La réaction immunitaire adaptative

La réaction immunitaire adaptative

Classe puzzle - Première SVT

Consignes

Groupe 1

1. Répartition des rôles : chaque membre du groupe reçoit une étape précise du fonctionnement du système immunitaire adaptatif à étudier (initiation, sélection clonale, différenciation ou rôle des anticorps). 2. Travail individuel d’exploration : commence par suivre ton parcours sur Genially. Tu découvriras des informations dans différents documents : prends des notes qui te seront utiles à présenter à ton groupe. 3. Réunion des spécialistes : retrouve les camarades qui travaillent sur la même étape que toi. Échangez vos idées, vérifiez que vous avez bien compris le mécanisme et mettez vos informations en commun pour être capables de l’expliquer clairement. 4. Retour au groupe d’origine : reviens dans ton groupe de départ et présente ce que tu as appris à tes camarades. Écoute-les à ton tour pour compléter tes connaissances. 5. Tâche finale commune : ensemble, réalisez le schéma-bilan du système immunitaire adaptatif en reconstituant toutes les étapes de la réponse.

Groupe 2

Groupe 3

Groupe 4

Groupe 1 : L'initiation de la réponse immunitaire adaptative

La réponse immunitaire adaptative ne se déclenche pas de façon isolée : elle prend le relais après l’immunité innée. Vous devez comprendre comment les cellules de l’immunité innée participent à la mise en route de la réponse adaptative.

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Groupe 2 : L'étape de sélection clonale

Tous les lymphocytes ne sont pas activés lorsqu’un agent pathogène est détecté. Seuls ceux qui reconnaissent spécifiquement l’antigène vont se multiplier. Votre objectif est de comprendre comment un lymphocyte est sélectionné parmi des milliards, et ce qu’il se passe ensuite.

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Groupe 3 : La phase de différenciation

Après leur sélection, les lymphocytes ne restent pas tous identiques. Certains vont devenir des cellules capables de détruire, d’autres vont produire des molécules, et d’autres encore vont garder une mémoire. Comprenez comment un clone lymphocytaire se diversifie et à quoi servent ces différentes cellules.

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Groupe 4 : La phase effectrice

Une fois différenciées, les cellules vont pouvoir agir pour lutter contre les pathogènes et/ou les cellules infectées.

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Lorsqu’un agent pathogène pénètre dans l’organisme, il est rapidement détecté par les cellules de l’immunité innée présentes dans les tissus, en particulier les cellules sentinelles comme les cellules dendritiques. Ces dernières sont capables de reconnaître des motifs moléculaires caractéristiques des pathogènes (appelés PAMPs, pour Pathogen-Associated Molecular Patterns) grâce à des récepteurs spécifiques (PRR). Une fois le pathogène repéré, les cellules dendritiques l’engloutissent par un processus de phagocytose. Elles peuvent aussi phagocyter les cellules infectées ou les débris cellulaires résultant de l’infection. Ces événements se déroulent au niveau du site infecté, par exemple dans la peau, les muqueuses ou les organes internes. Après avoir capté et partiellement digéré l’agent pathogène, la cellule dendritique entre dans un état dit « activé ». Elle commence alors à migrer activement en direction du ganglion lymphatique le plus proche, en suivant des signaux chimiques (des chimiokines) libérés dans le tissu. Ce déplacement peut durer plusieurs heures. Arrivée dans le ganglion, la cellule dendritique joue un rôle fondamental dans l’initiation de la réponse immunitaire adaptative : elle expose à sa surface des fragments de l’antigène qu’elle a capturé, fixés sur des molécules spécialisées appelées CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité). Elle devient ainsi une cellule présentatrice d’antigène (CPA). Ces fragments d’antigène sont alors présentés aux lymphocytes T naïfs circulant dans le ganglion. Si l’un de ces lymphocytes T possède un récepteur capable de reconnaître spécifiquement l’antigène présenté, il sera activé : c’est le début de la réponse immunitaire adaptative.

