Cellules T et immunité cellulaire

Récepteur T (structure, diversité, répertoire) Antigènes de différenciation (CD4, CD8)

Activation

Cellules T auxiliaires et immunorégulation

Lymphokines (interférons,TNF, IL1, IL2, IL4) et cytotoxicité

Concept de déficit de l’immunité cellulaire

Cellules T et immunité cellulaire :

Le lymphocyte T reconnaît à la fois le peptide antigénique et la molécule HLA (pour human leucocyte antigen) dans laquelle le peptide est enchâssé.

Cette reconnaissance est rendue possible par la présence à sa surface d’une molécule particulière appelée TCR (pour T cell receptor) ou récepteur à l’antigène.

Le TCR est une molécule variable à l’intérieur d’un même individu, mais tous les TCR d’un même lymphocyte sont identiques.

La spécificité du système immunitaire repose entièrement sur la spécificité moléculaire du TCR vis-à-vis du complexe HLA + peptide présent à la surface de la cellule présentatrice de l’antigène (APC).

Ainsi, à la variabilité des antigènes parmi lesquels nous évoluons correspond une variabilité du TCR.

Cette molécule n’est présente qu’à la surface du lymphocyte T, à l’exclusion de toute autre cellule de l’organisme.

Cette entité membranaire est en fait complexe et composée de plusieurs chaînes protéiques transmembranaires dont les chaînes du CD3.

Les molécules du complexe TCR/CD3 à la surface du lymphocyte T sont les éléments clés de la reconnaissance spécifique de l’antigène, de l’activation et des fonctions lymphocytaires.

Cependant, à côté de ce complexe, il existe d’autres molécules jouant un rôle dans la réponse fonctionnelle succédant à la reconnaissance antigénique, ce sont les molécules accessoires.

La découverte progressive de ces différentes molécules présentes à la surface du lymphocyte T s’est faite grâce aux anticorps monoclonaux.

Par leur propriété anticorps, ces outils servent à identifier les molécules à la surface des cellules, mais aussi peuvent servir de sondes pour l’étude du rôle de ces molécules. Initialement, les molécules de surface étaient appelées par le nom de l’anticorps la reconnaissant.

Cependant, plusieurs laboratoires pouvaient parler de la même molécule, mais avoir isolé des anticorps différents et leur avoir donné des noms différents.

Cela rendait les échanges difficiles.

En 1980, une conférence internationale a homogénéisé la nomenclature en créant les CD, en français classe de différenciation ou, en anglais, les clusters of differentiation.

Ils portent un numéro chronologique correspondant grossièrement à l’ordre de leur découverte.

Un même numéro regroupe tous les anticorps reconnaissant une même structure moléculaire, quand bien même l’épitope reconnu est différent.

Par extension, le nom de la molécule est le numéro de la classe de différenciation, précédé du sigle CD.

C’est ainsi que l’on compte maintenant à peu près 200 classes de différenciation, débordant d’ailleurs le champ de l’immunologie.

Les anciennes terminologies doivent être abandonnées, mais l’on retrouve encore parfois T3, T4 ou T8 pour CD3, CD4 ou CD8.

Récepteur T :

A - Structure du récepteur T à l’antigène (TCR) :

Tout a commencé par la production au début des années 1980 d’anticorps capables de reconnaître des molécules présentes à la surface de certains lymphocytes T et qui pouvaient répondre à la définition de molécules spécifiques d’un clone cellulaire.

Ces anticorps dénommés clonotypiques reconnaissaient une molécule hétérodimérique glycosylée dénommée alors chaînes a et b.

Après digestion protéique et analyse des fragments obtenus, les molécules isolées de clones lymphocytaires T ayant des spécificités différentes se montrèrent particulièrement polymorphes, suggérant une nature proche de celles des immunoglobulines.

Puis des approches de biologie moléculaire isolèrent les gènes codant ces polypeptides démontrant leur nature hétérogène.

On connaît maintenant 4 chaînes qui s’associent 2 à 2.

Sur la majorité des lymphocytes T (95 %) il s’agit de l’hétérodimère a/b, et sur moins de 5% d’entre eux de l’hétérodimère g/d.

La preuve définitive qu’il s’agit bien là de la structure moléculaire dictant la spécificité immunologique des lymphocytes T est apportée par les expériences de transfection d’acide désoxyribonucléique (ADN) codant ces protéines qui confèrent à la cellule transfectée la spécificité antigénique.

Toutes les chaînes du TCR ont une structure primaire similaire avec un segment V, éventuellement un segment D dans le cas des chaînes b et d seulement, un segment J et un segment constant C, ce qui les rend très similaires aux immunoglobulines dans leur architecture.

Le poids moléculaire est d’environ 40 000 pour chaque chaîne.

Au niveau protéique, la région constante pour les chaînes a est unique et il en existe aussi une unique mais différente pour les chaînes b. Elle comporte une région charnière avec une cystéine permettant un pont disulfure entre les 2 chaînes.

Puis vient ensuite une région transmembranaire hydrophobe contenant des acides aminés chargés positivement permettant une interaction électrostatique avec les portions intramembranaires des molécules composant le CD3 qui sont chargées négativement.

Le segment intracytoplasmique est très court et ne permet pas en lui-même la transduction du signal.

Dans la structure repliée telle qu’elle se présente dans l’espace, 4 régions en boucle sont importantes à considérer et se retrouvent voisines les unes des autres spatialement.

Trois représentent les CDR (1, 2 et 3) ou complementary determining regions.

Ce sont ces 6 boucles, 3 pour la chaîne a et 3 pour la chaîne b qui entrent en contact avec le peptide antigénique et les berges du sillon de la molécule du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH).

La 4e boucle située à l’extérieur des 3 autres représente la zone d’interaction avec les superantigènes.

La portion variable de l’hétérodimère se comporte donc dans l’espace en gros comme un fragment F(ab) d’immunoglobuline.

B - Diversité du TCR et répertoire :

Pour simplifier le problème nous laisserons de côté les gènes codant les chaînes du TCR g/d qui sont organisés de façon similaire à ceux codant les chaînes a/b.

