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Diapositive 1

DCEM1 - Immunologie 2006-2007

TOLERANCE IMMUNITAIRE

Adapté de

Immunobiologie, Janeway, Travers, Walport et Shlomchik

Chapitre 13

Pages 557-577

Enseignant: Jean-Paul Soulillou, INSERM U643

Jean-Paul.Soulillou@univ-nantes.fr

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Diapositive 2

Les maladies auto-immunes impliquent tous les effecteurs de la réponse immune

Les maladies auto-immunes peuvent être dues à la reconnaissance pathologique

d’auto-antigènes systémiques (lupus érythémateux disséminé, chromatines) ou

d’antigènes spécifiques d’un tissu particulier (diabète, myasthénie, SEP). Les

maladies auto-immunes impliquent différents types de réponse. Bien que quelques

maladies auto-immunes aient été traditionnellement attribuées aux lymphocytes B ou

T, il est plus vraisemblable que toutes les cellules sont mises à contribution. Quatre

types de maladies auto-immunes sont présentés ici avec les rôles respectifs des

lymphocytes T, des lymphocytes B et des anticorps. Ce schéma est par ailleurs

simplifié car il ne situe pas le rôle aussi important des CPA professionnelles. Dans

certaines maladies comme le lupus érythémateux, les cellules T ont un rôle multiple

apportant un rôle de « help » aux lymphocytes B leur permettant de produire de

grandes quantités d’anticorps et des dégâts tissulaires. Dans cette même maladie,

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les lymphocytes B ont aussi deux rôles : capter les antigènes pathogéniques et

présenter l’auto-antigène pour stimuler les lymphocytes T et

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Diapositive 3

Rôle du facteur de transcription AIRE dans la tolérance centrale

Les mécanismes qui normalement contrôlent l’auto-immunité ressemblent à une

succession de différentes couches de contrôle. Une façon expérimentale de prévenir

les maladies auto-immunes est d’éliminer le système immunitaire, comme par

exemple après invalidation des gènes de recombinase (Rag). Evidemment, un tel

mécanisme rendrait immédiatement l’organisme à la merci des agents pathogènes. A

ce titre, on peut remarquer que le « coût » d’évolution de l’apparition, relativement

tardive, de l’auto-immunité (entre 30 et 60 ans) est bien moindre que celui des

déficits immunitaires précoces.

Le système immunitaire a développé différents « check-points » (points de contrôle)

pour contrôler l’auto-réactivité. Une maladie auto-immune ne se développe que lorsque suffisamment de barrières sont devenues incompétentes, laissant une réaction se produire contre le soi. Cependant, l’activation simple de lymphocytes auto-réactifs n’est pas synonyme de maladies auto-immunes.

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La délétion centrale et l’inactivation des lymphocytes récemment différenciés et le

premier « check-point » de la tolérance au soi. Le gène de régulation auto-immune

AIRE (auto-immune regulator gene) induit l’expression de quelques antigènes

spécifiques de tissus dans les cellules épithéliales médullaires thymiques, entraînant

la délétion des thymocytes immatures ayant développé un récepteur susceptible

d’interagir avec ces antigènes. Bien que le thymus exprime de nombreux gènes et

des protéines du soi, communes à toutes les cellules, l’expression des antigènes des

tissus spécialisés (telle que la rétine ou l’ovaire – 1er panneau) n’est pas claire.

L’accès même de ces antigènes au thymus pour induire une réponse négative n’est

pas évidente. Il a été récemment découvert que le gène AIRE promeut l’expression

de différentes protéines tissus- spécifiques dans la médullaire thymique. Les

peptides de ces protéines sont présentés aux thymocytes en développement et

induisent une sélection négative (3ème panneau) qui aboutit à une délétion de ces

cellules auto-réactives. En l’absence de AIRE, cette délétion ne survient pas et les

thymocytes auto-réactifs matures peuvent être exportés à la périphérie (4ème

panneau) où ils peuvent entraîner une maladie auto-immune. En effet, les individus

ou les souris qui ont un gène AIRE déficient développent un syndrome appelé

APECED (auto-immune polyendocrinopathie candidose et ectodermal dystrophie).