Microphotographie électronique d'une cellule présentatrice d'antigène dans un ganglion lymphatique

Le système lymphatique est un réseau de vaisseaux et d’organes (comme les ganglions, la rate, le thymus) qui transporte la lymphe, un liquide contenant des cellules immunitaires, notamment des lymphocytes. Les ganglions lymphatiques sont des zones de surveillance : ils filtrent la lymphe et permettent aux cellules immunitaires de détecter et de réagir à la présence d’agents pathogènes. Lors d’une infection, des cellules immunitaires (comme les cellules dendritiques) amènent des fragments de pathogènes dans les ganglions. Cela provoque l’activation et la multiplication des lymphocytes spécifiques. Ce phénomène, appelé expansion clonale, fait gonfler le ganglion, qui devient parfois palpable et douloureux : c’est un signe que le système immunitaire est en alerte.

Schéma de l'organisation du système lymphatique

Les lymphocytes T naïfs sont des cellules immunitaires qui circulent en permanence dans le sang et les organes lymphoïdes (comme les ganglions). On les dit naïfs car ils n’ont encore jamais rencontré l’antigène qu’ils sont capables de reconnaître. Chacun possède un récepteur TCR unique, spécifique d’un seul antigène. Lors d’une infection, une cellule présentatrice d’antigène (CPA), comme une cellule dendritique, capture des fragments du pathogène et migre jusqu’au ganglion lymphatique. Elle y présente ces fragments (ou antigènes) à sa surface, associés à une molécule appelée CMH (Complexe Majeur d’Histocompatibilité). Les CPA exposent à leur surface des fragments antigéniques fixés à des molécules du Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) : • le CMH de classe II pour l’activation des lymphocytes T CD4⁺, • le CMH de classe I pour l’activation des lymphocytes T CD8⁺. Si un LT CD4 naïf reconnaît un antigène présenté par une CPA via le CMH II, et si des signaux de co-stimulation sont également délivrés, il s’active. Il entre alors en prolifération (expansion clonale) et se différencie : • en LT CD4 effecteurs • et en LT CD4 mémoire Le LT CD8 naïf, de son côté, reconnaît un antigène présenté via le CMH I. Il reçoit également des signaux de co-stimulation de la CPA. Toutefois, son activation complète dépend souvent de cytokines sécrétées par un LT CD4 auxiliaire activé. Cela permet un meilleur contrôle de l’activation des cellules tueuses. Une fois activé, le LT CD8 se multiplie (expansion clonale) et se différencie : • en LT cytotoxiques effecteurs • et en LT CD8 mémoire

Schéma de la présentation des fragments antigéniques à la surface du CMH

Les lymphocytes B font partie de l’immunité adaptative. Leur rôle principal est de produire des anticorps capables de neutraliser spécifiquement les agents pathogènes. Mais leur activation ne se fait pas de manière isolée : elle est étroitement liée à la réponse immunitaire innée, qui agit en premier lors d’une infection. Lorsqu’un agent pathogène pénètre dans l’organisme, il est immédiatement détecté et combattu par les cellules de l’immunité innée. Elles libèrent des molécules inflammatoires (cytokines, interleukines) qui attirent d’autres cellules immunitaires et facilitent l’activation des lymphocytes. En parallèle, les CPA, migrent vers un ganglion lymphatique, où elles présentent ces antigènes aux lymphocytes T CD4. Ces derniers, une fois activés, vont à leur tour aider les lymphocytes B. De leur côté, les lymphocytes B reconnaissent directement l’antigène, grâce à leur récepteur BCR spécifique. Ce premier contact initie leur activation, mais celle-ci reste partielle. Pour être pleinement activés, les lymphocytes B ont besoin d’un second signal, apporté par les LT CD4 auxiliaires activés par les CPA. Ces LT auxiliaires reconnaissent le même antigène et libèrent des cytokines qui stimulent les lymphocytes B. Ainsi, l’activation complète des lymphocytes B repose sur une coopération entre l’immunité innée et adaptative : • l’immunité innée prépare l’arrivée des lymphocytes B (inflammation, présentation de l’antigène, activation des LT CD4⁺), • les LT CD4⁺ activés fournissent le « feu vert » pour que les lymphocytes B prolifèrent (expansion clonale) et se différencient en plasmocytes, ou en lymphocytes mémoire.

