T3_C2_Le fonctionnement du système immunitaire humain
Le système immunitaire est constitué d'organes, de cellules et de molécules qui coopèrent pour assurer l’immunité de l'organisme et contribuer ainsi à sa santé. L’immunité est un ensemble de mécanismes intégrés visant à protéger l’organisme des agents infectieux, des cellules cancéreuses ou des dommages tissulaires. Tous les êtres vivants ont des systèmes de défense adaptés à leurs caractéristiques et leurs besoins. Chez les animaux, ces systèmes comprennent des dispositifs de surveillance qui fonctionnent sans relâche et qui patrouillent dans tout l’organisme, ainsi que des mécanismes de réaction déclenchés par la perception d’un élément étranger ou la modification d’une cellule de l’organisme.
Ce système comprend deux étages de défenses aux stratégies différentes :
(1) l’immunité́ innée, la première à s’être mise en place aux cours de l’évolution, chez
l’ancêtre commun des animaux ;
(2) l’immunité́ adaptative qui apparaît chez les vertébrés, s’ajoute et se combine à l’immunité innée.
Les capacités immunitaires d’un individu évoluent au cours de sa vie suite au contact avec différents antigènes. Elles faiblissent chez les personnes âgées. Elles peuvent être enrichies dès l’enfance et pendant toute la vie grâce à l'aide de vaccins, de sérums, de transplantations et autres interventions médicales préventives ou curatives.
T3_C2_1_L’immunité innée
Objectifs : à partir d’un exemple, distinguer le déclenchement d'une réaction immunitaire et l'importance de la réaction inflammatoire.
Connaissances
L'immunité innée existe chez tous les animaux.
Elle opère sans apprentissage préalable. Elle est génétiquement déterminée et présente dès la naissance.
Elle repose sur des mécanismes de reconnaissance et d'action très conservés au cours de l'évolution : une dizaine de types cellulaires différents munis de récepteurs de surface pour la reconnaissance de motifs étrangers partagés par de nombreux intrus et une centaine de molécules circulantes (interleukines pour la communication entre cellules).
Très rapidement mise en œuvre et présente en tout point de l’organisme, l'immunité innée est la première à intervenir lors de situations variées (atteintes des tissus, infection, cancérisation). C'est une première ligne de défense immunitaire qui agit d'abord seule puis se prolonge pendant toute la réaction immunitaire.
La réaction inflammatoire est essentielle. Elle traduit l’accumulation de molécules et de cellules immunitaires au lieu d’infection ou de lésion. Aigüe, elle présente des symptômes stéréotypés (rougeur, chaleur, gonflement, douleur).
Elle prépare le déclenchement de l'immunité adaptative.
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| Réaction inflammatoire : comparaison entre une peau saine (C) et une peau inflammée (D et E) : on remarque l'augmentation du nombre de cellules : les leucocytes. Sous l'effet des messagers chimiques interleukines, les granulocytes circulants dans la lymphe et le sang se collent à la paroi des vaisseaux sanguins et migrent par diapédèse dans les tissus infectés. L'action vasodilatateur des histamines, rend les vaisseaux perméables : gonflement, rougeur et chaleur accompagnent la réaction immunitaire, c'est l'inflammation. |
Notions fondamentales : organes lymphoïdes, macrophages, phagocytose, médiateurs chimiques de l'inflammation, interleukines, récepteurs de surface, réaction inflammatoire, médicaments anti-inflammatoires.
Capacités
- Recenser, extraire et exploiter des informations, sur les cellules et les molécules impliquées dans la réaction inflammatoire aiguë.
- Observer et comparer une coupe histologique ou des documents en microscopie avant et lors d'une réaction inflammatoire aiguë.
- Observer la phagocytose par des cellules immunitaires (macrophages).
- Recenser, extraire et exploiter des informations, y compris expérimentales, sur les effets
de médicaments antalgiques et anti-inflammatoires.
