Fiche explicative de la leçon: Réponse immunitaire spécifique : anticorps Biologie • Troisième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire le processus d’expansion clonale et de formation d’anticorps en réponse à un antigène.

L’immunité acquise ou spécifique peut être considérée comme une « troisième ligne de défense » lorsqu’il s’agit de lutter contre les agents pathogènes et les maladies. La première ligne de défense désigne les barrières présentes dans l’organisme, qui sont spécialisées pour empêcher les agents pathogènes et les corps étrangers de pénétrer. La deuxième ligne de défense est la réponse immunitaire non spécifique impliquant l’inflammation, les cellules phagocytaires et certains éléments du système du complément.

Les première et deuxième lignes de défense font toutes deux partie du système immunitaire inné. L’immunité innée réagit de la même manière à chaque infection ou menace potentielle et correspond à l’immunité avec laquelle vous êtes né.

Si une infection ou un agent pathogène réussit à passer ces deux lignes de défense et perdure dans l’organisme pendant un certain temps, c’est alors le système immunitaire acquis qui intervient. L’immunité acquise est également appelée « immunité spécifique » ou « immunité adaptive » car c’est le système immunitaire qui crée une réponse spécifique à l’agent pathogène qui doit être éliminé. L’immunité acquise est l’immunité que vous développez ou obtenez au fil du temps. Un schéma illustrant la réponse combinée de l’immunité innée et acquise est illustrée dans la figure 1.

Le système immunitaire acquis est souvent divisé en deux catégories : l’immunité cellulaire et l’immunité humorale. L’immunité à médiation cellulaire correspond à l’immunité par des cellules T, car elle repose principalement sur l’action de lymphocytes T cytotoxiques.

L’immunité humorale correspond à l’immunité des cellules B car elle repose principalement sur l’action des lymphocytes B, un type de cellule qui produit des protéines appelées anticorps. L’immunité humorale fait référence à l’immunité par anticorps. Cependant, les cellules B n’agissent pas seules et ont souvent besoin de l’aide de plusieurs autres types de lymphocytes pour construire une réponse immunitaire efficace.

Commençons par découvrir les lymphocytes B. Généralement, les lymphocytes B, aussi appelés cellules B, sont des lymphocytes qui atteignent leur maturité dans la moelle osseuse. Les cellules B ont une composition génétique particulière qui leur permet de fabriquer chacune un type différent de récepteur. Les gènes qui codent pour les récepteurs des lymphocytes B sont mélangés par recombinaison génétique de façon à produire aléatoirement de nombreuses variétés, comme vous pouvez le voir dans la figure 2 ci-dessous.

La figure 2 nous montre comment une seule cellule souche peut se différencier par recombinaison génétique en différents types de cellule B avec différents anticorps à la surface de leur membrane cellulaire.

Étant donné que les différents récepteurs des cellules B sont produits de manière aléatoire, il est important de s’assurer qu’ils ne réagissent pas avec les cellules corporelles normales. Ainsi, avant que les cellules B ne quittent la moelle osseuse, elles sont testées pour s’assurer qu’elles ne portent pas de récepteurs contre le « soi ». Les cellules B qui échouent à ce test sont éliminées.

Chaque lymphocyte B n’a qu’un seul type de récepteur à sa surface. Le récepteur est essentiellement un anticorps qui est incorporé dans la membrane des lymphocytes B. Les anticorps sont des protéines globulaires qui se lient à des substances que nous appelons des antigènes.

Un antigène est en fait tout ce qui peut se lier à un anticorps, et la plupart des antigènes déclenchent une réponse immunitaire. Les antigènes peuvent être des molécules à la surface des cellules, des agents pathogènes comme des bactéries ou des virus, ou d’autres substances comme des toxines ou des parasites.

Lorsque des anticorps sont attachés à la surface d’une cellule B naïve, c’est à dire pas encore activée, ils sont appelés récepteurs des lymphocytes B.

Exemple 1: Rappeler les caractéristiques des lymphocytes B

La figure montre un lymphocyte B avec des récepteurs anticorps (immunoglobulines) à sa surface membranaire.

Quelle affirmation n’est pas vraie ? 

