par le système immunitaire, déclenchant une réaction immunitaire.

• Un anticorps ne reconnaît pas l'intégralité d'un antigène, mais des fragments appelés épitopes.

• Les épitopes sont les sites reconnus par les anticorps.

• Le paratope est le site de liaison d'un anticorps, complémentaire à l'épitope.

• L'immunité repose sur la complémentarité stérique entre l'épitope et le paratope (analogie clé-serrure).

• Un anticorps est spécifique car son paratope est complémentaire à un unique épitope.

• Un antigène peut porter plusieurs épitopes différents à sa surface.

4. Conclusion

Deux grandes catégories d'immunité:

• Naturelle: Immédiate, non spécifique.

• Spécifique: Nécessite un temps de latence, très spécifique.

Ces deux immunités sont complémentaires et agissent en parallèle. Le système du complément est une exception, intervenant dans les deux. Lorsque l'organisme rencontre un antigène pour la deuxième fois, la réponse spécifique est beaucoup plus forte en raison de la mémoire immunitaire.

• Le premier contact avec un antigène entraîne la production de lymphocytes B et T mémoire spécifiques de cet antigène, dotés d'une longue durée de vie et restant au repos.

• Un second contact active ces lymphocytes mémoire, conduisant à une prolifération et une réponse spécifique plus rapide, plus intense et plus protectrice.

• L'immunité non spécifique ne bénéficie pas d'une mémoire et son intensité reste constante.

• Les rappels vaccinaux servent à maintenir et renouveler les lymphocytes B et T mémoire.

Chapitre 2 : les Antigènes

1. Définitions

• Antigène: Molécule ou particule reconnue comme étrangère qui induit une réponse immunitaire.

• Haptène: Molécule capable de réagir avec un anticorps, mais incapable d'induire elle-même la synthèse d'anticorps.

• Immunogénicité: Capacité à provoquer une réaction immunitaire. Un antigène est immunogène, un haptène ne l'est pas.

2. Conditions pour l'immunogénicité

Pour qu'une particule ou molécule induise une réponse immunitaire, elle doit remplir certaines conditions:

A. Avoir un poids moléculaire élevé

• La taille de l'antigène doit être > 10 kDa pour être immunogène.

• Les haptènes sont trop petits (< 10 kDa) et nécessitent d'être couplés à une "molécule porteuse" plus grande pour être perçus par le système immunitaire.

• Exceptions: Certaines molécules < 10 kDa (ex: insuline, 5,5 kDa) peuvent stimuler le système immunitaire et être impliquées dans des maladies auto-immunes (production d'anticorps contre un composant du soi).

B. Avoir une nature chimique particulière

Les antigènes peuvent être des sucres, des lipides, des acides nucléiques, mais principalement des protéines.

1. Nature protéique

• La plupart des antigènes sont des protéines (ex: toxines bactériennes, venins).

• Immunogénicité des protéines:

  • Taille: La teneur en acides aminés aromatiques (en particulier la tyrosine) est cruciale. Les noyaux phénols rigides rigidifient les épitopes et facilitent leur détection par les cellules immunitaires. Ex: Gélatine avec <1% de tyrosine est moins immunogène que si >2%.

  • Complexité de la structure tertiaire et quaternaire: Plus la structure 3D est complexe, plus l'immunogénicité est élevée, car elle augmente l'apparition d'épitopes conformationnels (formés d'acides aminés non contigus dans la séquence primaire mais proches spatialement). Les épitopes linéaires correspondent à une séquence d'acides aminés contigus. Un anticorps peut ne pas reconnaître une protéine dénaturée car les épitopes conformationnels sont détruits.

2. Nature osidique (Polysaccharides)

• Ex: Levan/dextran (polymères de glucose à la surface des bactéries).

• Bon immunogènes si taille > 100 kDa.

• Faiblement immunogènes entre 10-50 kDa. Leur immunogénicité diminue avec la taille.

• Si faiblement immunogènes, ils doivent être couplés à des protéines porteuses.

• Chaque souche pathogène peut produire ses propres polyosides spécifiques. Les vaccins peuvent utiliser des polyosides couplés à des protéines porteuses pour induire une réponse immunitaire protectrice.

3. Nature lipidique

• Non immunogènes seuls. Ils doivent être couplés à des protéines ou polysaccharides.

• Ex: Cardiolipine (lipide de la membrane de *Treponema pallidum*, agent de la syphilis). Les patients peuvent produire des anticorps anti-cardiolipine.

4. Nature nucléique

• Non immunogènes seuls. Ils doivent être associés à des protéines.

• Ex: Complexes ARN/protéines ribosomales (ARN) ou ADN/protéines (ADN) peuvent induire la production d'anticorps anti-ARN ou anti-ADN (observés dans certaines maladies auto-immunes).

