Immunologie
IMMUNOLOGIE
L’immunologie est la science qui étudie les mécanismes de défense de l’organisme contre toute agression extérieure
Le corps humain possède un système de défense constitué par des organes et des cellules dont leur fonction est de neutraliser et de détruire les agents pathogènes. Les organes et les cellules, répartis dans tout l’organisme forment le système immunitaire
I- Les organes du système immunitaire ou organes lymphoïdes
Ce sont des organes contenant nombreux lymphocytes et macrophages situés au carrefour des voies sanguins et des voies lymphatiques. On distingue :
- Les organes lymphoïdes primaires ou centraux qui sont la moelle osseuse et le thymus où se forment les cellules de l’immunité
- Les organes lymphoïdes secondaires ou périphériques qui sont : la rate et les ganglions lymphatiques où sont stockées les cellules de l’immunité
II- Les cellules du système immunitaire
Les cellules impliquées dans la défense de l’organisme s’organisent en tissus et en organes mais ceux-ci sont disséminés dans tout l’organisme : ils ne forment pas un tout anatomique.
Toutes les cellules du système immunitaire ont pour origine les cellules souches de la moelle osseuse des os longs. Elles sont toutes de leucocytes (globules blancs).
On peut les classer en deux: phagocytes et lymphocytes.
1) Les phagocytes: ce sont des leucocytes de grande taille, à noyau arqué et polylobé, répartis dans tout l’organisme, capables de phagocyter : ce sont les polynucléaires. On peut distinguer :
- Les microphages : polynucléaires du sang et de la lymphe qui phagocytent seulement les éléments de petite taille comme les bactéries.
- Les macrophages : polynucléaires qui phagocytent les cellules de grande taille
(Débris cellulaires ou cellules infectées). Ils proviennent de la différentiation des monocytes qui ont les mêmes fonctions qu’eux. Ils sont disséminés dans des nombreux tissus et organes (peau, poumon, ganglions lymphatiques)
- Les granulocytes : polynucléaires à cytoplasme riche en granules renfermant des médiateurs chimiques comme histamine. Ils circulent dans le sang
2) Les lymphocytes : ce sont de leucocytes de petite taille à noyau rond et volumineux : les mononucléaires. Ils subissent leur maturation dans les organes lymphoïdes primaires. On distingue :
-Les lymphocytes B ou LB : ils subissent leur maturation dans la moelle osseux (bone en anglais) : on dit qu’ils sont immunocompétents dans la moelle osseux
-Les lymphocytes T ou LT subissant leur maturation dans le thymus : on dit qu’ils sont immunocompétents dans le thymus
III- Les antigènes
1- Définition
Toutes substances étrangères non tolérées par l’organisme sain, susceptibles de déclencher une réaction immunitaire sont appelées antigènes. L’organisme reconnaît un antigène par ses déterminants antigéniques ou épitopes représentés par des motifs moléculaires de surface différente de ceux des marqueurs du soi.
On distingue deux types:
-Antigènes particulaires ou figurés (cellules et microbes)
-Antigènes solubles ou libres (substances chimiques et toxines)
2- Le « soi »- les marqueurs biologiques-le « non-soi »
Les cellules de l’organisme possèdent à leur surface des molécules glycoprotéiques, déterminées génétiquement ; ce sont des marqueurs biologiques (=des expressions du patrimoine génétique de l’organisme). Chaque individu a ses propres marqueurs d’où son identité biologique.
L’ensemble de gènes codant pour ces polypeptides membranaires spécifiques de l’individu constitue le Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) appelé Human Leucocyte Antigen (HLA) chez l’être humain.
Le « non-soi » correspond à tout ce qui n’est pas toléré par l’organisme : agents infectieux, organes étrangers, greffes, nombreuses substances et même cellules altérées de l’organisme lui-même.
IV-Les anticorps
1) Définition
Les anticorps sont des grosses protéines globulaires du groupe de globuline appelées Immunoglobulines noté Ig, secrétées dans la lymphe et le sang par les plasmocytes. Ils se répartissent dans le milieu intérieur, dans le plasma et même dans certaines secrétions (salive, lait maternel . …). Ils sont capables de se combiner à l’antigène qui a provoqué leur synthèse.