Schéma de la structure des récepteurs BCR à la surface des lymphocytes B

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Une fois leur maturation et leur sélection achevées dans les organes lymphoïdes primaires (moelle osseuse pour les lymphocytes B, thymus pour les lymphocytes T), les lymphocytes naïfs sont libérés dans la circulation sanguine et lymphatique. Bien qu’ils soient immunocompétents, c’est-à-dire capables de reconnaître un antigène spécifique, ils restent inactifs tant qu’ils n’ont pas rencontré cet antigène. L’activation d’un lymphocyte naïf ne se produit que si deux conditions sont réunies : 1. Reconnaissance spécifique de l’antigène : chaque lymphocyte possède un récepteur unique (BCR pour les lymphocytes B, TCR pour les lymphocytes T) qui doit se lier de manière précise à un antigène étranger. 2. Signal de co-stimulation : en plus de la reconnaissance, le lymphocyte doit recevoir un second signal pour éviter toute activation accidentelle. Les conditions d’activation diffèrent légèrement selon le type de lymphocyte : • Les lymphocytes T sont activés lorsqu’ils reconnaissent un antigène présenté par une cellule présentatrice d’antigène (CPA), comme une cellule dendritique. Cette présentation se fait grâce à une molécule du CMH. Une fois activés, les LT CD4 deviennent des auxiliaires qui sécrètent des cytokines pour stimuler d’autres cellules immunitaires, tandis que les LT CD8 deviennent des cytotoxiques, capables de tuer les cellules infectées. • Les lymphocytes B peuvent reconnaître directement un antigène libre, sans présentation par le CMH. Mais cette reconnaissance nécessite aussi la rencontre avec des cytokines activatrices produites par les LT CD4 auxiliaires. Une fois activés, les lymphocytes prolifèrent (c’est l’expansion clonale) puis se différencient en : • cellules effectrices (plasmocytes ou lymphocytes tueurs cytotoxiques), • et lymphocytes mémoire, qui assurent une réponse plus rapide en cas de seconde exposition à l’antigène.

Schéma de la formation des lymphocytes B effecteurs et lymphocytes B mémoires

Schéma du processus de formation des cellules sanguines

Tous les lymphocytes, qu’ils soient B ou T, dérivent d’une même cellule souche présente dans la moelle osseuse, appelée cellule souche hématopoïétique. Cette cellule est capable de se multiplier et de se différencier en tous les types de cellules du sang : globules rouges, plaquettes, cellules de l’immunité innée (comme les macrophages), mais aussi en lymphocytes, qui relèvent de l’immunité adaptative. La lymphopoïèse, c’est-à-dire la production des lymphocytes, commence donc dans la moelle osseuse rouge (située dans certains os comme le sternum, les côtes, les os longs ou le bassin). C’est là que les cellules souches donnent naissance à des lymphocytes immatures, qui subissent un processus complexe de réarrangement génétique : des segments d’ADN sont réorganisés aléatoirement pour produire des récepteurs spécifiques d’antigène, différents pour chaque lymphocyte. Ce mécanisme permet de générer une immense diversité pouvant reconnaître un grand spectre d'antigènes, même en l'absence d’infection.