Les gènes codant pour les chaînes a et b du TCR sont organisés comme ceux codant les immunoglobulines.

Si l’on définit le lymphocyte T comme la cellule capable de reconnaître le peptide antigénique, il exprime donc, par définition, un TCR/CD3 fonctionnel en surface.

Or ce TCR, par essence, est variable puisque telle la clé dans la serrure, un TCR doit être spécifique d’un antigène particulier.

Il existe donc des caractéristiques uniques des gènes codant ces molécules afin de créer cette diversité moléculaire au niveau du génome des chordés.

En effet, c’est le génome cellulaire lui-même qui est altéré dans le sens de la diversité, faisant presque de chaque lymphocyte T un lymphocyte T unique au niveau de son TCR (tous les TCR d’une même cellule étant parfaitement identiques).

Comme les capacités du système sont très importantes pour générer cette diversité, il en résulte que statistiquement presque tous les lymphocytes expriment en surface des TCR différents.

1- Diversité combinatoire :

À quelques différences près l’organisation des gènes codant les chaînes a et b du TCR est similaire et composite.

Elle suit en cela l’organisation en domaines que nous avons déjà décrite au niveau de la protéine.

Ainsi chaque domaine est codé par un gène propre qui chacun, mis les uns à côté des autres lors d’un processus génétique appelé réarrangement, va donner le gène définitif codant une des chaînes du TCR.

L’ensemble des gènes V, J et C codant pour la chaîne a sont sur le chromosome 14, alors que ceux codant pour les segments V, D, J, et C de la chaîne b sont sur le chromosome 7.

Le gène codant la région constante est soit unique (chaînes a) soit double (chaînes b) et il code la portion constante extracytoplasmique de la molécule, une région charnière présentant le pont disulfure permettant l’hétérodimérisation des 2 chaînes, la région intramembranaire, et la région intracytoplasmique.

Il existe aussi des gènes J au nombre d’une cinquantaine de gènes différents codant la région J a et une douzaine pour la région J b. Ils sont en général situés en amont des gènes C.

Puis il existe des gènes D.

Ils codent pour quelques acides aminés entre le domaine V et le domaine J. Il en existe 2 et seulement pour la chaîne b.

Cependant ils peuvent être répétés et mis à l’envers lors du processus de réarrangement, ce qui augmente considérablement la possibilité de diversification de la protéine b finale.

Les gènes V sont en général situés en amont des gènes J ou D quand ils existent, et sont au nombre d’une cinquantaine pour le locus b et pour le locus a.

Un point important à considérer est le fait que le locus d est entièrement compris entre les gènes J et les gènes V codant la chaîne a, ce qui fait que, comme nous allons le voir, lorsque le locus a se réarrange, il y a obligatoirement excision et perte définitive du locus d, ce qui fait que les lymphocytes T ayant réarrangé les gènes a, ne peuvent exprimer l’hétérodimère g/d.

Les mécanismes de réarrangement du TCR sont identiques à ceux qui se produisent dans le lymphocyte B pour la production des immunoglobulines.

Ils sont sous le contrôle de l’accessibilité des régions à réarranger (acétylation et désacétylation des histones des nucléosomes) et sous le contrôle transcriptionnel et la production des enzymes de recombinaison (recombinases RAG-1 et 2) permettant le réarrangement ordonné.

La génération des lymphocytes T est particulièrement complexe et ne sera pas abordée ici.

Elle a lieu uniquement dans l’environnement thymique T.

Nous prendrons pour exemple le réarrangement du locus b.

Un élément Vb et un Jb vont être choisis au hasard et mis l’un à côté de l’autre grâce à des séquences nucléotidiques cibles et aux recombinases RAG-1 et 2 qui reconnaissent ces sites spécifiques sur l’ADN.

La séquence d’ADN comprise entre ces 2 sites maintenant à proximité forme une boucle qui est alors excisée.

Ce qui donne d’une part un morceau d’ADN circulaire qui est ensuite perdu, et le reste du génome avec les 2 gènes Vb et Jb l’un à côté de l’autre.

Puis un gène C va être rattaché au tout, pour donner un gène fonctionnel b.

Tout l’ADN qui existe entre les gènes qui sont choisis est définitivement perdu.

Cependant le lymphocyte peut réarranger plusieurs fois, tant qu’il y a des gènes V disponibles en amont et des gènes J disponibles en aval.

En fait, jusqu’à obtenir une protéine fonctionnelle, sans quoi, faute de recevoir des signaux de la part de ce récepteur, il meurt dans le thymus.

La présence d’un TCR fonctionnel à la membrane du lymphocyte commande donc la génération de ces cellules.

Un réarrangement fonctionnel d’un chromosome entraîne l’inactivation du réarrangement de l’autre, sauf pour le locus a.

C’est l’exclusion allélique qui existe aussi avec la recombinaison des gènes des immunoglobulines et qui permet qu’une cellule n’exprime qu’une chaîne b, mais éventuellement 2 chaînes a, ce qui fait 2 TCR au plus à la surface, avec 2 possibilités de reconnaissance différente potentielle.

La loterie combinatoire qui consiste à « choisir » parmi un très grand nombre de possibilités les différents segments requis pour aboutir au gène fonctionnel constitue la variabilité combinatoire.

2- Diversité jonctionnelle :

Comme nous l’avons mentionné au chapitre structure, les boucle protéiques CDR1, 2 et 3 sont importantes car ce sont elles qui contactent soit les bords du sillon pour les CDR1 et 2, soit le peptide antigénique pour le CDR3.

Si dans l’espace ces 3 boucles sont les unes à côté des autres, au niveau du gène et donc de la structure primaire de la protéine, il en va différemment.

Ainsi, c’est le segment J et éventuellement D qui codent le CDR3, alors que les CDR1 et 2 sont codés sur la portion V.

Or au moment de la mise côte à côte des segments Ja et Va ou Db-Jb et Vb et de leur « soudure », il existe des mécanismes enzymatiques qui vont exciser au hasard un certain nombre de nucléotides de chaque extrémité en présence (V et J), puis en rajouter de nouveaux dans des proportions différentes.

