Vidéo de la leçon: Structure et fonction des anticorps Biologie

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à distinguer un antigène d’un anticorps et à décrire la structure d’un anticorps. Nous apprendrons ensuite les mécanismes utilisés par les anticorps pour limiter les effets des agents pathogènes et des toxines.

Imaginez que vous ayez comme superpouvoir la vision au microscope électronique. Grâce à votre superpouvoir, vous pouvez voir que presque toutes les surfaces, y compris votre propre peau, sont couvertes de substances microscopiques, telles que des virus, des champignons et des bactéries. La grande majorité de ces microbes sont inoffensifs ou même bénéfiques, mais un petit nombre peut causer des maladies. Nous appelons ce type d’organisme ou d’agent biologique un agent pathogène. Heureusement, notre système immunitaire nous défend contre les substances étrangères ou du «non-soi», qui comprennent non seulement des agents pathogènes, mais aussi des allergènes et les corps étrangers, par exemple les échardes. Il peut même nous défendre contre des substances du soi nocives, comme des cellules cancéreuses.

Lorsque le système immunitaire détecte une menace, qu’elle soit une substance du non-soi ou une substance du soi potentiellement dangereuse, il peut réagir par deux types de voies: la voie non spécifique, parfois appelée réponse innée, ou la voie spécifique, parfois appelée réponse adaptative. La réponse non spécifique est utilisée pour se défendre rapidement contre presque tous les types de menaces. Quelques exemples de réponses non spécifiques sont les barrières physiques, telles que la peau, ou la réponse inflammatoire. La réponse spécifique est déclenchée lorsque la menace est un antigène. La réponse spécifique initiale ou principale peut être assez lente et prendre jusqu’à deux semaines. Mais elle produit des cellules B spéciales, ou lymphocytes B, appelés cellules à mémoire. Les cellules sont dites «à mémoire» parce qu’elles créent une mémoire immunologique à un antigène particulier. Ainsi, si elles rencontrent le même antigène à une date ultérieure, la réponse secondaire est rapide et puissante.

Un exemple de réponse spécifique est l’immunité humorale. Bien que les médecins ne manquent pas d’humour, le terme «humorale» fait référence aux fluides corporels. Lors de la réponse humorale, des protéines appelées anticorps, ou immunoglobulines, ciblent des antigènes et les fluides corporels extracellulaires, y compris le plasma, la lymphe et la salive. Un anticorps est une protéine globulaire produite par les lymphocytes B. Les anticorps qui se lient à des antigènes spécifiques forment la première étape de la réponse humorale.

Voyons maintenant de plus près ces deux types de molécules, en commençant par les antigènes. Les antigènes se trouvent à la surface de presque toutes les cellules, mais un système immunitaire sain ne réagit généralement pas à ses propres antigènes. Ceux-ci sont appelés antigènes du soi, et ils comprennent les antigènes présents sur les globules rouges, qui déterminent notre groupe sanguin. En revanche, un système immunitaire sain réagit aux antigènes étrangers ou du non-soi, y compris ceux retrouvés à la surface des agents pathogènes ou des tissus étrangers. Les allergènes, comme le pollen ou le blanc d’œuf, peuvent également agir comme des antigènes étrangers, tout comme les toxines, qui sont des substances nocives produites par certains organismes vivants.

Le terme «antigène» est en fait une abréviation de l’expression «générateur d’anticorps», antibody generator en anglais, car lorsqu’un antigène est reconnu par une cellule immunitaire il déclenche la production d’anticorps. Les anticorps sont présents soit à la surface des cellules B, où ils sont souvent appelés immunoglobulines, soit circulant dans les fluides corporels, y compris le plasma, la lymphe et la salive. Une seule cellule B peut avoir jusqu’à 100000 anticorps à sa surface. Mais tous les anticorps sur une cellule B particulière sont identiques, ce qui signifie qu’ils ne peuvent se lier qu’à un seul antigène spécifique, une caractéristique appelée liaison complémentaire. Parce que chacune des quelque un billion de cellules B dans le corps humain produit un anticorps unique, cela permet à notre système immunitaire de répondre à une incroyable diversité d’antigènes.

