Les lymphocytes B sont les cellules du système immunitaire
qui produisent les immunoglobulines.
Ils dérivent de
cellules souches communes à l’ensemble de la lignée lymphocytaire
et ont pour origine la moelle osseuse.
C’est dans
l’environnement cellulaire de la moelle osseuse que les premières
étapes de la différenciation lymphocytaire B prennent
place, avant que ces cellules ne migrent par voie sanguine
vers les organes lymphoïdes périphériques où ils
peuvent rencontrer les antigènes.
A - Différenciation lymphocytaire B :
La différenciation lymphocytaire B débute dans la moelle
osseuse indépendamment de tout contact avec un antigène.
Elle se caractérise par une série d’événements irréversibles
concernant essentiellement les gènes qui codent les immunoglobulines et permet, en 4 étapes distinguables, de générer
des lymphocytes B immatures porteurs d’une immunoglobuline
de membrane, ou récepteur B pour l’antigène.
Les différentes étapes, initiales et plus tardives, du développement
des cellules souches impliquent l’environnement
cellulaire de la moelle osseuse.
1- Interactions cellulaires
:
Les interactions cellulaires des cellules précurseurs des
lymphocytes B avec des cellules stromales non lymphoïdes
font intervenir des contacts cellulaires par le biais de molécules
d’adhésion telle VLA-4 qui interagit avec son ligand
VCAM-1 exprimé constitutivement par les cellules stromales
médullaires.
2- Cellules stromales
:
La synthèse par des cellules stromales de faibles quantités
d’interleukine 7 est absolument indispensable à la prolifération
et à la différenciation B lymphocytaire.
3- Maturation des lymphocytes B
:
Il est possible de distinguer 4 étapes dans la maturation intramédullaire des lymphocytes B à l’aide de marqueurs
génétiques ou de surface cellulaire :
• les cellules B progénitrices deviennent des cellules pro-
B précoces quand elles activent les enzymes (recombinases)
indispensables aux processus génétiques qui permettront
la synthèse des immunoglobulines (Ig).
À ce stade,
ces cellules expriment déjà des marqueurs de membrane
caractéristiques de la lignée B, tels CD19 et CD40 ;
• les cellules pro B tardives dérivent des pro B précoces
quand apparaît, au niveau des gènes qui codent la région
variable de chaîne lourde m d’IgM, le premier réarrangement
;
• les cellules pré B se caractérisent par l’apparition à la
membrane d’une chaîne lourde m associée à une pseudochaîne
légère invariante ;
• les lymphocytes B immatures expriment à présent une IgM de membrane complète après avoir réarrangé les gènes
de la chaîne légère k tout d’abord, puis, en cas d’inefficacité,
la chaîne légère l.
Ces
lymphocytes B immatures peuvent devenir matures quand
ils coexpriment l’IgD de membrane.
C’est essentiellement avant l’expression de l’IgD de membrane que s’opère la
sélection des lymphocytes B permettant d’éliminer physiquement
(délétion clonale) ou fonctionnellement (anergie)
les cellules qui auront produit des récepteurs de membrane
capables de réagir avec des auto-antigènes (phénomène de
tolérance).
En l’absence d’autoréactivité, les lymphocytes
B deviennent matures et peuvent migrer de la moelle
osseuse vers la périphérie par voie sanguine.
B - Rencontre avec l’antigène
:
La deuxième phase périphérique de la différenciation lymphocytaire
B est dépendante de la rencontre avec l’antigène.
Cette phase prend place dans les organes lymphoïdes
secondaires que sont la rate, les ganglions, ainsi que les
espaces lymphoïdes des muqueuses comme les plaques de
Peyer intestinales.
Dans ces organes lymphoïdes, les lymphocytes
B matures se regroupent sous forme de follicules
où ils sont en contact étroit avec des cellules professionnelles
de la présentation antigénique, les cellules folliculaires
dendritiques.
Dans cet environnement, les lymphocytes
B porteurs de récepteur B spécifiques de l’antigène
vont proliférer sous l’effet de signaux d’origine T lymphocytaire
et se différencier en plasmocytes.