1. Chaque cellule B aura un type différent de récepteur anticorps à sa surface.
2. Chaque cellule B ne possède qu’un seul type de récepteur anticorps qui se lie à un antigène spécifique.
3. Le récepteur antigène des cellules B a une structure similaire à un anticorps soluble.
4. La cellule B peut se lier à des antigènes extracellulaires et intracellulaires.
5. Le récepteur anticorps des cellules B est complémentaire à un antigène.

Réponse

Les cellules B, également appelées lymphocytes B, sont impliquées dans la réponse immunitaire spécifique, aussi appelée réponse acquise ou adaptive. Cette réponse immunitaire se compose souvent d’une immunité humorale et d’une immunité cellulaire. L’immunité humorale repose sur l’action des cellules B et est plus efficace contre les agents pathogènes extracellulaires, tandis que l’immunité cellulaire repose sur l’action des cellules T cytotoxiques et est efficace contre les agents pathogènes intracellulaires. Les deux types d’immunité acquise agissent simultanément pour lutter contre les infections.

Les cellules B ont une composition génétique particulière. Les gènes des anticorps sont mélangés par un type particulier de recombinaison génétique de sorte que de nombreuses variétés d’anticorps sont produites. Cela signifie que chaque cellule B a un anticorps différent à sa surface cellulaire, appelé un récepteur des lymphocytes B, et que chaque cellule B a seulement un type d’anticorps à sa surface.

Les anticorps sont des protéines globulaires qui se lient à des substances que nous appelons des antigènes. Chaque anticorps ne se lie qu’à un type d’antigène. Un antigène est simplement tout ce qui peut se lier à un anticorps, et la plupart des antigènes déclenchent une réponse immunitaire. Les antigènes peuvent être des molécules à la surface d’agents pathogènes tels que des bactéries ou des virus, ou d’autres substances telles que des toxines ou des parasites. Les anticorps et les récepteurs des lymphocyte B ne peuvent se lier qu’avec des antigènes extracellulaires, qui se trouvent à l’extérieur des cellules.

Cela nous indique que l’affirmation qui n’est pas vraie à propos des lymphocytes B est que les cellules B peuvent se lier à des antigènes extracellulaires et intracellulaires.

Lorsqu’un agent pathogène, tel qu’une bactérie ou un virus, pénètre dans l’organisme et commence à se multiplier, la première étape de l’immunité humorale est de trouver une cellule B avec des anticorps qui peuvent se lier aux antigènes du pathogène. Une fois qu’une cellule B entre en contact avec un antigène complémentaire à son récepteur, elle arrive à maturité et devient activée, et n’est plus qualifiée de naïve.

Le système immunitaire facilite ce processus de plusieurs façons. Certaines cellules phagocytaires transportent des éléments du pathogène à leur surface cellulaire. Ces cellules, telles que les neutrophiles et les macrophages, engloutissent le pathogène par un processus appelé phagocytose, un type d’endocytose. Ils décomposent ensuite le pathogène et présentent à leur surface cellulaire des parties reconnaissables, les antigènes, attachés à des protéines spéciales appelées le complexe majeur d’histocompatibilité, ou CMH.

Les cellules qui sont capables de présenter des antigènes à d’autres cellules du système immunitaire sont appelées cellules présentatrices d’antigènes, ou CPA. Une illustration d’une CPA phagocytaire est représentée dans la figure 3.

Ces cellules se déplacent jusqu'aux ganglions lymphatiques du système immunitaire, où elles interagissent avec les lymphocytes qui s’y trouvent, notamment les lymphocytes B. Alternativement, l’agent pathogène peut lui-même être présent dans le liquide lymphatique ou dans le sang qui est filtré à travers le ganglion lymphatique, et ainsi entrer en contact avec des cellules immunitaires.

Lorsque l’anticorps à la surface d’une cellule B se lie avec un antigène qu’il reconnaît, la cellule B est alors activée. Cette activation peut se produire des deux manières décrites, dont l’une est illustrée dans la figure 4 ci-dessous.