5. Autres natures

• Tous produits de l'industrie chimique (médicaments, conservateurs, détergents) peuvent être immunogènes.

C. Avoir une origine étrangère

• Plus le donneur d'antigène est éloigné zoologiquement du receveur, plus l'immunogénicité est élevée (ex: antigène bactérien injecté à un humain).

• Des jumeaux monozygotes ne déclenchent pas de réponse immunitaire l'un chez l'autre car ils sont génétiquement identiques.

• Exception: Les maladies auto-immunes où le système immunitaire attaque les composants du soi (ex: destruction des cellules bêta du pancréas dans le diabète).

3. Valence des antigènes

La valence d'un antigène est le nombre maximum de molécules d'anticorps qu'il peut fixer en excès d'anticorps.

• Elle dépend de la taille et de la complexité de la structure 3D de l'antigène. Plus ils sont volumineux et complexes, plus la valence est élevée.

• Ex: Ovalbumine (40 kDa) a une valence de 5. Le virus de la mosaïque du tabac (40 kDa) a une valence de 800.

• La valence n'implique pas un nombre d'épitopes identiques; la plupart des antigènes sont une mosaïque d'épitopes différents.

4. Les épitopes

• L'épitope est le véritable support de la spécificité, reconnu par le paratope de l'anticorps.

• La complémentarité épitope/paratope est cruciale: plus elle est forte, plus la force de liaison est importante, meilleure est la protection.

• Les épitopes sont de petite taille (1 à 3 nm) et sont aussi appelés "déterminants antigéniques".

5. Terminologie

Différentes classifications d'antigènes:

• Antigènes hétérologues (hétéro-Ag, xéno-Ag): Donneur et receveur appartiennent à des espèces différentes (ex: xénogreffe, albumine de vache chez la souris).

• Antigènes homologues (homo-Ag, allo-Ag): Donneur et receveur de la même espèce mais génétiquement différents (ex: greffe de tissus entre deux humains).

• Antigènes isologues (iso-Ag, Ag syngéniques): Donneur et receveur de la même espèce et génétiquement identiques (ex: entre jumeaux monozygotes ou animaux clonés).

• Antigènes autologues (auto-Ag): Donneur et receveur sont le même individu. La production d'anticorps contre ces composants est un cas pathologique (maladie auto-immune).

Les deux catégories suivantes décrivent le type de cellules immunitaires activées:

6. Voies de pénétration dans l'organisme

• Voies cutanées altérées.

• Les muqueuses: principale voie de pénétration.

7. Mode de reconnaissance par LB et LT

• Reconnaissance par les LB:

  • Le LB reconnaît l'antigène grâce à son anticorps membranaire (IgM ou IgD).

  • L'activation du LB suite à cette liaison le différencie en plasmocyte, qui fabrique et sécrète des anticorps.

• Reconnaissance par les LT:

  • Le LT ne peut pas reconnaître l'antigène natif.

  • Il nécessite une cellule présentatrice d'antigène (CPA) (ex: macrophage).

  • La CPA phagocyte l'antigène, le dégrade en petits peptides (10-15 acides aminés), et expose ces peptides sur des molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité (CMH).

  • Le récepteur membranaire du LT (TCR) reconnaît ce complexe peptide-CMH, ce qui induit l'activation du LT.

  • Chez l'homme, le système CMH est appelé HLA (Human Leukocyte Antigen).

Chapitre 3 : les Anticorps

1. Caractéristiques

Les anticorps (Ac) sont des glycoprotéines produites en réponse à la stimulation du système immunitaire par un antigène. Une fois produits, ils s'associent spécifiquement à l'antigène (liaison épitope-paratope).

• Une dose optimale d'antigène est nécessaire pour induire une réponse immunitaire maximale. Un excès ou un défaut peut avoir un effet négatif.

• Les anticorps se trouvent dans les liquides biologiques (sang, lymphe). Ils sont aussi appelés gamma-globulines (définition biochimique selon leur migration en électrophorèse).

• Le terme immunoglobuline (Ig) souligne leur fonction physiologique de protection.

Deux types d'anticorps:

• Anticorps immuns: Produit suite à une immunisation (contact avec un antigène).

• Anticorps naturels: Préexistent dans le corps sans immunisation préalable (ex: agglutinines des groupes sanguins ABO). Ces anticorps naturels sont importants pour les transfusions sanguines, où la compatibilité doit être vérifiée pour éviter la destruction des globules rouges du donneur réagis aux anticorps naturels du receveur.

2. Dualité fonctionnelle des Ig

Les anticorps ont deux grandes fonctions:

A. Fonction de reconnaissance

• Assurée par les paratopes, elle est très spécifique.

• Un paratope est capable de détecter des modifications très fines de la structure d'un épitope.

• Le système immunitaire produit un très grand nombre d'anticorps différents (10⁸ paratopes différents).

