Introduction :
Le maintien de l’intégrité de l’organisme est assuré grâce à des organes, des tissus, des cellules et des molécules : on parle du système immunitaire. Pour qu’il soit efficace, Il doit distinguer ce qui appartient à l’organisme de ce qui lui est étranger. En cas d’intrusion d’un corps étrange, il doit donc y avoir un signal de danger qui est déclenché, mettant en place des défenses dont les modalités d’action seront différentes en fonction du temps : l’immunité innée et l’immunité adaptative.
Problème : Comment des éléments pathogènes sont-t-ils détectés et quelle réponse apporte notre système immunitaire ?
- ★Quels sont les symptômes d’une infection ?
- ★Existe-t-il un lien entre immunité innée et adaptative ?
- ★Quels sont les cellules intervenant pour l’une ou l’autre immunité ?
- ★Quels sont les mécanismes impliqués et comment réagir face à des milliards de corps étrangers .
Activité 1, 2 et 3
Méthode : Extraction de cœlomocytes, Ouchterlony (ECE)
I- La réponse immunitaire
A- Les deux types de réponse immunitaire
La réponse immunitaire correspond aux mécanismes de défense de l’organisme qui différencient ce qui est à soi de ce qui ne l’est pas, c’est à dire le « soi » du « non-soi ». On distingue 2 réponses immunitaires différentes dans le temps :
- Une réponse immunitaire innée qui est mise en place immédiatement dés qu’un agent pathogène pénètre. Ce type de défense intègre les barrières naturelles (peau…) et des mécanismes comme la réaction inflammatoire et la phagocytose.
- Une réponse immunitaire adaptative qui est tardive. Elle est caractérisée par la participation de lymphocytes qui adaptent leur réponse face à un pathogène.
B- Les types cellulaires impliqués. Planche donnée en polycopié
- dans la réponse immunitaire innée :
a) Les phagocytes
Les phagocytes sont les éboueurs de l’organisme par endocytose (bactéries, cellules mortes…) : on parle de phagocytose.
- • Le monocyte, cellule immature, est à l’origine des macrophages et des cellules dendritiques.
- • Le macrophage est le phagocyte par excellence dont le rôle est le nettoyage de l’organisme.
- • La cellule dendritique possède des expansions cytoplasmiques, les dendrites Elle joue le rôle de phagocyte, mais aussi de cellule activant la réponse immunitaire adaptative.
- • Les polynucléaires ou granulocytes :
- Le polynucléaire neutrophile, phagocyte attiré sur un lieu d’infection par des signaux moléculaires libérés par des macrophages ou d’autres cellules présentes.
- Le polynucléaires basophile a un rôle essentiel dans l’allergie.
- Les polynucléaires acidophiles (ou éosinophiles) ont une action antiparasitaire en déversant sur eux le contenu de leurs granules.
b) Les mastocytes
Le mastocyte joue un rôle primordiale dans les allergies, comme les basophiles. Il est habituellement situé au niveau des tissus conjonctifs et permet aussi d’activer et d’amplifier la réaction inflammatoire.
c) d’autres cellules
D’autres cellules interviennent comme les natural killers qui peuvent intervenir en tuant des cellules malades ou encore comme les cellules résidentes qui sont des sentinelles des tissus pouvant détecter les dangers.
- dans la réponse immunitaire adaptative :
Les lymphocytes sont les cellules participant à la réponse immunitaire adaptative. Il en existe deux types :
- les lymphocytes B ( B = « Bourse de Fabrice », organe d’oiseaux dans lequel ces cellules arrivent à maturité). Chez l’Homme, ils arrivent à maturité dans la moelle osseuse. Ils peuvent donner des plasmocytes ou des LB mémoires. Les plasmocytes produisent des anticorps ciblant spécifiquement des antigènes.
- les lymphocytes T (T = « Thymus », organe humain dans lequel ils arrivent à maturité). Ils reconnaissent des récepteurs membranaires. On distingue plusieurs sous-populations de lymphocytes T : les lymphocytes T-auxiliaires (T CD4 ou T4) assurant la coordination entre les différentes cellules jouant un rôle dans la réponse immunitaire ; les lymphocytes T cytotoxiques (T CD8) ont pour fonction de détruire sélectivement les cellules infectées. Il existe aussi des LT mémoires.
C- les organes lymphoïdes
Les organes et tissus lymphoïdes correspondent au lieu de résidence des lymphocytes et d’autres cellules du système immunitaire. Ils se distinguent en deux groupes :
- Les organes lymphoïdes primaires produisent, et/ou permettent la prolifération et la maturation des lymphocytes. C’est la moelle osseuse et le thymus.