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Diapositive 4

Elimination des lymphocytes B

autoréactifs dansles centres germinatifs

Les mécanismes d’élimination par cross-ligation importante du récepteur pour

l’antigène existent aussi en périphérie pour des lymphocytes T activés ou pour des

lymphocytes B. La figure montre l’exemple de possibilité d’auto-immunité générée

par l’hypermutation des gènes des immunoglobulines générés dans les centres

germinaux des ganglions lymphatiques. Il est possible que ces hyper-mutations

éditent des récepteurs susceptibles d’être réactifs avec des protéines du soi.

L’hypothèse, démontrée dans les quelques exemples expérimentaux, suggère que

ces cellules sont détruites par apoptose après liaison avec les protéines du soi

correspondantes, présentes en grande quantité dans les centres germinatifs alors

que l’«editing » ayant généré des motifs susceptibles de reconnaître les bactéries est

respecté.

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Diapositive 5

Un lésion dans un site de privilège immunologique peut induire une réponse

auto-immune

Le concept de sites immunologiquement privilégiés a évolué avec l’accumulation

des connaissances. Le cerveau, l’œil, le testicule, l’utérus (fœtus) sont considérés

comme des sites immunologiquement privilégiés dans la mesure où des greffes de

tissus allogéniques placés dans certains de ces sites n’entraînent pas de rejet. Une

place à part doit être faite à l’utérus et en particulier au placenta qui représente un

système de protection très efficace de la réponse immunitaire de la mère contre le

fœtus passant par l’expression de molécules régulant les cellules NK, la production

d‘IDO (une enzyme régulant la dégradation du tryptophane, un acide aminé

indispensable aux lymphocytes T), la forte concentration de molécules régulatrices

du complément, l’expression de HLA mono-morphique etc…

Les mécanismes du « privilège » passent aussi par des systèmes spécifiques

comme la barrière hémato-encéphalique pour le cerveau. Un rôle important pourrait

être joué par certaines cytokines comme le TGF-beta 1 ou par l’induction d’apoptose

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par certaines cellules (ex. cellules de Sertoli dans le testicule) exprimant le Fas Ligand. Il s’agit donc de mécanismes complexes, multiples et spécifiques à chacun

de ces sites.

D’autre part, une immunisation délibérée peut rompre la « tolérance » observée au

sein de ces sites comme dans le cas des modèles de la sclérose en plaques après

injection de protéines myéliniques basiques. La figure montre un autre exemple qui

est pris à la pathologie de l’œil (ophtalmie sympathique) qui survient après le

traumatisme d’un œil. Ce traumatisme aboutit à la dissémination d’antigènes

normalement séquestrés dans l’œil permettant une immunisation dans les ganglions

lymphatiques drainant l’œil. Une maladie se développe alors touchant les deux yeux.

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Diapositive 6

Mécanismes de la tolérance périphérique: anergie

La reconnaissance antigénique en l’absence de signaux de co-stimulation peut générer un état d’inactivation des cellules T. Cet état peut bloquer la prolifération

et la formation des clones et des effecteurs correspondants. Ce phénomène peut

survenir même si l’antigène est représenté en grande quantité, il contribue à assurer

un état de tolérance aux tissus du soi. Bien que ce phénomène ait surtout été décrit

in vitro, il est considéré comme agir aussi in vivo. Ce phénomène intéresse

principalement les cellules T naïves, les cellules effectrices mémoire n’ayant pas de

nécessité de costimulation pour effectuer leur agression. Le schéma montre une

CPA incapable d’activer (ou d’inhiber) une cellule T si l’antigène approprié n’est pas

présenté à sa surface. Le schéma de gauche montre que l’interaction avec une

molécule co-stimulatrice n’est pas efficace en l’absence de signal 1. Le panneau de

droite montre qu’il y a une activation de la cellule ou anergie si le signal 1 survient

sans costimulation.