B. Fonctions effectrices

Elles sont portées par la partie Fc de l'anticorps.

1. Fixation du complément

• Les molécules du complément peuvent se fixer sur la partie Fc des IgM, IgG1 et IgG3.

• Cette fixation peut induire la lyse de cellules reconnues (en formant un canal transmembranaire entraînant un choc osmotique) ou la destruction de complexes moléculaires antigène/anticorps.

2. Transfert placentaire

• Les IgG sont les seuls anticorps capables de traverser le placenta, assurant la protection du nouveau-né pendant les 6 à 9 premiers mois de vie, grâce à leur partie Fc.

3. Fixation sur certaines cellules

• De nombreuses cellules de l'organisme possèdent des récepteurs pour les parties Fc des différents types d'anticorps (récepteurs Fc, RFc).

• Exemple: Les IgE sont impliquées dans les allergies de type 1. Les mastocytes et basophiles possèdent des RFc pour les IgE (RFCepsilon). Lorsque l'allergène se fixe aux IgE déjà liés aux mastocytes/basophiles, il y a formation de ponts entre les RFc, induisant la dégranulation de ces cellules et la libération d'histamine, responsable des symptômes allergiques.

La dualité fonctionnelle des anticorps réside dans la variabilité des paratopes (reconnaissance) et la constance des fonctions de la région Fc (fonctions effectrices). Cela implique des zones constantes et des zones variables dans leur structure.

La question de la production de 10¹² anticorps différents à partir d'un génome de taille limitée, ainsi que la coexistence de régions constantes et variables, a été résolue par la découverte des réarrangements génétiques par Tonegawa en 1973 (Prix Nobel).

3. Étude moléculaire des immunoglobulines

La relation entre structure et activité des immunoglobulines est bien connue, et une nomenclature internationale permet de les classer.

A. Structure fondamentale commune aux immunoglobulines

• Un anticorps est composé de quatre chaînes polypeptidiques: deux chaînes lourdes (H, plus longues) et deux chaînes légères (L, plus courtes).

• C'est une glycoprotéine (environ 150 kDa), avec un axe de symétrie. Les deux chaînes légères sont identiques, de même que les deux chaînes lourdes.

• Les chaînes lourdes et légères sont composées de domaines globulaires (environ 110 acides aminés, 12 kDa), maintenus par des ponts disulfures intra-domaines.

• Chaque chaîne possède des régions:

  • Variable (V), toujours en N-terminal (V_L pour chaîne légère, V_H pour chaîne lourde).

  • Constante (C), en C-terminal (C_L pour chaîne légère, C_H1, C_H2, C_H3, etc. pour chaîne lourde).

• Le nombre de domaines constants dans la chaîne lourde varie selon le type d'anticorps: trois pour IgG, IgA, IgD; quatre pour IgM et IgE.

• Il existe deux types de chaînes légères: kappa (κ) et lambda (λ), présentes dans tous les types d'anticorps (toujours deux κ ou deux λ).

Fragments d'anticorps

Le traitement des anticorps par des enzymes protéolytiques comme la papaïne ou la pepsine clive l'anticorps au niveau de la zone charnière (plus accessible):

• Fragment Fab (Fragment antigen binding): Contient le paratope et la fonction de reconnaissance.

• Fragment Fc (Fragment constant): Porte les fonctions effectrices.

Les chaînes lourdes sont reliées entre elles par des ponts disulfures au niveau de la zone charnière, et les chaînes lourdes et légères sont aussi reliées par des ponts disulfures. La réduction de ces ponts inactive l'anticorps.

Variabilité des régions V

• Les zones variables V_H et V_L s'associent pour former le paratope. Leur séquence en acides aminés varie considérablement d'un anticorps à l'autre.

• Cette variabilité est concentrée dans trois zones appelées CDR (Complementarity Determining Regions) ou régions hypervariables, qui forment les petites boucles constituant le paratope.

• Les zones FR (Framework: ossature, charpente) encadrent les CDR et sont peu variables.

B. Flexibilité des Ig

La flexibilité des anticorps est due principalement à la région charnière (région H), riche en cystéine (pour les ponts disulfures inter-chaînes) et en proline (induisant des coudes et angles). Cet angle peut s'ouvrir ou se fermer, permettant aux bras de l'anticorps de s'écarter pour lier les épitopes. D'autres angles existent dans la structure, contribuant à la flexibilité.

C. Fractions glucidiques

• Les anticorps sont glycosylés. Les oligosaccharides ramifiés (galactose, mannose...) sont principalement situés sur les régions constantes des chaînes lourdes, parfois sur les chaînes légères.

• Ces sucres sont ajoutés dans l'appareil de Golgi des plasmocytes par des trans-glycosylases sur des sites de glycosylation spécifiques (séquences d'acides aminés).

• Fonctions des glycosylations:

  • Rôle structural.