T3_C2_2_L’immunité adaptative
Objectifs : Par l’étude d’un cas d'une infection virale (par exemple la grippe), comprendre comment se mettent en place les défenses adaptatives et comment, en collaboration avec les défenses innées, elles parviennent à l'élimination du virus. Par cette étude, signaler le mode d'action du VIH.
Connaissances
L'immunité adaptative complète l’immunité innée chez les vertébrés.
Elle assure une action spécifique contre des motifs moléculaires (antigènes) portés par des agents infectieux (virus, bactérie) ou des cellules anormales (cellules infectées par un virus, cellules cancéreuses). Elle met en jeu des molécules et des cellules particulières, notamment les anticorps et les cellules qui les produisent (Lymphocytes B transformés en Plasmocytes).
Associée à l’immunité innée, elle réussit le plus souvent à éliminer la cause du déclenchement de la réaction immunitaire.
La réaction immunitaire adaptative doit prendre en compte une grande diversité d’agents pathogènes, leur variabilité et leur évolution. Cela soulève un paradoxe : pour lutter contre cette immense diversité d’agents immunogènes, elle devrait mettre en jeu beaucoup plus de gènes que n’en porte le génome humain (seulement 23 000 gènes).
Deux principaux mécanismes particuliers engendrent des combinatoires immenses de gènes et de protéines composites notamment dans le cas des anticorps :
(1) recombinaison de segments de gènes exprimant les parties constantes et variables des chaînes lourdes et légères des immunoglobulines ;
(2) assemblage des chaînes polypeptidiques lourdes et légères.
Ces mécanismes aléatoires engendrent une diversité telle que tous les antigènes possibles sont en principe reconnaissables. Cependant, les cellules immunitaires et anticorps ne doivent pas reconnaître les cellules et molécules de l'organisme (le "soi"), mais seulement les étrangères (le "non-soi").
Dans la diversité produite, une première sélection élimine ce qui est incompatible avec le soi, évitant des réactions immunitaires qui se déclencheraient contre des parties saines de l'organisme. Les cellules restantes de l'immunité adaptative circulent dans un état dormant dans le sang et dans la lymphe.
L'immunité adaptative peut-être divisée en trois voies d'action :
Voie 1 : Antigène+anticorps sur Lymphocyte B > Plasmocyte > anticorps dans sérum > complexe immun > phagocytose par Macrophage.
Voie 2 : Antigène+ CMH sur CPA > Lymphocyte T CD8 > Lymphocyte cytotoxique > Apoptose de la cellules anormales
Voie 3 : Antigène+CMH sur CPA > Lymphocyte T CD4 > Lymphocyte auxiliaire > interleukines (IL) > stimulation de toutes les cellules de l'immunité adaptative (LB, LT CD4 et CD8, LTc, LTa, Plasmocyte)
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| L'immunité adaptative : Trois voies découpées en 4 étapes. |
D'une manière générale, ces 3 voies de l'immunité adaptative se décompose en 4 étapes :
Etape 1 : La sélection clonale : quelques-unes des cellules sont activées après une première rencontre avec un antigène particulier.
Etape 2 : L' amplification clonale augmente le nombre de cellules immunitaires sélectionnées (LB, LT CD4, LT CD8),
Etape 3 : La différenciation clonale transforme les clônes en cellules effectives (Plasmocytes, LTc, LTa) ou en cellule mémoire, ce qui expliquent le délai plus long de la réaction adaptative (plusieurs jours chez l’être humain).
L’immunité adaptative met en place des cellules mémoire à longue durée de vie. Ces cellules permettent une réponse secondaire à l'antigène plus rapide et quantitativement plus importante qui assure une protection de l'organisme vis-à-vis de cet antigène. C’est le fondement de la vaccination.
Etape 4 : La phase effective de stimulation de la réponse immunitaire par les ILs issues des LTa et de secrétion d'Anticorps par les Plasmocytes et neutralisation (complexe immun) et destruction des agents pathogènes (apoptose ou phagocytose) par les LTc et autres leucocytes.