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Diapositive 7

Importance de la délivrance des deux signaux par la même CPA pour l’activation des

lymphocytes T naïfs

Les pré-requis pour qu’une seule cellule délivre à la fois un signal antigène

spécifique et un signal de co-stimulation, sont cruciaux pour prévenir la réponse

immunologique au soi. Dans les panneaux supérieurs, une cellule T reconnaît un

peptide viral présenté à la surface d’une CPA (cellule dendritique) et est activée vers

la prolifération et la différenciation en effecteurs capables d’éliminer une quelconque

autre cellule infectée par le virus.

En revanche, une cellule T naïve, qui reconnaît l’antigène sur des cellules qui ne

peuvent pas exprimer aussi des cellules de co-stimulation, devient anergique.

Lorsque ces cellules anergiques reconnaissent l’antigène du soi exprimé sur une

cellule épithéliale infectée (panel du bas), il n’y a ni différenciation ni effecteurs.

D’autre part, cette cellule une fois anergique ne peut pas être activée par une

rencontre secondaire avec une CPA portant le même antigène.

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Diapositive 8

Mécanismes de la tolérance périphérique: délétion et régulation

Délétion versus régulation : 2 concepts majeurs pour la compréhension de la tolérance aux antigènes du soi. Une tolérance survient quand il y a délétion (destruction) de cellules T réactives au

soi.

Une autre forme de tolérance fait intervenir des cellules régulatrices. Dans cette

dernière forme, les cellules régulatrices sont capables d’« éduquer » des cellules T

naïves équipées d’un récepteur adéquat pour le même antigène.

Le meilleur exemple de la tolérance par délétion est le mécanisme de tolérance

centrale thymique dû à l’expression d’auto-antigène par les CPA thymiques (panel

haut à gauche). L’apport expérimental d’antigène (ou de cellules, macrochimérisme)

dans le thymus induit une tolérance centrale expérimentale. Cependant, quelques

cellules auto-réactives échappent à la délétion si, par exemple, l’auto-antigène n’est

pas exprimé dans les cellules dendritiques du thymus.

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Le mécanisme principal opérant alors est lié à des lymphocytes T régulateurs qui

se développent aussi dans le thymus, vraisemblablement en réponse à des

stimulations faibles contre des auto-antigènes, stimulation qui n’a pas abouti à

l’apoptose (et la délétion) mais qui, néanmoins, est supérieure à la stimulation

requise pour une simple sélection positive (panneau en bas à gauche).

Ces cellules régulatrices sont ensuite exportées (panneau du bas à droite) et

agissent par contact avec les CPA ou des cellules effectrices et par production d’IL10

et de TGF-beta. Ces cellules initialement spécifiques peuvent agir lors de la phase

effectrice sans spécificité. Cette forme de tolérance est appelée dominante car une

cellule peut réguler d’autres cellules comme démontré par des expériences de

transfert.

Ces cellules régulatrices thymiques (cellules régulatrices naturelles) sont sous le

contrôle d’un gène appelé FoxP3 qui joue un rôle important dans la différenciation en

cellule régulatrice. Une mutation du gène FoxP3 a été identifiée chez l’homme et

chez la souris. Cette mutation est associée à une dérégulation de la tolérance avec

une polyendocrinopathie, une entéropathie etc.

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Diapositive 9

Différents mécanismes maintenant la tolérance au soi

Type de tolérance

Mécanismes Site d’action

Tolérance centrale Délétion / Editing Thymus – Moëlle osseuse Ségrégation des antigènes Barrière physique à l’accès

du système lymphoïde Organes périphériques

(thyroïde, pancréas, etc) Anergie périphérique Inactivation cellulaire par

signalisation non-optimale sans co-signaux

Tissus lymphoïdes secondaires

Cellules régulatrices Succession par cytokine – effet contact

Tissus lymphoïdes secondaires et inflammation

Déviation TH1/TH2 Production préférentielle de certaines cytokines

Tissus lymphoïdes secondaires et inflammation

Epuisement clonal Apoptose post-activation Tissus lymphoïdes secondaires et inflammation

En résumé, le maintien de la tolérance au soi est un phénomène qui dépend de différentes actions qui opèrent à différents sites ou à différents niveaux de développement.