Ce qui fait que la jonction entre les segments V et J est particulièrement diverse et due au seul hasard. C’est la diversité jonctionnelle.

L’ensemble des lymphocytes T d’un individu peut ainsi être considéré comme une collection de lymphocytes presque tous différents au niveau du TCR, et ayant chacun une capacité unique à reconnaître un antigène donné, ce qui constitue le « répertoire » d’un individu.

Il faut bien réaliser que c’est le génome même de la cellule qu’il s’agit de modifier de façon aléatoire mais définitive (ce qui est unique parmi les cellules somatiques), la régulation de ces mécanismes étant heureusement puissante mais très complexe.

Cela n’empêche pas que des « ratées » se produisent amenant des translocations anormales et variées à l’origine de tumeurs du système immunitaire.

De la même façon, lorsqu’il existe des altérations intrinsèques de ces mécanismes comme dans certaines maladies congénitales, il y a un retentissement important de type déficits sur le système immunitaire avec des retombées carcinologiques.

Antigène de différenciation CD4 et CD8 :

Ce sont des glycoprotéines exprimées en général de façon mutuellement exclusives sur 2 sous-populations de lymphocytes T matures fonctionnellement différentes.

Ces molécules facilitent l’interaction du lymphocyte T avec la cellule présentative de l’antigène ou dans le cas de lymphocytes T cytotoxiques avec la cible lors d’un contact secondaire.

En se liant aux ligands invariables que représentent les domaines invariants des molécules du complexe majeur d’histocompatibilité sur les cellules présentatives de l’antigène, elles augmentent l’avidité du lymphocyte T vis-à-vis des cellules présentatives de l’antigène en complémentant l’affinité du TCR pour le CMH + peptide.

CD4 et CD8 sont des molécules différentes, mais qui ont des fonctions similaires.

Le rapport entre les cellules CD4+/CD8+ est de 2 chez un individu normal, mais les variations peuvent être assez larges.

A - CD4 :

C’est une glycoprotéine transmembranaire, monomérique, exprimée par les lymphocytes T périphériques et les thymocytes.

Chez l’homme, elle est faiblement exprimée sur d’autres cellules de l’organisme dont les monocytes/macrophages et les cellules dendritiques.

Elle est composée de 4 domaines de type immunoglobuline pour la partie extracellulaire, une portion transmembranaire, et une queue intracytoplasmique.

Cette protéine est codée sur le chromosome 12.

Cette molécule reconnaît et se lie par ses 2 domaines distaux avec la portion invariante proche de la membrane des molécules du CMH de classe II, et spécifiquement avec le domaine b 2 de la chaîne b.

Elle stabilise ainsi l’interaction cellulaire entre lymphocyte T et cellules présentatrices de l’antigène lors de l’activation.

Cette interaction qui est indépendante du peptide est donc particulièrement importante lorsque l’affinité du TCR pour le complexe MHC de classe II + peptide est naturellement faible. Dans ces cas, si l’on rajoute aux cellules un anti-CD4, on abroge l’activation du lymphocyte T car l’interaction CD4/CMH est annulée faute d’atteindre le seuil d’affinité nécessaire.

L’activation du lymphocyte T repose sur l’activation de kinases intracytoplasmiques en cascade, ce qui aboutit à l’activation de facteurs de transcription régulant l’expression de certains gènes ou à la régulation du cycle cellulaire permettant ainsi à la cellule, par exemple, soit de sécréter des médiateurs, soit d’exprimer de nouvelles molécules à sa surface ou bien encore de se multiplier pour réaliser l’amplification clonale nécessaire à la réaction immunitaire.

Le CD4 est associé par son segment intracytoplasmique à l’une de ces kinases qui, lorsqu’elles sont activées, permettent l’activation cellulaire (p56lck).

Lors du rapprochement entre le lymphocyte T et la cellule présentatrice de l’antigène, le complexe TCR/CD3 se retrouve géographiquement associé au CD4 ou au CD8 sur la surface cellulaire, si bien que sous la membrane les kinases sont, elles aussi, regroupées dans un même lieu et peuvent donc interagir pour initier les premières phases de l’activation cellulaire.

Enfin le CD4 est la molécule sur laquelle se fixe la gp120 du virus de l’immunodéficience humaine, permettant ainsi la pénétration de la capside virale à l’intérieur des cellules CD4+ après fusion de l’enveloppe et de la membrane de la cellule cible.

B - CD8 :

Il s’agit toujours d’un dimère, mais qui peut être variable dans sa composition car il existe 2 chaînes protéiques distinctes, a et b.

Sur les lymphocytes T périphériques portant un TCR de type a/b, c’est l’hétérodimère CD8 a/b qui est présent.

Les 2 chaînes sont liées par un pont disulfure.

Par contre sur les lymphocytes T portant un TCR g/d, c’est un homodimère CD8 a/a qui est retrouvé.

C’est aussi le cas pour les thymocytes et les cellules natural killer CD8+. La chaîne b n’est jamais exprimée seule. Lors d’un phénotypage des lymphocytes T, on emploie généralement un anticorps reconnaissant exclusivement la chaîne a.

En pratique donc, la notion de CD8 équivaut à la chaîne a.

À l’exception du virus de l’immunodéficience humaine (VIH), ce sont exactement les mêmes fonctions que pour le CD4, sauf que dans ce cas, la chaîne CD8 a se lie à la portion invariante de la chaîne lourde des MHC de classe I, c’est-à-dire au domaine a 3 proximal à la membrane.

Il est bien clair que, comme dans le cas du CD4, le complexe TCR + CD3 et le CD8 se lient au même complexe MHC + peptide.

En ce qui concerne l’activation cellulaire, l’hétérodimère CD8 est plus efficace que l’homodimère.

C - Molécules de costimulation ou coactivation :

Ce sont des molécules fondamentales pour une pleine et complète activation du lymphocyte T par le TCR, et donc l’antigène.

Elles vont : abaisser le seuil de stimulation de la cellule par le peptide antigénique, permettre la prolifération clonale, inhiber des phénomènes de régulation négative, permettre la différenciation du lymphocyte T.