Certains lymphocytes B sont simplement activés par la présence d’un antigène complémentaire, comme vous pouvez le voir dans la figure 4 ci-dessus. Une fois que les lymphocytes B se lient avec un antigène qui correspond à leur anticorps, ils sont activés et se différencient en ce que nous appelons des plasmocytes. Ces cellules se multiplient rapidement et produisent de grandes quantités d’anticorps, qui sont sécrétés dans les fluides corporels.

Certains lymphocytes B dépendent d’une activation par des lymphocytes T. Dans ce cas, l’anticorps, ou le récepteur des lymphocytes B, reconnaît l’antigène compatible, qui déclenche l’engloutissement de l’antigène par la phagocytose. L'antigène est ensuite décomposé et des morceaux sont attachés à une molécule appelée CMH, qui signifie complexe majeur d'histocompatibilité. Le CMH attaché à l’antigène est ensuite présenté à la surface du lymphocyte B. Un schéma illustrant un lymphocyte T auxiliaire interagissant avec une cellule B est illustré dans la figure 5.

Les cellules T appelées lymphocytes T auxiliaires ont des récepteurs qui reconnaissent et se lient à ce complexe antigène-CMH. Les lymphocytes T auxiliaires sont caractérisés par un marqueur de surface cellulaire appelé CD4. Ils ont aussi ce qu’on appelle les récepteurs des lymphocytes T. Ces récepteurs ainsi que les molécules de surface CD4 des lymphocytes T reconnaissent ensemble le complexe antigène-CMH à la surface des cellules B et s’y attachent, ce qui active les cellules T auxiliaires.

Les lymphocytes T auxiliaires activés libèrent à leur tour des cytokines appelées interleukines qui complètent l’activation des lymphocytes B. Cela active complètement la cellule B, qui commence alors à se diviser. Certaines des cellules B activées se différencient pour devenir des plasmocytes. Ces plasmocytes se multiplient rapidement et sécrètent de grandes quantités d’anticorps. La cellule T activée commence également à se multiplier afin d’activer davantage de cellules B.

Les lymphocytes T auxiliaires peuvent également être activés par des antigènes présentés dans un complexe antigène-CMH à la surface d’autres cellules phagocytaires, telles que les macrophages. Ces cellules T libèrent ensuite des interleukines qui peuvent activer des cellules B ayant des anticorps liés à un antigène. Les interleukines activent également d’autres cellules immunitaires, telles que les lymphocytes T cytotoxiques. De cette manière, les lymphocytes T auxiliaires jouent un rôle dans l’immunité à la fois humorale et cellulaire.

Lors du processus d’activation des cellules B, seules les cellules B qui possèdent des anticorps capables de se lier aux antigènes de l’agent pathogène infectant l’organisme sont activées par les cytokines. Nous appelons cela la sélection clonale, qui est illustrée dans la première étape de la figure 6 avec la cellule B activée.

Les cellules B activées se différencient en cellules effectrices appelées plasmocytes et se multiplient rapidement, et possèdent le même anticorps que la cellule B activée initiale. Nous appelons ce processus l’expansion clonale. Vous pouvez voir l’expansion clonale se produire avec le lymphocyte B activé en haut de la figure 6 qui prolifère par mitose.

Ces deux termes viennent du fait qu’un variant d’une cellule B est choisie ou sélectionnée. Ensuite, elle se divise plusieurs fois, c’est à dire que sa population augmente. Toutes les cellules suivantes sont des clones de la première cellule et produisent le même anticorps.

Chaque pathogène possède souvent différentes molécules de surface comme antigènes. Dans ce cas, plusieurs types de cellule B peuvent être activés pour l’expansion clonale, de sorte que plus d’un type d’anticorps est généré contre le pathogène.

Le processus de sélection clonale et d’expansion des cellules B explique l’origine des anticorps. Les anticorps sont des protéines présentes à la surface des lymphocytes B qui, une fois activées, sont produites en grandes quantités et libérées dans le sang et la lymphe. Répondons maintenant à la question qui demande comment les anticorps permettent au système immunitaire de lutter contre les infections.

