Immunologie: organes, cellules et molécules (TP-TD)

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Si certaines cellules comme des cellules épithéliales ou folliculaires des organes lymphoïdes périphériques (comme les ganglions lymphatiques) participent aux réactions immunitaires, on peut tout de même affirmer que toutes les cellules immunitaires se forment dans la moelle rouge des os longs (on dit qu'elles ont une origine hématopoïétique, l'hématopoïèse étant le processus de formation des cellules sanguines dans la moelle) à partir d'une seule lignée de cellules dites cellules souches. L'hématopoïèse est estimée à environ 100 milliards de globules rouges par jour par exemple.

5 µm de Ø, RNC élevé, localisées dans le foie pendant la vie fœtale, elles colonisent ensuite la moelle osseuse où elles se divisent activement, ce sont des cellules peu différenciées (pluripotentes : elles ont plusieurs destinées possibles mais toutes inscrites dans la lignée hématopoïétique)

7 µm de Ø, pas de noyau (chez les oiseaux et les mammifères), biconcave, durée de vie environ 120 jours (phagocyté)

fragment cytoplasmiques anucléés

10 à 14 µm de Ø, RNC moyen, doué de diapédèse, circule dans le sang

Ø >> 20 µm, RNC très faible, très spécialisé (phagocytose) avec de nombreuses vacuoles de phagocytose (phagosomes) des lysosomes, des pseudopodes et un Golgi développé

Remarque:
les multiples formes tissulaires des cellules de la lignée monocyte/macrophage forment le système réticulo-histiocytaire (anciennement réticulo-endothélial) comprenant : les cellules dendritiques (du thymus par exemple), les cellules de Langerhans (de l'épiderme), les cellules interdigitées du cortex des ganglions lymphatiques)...

10 à 12 µm de Ø, 45 à 70% des leucocytes (3 à 6000 cellules/µL), doués de diapédèse et de pouvoir de phagocytose (lysosomes), très mobiles ce sont les principaux phagocytes intervenant dans la réponse immunitaire non spécifique, leur demi-vie est de l'ordre de 4 à 10 heures une fois qu'ils ont quitté la moelle osseuse, sous l'action de substances chimiotactiques, ils quittent le sang et se rendent sur les lieux de l'inflammation, RNC assez élevé

10 à 12 µm de Ø, 1 à 3% des leucocytes, doués de diapédèse, contiennent de nombreux lysosomes, interviennent essentiellement dans la réponse contre les parasites par leurs propriétés cytotoxiques

8 à 10 µm de Ø, moins de 0,5% des leucocytes, noyau rond, doués de diapédèse, possèdent de grosses granulations pouvant libérer de l'histamine (voir inflammation), jouent un rôle dans l'allergie

8 à 10 µm de Ø, localisés dans les tissus (tissu conjonctif et muqueuses)

lignée lymphoïde

7 à 8 µm de Ø, 15 à 35% des leucocytes, doués de diapédèse, RNC élevé (peut se diviser activement), responsables de l'immunité à médiation cellulaire

Remarque:
Au repos (phase Go du cycle cellulaire) le noyau présente une chromatine dense et le cytoplasme réduit à une mince couche péri nucléaire ne contient que très peu de lysosomes et de mitochondries
Lorsqu'ils sont activés les lymphocytes ( stade lymphoblastes) entrent en phase G1 du cycle cellulaire, la chromatine se décondense et la réplication de l'ADN a lieu (phase S), le volume du cytoplasme augmente. Ces lymphoblastes peuvent se diviser ou retourner à l'état de repos des petits lymphocytes.

7 à 8 µm de Ø, 5 à 15% des leucocytes, doués de diapédèse, RNC élevé (peut se diviser activement)

issu de la différenciation des lymphocytes B, Ø > 20µm, RNC faible (cellule différenciée, spécialisée : REG et Golgi hyperdéveloppés), cellule sécrétrice d'Ig (immunoglobulines) ou Ac (anticorps), responsables de l'immunité à médiation humorale

cellule souche

cellule tueuse K (killer) ou NK (natural killer)...