Quand une immunoglobuline de surface sur une cellule B reconnaît un antigène spécifique, la cellule B est activée pour subir plusieurs cycles de mitose, ce qui entraîne un grand nombre de cellules plasmatiques, ou plasmocytes. Ce sont ces plasmocytes qui servent comme générateurs d’anticorps, ils produisent et sécrètent des anticorps complémentaires à l’antigène qui a activé la réponse. Ces anticorps sécrétés circuleront ensuite dans un fluide extracellulaire afin de cibler le même antigène.

Maintenant, regardons de plus près la structure d’un anticorps pour voir comment il réalise une liaison complémentaire avec un antigène spécifique. Les anticorps sont des protéines en forme de Y, avec trois régions globulaires distinctes. Cette forme globulaire est un exemple du concept biologique clé selon lequel la structure détermine la fonction. La forme globulaire maintient les parties hydrophobes ou non solubles dans l’eau vers le centre du globe tout en maintenant les parties hydrophiles ou solubles dans l’eau vers l’extérieur. Cette structure permet aux anticorps d’être solubles dans l’eau, ce qui, à son tour, détermine leur fonction: circuler librement dans les fluides corporels pour lutter contre les infections.

La structure de base d’un anticorps se compose de quatre chaînes polypeptidiques: deux chaînes lourdes identiques, représentées en orange, et deux chaînes légères identiques, représentées en rose. Les chaînes sont maintenues ensemble par des ponts disulfures, indiqués en vert, ce qui entraîne la forme caractéristique en Y. Les chaînes lourdes et légères ont toutes deux un domaine constant, représenté dans les zones avec des points roses et orange. Les domaines constants sont composés de séquences d’acides aminés identiques. Chaque chaîne a également un domaine variable, représenté dans la zone avec des bandes roses et orange.

Les domaines variables sont composés de différentes séquences d’acides aminés. Au bout de chaque domaine variable se trouve un site de liaison à l’antigène. Et c’est la structure unique de ce site de liaison à l’antigène qui détermine l’antigène auquel l’anticorps pourra se lier. Les deux sites de liaison à l’antigène sur un anticorps donné sont identiques, ce qui signifie que chaque anticorps peut se lier à deux antigènes identiques simultanément. À la base de l’anticorps se trouve un site de liaison au récepteur, qui permet à un complexe antigène-anticorps de se lier à une variété de cellules immunitaires. Avant d’entrer dans plus de détails sur la fonction des anticorps, il est important de noter qu’ils ne détruisent pas directement les substances du non-soi ou du soi potentiellement dangereuses, telles que les cellules cancéreuses. À la place, leur fonction est de limiter les effets nocifs de ces substances tout en facilitant d’autres processus du système immunitaire.

Une des façons dont les anticorps font cela est l’opsonisation. Les opsonines sont des protéines qui se lient à la surface des particules ou des cellules, et les anticorps sont des opsonines qui se lient aux agents pathogènes. Lorsque de nombreux anticorps se lient à la surface d’un pathogène, cela crée une sorte de marquage chimique, marquant le pathogène pour qu’il soit détruit par d’autres processus immunitaires. Cela se produit parce que la formation d’un complexe antigène-anticorps à la surface d’un agent pathogène rend les sites de liaison du récepteur sur les anticorps plus accessibles à d’autres cellules immunitaires, par exemple, les macrophages, qui ont des récepteurs à anticorps à leur surface.

L’opsonisation avec un macrophage conduit à un processus appelé phagocytose. Phago- est un préfixe grec qui signifie manger et cyto- fait référence à une cellule, ce qui nous indique que la phagocytose se produit quand une cellule mange une autre cellule ou particule en l’engloutissant dans sa membrane plasmique, puis en fusionnant la vésicule résultante avec des organites appelés lysosomes. Les lysosomes sont des organites qui contiennent des enzymes digestives. Lorsque les lysosomes libèrent ces enzymes, représentées ici par de petits points verts, elles dégradent ou décomposent le pathogène à l’intérieur de la vésicule. Les restes dégradés de l’agent pathogène peuvent alors être évacués de la cellule en tant que déchet.