Leur présence et leurs fonctions permettent d’expliquer la tolérance périphérique.

En effet, si pour une quelconque raison, suite à une mise en jeu du TCR, les signaux de costimulation ne l’accompagnent pas, le lymphocyte T, au lieu de s’activer, est paralysé, il devient inactif.

On parle alors d’anergie. Le lymphocyte T se doit donc d’interagir avec les « bonnes cellules » présentatrices de l’antigène, c’est-à-dire les cellules exprimant les ligands des récepteurs des signaux de costimulation présents sur sa membrane, pour l’initiation d’une réponse immunitaire active. En pratique, ce sont les cellules dendritiques et leurs dérivés, les monocytes/macrophages et leurs dérivés, les lymphocytes B, qui vont remplir ce rôle.

Le nombre de ces molécules coactivatrices est grand, mais quelques-unes sont essentielles à connaître.

Activation :

L’affinité avec laquelle le TCR a/b peut reconnaître un peptide antigénique lié à un MHC est faible, de l’ordre de 100 à 1 000 fois plus faible que celle d’un anticorps pour un antigène. D’autre part le CMH + peptide ne se comporte pas comme un aimant vis-à-vis du TCR.

Mais cette interaction est la dernière phase moléculaire d’un enchaînement d’étapes complexes comprenant le rapprochement du lymphocyte T de la cellule présentatrice de l’antigène via les molécules d’adhésion, la création d’une interface membranaire entre les 2 cellules impliquant une réorganisation moléculaire importante des 2 membranes en contact aboutissant à ce que l’on appelle maintenant la « synapse immunologique » par analogie au système nerveux.

Au cours de ces processus, les TCR d’une cellule vont migrer et se concentrer au site de contact entre les 2 cellules, permettant ainsi, en dépit de l’affinité intrinsèque faible et grâce à la loi d’action de masse, une interaction possible avec les CMH + peptides qui en font de même sur la cellule présentatrice de l’antigène.

Cette interaction est labile avec des caractéristiques d’association et de dissociation variables d’un TCR à l’autre aboutissant, tant que la synapse existe, à une sorte de palpation du sillon du CMH et du peptide antigénique par les 2 CDR 1, les 2 CDR2, et les 2 CDR3 du TCR.

Ce sont les caractéristiques subtiles de cette interaction qui permettent l’initiation de la cascade d’événements biochimiques à l’origine de l’activation cellulaire.

Les caractéristiques d’interaction ne sont pas que le résultat du TCR interagissant avec le CMH + peptide.

D’autres molécules participent à cette synapse dont le CD4 ou le CD8 comme nous allons le voir et ainsi se crée un système amplificateur des faibles différences d’affinité intrinsèques du TCR vis-à-vis du CMH + peptide.

La subtilité de cette interaction explique aussi les multiples possibilités qui existent pour sa modulation, que ce soit avec des peptides antagonistes ou en empêchant la constitution de la synapse en agissant sur les molécules d’adhésion.

Certaines molécules, appelées super antigènes, généralement des protéines bactériennes ou virales (toxines de streptocoques ou staphylocoques) ont la propriété de reconnaître à la fois un segment Vb particulier (indépendamment du CDR1, 2 ou 3) et des molécules HLA de classe II réalisant ainsi un pont antigène-indépendant entre les lymphocytes T présentant ce Vb particulier et les cellules présentatrices de l’antigène.

Il en résulte qu’un nombre important de lymphocytes T (tous ceux utilisant le même segment V) vont être activés de façon simultanée pour aboutir entre autres à la libération massive de cytokines à l’origine de l’état de choc observé chez le patient.

L’activation est le corollaire du contact antigénique, mais in vitro le peptide antigénique et la molécule CMH le portant ne sont pas toujours disponibles. Même si cela était, cela ne concernerait qu’un nombre infime de lymphocytes T pris dans le sang périphérique, ce qui rend de toute façon l’étude impossible.

C’est pourquoi, les modèles d’activation in vitro reposent sur l’activation massive des lymphocytes T, indépendamment de l’antigène. Ils doivent donc concerner au minimum le TCR ou le CD3.

Les lectines sont une classe de protéines qui ont la propriété de reconnaître relativement spécifiquement des sucres et de les lier.

Comme la majorité des protéines membranaires sont glycosylées, elles vont pouvoir être reconnues par ces lectines.

C’est le cas de la phytohémaglutinine ou PHA extraite d’un haricot, Phaseolus vulgaris.

C’est la lectine la plus employée pour étudier l’activation des lymphocytes T humains.

Elle peut se fixer sur le TCR, les protéines du CD3, et d’autres molécules.

Comme la PHA est tétravalente, elle va pouvoir ponter les molécules reconnues à la surface du lymphocyte, ainsi activer les lymphocytes T indépendamment de l’antigène et donc remplacer la cellule présentatrice de l’antigène.

Il existe toute une liste de lectines d’origine végétale capables d’activer les lymphocytes par ce mécanisme.

Les anticorps monoclonaux, spécifiques soit du TCR ou des chaînes du CD3, peuvent aussi activer les lymphocytes T indépendamment de l’antigène.

Par contre, comme il s’agit le plus souvent d’IgG, ils ne seront que divalents, ce qui limite leur pouvoir de mobilisation d’un grand nombre de molécules membranaires et ainsi leur effet activateur.

C’est pourquoi ils sont peu efficaces en solution mais beaucoup plus lorsqu’ils sont fixés soit sur une cellule, soit sur une phase solide comme des billes de polystyrène par exemple.

L’activation du lymphocyte T s’accompagne de modifications biochimiques du contenu cellulaire, dont l’apparition de produits de clivage des phospholipides membranaires ou de flux calciques intracellulaires ou de l’extérieur vers l’intérieur du cytoplasme à travers des canaux calciques membranaires.

Des composés chimiques sont capables de mimer ces effets et aboutissent aussi à l’activation cellulaire en court-circuitant la phase de reconnaissance antigénique.

Ces composés ont été et restent très utiles pour disséquer les événements biochimiques à l’origine de l’activation.