L’organisme produit chaque jour des millions de lymphocytes B et T à partir de cellules souches situées dans la moelle osseuse. Chacun de ces lymphocytes développe un récepteur spécifique d’un antigène, grâce à un mécanisme aléatoire de réarrangement génétique. Cette diversité est essentielle pour pouvoir reconnaître une immense variété d’agents pathogènes. Mais elle comporte un risque : certains lymphocytes peuvent, par erreur, produire un récepteur qui reconnaît des éléments du soi (protéines, cellules de l’organisme). Pour éviter les réactions auto-immunes, ces lymphocytes doivent être éliminés avant d’entrer en circulation.• Les lymphocytes B terminent leur maturation dans la moelle osseuse. Ceux qui reconnaissent de manière inappropriée des éléments du soi (protéines de l’organisme) sont éliminés, pour éviter des réactions auto-immunes. Les autres deviennent des lymphocytes B naïfs, prêts à rejoindre les organes lymphoïdes secondaires (ganglions, rate…). • Les lymphocytes T, eux, quittent la moelle osseuse à un stade immature pour migrer vers le thymus, un organe situé derrière le sternum. C’est là qu’ils achèvent leur maturation, en développant leur récepteur T spécifique, et qu’ils sont sélectionnés pour éviter toute auto-réactivité. Seuls les lymphocytes non auto-réactifs et capables d’interagir correctement avec les cellules présentatrices d’antigène (CPA) quittent les organes lymphoïdes primaires (moelle et thymus). Ces lymphocytes « naïfs » peuvent ensuite circuler dans le sang et la lymphe, prêts à être activés en cas de rencontre avec un antigène étranger. Cette étape de sélection est donc essentielle : elle garantit que le système immunitaire sera capable de reconnaître des éléments étrangers tout en respectant l’intégrité de l’organisme.

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Le système immunitaire a pour rôle de défendre l’organisme contre les agents pathogènes tout en respectant ses propres cellules. Cette tolérance immunitaire est essentielle : elle permet d’éviter que le système immunitaire ne déclenche une attaque contre les cellules saines de l’organisme. Cependant, lorsque cette tolérance est rompue, des lymphocytes auto-réactifs peuvent échapper à la sélection et devenir actifs. Ils reconnaissent alors des composants normaux du corps comme s’ils étaient étrangers, ce qui conduit à des maladies auto-immunes. Ces maladies peuvent impliquer les lymphocytes B, qui produisent alors des anticorps dirigés contre le soi (on parle d’auto-anticorps), ou les lymphocytes T, qui attaquent directement les cellules saines. Quelques exemples : • Polyarthrite rhumatoïde : des lymphocytes B produisent des auto-anticorps dirigés contre les membranes des articulations, entraînant une inflammation chronique. • Sclérose en plaques : les lymphocytes T attaquent la gaine de myéline des neurones dans le système nerveux central, perturbant la transmission de l’influx nerveux. • Diabète de type 1 : les lymphocytes T détruisent les cellules β du pancréas, responsables de la production d’insuline. • Lupus érythémateux disséminé : les lymphocytes B produisent des auto-anticorps contre de nombreuses structures cellulaires, affectant plusieurs organes. Ces pathologies montrent que les lymphocytes, pourtant garants de la protection du corps, peuvent devenir dangereux lorsqu’ils sont mal contrôlés. Les causes exactes de ces dérèglements sont multiples : facteurs génétiques, infections, déséquilibres hormonaux, environnementaux… et souvent combinés. Les traitements actuels visent à réduire l’activité anormale des lymphocytes (par immunosuppression) tout en essayant de préserver l’immunité normale, ce qui reste un défi médical majeur.

