Le complexe d'histocompatibilité majeur (CMH)

Le complexe
d'histocompatibilité
majeur (CMH)




Lorsqu'un élément pathogène infecte l'organisme, de nombreux
mécanismes de défense interviennent et impliquent des cellules
collaborant entre-elles, pour produire des anticorps qui vont
reconnaître
l'élément pathogène. Cette collaboration des cellules entre-elles
correspond à la réponse immunitaire.
La reconnaissance du pathogène (antigène) se fera de 2 façons
:
- non spécifique : phagocytose
- spécifique : cellules B productrices d'anticorps. Cellules
T dirigent la réponse immunitaire vers la production d'anticorps ou la

réaction inflammatoire.
La manière de présenter l'antigène détermine les
mécanismes d'action du SI, vis à vis de l'antigène. Le
SI doit être capable de discriminer le soi du non-soi, pour cela
intervient
la notion d'histocompatibilité.

I. Présentation du CMH

Le CMH a été découvert par Görer (). Il est localisé
sur le chromosome 17 chez les souris (H-2) et le chromosome 6 chez
l'homme (HLA
: human leukocyte antigen, Dausset, 1958).

• Le CMH a d'abord été mis en évidence par des greffes
  d'organes, sans que l'on connaisse sa fonction : présentation de
  l'antigène
  au cours de la reconnaissance spécifique par les LT..
  
• De nombreuses études ont été faites pour comprendre
  les mécanismes physiologiques des rejets de greffes et le rôle
  des antigènes. L'analyse des produits du CMH en détail a été
  rendue possible grâce à l'utilisation d'anticorps. On a pu ainsi
  identifié les produits du CMH exprimés dans les cellules.
  
• Il existe un polymorphisme (grand nombre d'allèles) parmi les
  produits
  du CMH et ces molécules sont exprimées de façon codominante
  (codominance entre les gènes : chaque allèle sur chaque chromosome
  est exprimé et son produit peut être détecté en
  utilisant une technique adéquate. Si la personne est hétérozygote
  à ce locus, les produits des 2 allèles de ce locus sont présents
  à la surface cellulaire). Au fils des générations par
  la codominance, on augmente donc le polymorphisme du CMH.
  

II. Gènes du CMH
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Le CMH se divise entre différentes régions sur un même chromosome
et on distingue les produits de type I, II et III.
1. Chez la souris :
H2 est le nom du CMH de la souris localisé sur le chromosome 17. Il
est formé de 5 régions principales K, A, E, S et D. Les gènes
de chacune de ces régions ayant une fonction immunologique.
Classe I : régions K, D majeures et Qa et Tl mineures. codant
pour des molécules impliquées dans le rejet de greffes. Ces molécules
sont présentes chez toutes les cellules, sont reconnues par le LT
cytotoxique.

Classe II : I-A et I-E codent les chaîne a et b des molécules
de classe II. de reconnaissance sérologique. On trouve de nombreux
gènes
codant pour des protéines exprimées seulement sur les membranes
cellulaires de cellules immunocompétentes (CPA). Ces molécules
sont impliquées dans la présentation aux LT CD4.
Classe III : Région S au milieu du CMH contient les gènes
pour les composants C2, C4 et le facteur B (Bf) du complément, pour
les
cytokines TNF-a et TNF-b

et pour un certain nombre d'autres enzymes. Slp : sex limited protein
est un
variant non fonctionnel du C4.
2.
Chez
l'Homme :
Human leucocyte antigen.
Le locus HLA est le CMH chez l'homme. Il est divisé en 7 régions
principales DP, DQ, DR, classe III, B, C et A.
Il existe donc un grand polymorphisme au sein des gènes du CMH.
Au niveau du complexe HLA, on distingue.
- Classe I : 3 complexes HLA-A, HLA-B et HLA-C sur toutes les
cellules
de l'individu. L'ensemble de la région s'étend sur 1500 kb et
chacun des locus A, B et C code des antigènes classiques de classe I.
les loci A et B présentent un polymorphisme plus important (25 et 33
haplotypes) que le locus C (11 haplotypes).
- Classe II : région D très diversifiée (Dp, Dq,
Dr..) exprimés sur les cellules immunocompétentes. DP et DQ codent
chacun pour une paire de chaînes a et b.
- Classe III : C2, le facteur B et des pseudo-allèles pour le
C4, le C4S et le C4F qui déterminent les groupes sanguins Chido et
Rogers,
respectivement. Les gènes pour les TNF et certaines protéines
de choc thermique