Ce sont, par exemple, les ionophores calciques qui provoquent une augmentation de la concentration intracellulaire de calcium.

Différenciation lymphocytaire T :

Jusqu’à présent nous avons considéré l’activation de lymphocytes T matures, mais la naissance de cette cellule passe aussi par de nombreuses étapes où les phénomènes d’activation cellulaire ou bien leur absence sont déterminants.

Les cellules précurseurs du lymphocyte T sont encore mystérieuses, mais on sait qu’elles prennent naissance comme les autres cellules lymphoïdes dans le foie foetal puis la moelle osseuse.

Ces cellules n’expriment pas de TCR et les gènes les codant sont dans un état vierge comme on peut le constater dans n’importe quelle autre cellule de l’organisme.

On appelle cet état l’état germinal. Elles sont donc au sens immunologique non fonctionnelles.

Produites dans la moelle osseuse, elles vont migrer dans le thymus soit pour la première fois au cours de la vie foetale, soit ensuite lors de l’enfance puis de la vie adulte. L’activité thymique diminue progressivement au cours de la vie sans jamais vraiment s’éteindre.

Sous l’influence de cytokines produites dans l’environnement thymique comme l’interleukine 7 (IL7), ces cellules, dont les gènes codant le TCR sont à l’état germinal, vont proliférer.

À ce stade, elles ne sont pas encore commises dans le lignage T, et peuvent engendrer des cellules NK, des lymphocytes B ou des lymphocytes T. Puis dans une étape ultérieure, les réarrangements des gènes codant les chaînes b, g, et d du TCR commencent à être détectés.

De même détecte-t-on la présence de certaines sous-unités du CD3.

C’est le point de non-retour pour la différenciation lymphocytaire T et l’arrêt de leur prolifération.

Certaines de ces cellules vont pouvoir réarranger correctement leurs locus g et d pour produire un TCR g/d fonctionnel, tandis que d’autres ne vont réarranger correctement qu’un gène b et donc exprimer à leur membrane la chaîne b du TCR qui, associée avec une chaîne non variable de type a appelée pré-TCR a ou pTa ainsi qu’à certaines sousunités du CD3, va constituer un pré-TCR ab. La majorité des cellules ne vont pas pouvoir réarranger correctement leurs gènes codant le TCR et vont mourir au cours de ce processus.

Pour les survivantes g/d leur maturation est terminée. Pour les survivantes présentant un pré-TCR de type a/b, les réarrangements sur le locus b sont terminés et tandis qu’elles se mettent à exprimer le CD4 et le CD8 (doubles positives), le locus a commence ses réarangements.

Cela s’accompagne à nouveau d’une prolifération.

Puis ces thymocytes du stade doubles positifs vont successivement : réarranger leur locus a jusqu’à la mort ou exprimer un dimère a/b fonctionnel, puis subir la sélection positive consistant à ne sélectionner que les cellules ayant une certaine affinité pour le CMH, puis choisir leur destin en devenant soit CD4 soit CD8, pour enfin subir la sélection négative qui ne garde que les cellules portant un TCR incapable de s’activer au contact d’un CMH autologue, avant de sortir du thymus par les vaisseaux sanguins qui irriguent la jonction cortico-médullaire.

La stringence importante de ce processus complexe fait que plus de 95 % des cellules du départ sont détruites avant d’être libérées dans la circulation.

C’est un processus long de l’ordre d’un mois, incomplètement connu et géographiquement organisé.

Les thymocytes doubles positifs sont localisés dans le cortex thymique en étroit contact avec les cellules épithéliales thymiques. La médullaire thymique ne contient que des cellules CD4 ou CD8. On voit ainsi que :

– les mécanismes du réarrangement qui génèrent les TCR dans le thymus ne sont le fait que du hasard et sont identiques chez tout un chacun quel que soit son CMH;

– mais ce répertoire est ensuite affiné en fonction de 2 critères fondamentaux, qui sont : la nécessité absolue pour le TCR de reconnaître à la fois le peptide antigénique et les berges du sillon de la molécule de CMH qui le porte, c’est le but de la sélection positive, la nécessité absolue d’éliminer les TCR très autoréactifs pouvant causer la destruction de l’hôte qui le porte, c’est le but de la sélection négative.

Il faut alors noter que c’est le CMH propre à chaque individu qui modèle le répertoire primitif, ce répertoire est en cela propre à chaque individu comme le sont ses haplotypes CMH.

C’est le répertoire passé au crible de ces filtres qui va rester et constituer le système immunitaire de l’individu.

Après activation, les lymphocytes T vont subir des processus divers de différenciation consistant en la transcription de certains gènes pour aboutir à exercer leurs fonctions cellulaires qui peuvent se subdiviser schématiquement en 2 grandes catégories recoupant exactement les anciennes dénominations de la réponse immunitaire à médiation cellulaire que sont l’hypersensibilité retardée et la réponse cytolytique.

Lymphocytes T auxiliaires :

Ils concernent principalement les lymphocytes T portant le marqueur CD4 et sont responsables de l’hypersensibilité retardée.

Ces lymphocytes auxiliaires (helper) exercent leurs fonctions régulatrices de la réponse immunitaire cellulaire et humorale par le biais de molécules de surface comme le CD40-ligand ou le Fas-ligand mais aussi et surtout par des médiateurs solubles de nature glycoprotéiques appelés cytokines.

Les cytokines ne sont pas produites que par les seuls lymphocytes T, et représentent un système général de régulation des différentes cellules constitutives d’un groupe cellulaire ou de plusieurs groupes cellulaires entre eux, comme le font les hormones dans le système endocrinien.

Le nombre des cytokines connues est de plusieurs centaines à l’heure actuelle et ne cesse de grandir.

Ces modulateurs représentent des cibles thérapeutiques de choix en santé humaine, et les équivalents recombinants de certaines (interféron par exemple) sont déjà utilisés en thérapeutique.

En ce qui concerne le lymphocyte T, il a été montré, d’abord chez la souris, que cette production de cytokines pouvait être un système d’identification phénotypique.