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Une fois activés, les LT CD8 subissent l’expansion clonale. Ces cellules se différencient en LT cytotoxiques effecteurs. Leur rôle est alors de repérer les cellules infectées (par un virus ou les cellules cancéreuses) : toute cellule de l’organisme exprime ses protéines internes à la surface grâce au CMH de classe I. Si ce complexe contient un antigène viral ou tumoral, le LT cytotoxique le reconnaît comme étranger. Le lymphocyte déclenche alors la mort programmée (apoptose) de la cellule cible, par la libération de substances telles que : • les perforines, qui percent la membrane cellulaire, • les granzymes, qui pénètrent dans la cellule et activent des enzymes de destruction. Ce mécanisme permet une élimination précise, rapide limitant la propagation des virus à d’autres cellules. Enfin, après la phase de destruction, une partie des LT cytotoxiques se transforme en lymphocytes mémoire CD8, assurant une protection rapide et durable en cas de nouvelle infection par le même agent.

Microphotographie électronique d'un lymphocyte TCD8 cytotoxique au contact d'une cellule infectée

L’activation d’un lymphocyte T naïf déclenche une réponse immunitaire adaptative spécifique, qui se déroule en trois grandes phases successives.1. Phase d’expansion clonale La reconnaissance spécifique de l’antigène déclenche une prolifération rapide du lymphocyte T activé : il se divise de nombreuses fois par mitose pour donner une armée de clones, tous capables de reconnaître le même antigène. Cette phase dure quelques jours et permet une montée en puissance rapide de la défense immunitaire spécifique. 2. Phase de contraction Une fois l’antigène éliminé (par destruction des cellules infectées, neutralisation des virus, etc.), la majorité des lymphocytes T activés meurent par apoptose. Cette réduction drastique de la population clonale évite une réponse excessive ou prolongée qui pourrait nuire à l’organisme. 3. Phase de mémoire Tous les lymphocytes ne disparaissent pas : une petite partie des cellules clonales se différencie en lymphocytes T mémoire. Ces cellules survivent longtemps, parfois plusieurs années, et restent en circulation dans l’organisme. Si le même antigène est rencontré à nouveau, ces lymphocytes mémoire réagiront beaucoup plus rapidement, avec une réponse plus intense et plus efficace que la première fois. C’est cette mémoire immunitaire qui est exploitée par la vaccination pour protéger durablement contre certains agents pathogènes.

Graphique de l'évolution du nombre de LT CD8 en fonction du temps après l'infection

Edward Jenner (1749-1823) administrant le virus de la variole en 1796 – Gaston Melingue

À la fin du XVIIIe siècle, Edward Jenner, médecin anglais, observe que les fermières ayant contracté la vaccine (une forme bénigne de variole transmise par les vaches) ne développent pas la variole humaine, beaucoup plus grave. Il émet l’hypothèse que le contact préalable avec un agent infectieux proche permettrait à l’organisme de se défendre plus efficacement lors d’un second contact.En 1796, il réalise une expérience décisive : 1. Il inocule du pus de vaccine à un jeune garçon, James Phipps. 2. Quelques semaines plus tard, il lui administre le virus de la variole humaine : l’enfant ne tombe pas malade. Cette première vaccination prouve que l’exposition à un agent pathogène affaibli ou proche peut induire une protection durable. Ce phénomène repose aujourd’hui sur la mise en place de lymphocytes mémoire, capables de réagir rapidement et efficacement lors d’un second contact.

Les plasmocytes sont les cellules effectrices issues de l’activation des lymphocytes B. Leur rôle central dans la réponse immunitaire adaptative est de produire massivement des anticorps, des protéines capables de neutraliser les agents pathogènes. Une fois activé, le lymphocyte B entre en prolifération clonale : il se multiplie pour former un clone de cellules toutes spécifiques du même antigène. Ces cellules se différencient ensuite en plasmocytes. Les plasmocytes s’installent dans les tissus (souvent la moelle osseuse ou les ganglions) et se mettent à sécréter des anticorps à un rythme très élevé, parfois plusieurs milliers par seconde. Ces anticorps circulent dans le sang et la lymphe. Grâce aux plasmocytes, la réponse humorale (via les anticorps circulants) permet donc une défense efficace contre les infections extracellulaires. Une fois l’infection maîtrisée, la plupart des plasmocytes meurent par apoptose, mais certains se conservent durablement comme plasmocytes à longue durée de vie, maintenant un faible taux d’anticorps protecteurs dans l’organisme. Par ailleurs, certains lymphocytes B activés deviennent des cellules mémoire, assurant une réponse plus rapide et plus puissante lors d’un futur contact avec le même antigène.