Parmi les
signaux T lymphocytaires importants figurent d’une part,
l’expression par les lymphocytes T du ligand de CD40 et
d’autre part, la synthèse de cytokines (interleukine 4, interleukine
5 et interleukine 6).
Les lymphocytes B ainsi activés
au contact de l’antigène, des cellules dendritiques et
des lymphocytes T, migrent dans le centre germinatif où
ils peuvent commuter leur chaîne lourde devenant des plasmocytes
sécrétant soit une IgA, soit une IgG, soit une IgE.
C’est également au niveau de
ces centres germinatifs que des mutations somatiques viennent
affecter les régions variables des anticorps produits
permettant à certains d’augmenter leur affinité pour l’antigène.
L’ensemble des anticorps produits par les lymphocytes B
constitue les immunoglobulines.
Chaque anticorps a
2 fonctions distinctes médiées par 2 régions différentes : la
fonction de reconnaissance des antigènes est médiée par
les régions variables, alors que la fonction effectrice est
médiée par les régions constantes.
A - Structure des immunoglobulines
:
Les immunoglobulines sont formées par 2 séries de chaînes
protéiques : les chaînes lourdes (H) dont la nomenclature
définit la classe et la sous-classe de l’immunoglobuline.
À
l’utilisation de la chaîne lourde m correspond la classe des IgM, à d correspond l’IgD, à a correspond l’IgA, à e correspond
l’IgE et à g1, g2, g3 ou g4 correspond la classe des
IgG qui comprend les sous-classes 1, 2, 3 ou 4.
À chaque
classe ou sous-classe d’immunoglobulines, ou isotype, correspond
une fonction particulière dans la réponse immunitaire
; les chaînes légères (L) qui peuvent être de 2 types :k ou l.
Chaque molécule d’IgG est composée de 2 chaînes
lourdes g associées à 2 chaînes légères (soit k ou l).
De
même, chaque molécule d’IgD, ou d’IgE ou d’IgA monomérique
associe 2 chaînes lourdes respectivement d, e ou
a, à 2 chaînes légères (soit k, soit l).
Certaines immunoglobulines
sont polymériques grâce à une chaîne J qui lie
entre elles les extrémités C terminales des chaînes lourdes :
il s’agit des IgM composées de 10 chaînes lourdes m, chacune
associée à une chaîne légère k ou l, et des IgA composées
de 4, 6 ou 8 chaînes lourdes a.
Chaque chaîne lourde ou légère d’immunoglobuline est
constituée de 2 régions : une région constante (C) COOH
terminale, et une région variable (V) NH2 terminale.
La
structure d’une IgG a été définie par crystallographie : la
molécule en forme de Y classique comprend 3 portions
globulaires de dimension voisine liées par une zone polypeptidique
flexible appelée région charnière.
L’appariement
des chaînes lourdes et légères se fait de telle sorte que
les régions variables VH et VL soient associées, de même
que les régions constantes.
Des digestions protéiques de l’IgG ont permis de définir
les fonctions portées par les différentes parties de la molécule
: ainsi, la papaïne peut cliver l’IgG en 3 fragments alors
que la pepsine libère essentiellement 2 fragments selon que
la coupure siège d’un côté ou de l’autre du pont disulfure
de la région charnière qui lie les 2 chaînes lourdes g.
Les
fragments d’immunoglobulines libérés par ces digestions
ont pu être purifiés montrant ainsi que les régions
constantes des chaînes lourdes constituant en partie le fragment Fc (pour fragment crystallisable) sont responsables
de certaines fonctions effectrices, alors que les régions dites
Fab (fragment antigen binding) et Fab 2 qui comportent
les régions variables des chaînes lourdes et légères portent
la fonction de reconnaissance de l’antigène.
B - Diversité des immunoglobulines :
Il existe différents niveaux d’hétérogénéité parmi les immunoglobulines.
Certains concernent les régions constantes,
d’autres les régions variables.
En ce qui concerne les régions constantes, les classes des
immunoglobulines et les sous-classes constituent un premier
niveau d’hétérogénéité.
Les régions constantes des
chaînes lourdes des immunoglobulines sont codées par des
gènes situés sur le chromosome 14. Bien entendu, les différences
de séquence nucléotidique des gènes codant m,
a1, a2, d, e, g1, g2, g3 et g4 sont responsables des différences
protéiques entre les classes et sous-classes qui existent
chez tout individu.