2) Structure de base commune des anticorps
La molécule d’IgG peut servir de modèle d’anticorps. Elle présente une symétrie bilatérale ; elle est formée de quatre chaînes d’acides aminés dont l’assemblage évoque la forme d’un Y. La reconnaissance de l’antigène dépend des extrémités terminales des bras du Y ; celles-ci sont variables d’’un anticorps à l’autre et comportent chacune une fente qui peut s’associer à une région déterminée de l’antigène à condition que les formes et les affinités chimiques se complètent : ainsi s’explique la spécificité des anticorps.
La molécule d’IgG possède trois régions caractéristiques :
-deux d’entre elles sont identiques et sont les sites de fixation des déterminants antigéniques ;
-la troisième (région effectrice) confère d’autres propriétés et permet de distinguer les différentes familles d’anticorps.
Cette dualité fonctionnelle des anticorps dépend étroitement de la structure de la molécule : Les déterminants antigéniques variant d’un antigène à l’autre, les sites de fixation varient de la même façon ; ce sont les domaines variables des molécules d’anticorps.
3) Quatre familles d’immunoglobulines
On distingue généralement quatre familles d’immunoglobulines aux propriétés différentes :
-immunoglobulines G ou IgG les plus abondants dans le plasma et dans le sang
- immunoglobulines M ou IgM surtout secrétées au cours de la réponse primaire
- immunoglobulines A ou IgA concentrées au niveau des muqueuses, de la salive, du lait.
- immunoglobulines E ou IgE jouant un rôle spécifique contre certains vers parasites mais aussi dans les allergies
4) Origine des anticorps
Après une infection, les lymphocytes B ou LB se transforment en plasmocytes dans les ganglions lymphatiques. Les plasmocytes sont des cellules particulièrement riches en REG ou réticulum endoplasmique rugueuse où la synthèse de protéine a eu lieu. Les protéines ainsi synthétisées sont de anticorps qui ont la forme de Y : ce sont des immunoglobulines ou Ig.
La transformation ou différentiation des LB en plasmocytes et la sécrétion d’anticorps sont programmées génétiquement mais le processus de transformation n’est déclenché qu’après un premier contact du sujet avec l’antigène. De plus chaque plasmocyte ne sécrète qu’un modèle d’anticorps qui est spécifique à l’antigène « stimulateur » : c’est donc l’antigène lui-même qui sélectionne les lymphocytes qui le combattront.
4) Principales fonctions des anticorps
Ils neutralisent l’antigène en bloquant leurs déterminants antigéniques avec les deux bras de Y
Ils aident à la phagocytose en se fixant sur certains récepteurs membranaires par leur troisième extrémité, ainsi ils présentent l’antigène aux phagocytes pour faciliter sa destruction.
L’association Anticorps-antigène soluble conduit à la précipitation
L’association anticorps-antigène particulaire conduit à l’agglutination
V- Mécanismes de réponse immunitaire
Il existe deux modes de défense du corps humain contre l’infection microbienne
- Défense non spécifique ou réponse immunitaire naturelle
- Défense spécifique ou réponse immunitaire acquise
1) Défense non spécifique ou réponse immunitaire naturelle ou immunité naturelle
Elle met en jeu des moyens de défenses spontanées, permettant de neutraliser de multiples agresseurs avec les mêmes réponses.
a) Les moyens de défense de l’immunité naturelle
Cette défense comporte divers niveaux :
Les barrières naturelles :
- Peau imperméable à la plupart des microbes
- Glandes sudoripares déversant la sueur
- Muqueuse assurant une protection physique et chimique par leurs sécrétions : larmes, salive, mucus bactéricides fortement acides et riches en enzymes bactériolytiques (lysozymes)
La réaction inflammatoire intervient quand la barrière muco-cutanée est franchie. Elle fait intervenir des cascades d’évènements : coagulation sanguine, dilatation des vaisseaux sanguins favorisant l’afflux des cellules sanguines. Puis elle mobilise des cellules polynucléaires, les macrophages, qui réalisent une destruction non spécifique de l’agresseur par phagocytose.
b) Les interférons contre les virus
Si une cellule est infectée d’un virus, elle sécrète des protéines appelées interférons qui se fixent sur la membrane cytoplasmique des cellules voisines, Ainsi, ces dernières sont sensibilisées et produisent des protéines antivirales dans leur cytoplasme. En cas de pénétration de virus, elles s’opposent à la multiplication de ces virus. Les interférons sont donc des signaux non spécifiques qui préparent les cellules non encore infectées à se défendre contre les virus.
