Introduction

1. Introduction • Les corps étrangers reconnus par le système immunitaire sont appelés Antigènes. • Pour induire une réponse immunitaire les Antigènes doivent être reconnus par les cellules effectrices du système immunitaire : les Lymphocytes T et B. • Pour être reconnus par les lymphocytes T les antigènes doivent être pris en charge et présentés par des molécules membranaires spécialisées appelées « molécules présentatrices d’antigènes ». • Ces molécules ont d’abord été décrites dans le cadre du rejet de greffe et ont été nommées : Complexe Majeur d’Histocompatibilité (Jean Dausset, 1952). 1

2. Locus HLA • Chez l’Homme HLA (Histocompatibility Leucocyte Antigen) • Système génique situé sur le chromosome 6 : • 3 Grandes régions : HLA-I, II, III • HLA-I : • Gènes des molécules de présentation HLA-I classiques HLA-A, B, C • Gènes des molécules de présentation HLA-I non-classiques HLA-E, F, G rôles dans la tolérance et la réponse NK • Gènes ‘HLA-I like’ MIC A et B rôle dans la réponse NK • HLA-II : • Gènes des molécules de présentation HLA-DR, DP, DQ (chaînes  et ) • Gènes associés aux molécules HLA-II : HLA-DM, DO • Gènes associés aux molécules HLA-I : TAP, LMP 1 à 7 (protéasome) • HLA-III : • Gènes n’ayant aucun rôle direct dans la réponse immunitaire (hydrolase, hormones stéroïdiennes) • Gènes impliqués dans la réponse immune : • protéines du complément (C4A, C4B) • TNF, Lt 2

3. Locus HLA • Chez l’Homme les gènes du CMH sont appelés HLA (Histocompatibility Leucocyte Antigen) • Système génique situé sur le chromosome 6 : 3 Représentation schématique de l'organisation du CMH (d'après Jan Klein and Akie Sato, N. Engl. J. Med. 2000

4. Locus HLA • HLA-I : 4

5. Structure • Les protéines HLA-I : • Dimères : Une chaîne lourde glycosylée  (44 kDa) et une chaîne légère 2 microglobuline (11,5 kDa). • La chaîne lourde comprend • 3 domaines extracellulaires 1, 2, 3 • 1 domaine transmembranaire • 1 domaine cytoplasmique • La chaîne lourde interagit avec la 2m par son domaine 3 • Les domaines 1 et 2 forment le site de liaison du peptide antigénique 5

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7. Locus HLA • Chez l’Homme HLA (Histocompatibility Leucocyte Antigen) • HLA-II : 7

8. Structure • Les protéines HLA-II : • Dimères : Une chaîne lourde glycosylée  (31-34 kDa) et une chaîne légère  (26-29 kDa). • Elles comprennent toutes les deux : • 2 domaines extracellulaires 1, 2 ou 1, 2 • 1 domaine transmembranaire • 1 domaine cytoplasmique • Les domaines 1 et  forment le site de liaison du peptide antigénique 8

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10. Expression • Les gènes HLA-I classiques : • Exprimés constitutivement dans tout les tissus à l’exception des tissus de privilège immun (cerveau, testicule, limite fœto-maternelle) dans lesquels l’expression est nulle ou faible mais peut-être induite par des cytokines inflammatoires (IFN-) • Les gènes HLA-I non-classiques : • HLA-G (et HLA-E et –F ?) est exprimé à la limite fœto-maternelle et sur certaines cellules immunitaires • Les gènes HLA-II : • Exprimés constitutivement sur les cellules présentatrices d’antigènes professionnelles : • Lymphocytes B • Lignée monocytaire (monocytes, macrophages, cellules dendritiques) • Expression induite au cours d’une inflammation sur les autres types cellulaires 10

11. Spécificité (Reconnaissance Anticorps) Allèles (Séquence génique)    Position des acides aminés chaîne DR67      70      71      72      73      74      86 DR1 DRB1*0101    L        Q       R       R        A       A        G DR4 DRB1*0401    L        QK       R        A       A        G DR4 DRB1*0404    L        Q       R       R        A       A        V DR4 DRB1*0408    L        Q       R       R        R       A        G DR4 DRB1*0405    L        Q       R       R        R       A        G DR6 DRB1*1402    L        Q       R       R        R       A        G DR10 DRB1*1001    L        R       R       R        R       A        G Polymorphisme • Les protéines HLA de type I (classiques) et II sont hautement polymorphiques : • Chaque gène HLA-A, B, C, DR, DP, DQ a de nombreux allèles (différences de séquence ADN, donc de composition peptidique) dans la population : 11

