21.4 La réponse immunitaire adaptative : lymphocytes B et anticorps
Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez capable de :
- Expliquer comment les lymphocytes B maturent et comment la tolérance des lymphocytes B se développe
- Discuter de la manière dont les lymphocytes B sont activés et se différencient en plasmocytes
- Décrire la structure des classes d'anticorps et leurs fonctions
Les anticorps ont été le premier composant de la réponse immunitaire adaptative à être caractérisé par les scientifiques travaillant sur le système immunitaire. Il était déjà connu que les individus ayant survécu à une infection bactérienne étaient immunisés contre une réinfection par le même agent pathogène. Les premiers microbiologistes ont prélevé du sérum d'un patient immunisé et l'ont mélangé à une culture fraîche du même type de bactérie, puis ont observé les bactéries au microscope. Les bactéries se sont agglomérées dans un processus appelé agglutination. Lorsqu'une espèce bactérienne différente était utilisée, l'agglutination ne se produisait pas. Ainsi, il y avait quelque chose dans le sérum des individus immunisés qui pouvait se lier spécifiquement aux bactéries et les agglutiner.
Les scientifiques savent maintenant que la cause de l'agglutination est une molécule d'anticorps, également appelée immunoglobuline. Qu'est-ce qu'un anticorps ? Une protéine d'anticorps est essentiellement une forme sécrétée d'un récepteur de lymphocyte B. (En fait, l'immunoglobuline de surface est un autre nom pour le récepteur de lymphocyte B.) Il n'est pas surprenant que les mêmes gènes codent à la fois les anticorps sécrétés et les immunoglobulines de surface. Une différence mineure dans la façon dont ces protéines sont synthétisées distingue un lymphocyte B naïf avec un anticorps à sa surface d'un plasmocyte sécréteur d'anticorps sans anticorps à sa surface. Les anticorps du plasmocyte ont le même site de liaison à l'antigène et la même spécificité que leurs précurseurs de lymphocytes B.
Il existe cinq classes différentes d'anticorps chez l'homme : IgM, IgD, IgG, IgA et IgE. Chacune d'elles a des fonctions spécifiques dans la réponse immunitaire, de sorte qu'en les étudiant, les chercheurs peuvent apprendre la grande variété des fonctions des anticorps, essentielles à de nombreuses réponses immunitaires adaptatives.
Les lymphocytes B ne reconnaissent pas l'antigène de la manière complexe des lymphocytes T. Les lymphocytes B peuvent reconnaître l'antigène natif, non traité, et ne nécessitent pas la participation des molécules du CMH et des cellules présentatrices d'antigènes.
Différenciation et activation des lymphocytes B
Les lymphocytes B se différencient dans la moelle osseuse. Au cours du processus de maturation, jusqu'à 100 billions de clones différents de lymphocytes B sont générés, ce qui est similaire à la diversité des récepteurs d'antigènes observée chez les lymphocytes T.
La différenciation des lymphocytes B et le développement de la tolérance ne sont pas aussi bien compris que chez les lymphocytes T. La tolérance centrale est la destruction ou l'inactivation des lymphocytes B qui reconnaissent les auto-antigènes dans la moelle osseuse, et son rôle est critique et bien établi. Dans le processus de délétion clonale, les lymphocytes B immatures qui se lient fortement aux auto-antigènes exprimés sur les tissus reçoivent un signal pour induire leur propre destruction par apoptose, les retirant de la population. Dans le processus d' anergie clonale, cependant, les lymphocytes B exposés à un antigène soluble dans la moelle osseuse ne sont pas physiquement éliminés, mais deviennent incapables de fonctionner.
Un autre mécanisme appelé tolérance périphérique est un résultat direct de la tolérance des lymphocytes T. Dans la tolérance périphérique, les lymphocytes B fonctionnels et matures quittent la moelle osseuse mais n'ont pas encore été exposés à l'auto-antigène. La plupart des antigènes protéiques nécessitent des signaux des lymphocytes T auxiliaires pour produire des anticorps. Lorsqu'un lymphocyte B se lie à un auto-antigène mais ne reçoit aucun signal d'un lymphocyte Th2 voisin pour produire des anticorps, la cellule reçoit un signal pour subir l'apoptose et est détruite. C'est un autre exemple du contrôle que les lymphocytes T exercent sur la réponse immunitaire adaptative.