Le thymus est un organe qui semble être avant tout chez l'homme le lieu de maturation des lymphocytes T. Sans détailler la structure du thymus, qui sort du cadre de ce cours, il me semble important de comprendre que le thymus est un organe de jeunesse : il est colonisé par les cellules hématopoïétiques à la 9ème semaine de gestation et les premiers lymphocytes T matures sont produits dès la 16ème semaine de vie foetale. Après la naissance, il ne cesse de régresser et est remplacé petit à petit par de la graisse chez l'adulte. C'est ce qui explique que les lymphocytes T forment une population âgée chez l'adulte qui, si elle vient à être détruite (comme dans le cas d'un SIDA), ne peut être remplacée.
On manque clairement de données sur la durée de vie des lymphocytes T. D'une part il est certain que même les personnes âgées de 80 ans ont encore des LT, d'autre part, on considère que plus de 10 ans est une durée de vie extrêmement longue pour un lymphocyte T. Étant donné la régression du thymus fonctionnel avec l'âge, il y a là un problème important non résolu. Enfin cette observation pose le problème du vieillissement des populations des pays industrialisés, le système immunitaire des personnes âgées devient progressivement déficient, même si les variations individuelles sont très importantes.

Chez le fœtus, c'est à partir de la 9ème semaine de vie que l'on observe des cellules hématopoïétiques dans le foie. Progressivement, le site de l'hématopoïèse se déplace vers la moelle osseuse des os longs. A la naissance, elle n'est plus localisée que dans la moelle osseuse. C'est le lieu de formation de presque toutes les cellules sanguines (hématopoïèse) à partir de cellules souches. C'est aussi le lieu de différenciation des lymphocytes B, phénomène qui dure toute la vie sans qu'il semble y avoir de régression.

Les ganglions lymphatiques sont composés de 3 zones principales :
* un cortex superficiel qui contient de macrophages, des cellules dendritiques folliculaires, quelques LT mais surtout des LB ; il semble être le siège de la multiplication clonale des LB activés qui se différencient soit en petits LB mémoire (et restent dans le cortex superficiel), soit en plasmocytes et migrent vers la médulla et la moelle osseuse.
* un cortex profond contenant essentiellement des LT et des cellules interdigitées ; il semble être le siège de la réponse primaire T-dépendante des LB (c'est-à-dire de l'activation des LB par les LT4 activés).
* une médulla contenant surtout des macrophages et des plasmocytes

Remarque : il est important de comprendre qu'un ganglion lymphatique est un organe richement irrigué et est un des points essentiel de passage des lymphocytes de la lymphe vers le sang ou des monocytes ou macrophages du sang vers la lymphe (en fait les lymphocytes passent très peu du sang vers la lymphe au niveau de l'appareil circulatoire dans d'autres zones que les ganglions). Voici un schéma simplifié de la structure d'un ganglion lymphatique pour vous aider à comprendre cette idée.

Schéma simplifié de la structure d'un ganglion lymphatique
suggérant son rôle dans le passage des cellules immunitaires entre le sang et la lymphe (la vascularisation d'un seul lobe a été représentée)

La rate est un organe situé en dérivation de la circulation sanguine. Elle comprend deux zones : la pulpe rouge, qui est le site de destruction des vieilles hématies et de réserve de nouvelles hématies ; et la pulpe blanche, qui a une structure assez semblable au cortex des ganglions lymphatiques, et qui contient des LB, des LT et des macrophages.