12. Polymorphisme • Le polymorphisme des molécules HLA-I et II est principalement localisé au niveau du site de liaison au peptide : 12

13. Polymorphisme • Rôle du polymorphisme : • Les molécules HLA sélectionnent les peptides ayant une forte affinité avec leur sillon antigénique. • Plus un peptide antigénique aura une forte affinité avec un type HLA plus il sera présenté en grand nombre aux lymphocytes T, donc plus la réponse immunitaire contre lui sera forte. • Inversement moins un peptide aura d’affinité avec un type HLA, moins la réponse immunitaire sera efficace. • Certains types HLA ne peuvent pas induire de réponse immunitaire efficace contre certains antigènes, donc certains pathogènes. • Dans une population donnée, plus la variabilité HLA sera grande plus cette population aura de chance qu’une partie d’entre elle puisse se défendre efficacement contre un nouveau pathogène. 13

14. HLA HLA Maladie Effet Classe I B8 Tuberculose pulmonaire Susceptibilité B35 HIV Susceptibilité B53 Malaria Résistance B57 HIV Résistance Classe II DRB1*1302 Hépatite B Résistance DRB1*1352 Malaria Résistance DRB1*1101 Hépatite C Résistance DRB1*04 Typhoïde Résistance DR2 Tuberculose pulmonaire Susceptibilité DR2 Lèpre Susceptibilité DR7 Hépatite B Susceptibilité 14

15. Allèles Populations caucasiennes Autres FRA DAN GER ITA ROU SPA US CAN SEN JAP DRB1*0101 DRB1*0301 DRB1*0401 DRB1*0701 DRB1*1101 DRB1*1301 DRB1*1501 9,3 10,9 5,6 14,0 9,2 6,0 8,0 13,0 10,2 17,6 14,8 0,9 8,3 17,6 6,7 9,4 8,1 12,3 9,2 4,5 7,8 6,5 10,5 2,3 12,5 12,4 4,8 5,6 7,6 11,4 4,2 8,3 7,3 4,4 6,2 6,6 6,7 5,6 18,9 1,0 4,5 9,4 7,3 9,5 6,7 14,4 4,4 5,1 10,3 5,6 12,3 9,5 9,4 2,6 4,7 10,4 0,6 10,2 - 7,8 9,3 4,7 - 4,9 0,4 1,8 0,6 2,0 0,7 6,8 Total 63,0 82,0 58,0 55,0 49,0 53,0 58,0 55,0 33,0 17,0 DRB1*1304 DRB1*0405 - 1,6 - - - 0,6 0,2 - - 0,7 - 2,1 - 0,7 - - 25,3 0,6 - 12,3 Polymorphisme • Les fréquences des allèles HLA varient selon les populations : Fréquences géniques de différents allèles DRB1 dans des populations caucasiennes, africaines et asiatiques. FRA: France, DAN: Danemark, GER: Allemagne, ITA: Italie, ROU: Roumanie, SPA: Espagne, US: Etats-Unis, CAN: Canada, SEN: Sénégal, JAP: Japon. 15

16. DISTRIBUTION INTRA-FAMILIALE DES HAPLOTYPES HLA M P a A1 Cw7B8 DR3 b A2 Cw3 B12 DR4 A3 Cw4 B7 DR15 c A1 Cw4 B8 DR3 d 2 3 4 1 a A1 Cw7B8 DR3 c A3 Cw4 B7 DR15 b A2 Cw3 B12 DR4 c A3 Cw4 B7 DR15 b A2 Cw3 B12 DR4 c A3 Cw4 B7 DR15 b A2 Cw3 B12 DR4 d A1 Cw4 B8 DR3 1 et 4 : deux haplotypes HLA différents 2 et 3 : identiques HLA pour les 2 haplotypes parentaux 1 et 2 : haplo-identiques HLA 16

17. Voies de Synthèse et de Chargement en peptide des molécules CMH-I • Les molécules HLA-I présentent des peptides issus de protéines endogènes d’origine cytoplasmique : • Dans le cytosole : • Les protéines cytoplasmiques males repliées/anormales sont marquées à l’ubiquitine (poly-ubiquitination). • Les protéines ubiquitinées sont prises en charge par le protéasome. • Le protéasome dégrade les protéines en peptides. • Les peptides sont acheminés par les transporteurs de peptides TAP1/TAP2 dans le Réticulum Endoplasmique (RE) 17