  • Augmentation du temps de demi-vie de l'anticorps.

  • Importance pour le transport intra/extra-vasculaire.

D. Les ponts disulfures

Un anticorps contient une quinzaine de ponts disulfures, classés en trois catégories:

1. Intra-caténaires

• Situés à l'intérieur d'une chaîne.

• Responsables de la structure globulaire des domaines (variables et constants).

• Leur destruction (par agents réducteurs ou chaleur > 50°C) modifie la structure et entraîne une perte de spécificité.

• Chaque chaîne légère en a deux, chaque chaîne lourde quatre ou cinq (selon le nombre de domaines constants).

2. Inter-caténaires

• Situés entre les chaînes, ils relient la chaîne légère à la chaîne lourde, ou les chaînes lourdes entre elles (via des cystéines, notamment en C-terminal).

• Les sous-classes d'IgG sont différenciées par le nombre et la localisation de ces ponts disulfures.

3. Intermoléculaires

• Situés entre plusieurs molécules d'anticorps, ils permettent de former des polymères d'anticorps.

• Ex: IgM (pentamères), IgA sécrétoires (dimères).

4. Les différentes classes d'Ig

Les classes d'immunoglobulines sont définies par la nature des chaînes polypeptidiques. Il existe cinq grandes classes chez l'homme, définies par la nature de la chaîne lourde:

Chez l'homme, il y a donc 9 isotypes de chaînes lourdes et 2 isotypes de chaînes légères (kappa et lambda). N'importe quelle chaîne lourde peut s'associer à n'importe quelle chaîne légère.

A. IgG (chaîne lourde gamma)

• Rôles importants:

  • Anticorps opsonisants: Tapissent le corps étranger pour faciliter sa reconnaissance par les cellules immunitaires.

  • Neutralisation des toxines bactériennes dans les milieux intra/extra-vasculaires.

  • IgG1 et IgG3 peuvent fixer le complément pour induire la lyse cellulaire ou la destruction des complexes antigène/anticorps.

  • Seuls anticorps capables de traverser le placenta pour l'immunité du nouveau-né.

• Structure: Tétramère (κ₂γ₂ ou λ₂γ₂). Masse de 146 kDa (environ 150), 2-3% de sucres.

• Abondance: Plus abondants (14 mg/mL de sérum), représentent 75% des anticorps totaux.

• Stabilité: Long temps de demi-vie (21 jours), très protecteurs.

• Valence: 2 (deux paratopes).

• Chaîne lourde gamma: V_H, Cγ₁, région charnière H, Cγ₂, Cγ₃. La région charnière H est codée par un exon riche en cystéines et prolines.

• Sous-classes (IgG1, 2, 3, 4): Diffèrent par la séquence des régions constantes Cγ et la disposition des ponts disulfures inter-caténaires. Exemple: IgG3 a une région charnière plus longue et 17 ponts disulfures.

B. Les IgM (chaîne lourde mu)

• Structure: Pentamère en étoile, composé de 5 monomères d'IgM, reliés par des ponts disulfures et une pièce centrale appelée pièce J. Formule simplifiée: (κ₂μ₂)₅J ou (λ₂μ₂)₅J.

• Masse: Grande taille (970 kDa).

• Valence: 10 paratopes (5x2).

• Glycosylation: Plus glycosylées (12% de la masse de l'anticorps), sans région charnière H typique, mais des coudes dus aux prolines.

• Abondance: Moins abondantes (1,5 mg/mL de sérum), représentent 10% des anticorps totaux.

• Pièce J: 15 kDa (137 aa), riche en cystéine, stabilise le pentamère. Synthétisée par le plasmocyte avec les monomères, elle est essentielle à la formation du pentamère.

• Formes: Solubles (pentamériques) ou monomériques (ancrées dans la membrane des lymphocytes B matures naïfs, comme récepteurs cellulaires).

• Temps de demi-vie: Très court (5 jours).

• Propriétés:

  • Majorité des anticorps naturels sont des IgM (ex: agglutinines des groupes sanguins).

  • Premiers anticorps produits lors d'une infection primaire (pic rapide, puis remplacées par IgG). Un taux élevé d'IgM indique une infection récente.

  • Antigènes thymo-indépendants (polysaccharides) stimulent la synthèse d'IgM.

  • Forte capacité d'agglutination et de fixation du complément (par la valence de 10), très efficaces pour la lyse de bactéries Gram-.

  • Moins efficaces pour l'élimination des antigènes moléculaires.

C. Les IgA (chaîne lourde alpha)

• Second anticorps le plus abondant (15-20% des anticorps totaux).

• Deux types:

  • IgA sériques: Monomères (κ₂α₂ ou λ₂α₂). Masse de 160 kDa, 7-11% de sucres. Deux sous-classes, IgA1 (structure monomérique typique) et IgA2 (liaisons non-covalentes faibles entre chaînes, faible stabilité). Abondance: 3,5 mg/mL de sérum. Fonctions encore peu connues.