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| Microphotographies de l'apoptose (MEB) |
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| Mécanisme moléculaire de l'apoptose d'une cellule infectée |
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Le système immunitaire n’est pas un organe isolé ou un appareil biologique dans l’organisme ; il est diffus (molécules, cellules, organes (ganglions lymphatiques, rate, thymus,...) et interagit avec les différentes parties du corps (cerveau, intestins, microbiotes, etc.).
Notions fondamentales : cellules présentatrices de l'antigène, le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH), lymphocytes B, plasmocytes, immunoglobulines (anticorps), lymphocytes T CD4, lymphocytes T auxiliaire, lymphocytes T CD8, lymphocytes T cytotoxiques ; sélection, amplification (expansion) et différenciation clonale.
Capacités
- Recenser, extraire et exploiter des informations historiques sur le principe de la vaccination et ses succès contre de grandes pandémies (variole, poliomyélite, etc.).
- Recenser, extraire et exploiter des informations sur la composition d’un vaccin et sur son mode d'emploi (rappel de vaccination).
- Modéliser et calculer le taux de couverture vaccinale efficace pour un vaccin (par exemple : rougeole).
- Montrer que certains vaccins permettent de lutter indirectement contre des cancers (hépatite B, HPV).
- Prendre conscience que la vaccination est une démarche dans laquelle le bénéfice collectif est très largement supérieur au risque vaccinal individuel.
- Recenser, extraire et exploiter des informations sur la manière dont sont obtenus des
anticorps monoclonaux.
- Recenser, extraire et exploiter des informations sur l’utilisation d’anticorps monoclonaux
dans le traitement des cancers (par exemple : sein et colon), y compris dans ses composantes économiques.
T3_C2_3_L’utilisation de l’immunité adaptative en santé humaine
Objectifs: Découvrir comment l’humanité utilise ses connaissances de l’immunité dans le domaine de la santé. La différence entre la vaccination, préventive, et l’immunothérapie (dont les vaccins thérapeutiques) est soulignée.
Acquérir les connaissances fondamentales sur la base biologique de la stratégie vaccinale préventive qui permet la protection de l'individu vacciné et de la population.
Comprendre que l'adjuvant du vaccin prépare l'organisme au déclenchement de la réaction adaptative liée au vaccin, un peu comme la réaction inflammatoire prépare la réaction adaptative naturelle.
Connaissances
La vaccination préventive induit une réaction immunitaire contre certains agents infectieux. L'injection de produits immunogènes mais non pathogènes (particules virales, virus atténués, etc.) provoque la formation d'un réservoir de cellules mémoire dirigées contre l'agent d'une maladie. L'adjuvant du vaccin aide à déclencher la réaction innée indispensable à l'installation de la réaction adaptative.
Cette vaccination préventive améliore les capacités de défense d'un individu dont le phénotype immunitaire est modelé au gré des expositions aux antigènes. Elle peut être appliquée à tout âge.
Dans une population, cette vaccination n’offre une protection optimale qu’au-delà d’un certain taux de couverture vaccinale, qui bloque la circulation de l’agent infectieux au sein de cette population. Cela résulte du fait que l’on peut porter et transmettre l’agent infectieux sans être soi-même malade (porteur sain).
Des procédés d’immunothérapie (vaccins thérapeutiques et anticorps monoclonaux) ont été développés pour lutter contre certains types de cancer, et de nombreux sont en cours de développement. C’est un champ de recherche aux implications sociétales importantes (médecine personnalisée).
Capacités
- Recenser, extraire et exploiter des informations, y compris expérimentales, sur les cellules et les molécules intervenant dans l'immunité́ adaptative.
- Estimer le nombre et la diversité des cellules et des molécules nécessaires à l’immunité adaptative. Insister sur la notion de combinatoire.
- Concevoir et réaliser une expérience permettant de caractériser la spécificité́ des molécules intervenant dans l'immunité́ adaptative.
- Concevoir et réaliser des expériences permettant de mettre en évidence les immunoglobulines lors de la réaction immunitaire.