c) La phagocytose
C’est la base de la défense infectieuse, elle comporte toujours trois étapes :
Adhésion : le granulocyte ou phagocyte se colle sur le corps étranger en formant des pseudopodes
Ingestion : formation de vacuole digestive
Digestion : les lysosomes déversent leurs enzymes digestives dans la vacuole digestive ; deux cas peuvent se présenter :
-Les phagocytes détruisent totalement l’antigène présent, l’infection régresse: c’est la guérison
-Les phagocytes ne dégradent qu’incomplètement l’antigène, il persiste et peut se multiplier plus tard : l’infection se poursuit : d’autres types de cellules sont alors sensibilisées : les lymphocytes : c’est le début d’une réaction immunitaire spécifique
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2) Défense spécifique ou réponse immunitaire acquise ou immunité acquise
C’est un moyen de défense plus lente à mettre en œuvre, mais dirigé très précisément contre un antigène, donc plus efficace
Face à un antigène, la défense immunitaire met en jeu deux mécanismes différents :
-Une réaction à médiation humorale, qui a pour origine les lymphocytes B transformés en plasmocytes, sécréteurs d’anticorps ; la fixation de l’anticorps à une partie déterminée de l’antigène aboutit à la neutralisation de ce dernier
- Une réaction à médiation cellulaire, qui met en œuvre les lymphocytes T ayant subi une maturation dans le thymus et qui aboutit à la lyse des cellules porteuses de l’antigène.
Malgré l’apparente dualité de la réponse de l’organisme, il s’agit d’un même processus globalement dirigé contre l’antigène et qui nécessite la coopération des différentes cellules immunocompétentes (macrophages et lymphocytes) par des contacts ou des sécrétions. Les lymphocytes T sont les régulateurs de la réponse immunitaire qu’ils peuvent amplifier ou diminuer.
a) Réponse immunitaire à médiation humorale
Elle a pour point de départ LB et pour effecteurs les anticorps. Elle comprend plusieurs phases :
- Phase de présentation d’antigènes, sélection et activation cellulaires : Le macrophage présentant les déterminants antigéniques sur sa membrane sécrète des interleukines pour attirer les LB et LT, ceci pour faciliter le contact avec le macrophage.
Les LB porteurs de récepteurs membranaires complémentaire de ces déterminants antigéniques de l’antigène présenté sont sélectionnés et stimulés
Les LB et LT sélectionnés reconnaissent ces antigènes par ses déterminants antigéniques
-Phase de multiplication ou amplification Les LB sélectionnés se multiplient pour donner plusieurs LB identiques : c’est la multiplication clonale. Elle est nécessaire pour obtenir un nombre suffisant de cellules immunocompétentes pour faire face à l’agression.
- Phase de différentiation cellulaire
Les LB ainsi obtenus se différentient en Plasmocytes et LB à mémoire
-Phase effectrice
Les plasmocytes synthétisent des anticorps puis les secrètent dans le milieu intérieur. Ces anticorps sécrétés vont se fixer sur les déterminants antigéniques de l’antigène pour le neutraliser ou le présenter au phagocyte
Associés aux toxines, les anticorps forment une précipitation ; associés aux virus, ils forment une agglutination
La durée de vie des plasmocytes est de quelques jours à quelques semaines, ce qui limite l’efficacité de la première réponse dite réponse primaire
Les LB mémoires ou cellules à mémoire gardent les déterminants antigéniques et ont une durée de vie longue (quelques mois ou quelques années). Lors d’un nouveau contact avec ces mêmes antigènes quelques mois ou quelques années plus tard, ces cellules à mémoire seront immédiatement sensibilisées ; elles permettent ainsi une sécrétion plus intense et une neutralisation plus rapide de ces mêmes antigènes. Elles sont donc responsables de la réponse secondaire et confèrent à une immunité spécifique durable
-Coopération cellulaire Cette réponse immunitaire nécessite une coopération des différentes cellules immunocompétentes : des LT régulateurs sécrètent des substances chimiques stimulant ou inhibant le mécanisme de réponse immunitaire ;
des LT h (helper) stimulent l’ensemble du mécanisme lors de la présentation d’antigène, de la multiplication et de la différentiation cellulaire,
des LT s (suppresseur) permettent de freiner et d’arrêter la réponse immunitaire lorsque l’agression est vaincue.