Une fois que la bonne cellule B est activée, elle se différencie en ce que nous appelons un plasmocyte. Ce plasmocyte est un type de cellule B effectrice qui produit et sécrète les mêmes anticorps qu’elle avait à sa surface lorsque c’était une cellule B. Cet anticorps sécrété est parfois appelé un anticorps soluble. Le plasmocyte se multiplie rapidement, créant ainsi plus de cellules qui fabriquent le même anticorps. Les cellules effectrices sont des cellules qui répondent activement à un stimulus et initient un changement. Ces plasmocytes produisent ces anticorps solubles en grande quantité et les libèrent dans la circulation sanguine.

Les anticorps solubles se lient aux antigènes extracellulaires là où ils les trouvent. Cela peut être à la surface de l’agent pathogène ou à la surface des cellules hôtes infectées. Les anticorps ne peuvent pas pénétrer dans les cellules car ce sont des protéines relativement grosses. Les anticorps ne sont efficaces que contre les antigènes extracellulaires, ou les antigènes situés sur les cellules hôtes.

Généralement, les anticorps sont très spécifiques. Chaque anticorps ne se lie qu’avec un seul type d’antigène. Cependant, les anticorps sont extrêmement bien adaptés pour détruire et éliminer tout élément portant les antigènes auxquels ils se fixent. C’est pourquoi les anticorps ciblant les antigènes « du soi » sont très dangereux, il faut donc que les cellules B immatures soient filtrées et sélectionnées avec soin.

Regardons quelques-unes des nombreuses façons dont les anticorps luttent contre les infections.

Les anticorps fixés à la surface d'un agent pathogène provoquent l'engloutissement de ce dernier par les macrophages. Si l’agent pathogène est soluble, par exemple, un type de toxine, les anticorps peuvent le rendre insoluble. Ce processus s’appelle la précipitation. Elle facilite l’identification et la phagocytose de l’agent pathogène par les macrophages.

Les anticorps peuvent également provoquer la coagulation des agents pathogènes dans le sang, un processus appelé agglutination, qui les rend plus faciles à localiser et à détruire. Les anticorps peuvent déclencher le système du complément pour créer un complexe chimique qui peut lyser la membrane cellulaire de l’agent pathogène. L'agent pathogène meurt en se désagrégeant en petites parties qui sont éliminées par les phagocytes.

Enfin, les anticorps peuvent neutraliser un pathogène, tel qu’un virus, en recouvrant sa surface et en l’empêchant de pénétrer dans les cellules pour les infecter, ou en l’empêchant de libérer son matériel génétique une fois à l’intérieur.

Une fois que notre système immunitaire a répondu à une infection initiale, comment pouvons-nous conserver cette immunité aux mêmes agents pathogènes s’ils infectent à nouveau notre corps ? 

Les lymphocytes B activés se différencient en plasmocytes, qui peuvent produire et sécréter de grandes quantités d’anticorps nécessaires pour combattre l’infection. Les cellules B activées se différencient également en ce que nous appelons les lymphocytes B à mémoire. La figure 7 illustre comment les lymphocytes B se différencient en plasmocytes et en lymphocytes B à mémoire.

Les lymphocytes B à mémoire ne sécrètent pas d’anticorps. Ils ont des anticorps à leur surface cellulaire, comme les cellules B naïves. Les lymphocytes B à mémoire sont des cellules dormantes qui vivent dans le système immunitaire. Ces cellules sont spécialisées pour avoir une durée de vie particulièrement longue. Elles sont adaptées pour permettre au système immunitaire de répondre plus rapidement à une deuxième infection par le même agent pathogène.

Notre organisme fabrique des lymphocytes à mémoire car si un organisme est exposé une fois à un pathogène, il est susceptible de le rencontrer à nouveau. La présence de lymphocytes à mémoire signifie que, lors d’une deuxième ou d’une subséquente exposition, le système immunitaire peut réagir plus rapidement, sans que l’on ne s’en aperçoit ou que l’on tombe malade pendant le processus.

Les réponses immunitaires humorale et cellulaire sont souvent décrites séparément, mais elles se produisent simultanément dans l’organisme. De nombreux aspects de la réponse immunitaire humorale ont un impact sur la réponse cellulaire, et inversement. Ces deux types de réponse immunitaire sont les deux facettes du système immunitaire spécifique, ou acquis.