Généralités sur le système immunitaire

Généralités sur le système immunitaire

Initialement décrit comme spécialisé dans la destruction des microbes, le système immunitaire est également capable de détecter des signaux endogènes, comme les cellules mortes. Ces observations ont conduit à proposer une nouvelle définition du système immunitaire, à savoir un système spécialisé dans la détection des signaux de danger, ceux-ci pouvant être d’origine exogène, comme les microbes, ou endogènes, comme les cellules lésées. La nature de la réponse immunitaire qui sera initiée sera donc dépendante du type de signaux de danger détectés (immunité en réponse aux microbes vs tolérance en réponse aux cellules apoptotiques).

Le système immunitaire repose sur un ensemble d’effecteurs cellulaires et moléculaires qui sont impliqués dans toutes les phases de la réponse immunitaire, allant de la détection à la mise en place d’une mémoire immunitaire. Ces effecteurs s’articulent autour de deux composantes : (1) l’immunité innée, qui constitue la 1ère ligne de défense ; elle est immédiate, dès la détection d’un signal de danger, et n’est pas spécifique d’un antigène ; (2) l’immunité adaptative qui est mise en place plus tardivement (suite à l’apprêtement antigénique et l’activation des lymphocytes spécifiques d’antigène ; elle est impliquée dans l’initiation d’une mémoire immunologique .

L’immunité innée joue un rôle essentiel dans la détection des signaux de danger : les cellules immunitaires innées participent à l’élimination des composants reconnus (microbes, cellules endommagées) et sont impliquées dans l’initiation d’une réponse adaptative. Différents acteurs interviennent dans cette immunité innée en commençant par les épithéliums, qui constituent des barrières physiques et biochimiques contre l’entrée de pathogène, ainsi que de nombreuses cellules immunitaires aux propriétés phagocytaires. Les acteurs cellulaires de l’immunité innée, comme les macrophages, ont de nombreux rôles qui seront développés dans un prochain paragraphe.

La deuxième composante du système immunitaire, l’immunité adaptative, se développe plus lentement mais se caractérise par la mise en place d’une réponse spécifique d’antigènes et est le support de la mémoire immunologique. Sa mise en place plus lente tient au fait que ce processus nécessite de nombreuses étapes (activation/prolifération/différenciation) pour générer des effecteurs cellulaires efficaces.

Les acteurs cellulaires

Les cellules épithéliales, composant les épithéliums continus de la peau ou des tractus digestif, bronchique ou encore uro-génital, forment une frontière imperméable pour les microbes, empêchant leur entrée dans les tissus. En plus de leur fonction de clairance muco-ciliaire, les cellules épithéliales produisent de nombreuses molécules capables de tuer ou neutraliser les microorganismes, tels que des enzymes (lysozyme, phospholipases, peroxydases), des molécules bactéricides (incluant des peptides antimicrobiens ; défensines, cathélicidines) ou encore des petites molécules (ROS ou oxyde nitrique). La sécrétion du mucus joue également un rôle protecteur du fait de caractéristiques chimiques (pH acide) (Porchet and Aubert, 2004; Tieu et al., 2010). Lorsque les microbes parviennent à contourner cette première ligne défensive, ils se heurtent à une deuxième ligne de défense composée des cellules de l’immunité innée puis aux cellules de l’immunité adaptative et aux facteurs solubles permettant leur élimination. Au sein de l’immunité innée, les cellules immunitaires comprennent :
– des cellules d’origine myéloïde, polynucléées (neutrophiles, éosinophiles et basophiles) et mononucléées (cellules dendritiques, macrophages et monocytes) ;
– des cellules d’origine lymphoïde (cellules Natural Killer(NK), les NKT, les « innate lymphoid cells » (ILC), les lymphocytes T γδ non conventionnels (LTγδ)).

L’immunité adaptative est composée exclusivement de cellules d’origine lymphoïdes, lymphocytes T conventionnels (« T Cell Receptors » (TCR) αβ) et des lymphocytes B.