On les trouve au niveau de l'intestin grêle (plaques de Peyer) mais aussi au niveau des muqueuses aéro-digestives (amygdales et végétations par exemple...). On pense que ce sont les sites d'induction de la réponse immunitaire spécifique aux Ag pénétrant dans le milieu intérieur. Il est logique que les tissus immunitaires soient situés le plus près possible des points de pénétration des antigènes, c'est-à-dire des muqueuses, comme nous venons de la voir dans la partie précédente. Ils comprennent essentiellement des cellules interdigitées (présentatrices d'Ag) , des lymphocytes et des macrophages.

structurales (taille, forme... aspect en microscopie optique) et ultrastructurales (en microscopie électronique : organites...) mais aussi leur coloration spécifique (pour les granulocytes) ; les connaissances semblent assez solides (voir TP)

origine, lieu de maturation (ou plutôt de différenciation : c'est-à-dire évolution irréversible vers une fonction spécifique) et activation ; les connaissances sont très partielles dans ce domaine

étant donné l'engouement pour la biologie moléculaire, les marqueurs membranaires connus sont innombrables mais leurs rôles sont rarement connus avec recul, on se limitera donc à un minimum (l'avenir nous dira si nous avons fait les bons choix)

cellules indifférenciées, toutes situées dans la moelle osseuse à partir de la fin de la vie foetale ; elles se divisent activement pendant toute la vie et donnent naissance à (presque) toutes les cellules immunitaires

issus de la moelle osseuse, circulent dans le sang, sont relativement différenciés et ont une durée de vie assez courte : comprise entre quelques jours et quelques mois, rôle essentiel dans la phagocytose pour les neutrophiles essentiellement

monocytes circulants dans le sang et issus de la moelle osseuse, migrent dans les tissus et se différencient sous l'action de facteurs chimiques en macrophages, fortement différenciés (rôle essentiel dans la phagocytose)

molécules du système HLA de classe I et II (voir plus haut)

Remarque : il n'y a pas de modèle structural (schéma) proposé car, à ma connaissance, la structure spatiale in situ est largement inconnue même si une molécule HLA a été étudiée sous forme cristallisée par diffraction des RX. Certaines chaînes glycoprotéiques, fortement globulaires, semblent avoir plusieurs domaines possédant chacun une partie intramembranaire et une partie cytoplasmique, ce qui rend la représentation dans l'espace très difficile... nous attendrons donc des données plus précises avant de donner un modèle.

lymphocytes T, issus de la moelle osseuse mais migrant dès la vie foetale dans le thymus qui régresse à partir de la puberté, les lymphocytes T forment une population de cellules âgées, non renouvelées. Au repos (on parle de cellules naïves) ce sont de petites cellules possédant une mince couche de cytoplasme autour d'un volumineux noyau. Activés, leur volume augmente, et on observe une différenciation cytoplasmique avec développement de l'appareil de Golgi. Ils peuvent se différencier (en 30 h environ) en lymphocytes sécréteurs de cytokines (ou helpers ou auxiliaires), ou en lymphocytes cytotoxiques (ou effecteurs) ou retourner à l'état de petit lymphocyte au repos (LT mémoire). L'activation des LT n'est donc pas une différenciation irréversible. Les LT mémoire forment une population de cellules capables de se différencier rapidement (environ 10 h, donc 3 fois plus vite que les cellules naïves), ils survivent plus longtemps à l'état différencié et surtout ils semblent capables de présenter plusieurs fonctions en même temps: sécréteurs de cytokines et de perforines. Ils n'auraient pas besoin d'être stimulés de façon permanente par un Ag et formeraient une population de cellules à très longue durée de vie. (cf. La cellule-mémoire, gardien de l'immunité, Henrique Veiga-Fernandes, La Recherche, 349, janvier 2002, 38-41)

très complexe, on a pris la mauvaise habitude de les scinder uniquement en deux catégories: ceux qui possèdent les marqueurs CD4+ et ceux qui possèdent les marqueurs CD8+ ; et l'on a, encore plus abusivement considéré que les lymphocytes porteurs de marqueurs CD4+ sont LES lymphocytes auxiliaires (helpers), ce qui n'est pas du tout absolu; de même, les lymphocytes T possédant les marqueurs CD8+ ne sont pas tous des lymphocytes cytotoxiques et ils ne sont pas les seuls à le posséder...(certains lymphocytes cytotoxiques portent les marqueurs CD4+ et les lymphocytes sécréteurs de cytokines qualifiés d'auxiliaires peuvent aussi posséder les marqueurs CD8+..., voir par exemple Immunologie de Revillard p 102 et ch 6-2 et 6-3 p 65 et s)

Dans l'état actuel de nos connaissances (et surtout des miennes, c'est-à-dire de ce que j'ai pu comprendre sur ces marqueurs), il est peu prudent de qualifier une population cellulaire uniquement par ses marqueurs membranaires. Ce qui est justifiable en recherche, ne l'est pas quand on veut faire une synthèse à destination des élèves du secondaire.