Ainsi, il a été identifié au moins 2 classes de lymphocytes T sur leurs capacités à produire certaines cytokines et pas d’autres et ainsi influencer de façon différentielle la réponse immune.

C’est la dichotomie T helper 1 (Th1)/T helper 2 (Th2).

C’est l’équilibre entre ces 2 pôles de la réaction immunitaire qui va finalement faire basculer la réponse du côté cellulaire ou plutôt humoral.

A - Interleukine 2 (IL2) :

C’est une glycoprotéine de 20 000 de poids moléculaire environ qui est produite par les lymphocytes T activés seulement. C’est le facteur de prolifération de ces mêmes lymphocytes T activés (para- et autocrinie).

C’est un facteur à action locale, il n’est pas présent dans la circulation ou de toute façon sa demi-vie est très brève (lorsqu’on l’injecte à des fins thérapeutiques par exemple).

L’activation lymphocytaire T induit aussi l’expression du récepteur de haute affinité pour cette molécule, ce qui permet après fixation de l’IL2 sur celui-ci la prolifération et donc l’amplification des clones réactifs sans laquelle il n’y a pas de réponse possible.

Or, l’expression de ce récepteur est transitoire à la surface du lymphocyte permettant une régulation fine de l’amplification clonale.

L’IL2 apparaît donc comme un important paramètre de la réponse T dépendante.

Ce système IL2-IL2 récepteur permet une modulation thérapeutique de la réponse immune, soit en plus dans le cas des tumeurs (lymphokine activated killers ou tumor infiltrating lymphocytes), soit en moins dans le cas des greffes d’organes allogéniques (anticorps anti-récepteur IL2 pour contrôler la réponse immune et donc prévenir les rejets).

Le récepteur est un complexe multimoléculaire. L’élément le plus inductible par l’antigène est la chaîne a ou p55 (55 000 de PM) encore appelé CD25.

Ce CD25 est quasi absent des cellules au repos et isolé ne présente qu’une faible affinité pour l’IL2, en revanche une fois la cellule activée par l’antigène son expression est considérablement augmentée.

Une seconde molécule, la chaîne b ou p75 est, elle, exprimée en quantité plus importante que le CD25 par les lymphocytes T au repos et son expression est augmentée après activation.

Isolée, elle présente une affinité moyenne pour l’IL2.

Un 3e composant, appelé chaîne g est incapable de lier seul l’IL2 et n’a donc aucune affinité intrinsèque pour ce ligand.

Comme la chaîne b, son expression membranaire est légèrement augmentée après activation.

Il participe à la structure du récepteur en complémentant les 2 autres pour donner un récepteur de très haute affinité capable de transduire un signal à l’intérieur de la cellule.

Il rend les cellules sensibles à de très faibles quantités d’IL2.

La présence de ce récepteur de haute affinité à la surface du lymphocyte T activé est donc régulée par l’intense surexpression temporaire de la chaîne a.

L’induction de la chaîne a se fait en quelques heures, mais diminue déjà 48 h après la stimulation.

Ce système permet l’amplification rapide des cellules T spécifiques de l’antigène et le retour au repos de ces mêmes cellules après disparition de l’antigène puisque l’induction de la chaîne a est consécutive à la liaison du ligand antigénique.

Certains déficits immunitaires combinés sévères affectant les lymphocytes T et B et liés au chromosome X, sont dus à l’absence totale ou fonctionnelle de la chaîne g du récepteur à l’IL2 qui est commune à d’autres récepteurs pour d’autres cytokines (IL4, IL13, IL7 et IL9) et dont le gène se trouve sur le chromosome X.

B - Interféron y (IFN y) :

Il existe 2 types d’interférons sur la base de leurs effets biologiques. Le 1er type comporte 2 groupes différents : l’un, a, comprend une vingtaine de gènes différents, l’autre, b, n’est codé que par un gène.

L’IFN a et l’IFN b ont des effets biologiques similaires, ce qui s’explique par le fait qu’ils interagissent avec le même récepteur à la surface des cellules.

Ils sont produits par n’importe quelle cellule de l’organisme et l’inducteur le plus puissant en est l’infection virale d’une cellule. Cette propriété les fait utiliser en thérapeutique anti-infectieuse.

Le second type est représenté par l’IFN g, qui nous retiendra ici.

Comme l’IL2, c’est un produit des cellules T CD4+ activées, mais aussi des CD8+ et des cellules non-T natural killer.

Comme son nom l’indique, il a des actions similaires à celles des IFNa et b, comme le pouvoir antiviral et antiprolifératif, mais il possède un récepteur totalement différent des autres IFN et des actions spécifiques d’immunorégulation.

Ainsi, c’est un activateur puissant des monocytes/macrophages leur permettant par exemple de détruire les bactéries endocytées.

Il augmente l’expression des HLA de classe I et de classe II, augmentant ainsi les capacités de présentation antigénique au lymphocyte T et donc l’efficacité de la réaction immune.

Il permet la différenciation des lymphocytes cytolytiques.

Enfin, il permet la commutation isotypique vers certaines sous-classes d’IgG.

Il inhibe la production d’IL4, et la différenciation des lymphocytes T en Th2, influençant ainsi le cours de la réponse immune vers une réponse de type cellulaire.

La résultante de ces actions est une promotion de la réponse cellulaire et inflammatoire ainsi qu’une suppression des réactions allergiques (switch des Ig vers les IgG plutôt que vers les IgE).

C - Interleukine 4 (IL4) :

C’est la cytokine de régulation des réactions allergiques. Elle est nécessaire à la production des IgE et permet le switch des chaînes lourdes d’Ig vers cet isotype.

Un déséquilibre de production en faveur de cette cytokine, au cours d’une réponse immune, serait responsable du développement des allergies.

Elle inhibe l’activation des macrophages en interférant avec l’IL1 qui est une cytokine sécrétée par les cellules de l’immunité naturelle qui, elle, est activatrice de l’inflammation.

C’est donc une cytokine anti-inflammatoire.

C’est un facteur de croissance pour les mastocytes.

Elle est nécessaire à la réponse antiparasitaire.