Les allotypes des immunoglobulines
correspondent à des variations ponctuelles de ces
gènes de région constante qui permettent de définir des
groupes d’individus porteurs ou non de ces variantes allotypiques.
Les structures des régions variables sont plus complexes :
elles doivent pouvoir générer suffisamment de diversité
pour pouvoir se lier à la multitude d’antigènes potentiels.
Les mécanismes génétiques qui permettent de créer cette
diversité des anticorps sont à présent bien compris.
La
région variable de la chaîne lourde, quel que soit le gène
de région constante utilisé, est constitué à partir de 3 gènes distincts : un gène VH, un gène D (pour diversité) et un
gène JH (pour jonction).
Lorsqu’un lymphocyte B progresse
dans sa maturation médullaire, il va subir un réarrangement
dit somatique de ces gènes de région variable
de telle sorte qu’au hasard, il va assembler tout d’abord un
des gènes D du chromosome 14 (il en existe une trentaine
disponible) et un des gènes JH (il en existe 6 disponibles).
Dans un second temps, cet assemblage DJH sera lui-même
assemblé à un des gènes VH disponibles (il en existe 51),
créant ainsi un ensemble de gènes réarrangés VHDJH
codant environ 110 acides aminés qui vont constituer la
région variable de la chaîne lourde.
Au niveau de la chaîne
légère k dont les gènes sont situés sur le chromosome 2,
ainsi que pour la chaîne légère l dont les gènes sont situés
sur le chromosome 22, 2 gènes distincts contribuent à générer
la région variable : un gène Vk parmi les 40 gènes disponibles
est assemblé à un gène Jk parmi les 5 disponibles.
Pour l, un gène Vl parmi la trentaine disponible est assemblé
à un gène Jl parmi les 4 disponibles dans le génome
humain.
Ce réarrangement des gènes de régions variables
d’immunoglobulines s’opérant au hasard, il est susceptible
de créer, par lui-même, un nombre très important de régions
variables différentes. Une fois terminé sur la chaîne lourde
et sur la chaîne légère, ce réarrangement est définitif et
caractéristique du clone lymphocytaire B qui l’a produit.
Ce phénomène survenant à la fois sur les chaînes lourdes
et légères, cela ajoute à la diversité possible : un même réarrangement
sur une chaîne lourde pourrait s’associer à un
réarrangement différent sur la chaîne légère et constituer
un anticorps reconnaissant un autre antigène.
Par ailleurs,
2 autres mécanismes ajoutent à la diversité des anticorps
produits par les lymphocytes B : d’une part l’imprécision
des mécanismes de jonction des gènes de régions variables
pouvant ainsi modifier la séquence protéique de la région
variable concernée, d’autre part la survenue possible, lors
de la stimulation antigénique de mutations somatiques qui
affectent les gènes réarrangés des régions variables.
Deux précisions méritent d’être apportées : l’ensemble des
régions variables n’entre pas en contact avec l’antigène ;
3 régions sur la région variable de la chaîne lourde et
3 régions de la région variable de la chaîne légère établissent
ces contacts, ce sont les régions déterminant la complémentarité
(CDR) ; les régions variables des anticorps
portent des déterminants antigéniques appelés déterminants
idiotypiques.
Au cours d’une réponse immunitaire contre un antigène
(Ag) exogène, les lymphocytes B dont l’IgM de membrane
reconnaît l’antigène, vont proliférer et différencier sous
l’effet de différents signaux mentionnés plus haut, ils vont
subir la commutation de classe qui transforme un lymphocyte
B sécréteur d’une IgM en lymphocyte B sécréteur
d’une IgG, les régions variables restant identiques, caractéristiques
du clone B lymphocytaire producteur.
C’est
aussi pendant cette phase de commutation de chaîne lourde
que des mutations somatiques des régions variables peuvent
venir augmenter l’affinité de l’anticorps contre l’antigène.
C - Fonction des immunoglobulines
:
Les régions variables des anticorps ont pour fonction de se
lier aux antigènes de manière à faciliter leur élimination.