18. Voies de Synthèse et de Chargement en peptide des molécules CMH-I • Les molécules HLA-I présentent des peptides issus de protéines endogènes d’origine cytoplasmique : • Dans le RE : • La chaîne  (lourde) néo-synthétisée des molécules HLA-I s’associe avec la Calnexine. • La 2m vient alors s’associer à la chaîne lourde. Dans le même temps la Calnexine est remplacée par le complexe calreticuline/ERp57. • Ce complexe permet l’association du dimère Chaîne lourde/2m avec la Tapasine qui permet le rapprochement avec TAP1/TAP2 de HLA-I. • Le peptide antigénique entré dans le RE se lie à la chaîne lourde. • Le site de liaison à l’antigène des molécules HLA-I est un sillon fermé : • longueur constante des antigènes présentés : 9 aa. • Le trimère chaîne / 2m/peptide est acheminé en surface via le Golgi. 18

19. Voies de Synthèse et de Chargement en peptide des molécules CMH-I 19

20. Voies de Synthèse et de Chargement en peptide des molécules CMH-II • Les molécules HLA-II présentent des peptides issus de protéines exogène d’origine extracellulaire : • Les Macrophages/Cellules dendritiques internalisent les protéines exogènes via différents récepteurs : • Récepteurs aux cellules apoptotiques . • Pinocytose • Récepteurs aux protéines de stress (HSP) • Récepteur aux fragments constants des Ig (R-Fc) • Etc. • Internalisation de tout les antigènes circulants • Les lymphocytes B internalisent les protéines exogènes via leurs immunoglobulines de surface IgD, IgM : • Internalisation spécifique d’un antigène sous sa forme native. 20

21. Voies de Synthèse et de Chargement en peptide des molécules CMH-II • Les antigènes extracellulaires sont dégradés dans les CPA : • Les antigènes exogènes sont internalisés dans les vésicules d’endocytose. • Les vésicules d’endocytose fusionnent avec les lysosomes. • Les enzymes lysosomiaux dégradent les antigènes extracellulaires en peptides. • Les molécules HLA-II sont synthétisées dans la voie RE/Golgi : • Elles sont alors couplées avec la chaîne invariante Ii qui bloque le sillon antigénique et empêche ainsi le chargement en peptide endogène. • Le signal de sorti du RE vers les endosomes/lysosomes est situé sur la chaîne Ii. 21

22. Voies de Synthèse et de Chargement en peptide des molécules CMH-II • Les vésicules Golgiennes contenant le trimère Ii fusionnent avec les endosomes pour former le compartiment de chargement en peptides (MHC Class II Compartment = MIIC)) : • Ce compartiment contient : • Des protéases de type Cathepsine qui dégradent la chaîne Ii. Seul le peptide CLIP, issue de la chaîne Ii est conservé en place dans le sillon antigénique. • La molécule HLA-DM capable de déplacer CLIP. L’activité de HLA-DM augmente à pH acide. • La molécule HLA-DO, inhibiteur de HLA-DM. L’activité de HLA-DO diminue à pH acide. • Une fois le sillon libéré, les peptides exogènes présents dans le MIIC peuvent se placer dans le sillon antigénique : • Le sillon antigénique HLA-II est une poche ouverte aux deux extrémités. • Les peptides antigéniques présentés peuvent être de taille variable (12-24 aa). 22

23. Compartiment de chargement des CMH-II CLIP Cathepsine S HLA-DM Ii 23

24. Rôle des molécules CMH-I classiques • Les molécules HLA-I permettent d’induire une réponse immunitaire contre des peptides endogènes. • Cette réponse permet une immunité : • Anti-tumorale (antigènes du soi modifiés) • Anti-virale (antigènes du non-soi présents à l’intérieur des cellules) • Par activation des lymphocytes T CD8 (T cytotoxiques) : • La molécule CD8 va se lier indépendamment de l’antigène au domaine 3 des molécules HLA-I. • Le domaine variable du TCR va reconnaître le complexe poche antigénique / antigène. • La reconnaissance de l’antigène dans le contexte HLA-I par le TCR va induire l’activation du T CD8 et induire une réponse cytotoxique aidée par les TCD4 Th1 activés par les molécules HLA-II. 24

25. Rôle des molécules CMH-II • Les molécules HLA-II permettent d’induire une réponse immunitaire contre des peptides exogènes. • Cette réponse est nécessaire pour l’immunité humorale et cellulaire: • Anti-bactérienne, anti-parasitaire, anti-tumorale et anti-virale. • Par activation des lymphocytes T CD4 (ou T auxiliaires ou T helpers) : • La molécule CD4 va se lier indépendamment de l’antigène au domaine 2 des molécules HLA-II. • Le domaine variable du TCR va reconnaître le complexe poche antigénique / antigène. • La reconnaissance de l’antigène dans le contexte HLA-II par le TCR va induire l’activation du T CD4 et induire une réponse humorale (Th2/Lymphocyte B) ou cytotoxique (Th1/T CD8). 25