Après que les lymphocytes B sont activés par leur liaison à l'antigène, ils se différencient en plasmocytes. Les plasmocytes quittent souvent les organes lymphoïdes secondaires, où la réponse est générée, et migrent vers la moelle osseuse, où tout le processus de différenciation a commencé. Après avoir sécrété des anticorps pendant une période spécifique, ils meurent, car la majeure partie de leur énergie est consacrée à la fabrication d'anticorps et non à leur propre maintien. Ainsi, les plasmocytes sont considérés comme étant différenciés de manière terminale.
Le dernier lymphocyte B d'intérêt est le lymphocyte B mémoire, qui résulte de l'expansion clonale d'un lymphocyte B activé. Les lymphocytes B mémoire fonctionnent de manière similaire aux lymphocytes T mémoire. Ils conduisent à une réponse secondaire plus forte et plus rapide par rapport à la réponse primaire, comme illustré ci-dessous.
Structure des anticorps
Les anticorps sont des glycoprotéines constituées de deux types de chaînes polypeptidiques avec des glucides attachés. La chaîne lourde et la chaîne légère sont les deux polypeptides qui forment l'anticorps. Les principales différences entre les classes d'anticorps résident dans les différences entre leurs chaînes lourdes, mais comme vous le verrez, les chaînes légères jouent un rôle important, formant une partie du site de liaison à l'antigène sur les molécules d'anticorps.
Modèles à quatre chaînes des structures d'anticorps
Toutes les molécules d'anticorps ont deux chaînes lourdes identiques et deux chaînes légères identiques. (Certains anticorps contiennent plusieurs unités de cette structure à quatre chaînes.) La région Fc de l'anticorps est formée par l'union des deux chaînes lourdes, généralement liées par des ponts disulfure (Figure 21.21). La portion Fc de l'anticorps est importante car de nombreuses cellules effectrices du système immunitaire possèdent des récepteurs Fc. Les cellules possédant ces récepteurs peuvent alors se lier aux agents pathogènes recouverts d'anticorps, augmentant considérablement la spécificité des cellules effectrices. À l'autre extrémité de la molécule se trouvent deux sites de liaison à l'antigène identiques.
Cinq classes d'anticorps et leurs fonctions
En général, les anticorps ont deux fonctions de base. Ils peuvent agir comme récepteur d'antigène des lymphocytes B ou ils peuvent être sécrétés, circuler et se lier à un agent pathogène, le marquant souvent pour identification par d'autres formes de la réponse immunitaire. Parmi les cinq classes d'anticorps, notez que seules deux peuvent fonctionner comme récepteur d'antigène pour les lymphocytes B naïfs : IgM et IgD (Figure 21.22). Les lymphocytes B matures qui quittent la moelle osseuse expriment à la fois l'IgM et l'IgD, mais les deux anticorps ont la même spécificité antigénique. Seule l'IgM est sécrétée, cependant, et aucune autre fonction non réceptrice pour l'IgD n'a été découverte.
L'IgM est constituée de cinq structures à quatre chaînes (20 chaînes au total avec 10 sites de liaison à l'antigène identiques) et est donc la plus grande des molécules d'anticorps. L'IgM est généralement le premier anticorps produit lors d'une réponse primaire. Ses 10 sites de liaison à l'antigène et sa grande taille lui permettent de bien se lier à de nombreuses surfaces bactériennes. Elle est excellente pour lier les protéines du complément et activer la cascade du complément, ce qui est cohérent avec son rôle dans la promotion de la chimiotaxie, de l'opsonisation et de la lyse cellulaire. Ainsi, c'est un anticorps très efficace contre les bactéries aux premiers stades d'une réponse primaire. Au fur et à mesure que la réponse primaire progresse, l'anticorps produit dans un lymphocyte B peut changer pour l'IgG, l'IgA ou l'IgE par le processus connu sous le nom de commutation de classe. La commutation de classe est le changement d'une classe d'anticorps à une autre. Bien que la classe d'anticorps change, la spécificité et les sites de liaison à l'antigène ne changent pas. Ainsi, les anticorps produits sont toujours spécifiques de l'agent pathogène qui a stimulé la réponse IgM initiale.