Dans la majorité des cas, les antigènes sont des protéines.
Les anticorps reconnaissent la conformation naturelle de
la protéine étrangère et, en particulier, des déterminants (ou épitopes) situés à la surface de l’antigène.
Dans la mesure
où les protéines sont repliées dans leur forme naturelle, les
anticorps reconnaissent le plus souvent des groupes
d’acides aminés distants les uns des autres sur la séquence
linéaire de l’antigène : les épitopes sont dits conformationnels.
La liaison des anticorps, avant tout par les régions
déterminant la complémentarité (CDR) des chaînes lourdes
et légères, avec l’épitope fait intervenir 4 types de forces :
des forces électrostatiques ; des ponts hydrogènes ; des
forces de Van der Waals ; des forces hydrophobiques.
La fonction des régions constantes est dépendante de l’isotype
de l’immunoglobuline, de même que la diffusion dans
l’organisme.
Ainsi, le premier anticorps produit au cours
d’une réponse immunitaire est l’IgM dont la forme pentamérique
autorise peu de diffusion extravasculaire et permet
la fixation des protéines du complément et son activation.
Les anticorps des autres isotypes ont un poids moléculaire
plus faible et peuvent diffuser dans l’espace extravasculaire.
Les IgA, dont la localisation est essentiellement muqueuse après transport transépithélial, ont une fonction essentielle
de neutralisation des pathogènes extérieurs, mais activent
très faiblement le complément.
Les IgG1, 2, 3 et 4 peuvent
être transportées à travers le placenta pour gagner la circulation
foetale, mais seules les IgG1 et 3 ont la capacité de se
lier aux récepteurs FcgRIII des cellules tueuses naturelles et
de permettre à ces cellules de lyser les cellules-cibles.
La
région Fc des IgE peut se lier à un récepteur spécifique des
IgE à la surface des cellules mastocytaires.
Enfin, les IgD ne
sont pas ou peu sécrétées, ayant un rôle essentiel de récepteur
B membranaire pour l’antigène.
Système du complément
:
Le système du complément est constitué d’un grand
nombre de protéines plasmatiques dont une partie est
capable de se fixer aux régions constantes des anticorps,
en particulier IgM, et d’activer les autres fractions.
Certaines
protéines du complément sont également capables
de se lier directement aux parois bactériennes, enfin
d’autres fractions jouent un rôle de chémoattractants pour
les cellules phagocytaires.
Les protéines du complément
sont synthétisées dans le foie et par les monocytes macrophages,
pour l’essentiel.
Il existe 3 voies différentes d’activation du complément :
la voie classique est activée par la fixation d’un anticorps
sur un antigène, la voie des lectines qui passe par une protéine
sérique de liaison au mannose des bactéries et virus,
la voie alterne qui peut être activée dès qu’une fraction du
complément se fixe sur un agent exogène.
Les événements
précoces de ces 3 voies d’activation impliquent une série
de clivages protéolytiques qui résultent dans l’apparition
d’une activité enzymatique, la C3 convertase, qui va cliver
la fraction C3 du complément.
Le premier composant de la voie classique est le C1 qui est
un complexe de 3 protéines C1q, C1r et C1s.
Deux molécules
de C1r et C1s sont liées à une molécule de C1q.
Quand une IgM se fixe sur des antigènes, de même, mais
à un moindre degré, quand des IgG1 ou IgG3 se fixent en
s’agrégeant sur un antigène répétitif, les régions constantes
exposent le site de liaison du C1q.
Cette fixation du C1q
active le C1r qui, à son tour, active le C1s en générant une
sérine protéase active. Cette dernière clive le C4 et le C2,
formant ainsi 2 fragments de taille conséquente C4b et C2b
qui, ensemble, constituent la C3 convertase de la voie classique.
L’activité principale de ce composé enzymatique
essentiel est de cliver à son tour un grand nombre de molécules
C3, formant, d’une part des molécules C3b qui se
lient à la surface de l’agent pathogène initiateur, et d’autre
part des fragments C3a induisant une réaction inflammatoire
locale.
Le dépôt de fragments C3b à la surface d’agents pathogènes
est l’élément déterminant de l’activation de la voie
alterne d’activation du complément qui doit être considérée
comme une voie d’amplification des effets de la voie
classique.