- Les organes lymphoïdes secondaires sont des lieux permettant l’activation de la réponse immunitaire adaptative (ganglions lymphatiques, rate…).
banque de schémas SVT Dijon
D- Acquisition de l’immunité au cours de l’évolution
D’après manuel SVT Bordas TS et banque de schémas SVT Dijon
L’immunité innée est présente chez la plupart des êtres pluricellulaires animaux. Elle est apparue vraisemblablement il y a 800 millions d’années et est basée sur une reconnaissance de signaux moléculaires communs aux pathogènes par des récepteurs cellulaires.
L’immunité adaptative est apparue plus tardivement (400 millions d’années) car elle n’est présente que chez les vertébrés. Elle est complémentaire de la première et permet la création d’une grande diversité de récepteurs pour mieux cibler les agents pathogènes.
II- La réaction inflammatoire
L’inflammation ou réaction inflammatoire est la réponse des tissus vivants, vascularisés, à une agression.
A- Les symptômes
Lors d’une lésion, on peut observer un oedème (tumor), une rougeur (rubor) émettant de la chaleur (calor) et étant douloureux (dolor). Ces quatre qualificatifs se rapportent aux modifications tissulaires associées au processus inflammatoire, dont les symptômes sont décrits par “le quadrilatère de Celse” au 1er siècle. Comment expliquer ces symptômes ?
B- Mécanisme
La réponse inflammatoire s’articule en plusieurs phases :
1) Le déclenchement de la réponse
Des cellules résidentes (mastocytes, macrophages ou cellules dendritiques tissulaires) détectent un agent infectieux entré après une lésion grâce à des récepteurs implantés dans leur membrane. Ces récepteurs sont de type PRR (Pattern recognition receptor = récepteur d’identification de motifs). Ils reconnaissent un signal PAMP (Pathogen Associated Molecular Pattern = motif moléculaire associé à un pathogène) porté à la surface d’un corps étranger. Une fois reconnu, des médiateurs de l’inflammation sont sécrétés (histamine, cytokines, chimiokines, …) responsables de l’initiation de la phase vasculaire de la réponse inflammatoire. Les cellules immunes résidentes des tissus jouent donc le rôle de cellules « sentinelles » puisqu’elles réagissent rapidement suite à la détection d’un danger.
2) phase vasculaire et recrutement de cellules immunitaires innées
- Phase vasculaire
L’histamine sécrétée provoque un flux important de plasma des capillaires sanguins vers le tissus lésé. C’est ce phénomène qui entraîne un œdème (tumor). La pression exercée sur les récepteurs nerveux, et la libération de médiateurs chimiques sont responsables de la sensation douloureuse (dolor).
L’afflux de sang chaud, au niveau de régions externes comme la peau, entraîne les symptômes de rougeur (rubor) et chaleur (calor).
- Recrutement des cellules immunitaires
L’inflammation permet la sortie de leucocytes circulants, des vaisseaux sanguins vers les tissus. Cela se fait suivant 4 étapes :
Etape 1 : adhérence
Etape 2 : roulement
Etape 3 : adhérence ferme (ou margination)
Etape 4 : diapédèse (ou extravasation)
SCHEMA BILAN :
3) Phase effectrice : la phagocytose
Le macrophage, par exemple, adhère à la particule à phagocyter ; le processus est parfois favorisé par des molécules appelées opsonines. Des pseudopodes entourent la particule à phagocyter. Son absorption crée alors une vacuole de phagocytose ou phagosome. La fusion de ce phagosome et d’un lysosome (contenant des enzymes actifs à pH acide) est à l’origine d’un phagolysosome qui dégradera complètement la particule étrangère.
4) La réparation du tissu lésé.
La réparation tissulaire est due à des cellules souches pluripotentes permettant ainsi une régénération des différents tissus abimés ou détruits.
Animations :
C- Préparation de l’immunité adaptative
Les cellules immunitaires comme les granulocytes et les macrophages ainsi présents dans le tissu lésé réalisent la phagocytose, c’est à dire qu’ils ingèrent puis éliminent les agents infectieux. Certaines de ces cellules sont capables de jouer le rôle de cellule présentatrice d’antigène (CPAG) : les macrophages et les cellules dendritiques.