En plus de marquer un agent pathogène ou une substance étrangère pour être détruit, la formation d’un complexe antigène-anticorps peut bloquer les sites de liaison sur un agent pathogène, l’empêchant ainsi d’entrer dans une cellule hôte. Ceci est appelé neutralisation. Et c’est un autre moyen d’action des anticorps pour limiter les effets nocifs des agents pathogènes. Pour qu’un virus pénètre dans une cellule hôte, il doit d’abord se lier à un récepteur situé à sa surface. Le virus est ensuite introduit dans la cellule et forme une structure appelée endosome. À l’intérieur de l’endosome, les membranes virale et hôte fusionnent, ce qui permet la libération du matériel génétique du virus dans la cellule hôte. Cependant, si un anticorps neutralisant se lie au virus, il empêche le virus de se lier au récepteur de la cellule hôte. Dans certains cas, le virus peut toujours entrer dans la cellule hôte. Mais la présence d’anticorps neutralisants bloque la fusion de l’hôte et des membranes virales, empêchant ainsi la libération du matériel génétique du virus. Une fois qu’un virus a été neutralisé par un anticorps, il finira par être marqué pour être phagocyté.

La neutralisation peut aussi avoir lieu grâce à des anticorps spéciaux appelés antitoxines. Vous vous rappelez peut-être que les toxines sont des substances nocives produites par certains organismes vivants. Les toxines peuvent pénétrer dans le corps directement par inhalation, ingestion, injection ou absorption par la peau ou les muqueuses. Les toxines peuvent également être produites par un agent pathogène après qu’il est entré dans un hôte. Lorsque les toxines produites par un agent pathogène se lient aux récepteurs de toxines de la membrane de la cellule hôte, elles peuvent pénétrer dans la cellule, l’endommager ou même la tuer. Mais si les antitoxines se lient d’abord aux toxines, cela les empêche de se lier aux récepteurs de la cellule hôte, évitant ainsi les dommages ou la mort cellulaires.

Les antitoxines sont d’importance médicale, car elles peuvent être produites commercialement pour le traitement de maladies causées par des toxines. Par exemple, les spores de la bactérie Clostridium botulinum produisent une puissante neurotoxine. Si de la nourriture contenant ces spores est consommée, la neurotoxine peut entraîner la maladie appelée botulisme. S’il n’est pas traité, le botulisme peut entraîner une insuffisance respiratoire, une paralysie et même la mort. L’antitoxine botulique peut être utilisée pour prévenir ou traiter le botulisme. Elle est également stockée par les gouvernements de certains pays, au cas où la bactérie serait utilisée dans une attaque de bioterrorisme.

L’agglutination décrit comment les agents pathogènes porteurs de complexes antigène-anticorps peuvent s’agglutiner. La formation d’agrégats est possible car un anticorps a deux sites de liaison à l’antigène identiques, ce qui permet au même antigène d’être lié sur deux agents pathogènes distincts et d’agréger les agents pathogènes. Bien que tous les types d’anticorps soient capables d’agglutiner les agents pathogènes, certains types sont particulièrement efficaces. Par exemple, un type d’anticorps appelé immunoglobuline M, ou IgM pour faire court, forme naturellement des pentamères (groupes de cinq protéines). Les 10 sites de liaison à l’antigène résultants sur chaque pentamère signifient que les IgM peuvent facilement agglutiner de nombreux agents pathogènes en gros agrégats. La formation d’agrégats ralentit la propagation de l’agent pathogène dans le corps et accélère la phagocytose en permettant aux macrophages d’engloutir plusieurs agents pathogènes à la fois.

L’agglutination peut être utilisée pour déterminer rapidement le groupe sanguin en mélangeant le sang du patient avec des anticorps anti-A et anti-B. Les anticorps anti-A se lient aux antigènes A, qui se trouvent à la surface de certains globules rouges, tandis que les anticorps anti-B se lient aux antigènes B. Après avoir ajouté le sang du patient aux deux tubes, nous pouvons voir qu’il n’y a pas eu d’agglutination dans le tube anti-A, alors que l’agglutination s’est produite dans le tube anti-B, ce qui indique que les globules rouges du patient ne produisent que les antigènes B, donc son le groupe sanguin est B. Parce que les anticorps sont solubles, ils se trouvent généralement en solution et ne sont pas visibles. Certains antigènes sont également solubles. Cependant, dans de bonnes conditions, les complexes antigène-anticorps peuvent s’agréger pour former un genre de treillage insoluble. Nous appelons ce produit insoluble visible un précipité, et le processus de formation d’un précipité par liaison complémentaire d’antigènes et d’anticorps est appelé précipitation.