On distingue un polymorphisme dans chaque région et sous-région,
contribuant au polymorphisme du CMH dans une population.
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Résumé

	Souris	Homme
Classe I	K, D	A, B, C
Classe II	I	D
Classe III	C2, C4 du complément

Le CMH I est exprimé sur tous les tissus et est important lors des
greffes.
Le CMH II est exprimé seulement sur les cellules immunocompétentes
(LB, macrophages, monocytes, LT activés, cellules tumorales ; ).
L'expression du CMH de classe II n'est pas toujours spontanée.
Ex: macrophages exprimant le CMH II seulement lors d'une
activation
par l'interféron.
Cellules endothéliales exprimant le CMH I seulement après activation
par les cytokines.

3. Notion de spécificité publique
et privée

Haplotype : transmission directe par le père et la mère
des gènes du CMH sans recombinaison. Elle se réalise en block
pendant la mitose.

• La liaison étroite sur le petit bras du chromosome 6 signifie que
  tous les gènes sont transmis en bloc de parent à enfant.
  
• Pour chaque parent, il existe 2 séries de gènes qui peuvent
  être transmis en bloc (haplotype). Au total, 4 haplotypes sont
  présents
  :
  deux chez le père (a, b) et deux chez la mère (c,d). Chaque
  enfant reçoit un haplotype venant du père et venant de la mère.
  Il existe 4 types d'enfants : a-c, a-d, b-c, b-d. La probabilité
  pour
  2 enfants d'une même fratrie d'être HLA identique est de 25%,
  différent de 25% et d'être HLA, semi-identique de 50%.
  Si on a une recombinaison entre 2 haplotypes, il peut survenir un
  nouvel haplotype.
  Le taux de recombinaison entre HLA-A et B est de 1%, entre HLA-B et C
  pratiquement
  nul et entre B et D est de 1%
  
• La complexité de la structure du HLA a été étudiée
  selon 3 grands types de techniques :
  - Définition des antigènes sur la molécule
  - Description de la molécule elle-même (biochimie)
  - Par la connaissance des gènes et de leur expression.
  
• On peut avoir des recombinaisons et définir les rôles respectifs
  de chaque région du CMH grâce à ces recombinants. Les
  différents variants pour le CMH ont été clonés
  et les molécules identifiées : de nombreux anticorps reconnaissent
  soit le CMH II d'1 seul individu, soit le CMH II de nombreux
  individus de
  la population.
  
• Une molécule de CMH possède un PM de 30 à 60 Kda et
  un AC reconnaît un alignement de 6 à 7 A. Donc, l'AC reconnaissant
  1 individu : AC dirigé contre une région très polymorphe
  variable (AC a spécificité privée).
  
• AC reconnaissant plusieurs individus ; AC dirigé contre une région
  
  constante, peu variable (AC a spécificité publique).Le polymorphisme
  
  n'est pas identique dans toutes les molécules du CMH (comme les
  Immunoglobulines).
  
• Le CMH comporte des régions constantes, peu variables et des
  régions
  très variables déterminant le soi. Pour la reconnaissance
  membranaire,
  la région du CMH concernée est peu variable.
  

4.Sérotypage
Anticorps : molécule relais non cytotoxique sauf si elle est
associée au complément ou à une autre cellule. La détermination
sérologique se fait par criblage cellulaire.
Anti-HLA B8, complément, bleu trypanà dégradation grâce
au phénomène lytique du complément. Le bleu trypan marqueur
de la lyse. Cible la reconnaissance des Ag de classe I.

5. Réaction lymphocytaire mixte
Elle permet de faire le typage du CMH II. Le rejet de greffe est
surtout dû
à une activation des cellules cytotoxiques tueuses de classe 8 (CD8).
Pour se différencier, ces LT8 ont besoin de facteurs de croissance et
de différenciation reconnus par les LT4. Les LT4 ne sont pas
cytotoxiques
et reconnaissent les produits du CMH II.
L'activation d'un LT4 entraîne la production de protéines et la
synthèse d'ADN (divisions).