Dans le cas où cette première réponse immunitaire n’est pas suffisante pour éliminer les microorganismes pathogènes, les cellules dendritiques jouent un rôle particulier dans l’activation de l’immunité adaptative. En effet ces cellules possèdent une forte capacité de migration, indispensable à l’activation des lymphocytes présents au niveau des organes lymphoïdes secondaires. Une fois leur maturité acquise elles ne pourront plus phagocyter, mais elles vont exprimer à leur surface des épitope antigénique qui seront associés à des protéines particulières appelées complexe majeur d’histocompatibilité (CMH). Les cellules dendritiques matures fixent donc sur leurs molécules membranaires du CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité) des antigènes de l’élément infectieux. Quand ces cellules denditriques arrivent jusqu’aux ganglions lymphatiques, elles vont présenter les antigènes liés aux molécules du CMH aux lymphocytes T et aux lymphocytes B. Les lymphocytes T et B ainsi activés pourront prendre le relais et éliminer les agents pathogènes.
D- Comment soulager le patient
Les médicaments anti-inflammatoires, comme l’aspirine, bloque la secrétion de certains médiateurs chimiques de l’inflammation. Ils permettent de limiter la vasodilatation, la douleur ou la chaleur. Ainsi les anti-inflammatoires permettent de réduire certains symptômes de la réaction inflammatoire aiguë sans empêcher le déroulement des mécanismes immunitaires qui permettent de lutter contre les microorganismes pathogènes et qui sont donc bénéfiques à l’organisme.
III- L’immunité adaptative, prolongement de l’immunité innée
A- le rôle central des lymphocytes
L’immunité adaptative est une immunité ciblée contre un antigène, elle est donc spécifique. Les cellules de cette immunité sont les lymphocytes. Ces cellules représentent 20 à 40 % de nos leucocytes. Deux types principaux de lymphocytes sont à distinguer :
Les lymphocytes B : responsables de l’immunité à médiation humorale. Ils se différencient en plasmocytes qui sécrètent des protéines ( voir schéma : 4 sous-unités : 2 chaines lourdes et 2 chaines légères) dans le plasma sanguin, appelées anticorps ou immunoglobulines et ciblant l’antigène. ces protéines ont une forme en Y dont les sites de reconnaissance, c’est à dire complémentaires à l’antigène se situent au niveau des associations chaine lourde-chaine légère. A la base des chaines lourdes se situe le motif reconnu par les phagocytes .
Les lymphocytes T assurent l’immunité à médiation cellulaire. Ils sont caractérisés par des marqueurs membranaires (CD =cluster of differenciation, ou classe de différenciation) dont voici 2 exemples :
- ★Les cellules CD4 ou lymphocytes T4 régulent ou « aident » à la réalisation d’autres fonctions lymphocytaires. Ils stimulent la prolifération clonale et la différenciation des lymphocytes T8 en cytotoxiques et des lymphocytes B en plasmocytes.
- ★Les lymphocytes T cytotoxiques (CD8) détruisent les cellules infectées. Ces cellules sont dites cytotoxiques car elles sont à même de détruire des cellules cibles qui présentent des antigènes spécifiques à travers le CMH de classe I
Différentes catégories de lymphocytes collaborent pour éliminer les pathogènes ayant échappé à l’immunité inée.
B- Activation de l’immunité adaptative
Parmi les millions de LB ou LT différents par leur récepteur spécifique à un antigène, seul un de chaque est activé et est multiplié. On parle de clone
Elle se déroule en 3 étapes : Sélection clonale, amplification clonale et différenciation clonale.
1) Sélection clonale :
Lorsqu’un pathogène est entré, ses motifs moléculaires, appelés antigènes sont soit directement reconnus, soit présentés.
- ★Les lymphocytes B peuvent reconnaître des antigènes grâce à des anticorps fixés sur leur membrane (appelés BCR -B cell Receptor). Un type de lymphocyte pourra détecter un antigène précis. Cela signifie qu’il existe de nombreux lymphocytes différents par le type d’anticorps porté par leur membrane
- ★Les lymphocytes T reconnaissent l’antigène par des récepteurs T (ou TCR -T cell receptor) de leur membrane. Seulement le TCR est incapable de reconnaitre directement l’antigène à la différence du BCR. L’antigène est fractionné et associé à une molécule appelée CMH puis présenté au lymphocytes T grâce à une cellule dendritique appelée aussi cellule présentatrice de l’antigène.
2) l’amplification clonale
Les lymphocytes sélectionnés et activés entrent dans des mitoses successives.
3) différenciation clonale
Pour les LB : Une partie se différencie en plasmocytes, cellules spécialisées dans la sécrétion d’immunoglobulines ciblant spécifiquement l’antigène. Une autre partie se différencie en lymphocytes B mémoire permettant une réactivation plus rapide en cas de nouvelle action du pathogène.