b) Réponse immunitaire à médiation cellulaire
Elle a pour point de départ LT et pour effecteurs les LT c ou LT cytotoxine. Elle comprend également plusieurs phases :
-Présentation d’antigène, sélection et activation cellulaire : Grâce au substance interleukine sécrétée par les macrophages qui présentent les déterminants antigéniques sur leur membrane, des LT sont sélectionnés, activés et attirés en contact avec ces macrophages, ainsi, l’antigène est présenté aux LT qui le reconnaissent spécifiquement.
-Multiplication cellulaire : Les LT activés se multiplient pour donner plusieurs LT identiques, c’est la multiplication clonale permettant d’obtenir un nombre suffisant de cellules immunocompétentes
-Différentiation cellulaire Les LT sensibilisés se différentient en LT c (cytotoxine) et LT à mémoire
-Phase effectrice
-Les LT c détruisent les cellules infectées d’antigène par contact direct à l’aide des enzymes .Les LT c provoquent une réponse immunitaire plus rapide (quelques jours ou quelques mois) ou réponse primaire
Les LT à mémoire gardent les déterminants antigéniques et ont une durée de vie plus longue. Lors d’un nouveau contact avec ce même antigène, ils seront immédiatement sensibilisés et réagissent très rapidement pour la destruction des cellules infectées.
-Coopération cellulaire
Les LTh stimulent le mécanisme de défense en secrétant de lymphokine
Les LT s inhibent puis arrêt le mécanisme lorsque l’agresseur est vaincu
VI- Dysfonctionnement du système immunitaire
Certaines réponses immunitaires ont des conséquences pathologiques pour l’organisme, on distingue :
-Disfonctionnement par excès : allergies et maladies auto-immunes
Disfonctionnement par défaut : déficit immunitaire ou immunodéficience
1) Dysfonctionnement par excès
a- Les allergies
C’est une réaction exagérée ou hypersensibilité vis à vis de certains antigènes appelé allergènes qui n’ont, le plus souvent, aucune toxicité propre .Ces allergènes sont de nature très variées.
Les allergies se présentent par des réactions inflammatoires : œdème, boutons ; rougeur…
On distingue deux types d’allergies :
- Hypersensibilité immédiate à médiation humorale : troubles apparues quelques minutes après contact, elle est due à un excès de sécrétion d’IgE et de certains médiateurs ((histamine), à une insuffisance probable de LTs.
- Hypersensibilité retardée à médiation cellulaire : réaction cutanée survenant après des contacts répétés de la peau avec certaines substances chimiques contenues dans des objets de la vie courante. La réaction inflammatoire se présente après 24 à 48 heures
b- Maladies auto-immunes
Le système immunitaire du malade présente une agressivité vis à vis de ses propres composant c’est-à-dire les défenses immunitaires sont dirigées contre des molécules du « soi ». Il y a production d’auto-anticorps dont le cible est un organe ou une molécule déterminée. Les organes atteints sont envahis de plasmocytes, LTc et phagocytes.
2) Dysfonctionnement par défaut ou Immunodéficience
C’est une insuffisance d’une ou plusieurs fonctions du système immunitaire entraînant des manifestations pathologiques. On distingue :
-Déficits congénitaux ou déficits primaires
- Déficits acquis ou déficits secondaires
a-Déficits congénitaux ou primaires
Certains enfants naissent dépourvus de défenses immunitaires ; ils ne peuvent pas lutter contre les infections microbiennes, ils meurent bien avant l’âge de un an sauf si on les isole très tôt dans des enceintes ou « bulles » stériles afin d’éviter tout risque de contamination.
Ces déficits affectent aussi bien l’immunité humorale que l’immunité cellulaire ou les deux à la fois.
- Le déficit de l’immunité humorale est caractérisé par une diminution de nombre de LB et plasmocytes donc d’un défaut de production d’anticorps
- Le déficit d’immunité cellulaire est caractérisé par un déficit de LT
b-Déficits acquis ou secondaires
Ils résultent de maladies, de carences alimentaires, de divers traitements médicaux, des infections virales aiguës conduisant à une baisse des défenses immunitaires (cas du SIDA
c- Le SIDA ou Syndrome d’Immunodéficience Acquise
L’agent responsable : VIH
VIH= virus d’immunodéficience Humaine, isolé depuis 1983, très fragile, ne résiste ni à la chaleur, ni aux antiseptiques. Il se reproduit particulièrement dans les LT h, les macrophages et certaines cellules nerveuses.