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Diapositive 10

Exemples de prédispositions génétiques aux maladies autoimmunes

Les gènes qui prédisposent à l’auto-immunité affectent souvent un ou plusieurs

mécanismes de la tolérance. Nous avons déjà discuté du gène AIRE. On peut aussi

citer des gènes qui permettent l’élimination des complexes immuns (Ag:Ac) et des

cellules apoptoptiques (récepteurs du complément) ou des gènes qui contrôlent

l’apoptose des cellules activées (comme Fas). La figure donne une idée d’ensemble

des différentes mutations chez l’homme et chez l’animal et qui sont associées avec

l’auto-immunité. La liste de ces gènes est organisée aussi par bloc fonctionnel

(colonne de gauche). Il est intéressant de constater que certaines mutations ont été

observées à la fois chez l’homme et chez la souris comme FOX P3 ou AIRE. La

réaction croisée entre des molécules du soi et des molécules étrangères sur des

micro-organismes peut aboutir à une rupture de la tolérance.

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Diapositive 11

Rôle d’un infection virale dans l’induction expérimentale d’une maladie auto-immune

L’expérience présentée dans cette figure est devenue un classique. Elle démontre

qu’une infection virale peut rompre une tolérance d’un animal transgénique

exprimant des protéines virales dans les cellules ß des îlots du pancréas. Des souris

transgéniques ont été préparées pour différentes nucléoprotéines du virus de la

chorioméningite lymphocytaire (LCMV). Le système de transgénèse permet à ces

protéines d’être exprimées dans les cellules ß pancréatiques (transgéne placé sous

le contrôle du promoteur de l’insuline) et non dans le thymus – donc pas de délétion

des clones correspondants. Ces animaux transgéniques ne font pas de diabète alors même que l’on peut démontrer l’existence de cellules T naïves équipées d’un récepteur pour antigène susceptible d’interagir avec les peptides issus des protéines virales. Cependant, si la souris transgénique est infectée avec le virus entier, une violente réponse des lymphocytes T cytotoxiques est déclenchée contre des

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déterminants de virus et détruit des cellules ß, entraînant un diabète (modèle du

type I). Il est donc considéré que les agents infectieux peuvent occasionnellement

déclencher une réponse T qui cross-réagit avec des peptides du soi (un mécanisme

connu sous le nom de mimétisme moléculaire) et déclencher une pathologie auto-

immune. Le point essentiel à considérer ici est que le virus entier va apporter un

signal de « danger » en activant les cellules présentatrices et recruter, en particulier,

les cellules lymphocytaires T cross-réactives naïves.

En fait, de multiples autres mécanismes peuvent contribuer au déclenchement de

cette maladie tels que l’agression des tissus par le virus, l’infection des CPA, la

fixation de protéines de pathogènes à des protéines du soi, l’existence de super-

antigènes ou la cross réactivité simple associée à des signaux du danger.

L’expérience présentée ici est aussi l’exemple du mécanisme de « l’ignorance immunitaire » car, avant l’infection par le LCMV, la souris transgénique a des

lymphocytes T naïfs capables de reconnaître les peptides mais il y a très peu de

probabilités pour que ces 2 types de cellules interagissent, et si l’interaction a lieu,

elle n’est pas susceptible d’activer des cellules naïves car la cellule présentatrice

n’est pas une CPA.

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Diapositive 12

Le fœtus est une «allogreffe »qui n’est pas rejetée

Le fœtus est une allogreffe qui est tolérée de façon répétée. Le fœtus exprime des molécules MHC dérivées du père et d’autres antigènes potentiels. Ce

phénomène survient même si la mère porte différents enfants du même père. Les

mécanismes de la tolérance au fœtus sont excessivement complexes mais le rôle

d’écran réalisé par le placenta est majeur dans la mesure où il est démontré que la

mère s’immunise contre les antigènes du donneur, tant du point de vue de l’immunité

cellulaire que de la production des anticorps. En fait, le placenta offre différentes

structures cellulaires et moléculaires qui vont inhiber les cellules NK et les cellules

cytotoxiques (HLA-G et HLA-E), présente une grande densité de molécules

régulatrices du complément (CD55) et produit des molécules telles que IDO qui

entraînent un métabolisme du tryptophane acide aminé essentiel pour la fonction des

lymphocytes T.