Les cellules myéloïdes

Les cellules polynucléées (ou granulocytes) sont représentées par les neutrophiles, les éosinophiles et les basophiles. Ces cellules sont générées dans la moelle osseuse et sont libérées dans la circulation au stade de différenciation terminale. Ces cellules se caractérisent par la présence de granules intracellulaires. Ils participent à l’élimination des microorganismes par phagocytose ou par dégranulation (libération de molécules bactéricides stockées dans des granules intracellulaires). Les neutrophiles représentent la population de cellules immunitaires la plus importante dans la circulation (environ 70 % des leucocytes). Ils possèdent également la capacité de libérer leur contenu intracellulaire, nucléaire inclus, pour former un réseau extracellulaire d’ADN (NETs, « Neutrophils extracellular traps ») auquel est associé de nombreuses molécules bactéricides (Rosales, 2018); ce processus unique représenterait un élément essentiel de l’arsenal antimicrobien des neutrophiles (Papayannopoulos, 2018).

En condition homéostatique, les neutrophiles sont recrutés dans les tissus en cas d’infection ou d’inflammation, avec une durée de vie de quelques jours en l’absence d’activation ; par comparaison, cette durée de vie peut être de plusieurs semaines pour les éosinophiles et les basophiles (Geering et al., 2013). Les basophiles et les éosinophiles représentent une faible proportion de cellules immunitaires, entre 1 et 5% des leucocytes dans la circulation sanguine (Nadif et al., 2013). Ils présentent un rôle dans l’inflammation notamment dans les réactions allergiques mais aussi dans les réponses antimicrobiennes et principalement antiparasitaire pour les éosinophiles (Rothenberg and Hogan, 2006; Siracusa et al., 2013). Les granulocytes ne sont pas uniquement des cellules « tueuses », puisqu’ils participent à la régulation des réponses immunitaires, notamment via la production de médiateurs solubles comme des cytokines (pro ou anti inflammatoires) libérées dans le milieu extracellulaire par dégranulation. Les granulocytes sont principalement éliminés par les macrophages par phagocytose (Geering et al., 2013).

Les cellules mononucléées comprennent les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques myéloïdes (DC ou dendritic cells). Les monocytes sont des cellules issues de la moelle osseuse et sont uniquement circulantes dans le sang où elles représentent entre 2 % et 10 % de l’ensemble des leucocytes, avec une durée de vie d’environ 24 heures. En cas d’infection/inflammation, les monocytes sont recrutés dans les tissus où ils peuvent se différencier en DC ou en macrophages, en fonction de la nature des signaux reçus localement. Les DC à l’état immature capturent les antigènes ; si elles reçoivent concomitamment un signal d’activation, elles vont migrer vers les organes lymphoïdes drainants. Durant cette migration, les DC vont subir un processus de maturation les rendant capables d’activer les LT naïfs (processus de priming). Les macrophages restent exclusivement tissulaires même après la capture d’antigène et/ou activation.

Les monocytes, les macrophages et les DC possèdent la capacité de capturer les antigènes et de les présenter via les complexes majeurs d’histocompatibilité de classe I (CMH-I) et de classe II (CMH-II) aux cellules de l’immunité adaptative. Les cellules mononucléées sont donc des cellules présentatrices d’antigènes (CPA) ; néanmoins, les DC sont qualifiées de CPA professionnelles du fait de leur capacité unique à présenter les antigènes aux lymphocytes T naïfs. Les macrophages ne sont capables d’activer que les lymphocytes T mémoires présents également dans les tissus ; leurs propriétés seront détaillées dans un chapitre dédié à la biologie des macrophages. La capacité des CPA de capter et présenter un antigène vient du fait qu’elles présentent une activité d’endocytose et de phagocytose intrinsèque; plus importante pour les DC immatures. Localisées à l’interface entre l’immunité innée (capture d’antigènes et présentation antigénique) et l’immunité adaptative (capacité d’activer les lymphocytes T), les CPA jouent donc un rôle crucial dans l’initiation et la régulation des réponses immunitaires adaptatives, mais également dans la régulation de l’inflammation par la production de cytokines pro ou anti-inflammatoires et de chimiokines.