Microphotographie électronique de la différenciation d'un lymphocyte B en plasmocyte

Les lymphocytes T CD4, appelés aussi lymphocytes T auxiliaires, jouent un rôle central dans la réponse immunitaire adaptative. Ils ne détruisent pas directement les agents pathogènes, mais agissent comme des coordinateurs. Lorsqu’une cellule présentatrice d’antigène (comme une cellule dendritique) leur montre un fragment d’antigène associé à une molécule de CMH de classe II, les LT4 sont activés. Une fois activés, ils se multiplient (sélection clonale) puis se différencient en différentes sous-populations capables de produire des cytokines, de petites molécules de communication. Ces cytokines stimulent et orientent l’action des autres cellules immunitaires : • elles aident les lymphocytes B à se différencier en plasmocytes producteurs d’anticorps, • elles activent les lymphocytes T CD8 pour qu’ils deviennent des cellules tueuses capables d’éliminer les cellules infectées, • elles renforcent l’efficacité des phagocytes (comme les macrophages). Ainsi, les LTCD4 sont indispensables pour déclencher et amplifier la réponse immunitaire spécifique. Sans eux, les autres acteurs du système immunitaire adaptatif seraient beaucoup moins efficaces.

Les lymphocytes T CD8+ (ou T cytotoxiques) reconnaissent les cellules infectées grâce aux complexes antigène-CMH de classe I présentés à leur surface. Une fois activés, ils déclenchent l’apoptose de la cellule cible. Ils libèrent pour cela des perforines qui percent la membrane cellulaire et des granzymes qui activent des enzymes responsables de la mort programmée. Cette action évite la libération incontrôlée de virus ou de bactéries, car la cellule est détruite de manière contrôlée. Ce mécanisme permet d’éliminer sélectivement les cellules déjà infectées par un agent intracellulaire.

La phagocytose est assurée par des cellules spécialisées comme les macrophages, les monocytes ou les polynucléaires neutrophiles. Ces cellules reconnaissent, ingèrent et digèrent des particules étrangères ou des agents pathogènes marqués par des anticorps ou par le complément. Le processus se déroule en plusieurs étapes : adhésion de la particule, internalisation dans une vacuole appelée phagosome, fusion avec les lysosomes contenant des enzymes hydrolytiques, et destruction du pathogène. La phagocytose contribue directement à l’élimination des agents infectieux et permet également de présenter des fragments antigéniques aux lymphocytes, renforçant ainsi la réponse adaptative.

Les anticorps, ou immunoglobulines, sont sécrétés par les plasmocytes issus de l’activation des lymphocytes B. Ils circulent dans le sang et la lymphe et se fixent spécifiquement sur les antigènes des agents pathogènes. Leur action repose sur plusieurs mécanismes : neutralisation directe des toxines ou virus, agglutination des agents infectieux, activation du complément (cascade de protéines conduisant à la destruction des pathogènes) et facilitation de la phagocytose par opsonisation. Les anticorps assurent donc une élimination efficace des agents pathogènes extracellulaires. 1) Les anticorps (A) et les agents pathogènes (B) se déplacent librement dans le sang. 2) Les anticorps se lient aux agents pathogènes et peuvent le faire dans différentes formations telles que : opsonisation (2a), neutralisation (2b) et agglutination (2c). 3) Un phagocyte (C) s'approche du pathogène et la région Fc (D) de l'anticorps se lie à l'un des récepteurs Fc (E) sur le phagocyte. 4) La phagocytose survient lorsque le pathogène est ingéré.

Schéma d'une opsonisation

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