Elle agit positivement sur le développement des cellules Th2 et bloque l’éclosion d’une réponse de type TH1.

D - TNF a ou facteur de nécrose tumorale (tumor necrosis factor) :

Il est produit par les cellules de l’immunité naturelle comme les macrophages mais aussi par le lymphocyte T après activation.

C’est le principal médiateur de la réponse de l’hôte aux bactéries gram-négatives.

Les lipopolysaccharides (LPS) présents à la surface de la paroi des bactéries gram-négatives stimulent les fonctions des phagocytes mononucléés, et il est reconnu que la sécrétion de TNF est l’un des principaux médiateurs de cet effet.

La source majeure de TNF sera donc les phagocytes mononucléés activées.

C’est un lien important entre les réponses immunitaires spécifiques et les réactions inflammatoires.

Il présente des actions antitumorale, antivirale et antiparasitaire.

Il agit par l’intermédiaire d’un récepteur dont les effets sur la cellule sont aussi l’induction de l’apoptose.

Le résultat de son action est un effet pro-inflammatoire important dont les effets délétères in vivo peuvent être combattus soit par les corticoïdes, soit par des moyens spécifiques comme le récepteur soluble recombinant qui, en captant le TNF soluble, empêche sa liaison avec les récepteurs membranaires et l’activation cellulaire qui s’ensuit.

E - Interleukine1 (IL1) :

Comme pour le TNF, la source majeure en est le macrophage activé, mais il est aussi produit par les cellules endothéliales, les astrocytes, et les kératinocytes.

Il est synthétisé sous forme d’un précurseur inactif dans la cellule. Une protéase spécifique clive la molécule en 2 fragments dans le cytoplasme dont l’un seulement sera sécrété et actif.

Il existe 2 formes (a et b) se fixant sur un même récepteur.

Il joue un rôle essentiel dans la réaction inflammatoire et dans l’induction des réponses immunitaires spécifiques.

Quand il est produit en grande quantité, il passe dans le sang et agit à distance.

C’est ainsi qu’il augmente la température centrale par action directe sur l’hypothalamus, qu’il augmente la production des protéines de la phase aiguë de l’inflammation par action sur les hépatocytes, ce qui se traduit par une augmentation de la vitesse de sédimentation sanguine, qu’il induit une cachexie.

Comme le TNF, c’est un puissant inducteur inflammatoire notamment en induisant la sécrétion d’autres cytokines par les cellules de l’immunité.

Cytotoxicité à médiation cellulaire :

Elle concerne principalement les lymphocytes T portant le marqueur CD8 qui sont responsables de l’immunité à médiation cellulaire antivirale.

Ces cellules sont en effet capables de lyser des cellules infectées par un virus. Mais ces lymphocytes tueurs sont impliqués dans le rejet de greffe, les maladies auto-immunes et peuvent présenter une activité antitumorale.

Ils reconnaissent des peptides étrangers dérivés de protéines intracellulaires et associés aux molécules HLA de classe I.

La préférence qu’ont les cellules CD8+ à reconnaître des peptides présentés par les antigènes de classe I repose sur la liaison directe que la molécule CD8 peut avoir avec ces classes I.

Les lymphocytes T CD8+ qui sortent du thymus ne sont pas doués de ce pouvoir cytolytique, même s’ils expriment un TCR fonctionnel et peuvent reconnaître un antigène.

Par exemple dans le cas d’une greffe, très peu de lymphocytes T cytoxiques (CTL) spécifiques de l’allogreffe sont détectés dans le sang du receveur avant la greffe.

En revanche, si les lymphocytes T sont préalablement cultivés pendant 7 à 10 jours, avec les leucocytes du donneur (culture mixte lymphocytaire), des CTL spécifiques du donneur sont facilement mis en évidence dans ces cultures.

Il en va de même pour des cellules infectées par des virus.

Ces cellules ont subi un processus de différenciation lors de la phase de culture.

Cette différenciation nécessite 2 types de signaux pour se réaliser.

L’un est la reconnaissance spécifique de l’antigène, l’autre est la présence de cytokines ; bien que l’on ne connaisse pas exactement les cytokines indispensables, l’IL2, l’IFN g sont connus pour influencer ce phénomène au moins in vitro.

Elles sont produites par les CD4+ ou bien par ces mêmes CD8+ (autocrinie).

La fonction essentielle des lymphocytes T cytotoxiques est de lyser une cellule cible.

En fait l’étape de différenciation dont nous venons de parler est la période de mise en place de la machinerie nécessaire pour accomplir cette fonction.

Ainsi, il apparaît dans le cytoplasme, près de la membrane, des granules contenant des protéines capables de perforer la membrane des cellules cibles (perforine), des enzymes de type sérine estérases, des protéoglycanes.

La lyse est antigène spécifique et est restreinte par le complexe majeur d’histocompatibilité.

Seules les cibles exprimant le même HLA de classe I et le même peptide antigénique associé que les cellules qui ont permis la différenciation des pré-CTL peuvent être reconnues.

Un contact entre les 2 cellules (tueuse et cible) est indispensable pour obtenir une lyse. Les CTL eux-mêmes sont résistants à ce type de lyse et ne s’autodétruisent pas.

Un CTL peut tuer séquentiellement plusieurs cibles. Il existe 4 étapes distinctes menant à la mort d’une cellule cible.

La première consiste en la reconnaissance et la formation d’un conjugué entre les 2 cellules.

Le CTL se lie à la cellule cible par son récepteur à l’antigène (TCR) spécifique de celui-ci, mais aussi par d’autres molécules via une liaison non spécifique (CD2/LFA3, CD8/HLA classe I, LFA-1/ICAM-1).

Ces systèmes de type fermeture à glissière, bien que non spécifiques, sont importants à considérer car ils permettent le rapprochement transitoire et non spécifique de 2 cellules.

Puis la liaison de plusieurs TCR sur le lymphocyte avec plusieurs HLA + peptide viral sur la cellule cible permet une activation du CTL qui ne peut être qu’antigène spécifique.

Ce phénomène est donc exactement superposable à l’activation des CD4 + helper qui mène à la production de cytokines.