  • IgA sécrétoires (sIgA): Dimères ([(κ₂α₂)₂J]SC ou [(λ₂α₂)₂J]SC). Masse de 386 kDa, 7-11% de sucres. Valence de 4 paratopes. Constitués d'une pièce J et d'une pièce sécrétoire (SC) qui enveloppe les parties Fc.

• Production des sIgA: Les plasmocytes sous-épithéliaux produisent les monomères et la pièce J. Les cellules épithéliales produisent la pièce sécrétoire. Le dimère est assemblé puis libéré.

• Fonction de la pièce sécrétoire (SC): Confère aux sIgA une résistance aux enzymes protéolytiques (ex: dans le suc gastrique).

• Localisation des sIgA: Prédominantes dans les sécrétions corporelles (sueur, larmes, salive, muqueuses respiratoires, gastro-intestinales, génito-urinaires, colostrum).

• Fonctions des sIgA: Couverture des pathogènes pour empêcher leur adhésion aux muqueuses, bloquant ainsi leur entrée dans l'organisme. Les déficients en IgA sont plus sensibles aux infections respiratoires et gastro-intestinales.

• Particularités: N'activent pas le complément, ne traversent pas le placenta.

• Colostrum: Liquide sécrété par les glandes mammaires après l'accouchement, riche en protéines et anticorps maternels (IgA), assurant une protection post-natale via l'allaitement.

D. Les IgD (chaîne lourde delta)

• Structure: Monomère (κ₂δ₂ ou λ₂δ₂). Masse de 184 kDa, 9-14% de sucres.

• Abondance: Très faible dans le sérum (0,03 mg/mL), représentant seulement 1% des anticorps.

• Stabilité: La région charnière est plus longue rendant la molécule plus sensible aux protéases, d'où un temps de demi-vie très court.

• Localisation: Principalement sous forme de récepteur membranaire sur les lymphocytes B matures naïfs.

• Rôle: Important pour l'activation des LB lorsqu'ils lient un antigène.

• Particularités: Ne traversent pas le placenta, n'activent pas le complément.

E. Les IgE (chaîne lourde epsilon)

• Structure: Monomère (κ₂ε₂ ou λ₂ε₂). Masse de 188 kDa. Possèdent quatre domaines constants (plus glycosylées, 12% de sucres).

• Abondance: Le moins abondant des anticorps (100 µg/L de sérum).

• Augmentation: Leur taux augmente dans deux cas:

  • Allergies de type 1: Les IgE sont captées par les RFcε sur les mastocytes et basophiles. La fixation d'un allergène sur ces IgE induit la dégranulation et la libération d'histamine.

  • Parasitisme par les vers: Production d'IgE qui se fixent sur les éosinophiles et plaquettes, sensibilisant ces cellules à attaquer le parasite.

• Rôle: Défense contre les parasites.

• Particularités: Ne traversent pas le placenta, ne fixent pas le complément.

5. La production des anticorps

A. Mode d'apparition

Réponse primaire

Réponse de l'organisme lors du premier contact avec un antigène. Elle est caractérisée par 4 phases:

1. Temps de latence: Période avant l'apparition des anticorps. Sa durée varie selon la nature et la dose de l'antigène, l'espèce animale et l'état physiologique de l'individu.

2. Croissance du taux des Ac: Production initialement d'IgM, puis remplacées par des IgG (avec une demi-vie plus longue).

3. Plateau: Taux maximal d'anticorps.

4. Décroissance et disparition: Le système immunitaire se met au repos.

Une réinjection répétée de l'antigène peut mener à une hyper-immunisation (taux maximal d'anticorps). (Méthode utilisée en laboratoire pour obtenir des anticorps.)

Réponse secondaire

Réponse du système immunitaire lors d'un second contact avec le même antigène. Elle se caractérise par:

• Temps de latence très court, voire inexistant: Grâce à la présence de lymphocytes B et T mémoire spécifiques, formés lors de la réponse primaire.

• Augmentation plus rapide et plus forte du taux d'anticorps: Le pic est plus élevé, avec une prédominance d'IgG.

• Décroissance plus lente: Durabilité de la réponse.

Implications:

• Vaccination: Induit des lymphocytes B et T mémoire pour protéger l'organisme lors d'une future rencontre avec le "vrai" antigène.

• Sérodiagnostic: Recherche la présence d'anticorps spécifiques pour savoir si un individu a été exposé à un pathogène. Nécessite souvent plusieurs mesures pour distinguer une infection très récente (phase de latence) d'une absence d'infection.

B. Immunisations multiples

L'injection de plusieurs antigènes peut se faire selon deux modalités:

• Immunisation déphasée: Injection d'un second antigène lors du rappel du premier. Peu utilisée.