C’est un rétrovirus : virus à ARN capable d’intégrer son information génétique aux chromosomes des cellules infectées c’est-à-dire à leur molécule d’ADN. Il contient des enzymes transcriptase inverse, qui permet de recopier une molécule d’ARN en molécule d’ADN. Ainsi plusieurs copies d’ADN, contenant l’information génétique nécessaire à la production de centaine de VIH sont placées en attente dans les chromosomes de LTh infectés:
Le sujet infecté devient séropositif et peut transmettre le virus
Comme toute infection virale, l’organisme réagit : les cellules infectées produisent des interférons qui vont se fixer sur la membrane des cellules voisines non infectées, les LB sensibilisés (qui ne sont pas atteints) fabriquent des anticorps anti-VIH. Ceux-ci sont déversés dans le sang et décelables après un délai de deux semaines ou quelques mois. Un sujet est dit séropositif quand les tests identifient dans son sérum la présence d’anticorps anti-VIH : c’est la preuve que le sujet a été contaminé. Les anticorps ne neutralisent que très faiblement les VIH, si bien que la maladie peut continuer à évoluer. Deux cas sont alors possibles :
-1er cas : le virus reste à l’état latent dans les lymphocytes, pendant plusieurs années, on ne sait pas encore combien ; le sujet est séropositif mais il ne présente aucun symptôme de maladie, il est porteur asymptomatique. Un réveil du virus semble se produire chez 10 à
50 % des porteurs séropositifs plusieurs années après la primo-infection.
-2ème cas : le virus est reproduit par les lymphocytes à partir de l’ADN intégré dans les chromosomes ; les cellules infectées libèrent le virus par bourgeonnement puis, meurent. Les virus contaminent alors d’autres cellules, qui mourront à leur tour. Les lymphocytes axillaires, dont le nombre se réduit, ne peuvent plus assurer leur rôle immunitaire qui est d’amplifier les réactions de défense à médiation cellulaire et humorale ; pour l’organisme malade, la porte est ouverte à toutes les infections : Les malades du SIDA ont des défenses amoindries
La maladie présente plusieurs formes : le SIDA-maladie est marqué par l’apparition de maladies « opportunistes » qui profitent du déficit immunitaire pour s’installer : atteinte pulmonaire, cancer cutané ou sarcome de Kaposi, atteinte du système nerveux
La transmission de VIH peut se faire de quatre manières différentes :
-transmission sexuelle
-Transfusion sanguine et injection d’extraits sanguins
-Echanges d’aiguilles et accessoires contaminés
-De la mère contaminée au fœtus et au nouveau-né
Le Cycle du VIH
Le virus du SIDA présent dans le sang est capable de se fixer à des cellules particulières du système immunitaire : les lymphocytes T4. Ces lymphocytes sont ainsi nommés, car porteurs de la protéine transmembranaire CD4. La fixation du virus à ces cellules fait intervenir CD4 (reconnu par la protéine gp120 du virus), ainsi que d'autres protéines membranaires (les corécepteurs) (voir "entrée du virus"). A partir de cette fixation, le matériel génétique du VIH peut pénétrer dans le lymphocyte.
Il est à noter que le VIH peut en fait infecter de nombreux types cellulaires différents. Nous nous limiterons ici à l'exemple des lymphocytes T4.
Une fois dans le cytoplasme, l'ARN du virus est rétrotranscrit en ADNc double brin. Cet ADNc pénètre dans le noyau, et s'intègre au génome de la cellule hôte. L'expression des gènes du virus permet alors la fabrication des protéines du virus. Assemblées, elles permettent la formation de nouveaux virions, qui bourgeonnent de la cellule, en s'entourant au passage d'une membrane (héritée de la cellule infectée). Ceci permet la libération de nouveaux virus dans le sang de l'organisme infecté.
Il est à noter que l'expression du génome viral se réalise grâce à la machinerie de transcription (puis de traduction) de la cellule infectée. .