En effet, les fragments C3b déposés fixent le facteur
B de la voie alterne qui peut alors être clivé par le facteur
D plasmatique en 2 fragments Ba et Bb. Ainsi se forment
de nombreux complexes C3b, Bb qui agissent comme une C3 convertase et clivent de nombreuses molécules C3
en fragments C3a et C3b.
La fonction la plus importante des fractions du complément
est de faciliter la capture et la destruction des éléments
pathogènes (par exemple une bactérie) par les cellules
phagocytaires.
Cela se fait de façon spécifique par la
liaison des fragments du complément à des récepteurs
situés à la surface des cellules phagocytaires.
Le mieux
caractérisé de ces récepteurs est CR1 qui se lie à C3b à la
surface des macrophages et des polynucléaires.
Il existe
d’autres récepteurs pour les fractions du complément dont
la localisation cellulaire est variée : le CR2 qui fixe le C3d
est présent sur les cellules B (c’est aussi le récepteur du
virus d’Epstein-Barr, expliquant le tropisme B cellulaire
de ce virus), le CR3 et le CR4 qui fixent l’inhibiteur du
C3b à la surface des monocytes macrophages et des polynucléaires
neutrophiles.
À côté de ce mécanisme important d’activation des cellules
phagocytaires, les fractions du complément ou leurs récepteurs
interviennent dans 3 autres mécanismes de défense :
la clairance des complexes immuns ; les fragments C4b et
C3b se fixent de façon covalente aux complexes immuns
qui viennent se fixer aux récepteurs CR1 des érythrocytes.
Ceux-ci transportent ces complexes au niveau du foie et de
la rate où ils peuvent être phagocytés ; les petits fragments
de clivage C3a, C4a et C5a sont appelés anaphylatoxines
et sont de puissants médiateurs de l’inflammation locale
pouvant induire une augmentation de la perméabilité vasculaire
; l’activation du complément aboutissant au clivage
du C5 entraîne l’assemblage du complexe d’attaque membranaire
: ce complexe formé d’une molécule C5b, du C6
et du C7 est susceptible de s’insérer dans la bicouche lipidique
d’une cellule.
Interviennent alors les molécules C8
et C9 capables de créer un pore dans la membrane cellulaire
à la manière dont les perforines des lymphocytes T
cytotoxiques peuvent agir.
Le système d’activation du complément pourrait être délétère
pour les cellules de l’hôte.
Un certain nombre de protéines
de contrôle a été décrit à la surface des cellules : ainsi
l’activation du C1 est contrôlée par une protéine plasmatique,
le C1 inhibiteur dont le déficit génétique est responsable
de l’oedème angioneurotique héréditaire.
De
même, l’activité des composés terminaux d’attaque membranaire
est contrôlée par 2 molécules CD59 et le DAF
(decay accelerating factor) dont le déficit peut être responsable
de l’hémoglobinurie paroxystique nocturne.
Cellules natural killer
:
Les cellules natural killer (NK) sont de grands lymphocytes
granuleux qui ont une origine vraisemblablement
commune à la lignée des lymphocytes T.
Ces cellules peuvent
être considérées comme des effectrices précoces en
réponse à des infections virales et jouent vraisemblablement
un rôle antitumoral.
Ces cellules ont en commun d’exprimer
le récepteur FcgRIII ou CD16.
La présence de ces
récepteurs permet de guider les cellules NK vers la cible
reconnue par les IgG fixées, dirigeant ainsi la cytotoxicité.
L’activation des cellules NK par liaison des fragments Fc des IgG à CD16 peut induire la production d’IL8, d’interféron
g et de TNFa.
Il existe un deuxième mécanisme de
lyse médié par les cellules NK qui ne fait pas intervenir le
récepteur CD16.
On ne connaît pas aujourd’hui de façon
détaillée ce mécanisme de reconnaissance directe des cellules-
cibles par les cellules NK. En revanche, ne peuvent
être lysées que les cellules-cibles qui expriment peu ou pas
de molécules du complexe majeur d’histocompatibilité, ou
de cellules-cibles peu différenciées.