L'IgG est un anticorps majeur des réponses primaires tardives et le principal anticorps des réponses secondaires dans le sang. Cela est dû au fait que la commutation de classe se produit pendant les réponses primaires. L'IgG est un anticorps monomérique qui élimine les agents pathogènes du sang et peut activer les protéines du complément, tirant parti de ses activités antibactériennes. De plus, cette classe d'anticorps est celle qui traverse le placenta pour protéger le fœtus en développement des maladies et quitte le sang pour le liquide interstitiel afin de combattre les agents pathogènes extracellulaires.
L'IgA existe sous deux formes, un monomère à quatre chaînes dans le sang et une structure à huit chaînes, ou dimère, dans les sécrétions des glandes exocrines des membranes muqueuses, y compris le mucus, la salive et les larmes. Ainsi, l'IgA dimérique est le seul anticorps à quitter l'intérieur du corps pour protéger les surfaces corporelles. L'IgA est également importante pour les nouveau-nés, car cet anticorps est présent dans le lait maternel, qui sert à protéger le nourrisson des maladies.
L'IgE est généralement associée aux allergies et à l'anaphylaxie. Elle est présente à la plus faible concentration dans le sang, car sa région Fc se lie fortement à un récepteur Fc spécifique de l'IgE à la surface des mastocytes. L'IgE rend la dégranulation des mastocytes très spécifique, de sorte que si une personne est allergique aux arachides, il y aura de l'IgE spécifique des arachides liée à ses mastocytes. Chez cette personne, la consommation d'arachides entraînera la dégranulation des mastocytes, provoquant parfois des réactions allergiques graves, y compris l'anaphylaxie, une réponse allergique systémique sévère qui peut entraîner la mort.
Sélection clonale des lymphocytes B
La sélection et l'expansion clonales fonctionnent de la même manière chez les lymphocytes B que chez les lymphocytes T. Seuls les lymphocytes B ayant une spécificité antigénique appropriée sont sélectionnés et amplifiés (Figure 21.23). Finalement, les plasmocytes sécrètent des anticorps avec une spécificité antigénique identique à celle qui était présente à la surface des lymphocytes B sélectionnés. Notez sur la figure que les plasmocytes et les lymphocytes B mémoire sont générés simultanément.
Réponses primaires versus secondaires des lymphocytes B
Les réponses primaires et secondaires, telles qu'elles se rapportent aux lymphocytes T, ont été discutées précédemment. Cette section examinera ces réponses avec les lymphocytes B et la production d'anticorps. Parce que les anticorps sont facilement obtenus à partir d'échantillons sanguins, ils sont faciles à suivre et à représenter graphiquement (Figure 21.24). Comme vous le verrez sur la figure, la réponse primaire à un antigène (représentant un agent pathogène) est retardée de plusieurs jours. C'est le temps qu'il faut aux clones de lymphocytes B pour se développer et se différencier en plasmocytes. Le niveau d'anticorps produit est faible, mais il est suffisant pour la protection immunitaire. La deuxième fois qu'une personne rencontre le même antigène, il n'y a pas de délai, et la quantité d'anticorps produite est beaucoup plus élevée. Ainsi, la réponse secondaire en anticorps submerge rapidement les agents pathogènes et, dans la plupart des situations, aucun symptôme n'est ressenti. Lorsqu'un antigène différent est utilisé, une autre réponse primaire est produite avec ses faibles niveaux d'anticorps et son délai.
Immunité active versus passive
L'immunité aux agents pathogènes, et la capacité à contrôler la croissance des agents pathogènes afin de limiter les dommages aux tissus du corps, peut être acquise par (1) le développement actif d'une réponse immunitaire chez l'individu infecté ou (2) le transfert passif de composants immunitaires d'un individu immunisé à un individu non immunisé. L'immunité active et passive a des exemples dans le monde naturel et fait partie de la médecine.