Les cellules d’origine lymphoïde

Les cellules de l’immunité innée d’origine lymphoïde

Les cellules de l’immunité innée d’origine lymphoïde comprennent les cellules NK qui représentent la population majoritaire d’origine lymphoïde de l’immunité innée et 5 à 20% des lymphocytes circulants chez l’homme (Abel et al., 2018). Elles sont présentes à la fois dans le sang, les organes lymphoïdes et les tissus périphériques. Les cellules NK possèdent des granules contenant de nombreux médiateurs régulateurs (cytokines et chimiokines) et cytotoxiques (perforines, granzymes), préformés et libérés rapidement lorsqu’elles reconnaissent leurs cibles. Contrairement aux LT, les cellules NK sont produites en dehors du thymus et ne présentent pas de TCR. Elles sont pourvues de récepteurs hétérodimériques activateurs ou inhibiteurs après liaison au CMH-I, tels que CD94/NKG2C activateur ou CD94/NKG2A inhibiteur ou encore des récepteurs appartenant à la famille « Killer Immunoglobuline-like Receptors » (KIR) (Freud et al., 2017). Lorsque la cellule cible n’exprime pas ou peu de CMH-I ou un CMH-I différent du soi, aucun signal d’inhibition s’oppose au signal d’activation (interaction des récepteurs activateurs aux ligands de la cellules cible) dont résulte une destruction.

Les cellules NKT présentent, à la différence des cellules NK, un TCR réarrangé impliqué dans la reconnaissance d’antigènes lipidiques présentés par CD1d, glycoprotéine exprimée à la surface des CPA. Il a été décrit qu’elles peuvent moduler les réponses immunitaires notamment l’activation des lymphocytes B par la dégranulation de nombreuses cytokines (Zeng et al., 2013). Du fait que ces cellules partagent des caractéristiques des cellules lymphocytaires innées (cellules granulaires avec production de cytokines rapides après activation) et des lymphocytes conventionnels, elles représentent une population liant les deux immunités (Bennstein, 2017).

Les lymphocytes T γδ intraépithéliaux, également appelés lymphocytes T non conventionnels, expriment un TCR composé de chaînes γ et δ peu diversifié (Vermijlen et al., 2018). Ces cellules ont la particularité de reconnaître de multiples antigènes en l’absence de molécule CMH, notamment des antigènes exprimés par les cellules lors d’un stress. Cette reconnaissance entraîne l’activation des lymphocytes T γδ qui se manifeste par la production de cytokines (IFN-, TNF et IL-17) ou des médiateurs cytotoxiques (granzymes) permettant ainsi l’élimination de microbes, la régulation de l’inflammation et le contrôle de l’homéostasie tissulaire (Lawand et al., 2017).

Parmi les acteurs cellulaires d’origine lymphoïde de l’immunité innée, les « Innate Lymphoid Cells » (ILC) ont été découvertes dans le début des années 2000. Les ILC se répartissent en 3 groupes, les ILC1, ILC2 et ILC3 et présentant des fonctions spécifiques à l’image de la classification des lymphocytes T auxiliaires (Th1, Th2 et Th17). N’exprimant pas les enzymes de recombinaison «Recombination Activating Gene » (RAG), elles sont donc dépourvues de récepteur de l’antigène généré par réarrangements géniques (tels que ceux exprimés par les lymphocytes T et B) (Spits et al., 2013). Les ILC1, comme les Th1, interviennent, après activation par les interleukines (IL) IL-12, IL-15 et IL-18, dans l’élimination des cellules tumorales et de pathogènes intracellulaires (tels que les virus) par sécrétion d’IFNγ et de TNFα. Les ILC2 ont un rôle dans l’élimination des parasites extracellulaires et des allergènes. Elles permettent la mise en place d’une réponse de type Th2 en sécrétant IL-4, IL5 et IL-13 après activation par IL-25 ou IL-33. Enfin, les ILC3 permettent l’élimination des microbes extracellulaires (bactéries et champignons) et possèdent, comme les cellules Th17 la capacité de produire de l’IL-17 et de l’IL-22. Elles sont le plus souvent retrouvées dans les muqueuses où elles interviennent dans l’homéostasie de la flore commensale intestinale (Crinier et al., 2017; Vivier et al., 2018).