Les précipitations sont semblables à l’agglutination, mais les antigènes impliqués sont solubles et sont généralement plus grands, tandis que l’agglutination implique des antigènes insolubles qui sont généralement plus petits. Pour qu’une précipitation se produise, le rapport entre l’antigène et l’anticorps doit se situer dans un certain intervalle, appelé zone d’équivalence. Dans la zone d’équivalence, le rapport antigène/anticorps est d’environ un. Et comme indiqué sur le graphique, c’est là que les précipitations maximales auront lieu. Un excès d’anticorps ou d’antigène empêche une agrégation efficace, entraînant peu ou pas de précipitation.

Certains anticorps peuvent également se défendre contre les agents pathogènes grâce à la lyse. La lyse a lieu lorsque des complexes antigène-anticorps activent le système du complément, qui fait partie de la réponse immunitaire non spécifique. Lorsque le système du complément est activé, les protéines du complément se lient aux sites récepteurs des complexes antigène-anticorps. La liaison des protéines du complément active à son tour la formation de protéines d’attaque de la membrane, qui s’insèrent dans les membranes cellulaires ou dans les enveloppes des agents pathogènes, créant des trous appelés pores. L’eau passe à travers le pore dans l’agent pathogène, ce qui le fait gonfler et finit par tuer l’agent pathogène par lyse.

Maintenant que nous avons discuté de la structure et de la fonction des anticorps de manière approfondie, essayons une question pratique.

Cette figure représente la structure d’un anticorps. Où se lie l’antigène?

Pour identifier l’endroit où un antigène se lie à un anticorps, examinons d’abord ses différents composants. Un anticorps, parfois appelé immunoglobuline, est une protéine soluble composée de quatre chaînes polypeptidiques. Il comprend deux chaînes plus longues identiques, appelées chaînes lourdes, qui constituent la partie centrale de l’anticorps, et deux chaînes plus courtes identiques à l’extérieur, appelées chaînes légères. Les chaînes sont maintenues ensemble par des ponts disulfures, l’un d’eux portant la lettre A. Les ponts disulfures maintiennent les chaînes ensemble en forme de Y caractéristique. Et à la base de ce Y se trouve un site de liaison au récepteur, qui permet à l’anticorps de se lier aux récepteurs de surface des cellules, en particulier d’autres cellules du système immunitaire, telles que les macrophages. Au bout de chaque branche du Y se trouve un site de liaison à l’antigène. Les deux sites de liaison à l’antigène se lient à un seul antigène spécifique en fonction de leur forme, un peu comme une clé s’insère dans une serrure spécifique. Parce qu’il existe deux sites de liaison à l’antigène identiques, un seul anticorps peut se lier à deux antigènes identiques simultanément. Par conséquent, sur cette figure, les sites où les antigènes peuvent se lier sont B et C.

Passons maintenant en revue et résumons certains des points clés de la vidéo. Les antigènes sont des molécules qui déclenchent une réponse immunitaire spécifique. Un exemple de réponse spécifique est l’immunité humorale, qui produit des anticorps. Les anticorps sont des protéines solubles composées de quatre chaînes polypeptidiques: deux chaînes lourdes identiques et deux chaînes légères identiques. Les anticorps ont une forme en Y caractéristique. Et à l’extrémité de chaque branche du Y se trouve les domaines variables, qui permettent la liaison à un seul antigène spécifique. Les anticorps ne détruisent pas directement les antigènes ou les agents pathogènes qui produisent des antigènes. Au lieu de cela, ils utilisent des processus tels que l’opsonisation, l’agglutination et la précipitation pour faciliter la phagocytose. Les anticorps peuvent également neutraliser les agents pathogènes ou les toxines pour limiter leurs effets néfastes ou former des complexes qui activent le système du complément, ce qui mène à la lyse des agents pathogènes.