Actuellement les seuls marqueurs spécifiques de la lignée T sont les récepteurs des lymphocytes T (TCR = T cell receptor) et les complexes moléculaires CD3 ( CD = classe de différenciation = cluster of différenciation : cette dénomination fait référence à des types d'Ac (1, 2, 3...) qui reconnaissent spécifiquement des marqueurs membranaires des leucocytes : une molécule CD3 est donc une molécule reconnue par les Ac de type 3 : par abus de langage on parle de marqueur CD ou de CD tout court pour désigner une molécule membranaire ou un complexe moléculaire : par exemple le marqueur gp39 fait partie de la classe 40 L on la nomme CD40L). Nous n'utiliserons que les récepteurs T, ce qui est tout à fait dans la ligne de prudence du programme.

schéma d'un récepteur T -Bordas p109 n°3 ou ci-dessous

lymphocytes B, formés dès la vie foetale et pendant toute la vie de la moelle osseuse, ils ont une durée de vie moyenne (quelques mois à quelques années) et se différencient sous l'action de facteurs chimiques et/ou des contacts membranaires en plasmocytes, très différenciés (sécréteurs d'Ac), à durée de vie courte (quelques jours à quelques semaines). Certains lymphocytes B issus de ces divisions restent de petite taille et indifférenciés, on les qualifie de LB mémoire.

Pour la lignée B les récepteurs (BCR = B cell receptors) sont des immunoglobulines (Ig) de même nature que les anticorps solubles (Ac), avec en plus, cependant, une chaîne lourde traversant la membrane et constituée d'une vingtaine d'aa hydrophobes et une très courte région cytoplasmique. Les chaînes de ces Ig pouvant provenir de différents groupes (M, D, G....), on leur adjoint le préfixe "m" on a ainsi des mIgM, mIgD, mIgG...

schéma de la structure d'un Ac - Bordas p 106-107 n°2 et 3 ou ci-dessous

presque toute cellule de l'organisme infectée par un virus ou par un parasite intracellulaire (bactérie ou protiste) mais surtout les cellules épithéliales et endothéliales

molécules du système HLA de classe I (voir plus haut) et Bordas p97 n°4

Remarque : mais ce modèle n'est pas exact... en effet, certaines chaînes glycoprotéiques, fortement globulaires, semblent avoir plusieurs domaines possédant chacun une partie intramembranaire et une partie cytoplasmique, ce qui rend la représentation dans l'espace très difficile... nous attendrons donc des données plus précises avant de donner un modèle.

Ce sont des protéines, le plus souvent glycolsylées ou glycoprotéines (possédant des glucides), sécrétées sous l'action d'un signal activateur (et non à un certain taux par des cellules toujours actives, même si leur activité est modulée par des paramètres physiologiques, comme le sont les hormones) par de nombreux types cellulaires (et non un seul type de cellule endocrine comme pour les hormones) et qui agissent sur des cellules-cibles pourvues de récepteurs spécifiques (comme pour les hormones).

Cet ensemble de molécules est très hétérogène et regroupe :

• des interleukines (IL2 par exemple), qui sont des médiateurs entre les leucocytes
• des lymphokines, médiateurs produits par les lymphocytes
• des interférons, substances sécrétées en réponse à une infection virale...
• des facteurs stimulant les colonies (croissance de clones cellulaires)
• des facteurs de nécrose des tumeurs
• des facteurs transformants de croissance
• des facteurs de croissance dérivés des plaquettes
• des facteurs de croissance des fibroblastes (cellules conjonctives) ou des cellules épidermiques....