L'immunité active est la résistance aux agents pathogènes acquise lors d'une réponse immunitaire adaptative chez un individu (Tableau 21.6). L'immunité active acquise naturellement, la réponse à un agent pathogène, est le sujet de ce chapitre. L'immunité active acquise artificiellement implique l'utilisation de vaccins. Un vaccin est un agent pathogène tué ou affaibli ou ses composants qui, lorsqu'il est administré à un individu sain, conduit au développement d'une mémoire immunologique (une réponse immunitaire primaire affaiblie) sans provoquer beaucoup de symptômes. Ainsi, avec l'utilisation de vaccins, on peut éviter les dommages causés par la maladie résultant de la première exposition à l'agent pathogène, tout en bénéficiant de la protection de la mémoire immunologique. L'avènement des vaccins a été l'une des avancées médicales majeures du XXe siècle et a conduit à l'éradication de la variole et au contrôle de nombreuses maladies infectieuses, y compris la polio, la rougeole et la coqueluche.
| Naturelle | Artificielle | |
|---|---|---|
| Active | Réponse immunitaire adaptative | Réponse vaccinale |
| Passive | Anticorps transplacentaires/allaitement | Injections d'immunoglobulines |
L'immunité passive résulte du transfert d'anticorps à un individu sans qu'il ait besoin de développer sa propre réponse immunitaire active. L'immunité passive acquise naturellement est observée pendant le développement fœtal. L'IgG est transférée de la circulation maternelle au fœtus via le placenta, protégeant le fœtus de l'infection et protégeant le nouveau-né pendant les premiers mois de sa vie. Comme déjà mentionné, un nouveau-né bénéficie des anticorps IgA qu'il obtient du lait pendant l'allaitement. Le fœtus et le nouveau-né bénéficient ainsi de la mémoire immunologique basée sur les agents pathogènes auxquels la personne enceinte a été exposée. En médecine, l'immunité passive acquise artificiellement implique généralement des injections d'immunoglobulines, prélevées sur des animaux précédemment exposés à un agent pathogène spécifique. Ce traitement est une méthode rapide pour protéger temporairement un individu qui a pu être exposé à un agent pathogène. L'inconvénient des deux types d'immunité passive est l'absence de développement de la mémoire immunologique. Une fois les anticorps transférés, ils ne sont efficaces que pour une durée limitée avant de se dégrader.
Lien interactif
L'immunité peut être acquise de manière active ou passive, et elle peut être naturelle ou artificielle. Regardez cette vidéo pour voir une discussion animée sur l'immunité passive et active. Quel est un exemple d'immunité naturelle acquise passivement ?
Antigènes T-dépendants versus T-indépendants
Comme discuté précédemment, les cellules Th2 sécrètent des cytokines qui stimulent la production d'anticorps dans un lymphocyte B, en réponse à des antigènes complexes tels que ceux produits par les protéines. D'autre part, certains antigènes sont T-indépendants. Un antigène T-indépendant se présente généralement sous la forme de motifs glucidiques répétés trouvés sur les parois cellulaires des bactéries. Chaque anticorps à la surface du lymphocyte B possède deux sites de liaison, et la nature répétée de l'antigène T-indépendant conduit à la réticulation des anticorps de surface sur le lymphocyte B. La réticulation est suffisante pour l'activer en l'absence de cytokines des lymphocytes T.
Un antigène T-dépendant, en revanche, n'est généralement pas répété au même degré sur l'agent pathogène et ne réticule donc pas l'anticorps de surface avec la même efficacité. Pour déclencher une réponse à de tels antigènes, les lymphocytes B et T doivent se rapprocher (Figure 21.25). Le lymphocyte B doit recevoir deux signaux pour être activé. Son immunoglobuline de surface doit reconnaître l'antigène natif. Une partie de cet antigène est internalisée, traitée et présentée aux cellules Th2 sur une molécule du CMH de classe II. Le lymphocyte T se lie ensuite à l'aide de son récepteur d'antigène et est activé pour sécréter des cytokines qui diffusent vers le lymphocyte B, l'activant finalement complètement. Ainsi, le lymphocyte B reçoit des signaux à la fois de son anticorps de surface et du lymphocyte T via ses cytokines, et agit comme une cellule présentatrice d'antigène professionnelle dans le processus.