Pour les LT :
Les LT CD4 se différencient en LT auxilliaires qui sécrètent une molécule agissant sur d’autres lymphocytes : l’interleukine 2. Cette molécule permet l’entrée en mitose des lymphocytes ciblant l’antigène, c’est-à-dire des LB, des LT CD8 et des LT CD4 eux-mêmes, et elle induit aussi leur différenciation.
Les LT CD8 : sont différenciés en LT cytotoxiques dont la fonction est d’éliminer toute cellule infectée.
Chaque catégorie de lymphocyte T peut aussi être mobilisé en LT mémoire.
C- Neutralisation et destruction des pathogènes
Les plasmocytes sécrètent massivement des immunoglobulines capables de se lier à un antigène. Comme il existe 2 sites de liaison à l’antigène au niveau des immunoglobulines, il peut se créer un réseau Ag-Ac, appelé complexe immun qui précipite, à condition que l’Ag soit libre, c’est à dire sous forme moléculaire.
Dans le cas où l’antigène est fixé sur une membrane ou une paroi (bactérie…) les immunoglobulines recouvrent la cellule. Elle sera reconnue alors par un phagocyte qui l’assimilera.
Les lymphocytes cytotoxiques reconnaissent les antigène sur les cellules anormales (infectées, cancéreuses…). Ils sécrètent alors soit des enzymes qui vont perforer la cellule cible et la détruire (on parle alors de cytolyse), soit des molécules qui vont activer la mort programmée de la cellule (on parle alors d’apoptose).
D- Le cas du SIDA
Le VIH (virus de l’immunodéficience humaine) est transmis par voie sexuelle ou par voie sanguine. C’est un rétrovirus (c’est à dire un virus à ARN) dont les cellules cibles sont principalement des cellules immunitaires : lymphocytes T4, monocytes et macrophages.
Une enzyme virale, la transcriptase inverse, transcrit l’ARN viral en ADN dans les cellules infectéesqui est alors intégré au génome de la cellule et s’exprime, permettant la reproduction du virus sous forme de particules virales infectieuses et leur dissémination notamment dans les organes lymphoïdes.
Il existe deux phases
phase asymptomatique
- Des anticorps anti-VIH sont décelés dans le sang, le sujet est dit alors « séropositif pour le VIH« . Cela se produit 2 semaines après l’infection.
- Des lymphocytes T cytotoxiques spécifiques dirigés contre les cellules infectées par le VIH font leur apparition.
- Les défenses immunitaires restent actives mais les virus continuent à se multiplier et le nombre des LT4 continue à diminuer.
phase symptomatique
En absence de traitement, le nombre des LT4 baisse. Le SIDA (Syndrôme d’Immuno-déficience acquise) se caractérise in fine par diverses maladies opportunistes.
Les trithérapies permettent de ralentir la progression de la maladie, mais ne permettent pas d’éliminer le virus.
IV- Maturation du système immunitaire
Notre système immunitaire engendre en grande quantité des lymphocytes dits naïfs ciblant chacun un antigène soit par leur anticorps ou leur récepteur T. Si l’un de ces lymphocytes rencontre un antigène, il se multiplie et se différencie en clone actif.
Certains lymphocytes peuvent se mettre à reconnaître les molécules de l’organisme qu’ils doivent défendre. On parle alors de lymphocytes autoréactifs. Ces lymphocytes sont en principe détruits ou rendus inactifs. Si ce n’est pas le cas, ils sont à l’origine de maladies autoimmunes. L’organisme sélectionne alors au fur et à mesure du temps les cellules non autoréactives par supression des cellules auto-reactives.
Conclusion :
Le système immunitaire permet à notre organisme de se défendre contre les envahisseurs (bactéries, virus,…). Il permet aussi d’éliminer les cellules anormales qui apparaissent périodiquement dans l’organisme. Si ces cellules anormales ne sont pas éliminées, elles peuvent mener à un cancer. Notre système immunitaire nous protège donc contre les maladies.
La réaction inflammatoire est mise en place à la suite de l’entrée de microbes par une blessure. Elle met en évidence une immunité innée basée sur la reconnaissance de marqueurs conservés chez les agents pathogènes et dans le monde du vivant.
L’immunité adaptative vient compléter cette défense du soi en se mettant en place plus tardivement.
Les lymphocytes B et T jouent alors un rôle prépondérant en sécrétant des anticorps spécifique d’une part par les plasmocytes issus des lymphocytes B et d’autre part en éliminant les cellules