Table des matières

INTRODUCTION
1. Abréviations
2. Avant-propos
3. Introduction
a. Généralités sur le système immunitaire
1. Les acteurs cellulaires
a. Les cellules myéloïdes
b. Les cellules d’origine lymphoïde
i. Les cellules de l’immunité innée d’origine lymphoïde
ii. Les cellules de l’immunité adaptative d’origine lymphoïde
2. Les acteurs moléculaires
b. Biologie des macrophages
i. Origine(s)
1. Ontogénie des macrophages
2. Facteurs de survie et de différenciation
ii. Diversités phénotypiques et rôles physiologiques des macrophages
1. Rôles physiologiques des macrophages
a. Phagocytose
b. Activité inflammatoire
c. Résolution de l’inflammation
d. Réparation tissulaire et cicatrisation
e. Rôles spécifiques des macrophages tissulaires
2. Dichotomie M1-M2
a. Les macrophages de type M1
b. Les macrophages de type M2
c. Différences Homme – Souris sur la biologie des macrophages
iii. Rôles pathologiques des macrophages
1. Cancer
2. Maladies Inflammatoires chroniques
a. L’asthme
b. L’athérosclérose
c. La polyarthrite rhumatoïde
3. Ciblage thérapeutique des macrophages
c. Les corps cétoniques
i. Généralités
ii. Synthèse et rôles des corps cétoniques
1. Définition/synthèse
2. Rôles des corps cétoniques
a. Métabolite / substrat énergétique
b. Molécule de signalisation
i. Fonctions de signalisation directes
1. Inhibition des Histones Désacétylases
2. β-Hydroxybutyrylation des protéines
3. Récepteurs au β-OHB
ii. Fonctions de signalisation indirectes
1. Augmentation du pool d’acétyl-CoA, substrat pour l’acétylation des protéines
2. Synthèse de neurotransmetteur
iii. Diète Cétogène
a. Généralités/Définition
b. Essais cliniques / applications
i. Longévité et qualité de vie
ii. La perte de poids
iii. Les maladies cardiovasculaires
iv. Diabète de type II
v. Epilepsie
vi. Le cancer
4. Contexte et objectifs
5. Résultats
a. Etude 1 : Impact du régime cétogène sur la cicatrisation et rôle de l’acétoacétate sur la génération de macrophages réparateurs
i. Contexte et objectifs de l’étude
ii. Résultats de l’étude
1. L’acétoacétate induit l’expression de molécules impliquées dans les processus de réparation/cicatrisation par les macrophages humains
2. L’acétoacétate induit l’expression de molécules impliquées dans la cicatrisation indépendamment de l’empreinte cytokinique
3. L’acétoacétate augmente la respiration oxydative des macrophages humains
4. L’acquisition d’un profil réparateur et cicatrisant est induite par l’acétoacétate, mais pas par le β-hydroxybutyrate
5. Le régime cétogène et l’acétoacétate accélèrent la cicatrisation tissulaire
6. Conclusion de l’étude
iii. Figure supplémentaire et matériel et méthodes
1. Figure supplémentaire
2. Isolement monocytaire et génération des cellules humaines
3. Génération des macrophages murins
4. Culture en corps cétoniques
5. Quantification des cytokines
6. Analyse de cytométrie en flux
7. Test activité phagocytaire
8. Analyse de l’expression des ARNm
9. Mesure du taux de consommation d’oxygène (oxygen consumption rate, OCR)
10. Quantification des taux sériques des corps cétoniques
11. Modèle animal de cicatrisation
12. Statistiques
b. Etude 2 : L’acétoacétate protège les macrophages humains d’un état de pseudo-starvation induit par une acidose lactique
i. Contexte et objectifs de l’étude
ii. Résumé des résultats de l’étude
1. Les macrophages humains en acidose lactique présentent une masse mitochondriale réduite
2. L’expression des gènes impliqués dans la biogénèse mitochondriale n’est pas modulée en acidose lactique
3. L’acide lactique induit une dysfonction des mitochondries
4. L’acidose lactique amplifie le flux autophagique
5. L’autophagie est indispensable à la survie des macrophages humains en acidose lactique
6. Les macrophages en acidose lactique présentent un changement métabolique et physique typique des cellules en famine
7. L’acide lactique réduit drastiquement la capture de nutriments par les macrophages humains
8. Un pH extracellulaire acide conduit à une acidification intracellulaire transitoire
9. L’acétoacétate protège les macrophages humains de la mitochophagie et d’un état de pseudostarvation induits par l’acidose lactique
10. L’acétoacétate n’affecte pas le phénotype des macrophages exposés à l’acide lactique
11. Conclusion de l’étude
iii. Manuscrit (article soumis à la revue Nature Communicaton)
6. Discussion
CONCLUSION

Lire le rapport complet