Ici il va mener à la délivrance du « message lytique » à la cellule cible constituant la 3e étape.

Deux types de mécanismes lytiques existent. Premièrement, les CTL sécrètent dans l’espace intercellulaire le contenu de leurs granules dont nous avons déjà parlé plus haut.

La perforine, monomérique et inoffensive en tant que telle, va se polymériser au contact de la haute concentration extracellulaire de calcium dans la membrane de la cellule cible et y créer un canal perméable aux ions.

Lorsqu’un nombre suffisant de ces pores existe, la cellule ne peut plus réguler ses échanges ioniques, elle gonfle et se lyse. C’est la nécrose cellulaire.

Ce mécanisme de mort cellulaire est analogue à celui infligé par le complément.

Les autres composants des granules ou bien protègent la cellule tueuse d’une lyse (protéoglycanes) ou bien sont aussi délétères pour la cellule cible (sérine estérases = granzymes).

Dans le deuxième type, le mécanisme fait intervenir une fragmentation de l’ADN de la cellule cible.

Il y a activation des enzymes intracellulaires responsables de ce phénomène par la mise en jeu de récepteurs membranaires particuliers comme l’antigène FAS ou CD95 présents à la surface de la cellule cible ou bien du système TNF/TNF récepteur.

Ce mécanisme est totalement indépendant de l’exocytose des granules. Lorsque l’ADN est fragmenté le noyau se fragmente aussi, la membrane bourgeonne, et la cellule entière se réduit à quelques globules.

C’est l’apoptose.

Ces 2 mécanismes peuvent coexister et sont complémentaires.

En ce qui concerne l’immunité à médiation cellulaire antivirale, ils n’ont pas les mêmes implications.

On comprend aisément que le second mécanisme est mieux adapté à la défense antivirale, car dans ce cas l’ADN viral est lui aussi détruit et il y a un confinement des produits viraux assez long, évitant leur dissémination dans l’environnement extracellulaire. Par le même truchement, le premier est inflammatoire car il y a libération assez rapide d’enzymes dans le milieu extracellulaire, donc destruction locale.

Enfin dans une ultime étape, une fois le mécanisme lytique commencé, le CTL se sépare physiquement de sa cible, qui va lentement mourir (1 à 2 h), alors qu’il est capable de recommencer plusieurs autres cycles lytiques de ce type qui durent à peu près une dizaine de minutes.

Dans l’immunité à médiation cellulaire antivirale les CTL agissent à 2 niveaux.

Premièrement par destruction des cellules infectées, ce qui réduit la diffusion du virus, et deuxièmement par la sécrétion d’interféron notamment g qui active les macrophages, stimule la production d’anticorps neutralisants (IgG) l’infectivité du virus, et rend les cellules résistantes à l’infection virale.

Concept de déficit de l’immunité cellulaire :

De toutes les notions évoquées précédemment, il résulte que l’immunité à médiation cellulaire repose sur un édifice moléculaire particulièrement complexe et finement régulé.

Il va de soi que si l’un des maillons de la chaîne des signaux générés au cours de la mise en place de la réaction est soit absent, soit incapable de remplir sa fonction, c’est l’ensemble du processus auquel il participe qui est en péril, nous parlerons alors de déficit immunitaire et dans le cas qui nous occupe de déficit de l’immunité cellulaire.

Ces processus et leurs voies de régulation sont en général très redondants, ce qui fait que l’altération de l’un n’a pas nécessairement de répercussion tangible.

Cette constatation amène à conclure que d’une certaine façon les situations de déficits immunitaires sont un continuum pouvant se situer à n’importe quel point entre la normalité objective (existe-t-elle ?) et la déficience totale et évidente, ce qui fait souvent parler de susceptibilité.

Dans un certain nombre de cas une susceptibilité exacerbée d’un individu à un type d’infection par exemple n’est peut-être que la traduction de la présence d’un gène légèrement altéré dont le produit présente quand même un reliquat fonctionnel.

Compte tenu des liens étroits qui existent entre les immunités humorale et cellulaire, un déficit massif de la seconde entraîne indirectement le déficit sévère de la première.

Nous parlerons alors de déficits combinés. Le nombre de cibles moléculaires possibles pouvant être altérées étant très important, seuls un certain nombre de déficits sont aujourd’hui caractérisés au niveau moléculaire.

Mais il ne faut pas penser uniquement aux déficits immunitaires cellulaires comme le résultat d’anomalies génétiques congénitales.

Il existe aussi des causes acquises notamment infectieuses dont l’infection par le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 est la plus connue.

Les phénotypes des déficits immunitaires sont assez polymorphes reflétant la complexité des phénomènes moléculaires en cause et leur évolution selon l’âge.

Les mécanismes déficients ne sont pas toujours proprement « immunologiques », mais peuvent être plus généraux comme par exemple certaines maladies métaboliques congénitales s’accompagnant de manifestations immunologiques.

Cependant, quelle qu’en soit la cause, la symptomatologie tourne toujours autour des manifestations infectieuses inhabituelles par leur ampleur, leur répétition ou leur persistance, alors que l’on constate habituellement une absence de ganglions lymphatiques ou de splénomégalie.

Des états d’auto-immunité, des entéropathies, des anomalies hépatiques, des retards de croissance peuvent aussi être présents ou donner l’alerte.

D’autres malformations peuvent aussi être présentes et évocatrices tout en étant plus évidentes à l’examen clinique direct.

À un âge plus avancé ce sont des états tumoraux qui peuvent se manifester.

La numération formule montrera les altérations numériques commandant l’analyse des marqueurs membranaires lymphocytaires, le dosage des immunoglobulines sériques.

Un diagnostic précoce est essentiel et permet de diriger le patient vers les centres spécialisés pour une greffe de moelle osseuse ou le traitement de la cause infectieuse.

Ce sont des maladies extrêmement graves mettant rapidement le pronostic vital en jeu, d’autant que les vaccinations avec des virus atténués ou le BCG (bacille bilié de Calmette et Guérin) peuvent être des modes de révélation de ces états.

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