• Immunisation concomitante: Injection simultanée de plusieurs antigènes (ex: vaccin ROR). Cela induit plusieurs réponses primaires en parallèle. Il est crucial d'ajuster les doses d'antigènes pour tenir compte de leur immunogénicité et éviter la dominance d'un antigène sur les autres. Lors de l'injection d'un seul antigène purifié (ex: albumine de vache), cela constitue une immunisation concomitante car il présente en réalité une "mosaïque d'épitopes". Certains épitopes peuvent être "dominants" et stimuler plus fortement le système immunitaire.

C. Influence des adjuvants

• Les adjuvants sont des substances ajoutées aux antigènes pour provoquer une réaction inflammatoire au site d'injection et stimuler ainsi une meilleure activation du système immunitaire, conduisant à une réponse immunitaire plus forte.

• Types d'adjuvants:

  • Produits huileux ou minéraux: Retardent la dégradation de l'antigène, prolongeant sa stimulation.

  • Produits bactériens: Stimulent directement les cellules immunitaires.

6. Les anticorps chez le fœtus et le nouveau-né

• Les premiers Ac apparaissent chez le fœtus vers 3-4 mois de grossesse, lorsque les IgG maternelles traversent le placenta.

• À la naissance, le nouveau-né a un taux d'IgG presque égal à celui de sa mère. Les IgM et IgE sont très faibles (0-10% du taux adulte).

• Le système immunitaire du nouveau-né est immature; la protection dépend fortement des IgG maternelles.

• Après la naissance, les IgG maternelles disparaissent progressivement (quasi nuls après 8-9 mois). L'enfant commence à synthétiser ses propres IgG, IgM, IgE et IgA (vers 1-2 mois).

• Il existe une "fenêtre immunologique" (minimum d'Ac vers 3 mois) où l'enfant est plus sensible aux infections, due au décalage entre la perte des IgG maternelles et la production d'Ac propres.

• À un an, les taux d'Ac restent inférieurs à ceux de l'adulte (ex: IgA à 20% du taux adulte).

• Le lait maternel (colostrum) contient des IgA sécrétoires qui sont transférées à l'enfant, contribuant à sa protection.

7. Différentes théories sur la formation des anticorps

A. Théorie sélective (Ehrlich, 1900)

• La fixation de l'antigène sur un récepteur préformé augmente la production et la sécrétion de ce récepteur par la cellule.

• Point faible: Ehrlich pensait qu'une cellule pouvait exprimer plusieurs récepteurs spécifiques de différents antigènes. En réalité, un lymphocyte B n'exprime qu'un seul type d'anticorps, spécifique à un unique épitope.

B. La théorie informative (Pauling, 1950)

• Les immunoglobulines pluripotentes se transformeraient au contact de l'antigène pour devenir complémentaires.

• Cette théorie a été rapidement abandonnée après la découverte de l'ADN et son rôle dans le contrôle de la synthèse protéique.

C. Théorie directive

• L'antigène induirait des modifications au niveau des gènes codant les anticorps, pour produire des anticorps complémentaires.

Théorie de la sélection clonale (Burnet, 1958)

Cette théorie est un mélange des théories sélective et directive:

• Un lymphocyte ne produit qu'une seule sorte d'anticorps.

• L'antigène sélectionne et stimule les cellules qui ont des anticorps spécifiques de cet antigène.

• L'anticorps est produit par des cellules d'un même clone.

Mécanisme:

1. Dans la moelle osseuse, les cellules souches se différencient en lymphocytes B.

2. Pendant cette différenciation, des modifications aléatoires des gènes codant les anticorps ont lieu, entraînant la production de lymphocytes B exprimant des anticorps avec des paratopes différents.

3. Les lymphocytes B dont les anticorps membranaires reconnaissent des éléments du "soi" sont éliminés (apoptose) pour assurer la tolérance au soi.

4. Les lymphocytes B survivants migrent vers les organes périphériques.

5. Lors de l'entrée d'un antigène, le lymphocyte B dont l'anticorps membranaire peut lier l'antigène se multiplie et se différencie en plasmocytes sécréteurs d'anticorps.

Ce processus concilie la sélection par l'antigène et les réarrangements génétiques aléatoires.

8. Génétique des Ig

La grande diversité des anticorps est rendue possible par des réarrangements génétiques (somatic recombination) au cours de la maturation des lymphocytes B.

• Les segments de gènes (V, J, C pour la chaîne légère) sont non fonctionnels individuellement dans l'ADN génomique.

• Pendant la maturation du LB, un segment V et un segment J sont choisis aléatoirement et fusionnés (réarrangement de l'ADN). L'ADN entre les segments choisis est excisé.

• L'ADN réarrangé est transcrit en ARN immature.

• L'ARN immature subit un épissage, éliminant les introns et produisant un ARN mature V-J-C qui sera traduit en protéine d'anticorps.