Quel que soit le mécanisme
de reconnaissance de la cellule-cible, la cellule NK
relargue ses granules cytoplasmiques libérant perforine et
granzyme qui vont lyser la cellule-cible.
Exploration en pratique clinique
:
L’exploration en pratique clinique des immunoglobulines,
du complément et des cellules NK relève de la recherche
des déficits immunitaires ou de pathologies néoplasiques.
A - Immunoglobulines :
Le dosage pondéral des immunoglobulines permet de
détecter un déficit d’une classe ou sous-classe, de suivre
de façon précise le taux d’une production monoclonale par
une prolifération d’un clone lymphocytaire B.
La nature de la sécrétion d’une prolifération monoclonale
est le mieux appréciée par l’immunoélectrophorèse, l’immunofixation
et l’immunotransfert qui précisent le type de
chaîne légère k ou g et l’isotype de la chaîne lourde.
B - Complément et ses fractions
:
L’étude du complément en pratique relève soit de tests fonctionnels,
soit de dosages pondéraux des protéines.
Les tests fonctionnels mesurent l’activité hémolytique de
la voie classique ou CH50.
Les dosages évaluent le plus
souvent le taux du C3, du C4, du C1q et du facteur B.
L’intérêt essentiel de ces tests est de rechercher un déficit
qui peut être en rapport soit avec un défaut génétique, soit
avec une consommation excessive (catabolisme) liée le plus
souvent à une pathologie à complexes immuns.
C - Cellules
:
Les lymphocytes B ne représentent qu’un faible contingent
des lymphocytes comptabilisés dans une numération formule
sanguine (10 à 15 % des lymphocytes totaux).
Ils peuvent
être comptés par un certain nombre de marqueurs
membranaires, en général par cytométrie de flux en utilisant
des anticorps monoclonaux marqués à un fluorochrome.
Les marqueurs B les plus souvent utilisés sont :
l’immunoglobuline de membrane, CD19, CD20.
Enfin il existe une certaine hétérogénéité des lymphocytes
B de l’adulte ainsi qu’en témoigne une faible proportion
de lymphocytes B qui expriment à la membrane un marqueur
(CD5) essentiellement lymphocytaire T.
L’intérêt
majeur de la numération des lymphocytes B réside dans la
compréhension des déficits de l’immunité humorale, mais
aussi dans le diagnostic et le suivi de leucémies lymphoïdes
comme la leucémie lymphoïde chronique (constituée de
lymphocytes BCD5).
Les cellules NK portent les marqueurs CD16, CD56 et
CD57.
Elles sont très faiblement représentées dans le sang
périphérique, sauf en cas de leucémie à cellules NK.
Concept de déficit inné
de l’immunité humorale :
Il existe des déficits primitifs intrinsèques aux lymphocytes
B et des déficits qui paraissent secondaires à une anomalie
lymphocytaire T dont on a vu l’importance dans l’activation
B.
La meilleure connaissance de la physiologie lymphocytaire
B a permis de mieux comprendre les anomalies
moléculaires à l’origine des déficits B intrinsèques.
1- Agammaglobulinémie liée à l’X de Bruton
:
En l’absence de synthèse d’immunoglobuline, la différenciation
B est bloquée au stade pré-B lymphocytaire.
Les
anomalies moléculaires portent sur une protéine-tyrosine
kinase spécifique des B et nécessaire au cours de la différenciation
médullaire.
2- Déficits en IgA
:
Il s’agit des déficits les plus fréquents dans la population
générale (1 cas sur 700), le plus souvent asymptomatiques.
Ils peuvent s’associer à des infections muqueuses répétées.
3- Déficits en sous-classe d’IgG
:
Ceux-ci peuvent être isolés ou s’associer à un déficit en
IgA ou à une ataxie-télangiectasie.
4- Déficits en IgG et IgA avec hyper IgM
:
Ils provoquent des infections répétées à germes pyogènes.
L’anomalie moléculaire consiste en une anomalie ponctuelle
du ligand de CD40 (intrinsèquement, les B seraient
donc normaux).
5- Hypogammaglobulinémies :
Les hypogammaglobulinémies d’expression variable, ainsi
que les déficits immunitaires combinés portent en général
sur les lymphocytes B et T.