• Chaque lymphocyte B fait un choix unique de segments V et J, exprimant ainsi un anticorps avec un paratope différent.

9. La variabilité des ac

Trois niveaux de variabilité des anticorps:

Chapitre 4 : La réaction antigène-anticorps

La formation de complexes immuns (antigène-anticorps) est cruciale pour l'élimination des antigènes.

• Les complexes immuns sont éliminés par les globules rouges (qui les transportent vers le foie et la rate) et les phagocytes (qui possèdent des récepteurs pour les molécules du complément).

• Les molécules du complément empêchent la formation de gros complexes immuns en s'y insérant, limitant ainsi leur taille.

1. La liaison antigène-anticorps

A. Les molécules concernées

a. L'antigène

• Porte des épitopes, structures chimiques reconnues par les paratopes des anticorps.

• La valence de l'antigène (nombre de paratopes qu'il peut fixer) est très variable.

• Le plus souvent, les épitopes portés par un antigène sont différents (sauf pour les polymères répétant le même épitope).

b. L'anticorps

• Fonction de reconnaissance: Assurée par les paratopes (toujours identiques au sein d'une molécule).

• Valence: Nombre de paratopes par anticorps (2, 4 ou 10).

• Les acides aminés des paratopes sont ceux des 6 boucles CDR des domaines V_H et V_L.

• Fonctions effectrices: Transfert placentaire, fixation du complément, fixation sur les RFc.

B. Forces attractives intermoléculaires

• La liaison épitope-paratope se fait par des liaisons faibles (non-covalentes), mais très nombreuses. L'énergie de liaison globale est élevée.

• La force de certaines liaisons est inversement proportionnelle à la distance, soulignant l'importance de la complémentarité des formes. Plus la distance est faible, plus la liaison est forte.

• Types de liaisons faibles:

  1. Liaisons hydrogène: Forces d'attraction entre atomes comme l'oxygène et l'azote. Les plus fortes.

  2. Liaisons électrostatiques: Attractions entre groupes de charges opposées. Force inversement proportionnelle au carré de la distance.

  3. Forces de Van der Waals: Interactions entre nuages électroniques. Force inversement proportionnelle à la puissance 7 de la distance.

  4. Liaisons hydrophobes: Interactions entre groupements non polaires, excluant l'eau. Souvent très nombreuses (jusqu'à 50% des liaisons faibles).

Pour qu'un maximum de liaisons faibles se forment, la complémentarité stérique entre épitope et paratope est cruciale.

C. La complémentarité des formes

• Une complémentarité imparfaite entraîne des forces de répulsion (inversement proportionnelles à la puissance 12 de la distance) qui contrecarrent les forces d'attraction, diminuant l'énergie de liaison globale.

• Une complémentarité forte donne un grand nombre de forces d'attraction et une énergie de liaison globale élevée.

• L'énergie de liaison entre un paratope et un épitope dépend directement de cette complémentarité stérique, ce qui impacte la spécificité de l'anticorps.

D. Notion d'affinité

• L'affinité est la somme des forces de liaison et de répulsion entre un paratope et un épitope.

• Si la complémentarité stérique est faible, l'affinité est faible, résultant en une mauvaise interaction et une protection inefficace.

• La liaison épitope-paratope est un équilibre chimique, caractérisé par une constante d'équilibre (K) ou constante d'affinité. Une K élevée signifie une formation importante de complexes stables, ce qui facilite la détection et l'élimination de l'antigène.

E. Notion d'avidité (=affinité fonctionnelle)

• L'avidité est la force avec laquelle un anticorps multivalent se lie à un antigène multivalent.

• L'avidité est souvent supérieure à la somme des affinités individuelles en raison d'un effet coopératif. Ex: Pour un même paratope avec une affinité de 10⁴, l'avidité sera de 10⁷ pour une IgG (bivalente) et de 10¹¹ pour une IgM (déca-valente). La multivalence augmente considérablement l'énergie de liaison.

• L'avidité conditionne la rapidité de la réaction antigène-anticorps et la stabilité du complexe immun, affectant ainsi son élimination.

• L'avidité est un paramètre expérimental, dépendant de l'affinité, de la valence de l'anticorps et de l'antigène, la température, le pH et la force ionique du milieu. Elle est toujours donnée avec les conditions expérimentales précises.

F. La spécificité des anticorps

La spécificité se traduit par différents systèmes sérologiques:

• Système simple: Un antigène avec un seul épitope induit un seul paratope.

• Système multiple: Plusieurs antigènes avec des épitopes différents induisent des anticorps spécifiques à chacun.

• Antigène multivalent mono-spécifique: Un antigène avec plusieurs copies du même épitope induit un seul type de paratope.

• Antigène multivalent multi-spécifique: Un antigène qui porte plusieurs épitopes différents (cas le plus courant, ex: une bactérie) induit un mélange de paratopes.

Un seul anticorps est spécifique d'un seul épitope. Immuniser contre un virus ne protège pas contre un virus apparenté si les épitopes ne sont pas les mêmes.

Un immunsérum est un mélange d'anticorps de spécificités différentes. Sa spécificité est la somme des spécificités des anticorps qu'il contient (contrairement à l'affinité qui ne s'additionne pas linéairement).

2. Immunoprécipitation

Réaction in vitro entre antigène et anticorps, menant à la formation de complexes immuns visibles (précipités ou agglutinats). Elle est différente de l'immuno-agglutination.

• Immunoprécipitation: Quand l'antigène est une molécule soluble.

• Immuno-agglutination: Quand l'antigène est une particule.

Ces formations se produisent dans la zone d'équivalence, où le rapport molaire entre antigène et anticorps est optimal (autant d'épitopes que de paratopes).

A. Précipitation en milieu liquide

a. Le « Ring-test » ou test de l'anneau

• Test qualitatif ancien. Une solution d'antigène est placée au fond d'une éprouvette, recouverte d'une solution d'anticorps.

• La diffusion des molécules crée des gradients de concentration opposés.

• Au point où le rapport molaire atteint l'équivalence, il se forme un anneau de précipité visible.

b. Technique de Heidelberger et Kendall

• Technique quantitative qui permet d'étudier la formation progressive du précipité.

• Dans des éprouvettes avec un volume constant d'anticorps, on ajoute des concentrations croissantes d'antigène.

• Trois zones sont identifiées après centrifugation (séparation du précipité et du surnageant):

  • Zone d'excès d'anticorps: Le surnageant contient des anticorps libres (si on rajoute de l'antigène, il y a repalliation).

  • Zone d'excès d'antigène: Le surnageant contient des antigènes libres (si on rajoute des anticorps, il y a repalliation).

  • Zone d'équivalence: Le surnageant ne contient ni antigène ni anticorps libres. Tous les réactifs sont dans le précipité.

c. Les courbes de précipitation

• Graphiques représentant la quantité de précipité en fonction de la quantité d'antigène.

• Elles montrent un maximum de précipité dans la zone d'équivalence.

• L'allure de la courbe peut varier selon l'hydrophobicité des anticorps (ex: anticorps de cheval vs. de lapin). La réaction du cheval est de la flocculation.

d. La théorie du réseau

• Explique la formation du précipité dans la zone d'équivalence.

• Quand il y a un excès d'anticorps, l'antigène est saturé et aucune interconnexion ne se forme (pas de réseau).

• Quand il y a un excès d'antigène, l'anticorps est saturé et pas de réseau.

• À l'équivalence, un réseau se formé entre les molécules d'antigènes et d'anticorps, entraînant un précipité visible. Cela implique un paratope pour chaque épitope.

• La zone d'équivalence est spécifique à chaque couple antigène/anticorps, car chaque couple a sa propre valence.

e. Application pratique : l'immunonéphélométrie

• Technique qui permet de doser des anticorps spécifiques (IgG, IgA, IgM) en mg/L.

• Elle mesure la diffraction d'un faisceau laser par les complexes immuns formés en suspension.

• La quantité de lumière diffractée est proportionnelle à la concentration des complexes, établie via une gamme étalon.

B. Précipitation en milieu gélifié

• Technique utilisée pour faire précipiter les complexes antigène-anticorps dans une gélose (agarose).

• Plus facile à mettre en œuvre que le milieu liquide. Les précipités (ag.ac) sont retenus dans les mailles de la gélose. Les TD porteront sur ce sujet.

3. L'Immuno-agglutination

Réaction entre des particules recouvertes d'antigènes et des anticorps spécifiques. Les anticorps bivalents relient les particules entre elles, formant un réseau visible à l'œil nu (agglutination).

Deux types d'agglutination:

• Directe: La particule est naturellement porteuse de l'antigène (ex: globules rouges).

• Indirecte ou passive: La particule est artificiellement recouverte de l'antigène (ex: antigène fixé sur des billes de latex).

A. Typage des groupes sanguins ABO

• Recherche des antigènes A et B sur les globules rouges.

• Réalisé dans des micro-plaques à puits coniques.

• Les globules rouges (GR) agglutinent en présence des anticorps spécifiques. Si pas d'agglutination, les GR sédimentent au fond du puits.

• Exemples:

  • Agglutination avec anti-A, pas avec anti-B → Groupe A.

  • Agglutination avec anti-B, pas avec anti-A → Groupe B.

  • Agglutination avec anti-A et anti-B → Groupe AB.

  • Pas d'agglutination → Groupe O.

• Les antigènes A et B sur les GR sont aussi appelés agglutinogènes.

• Les anticorps anti-A et anti-B dans le sérum sont appelés agglutinines.