• S'il n'y a pas de reconnaissance CMH II-LT4àpas
  de prolifération
  
• S'il y a reconnaissance CMH II- LT4à prolifération
  

On peur également utiliser les cytokines pour suivre la réaction
lymphocytaire par les LT4.
Ex : enrichissement du surnageant de culture en IL2 : test de
l'IL2 sur
les lignées cellulaires ayant besoin d'IL2 pour se développer.
On voit entre autre l'importance de la réaction lymphocytaire par les

LT4.
On observe un très grand polymorphisme au sein du CMH dans toutes les

régions entraînant une augmentation du polymorphisme global. On
peut déterminer les fréquences théoriques d'associations
de 2 variants (selon le % d'individu exprimant chaque variant).
Expérimentalement on trouve des résultats différents de
la théorie.
àcertaines combinaisons sont
plus
fréquentes dans la population :
Ex : A3B7 : 1.7% en théorieà en pratique 2.8%. On peut
supposer que les variants sont apparus à différents moments dans
l'évolution ce qui fait que certains sont plus représentés
que d'autres.

III.Caractérisation du CMH
1. Caractérisation moléculaire
Les molécules du CMH sont exprimées sur les membranes cellulaires.
Pour les mettre en évidence, on fait des préparations de membranes
et on y recherche les protéines associées.
On solubilise les protéines par un détergent et grâce à
des anticorps on met en évidence les protéines purifiées
de classe I ou II.

2. Caractérisation biochimique
Après utilisation d'anticorps anti-CMH I ou anti-CMH II, on peut
réaliser
un enrichissement en protéines du CMH I ou CMH II. Une électrophorèse
en gel de polyacrylamide révèle la structure de ces protéines.
CMH I : présence de 2 chaînes de 45-50 kDa et 14 kDa (
1 chaîne lourde et une chaîne légère). La chaîne
légère de 14 kDa correspond à la b2-microglobuline, petite
protéine associée à d'autres molécules servant à
stabiliser la chaîne lourde.
CMH II : présence de 3 chaînes de 35 à 45 kDa (a
et b) de structures proches, propres aux CMH II.
Molécule de classe I : elle comporte une région
transmembranaire
(région constante), une petite chaîne intra cytosolique et une
région extracellulaire.
Prés de la membrane, la région a3
est peu variable. Les régions a1 et a2
présentent un polymorphisme plus grand. La b2-microglobuline

est externe et maintient la structure de l'ensemble.
Les régions a1 et a2

ont une structure particulière : à leurs extrémités
on trouve une cavité faite à partir de 2 feuillets b.

Cette cavité permet la présentation des peptides aux LT : relation
conformation/fonction très étroite.
Le peptide vient se loger pour être présenté aux LT et
on a des liaisons faibles entre CMH I/peptide.
Le soi correspond à la capacité qu'à un individu à
pouvoir présenter un peptide, un élément pathogène
aux cellules immunocompétentes.
Molécule de classe II : Il y a convergence moléculaire
entre les molécules de classe I et II. On a des hélices a sous
lesquelles on trouve un feuillet b plissé.
Les peptides sont présentés dans le fond d'un sillon.
Pour l'association dimérique, les 2 chaînes sont synthétisées
séparément et s'associent quand elles rencontrent l'antigène.
Il peut exister une forme de stockage tétramérique dans le cytosol.
Ainsi les molécules de type I et II sont proches mais elles
s'adressent
à des types cellulaires différents.

3. Etude du CMH
Les LT ont un rôle essentiel dans la réponse immune. Dans le cas
du CMH I et CMH II, les LT assurent la reconnaissance spécifique de
l'antigène.
L'étude du CMH s'effectue sur 2 voies parallèles :

• Reconnaissance spécifique de l'antigène
  
• Reconnaissance génétique de la réponse immunitaire.
  

Exception : en infectant une souris H2b (homozygote) par un
virus, on
observe la prolifération des LT CD8 cytotoxiques dans la rate et la
mise
en présence des cellules cytotoxiques avec les cellules cibles H2b ou
H2kàles LT CD8 tuent les
cellules
H2b infectées mais pas les H2k infectées de la même façon.
La différence entre les 2 cellules H2 est une différence d'allèles
exprimés par le CMHàil est
nécessaire d'avoir une homologie CMH cellule cible/cellule tueuse pour

avoir destruction de la cible. S'il n'y a pas reconnaissance, la
cellule cible
n'est pas détruite.
Le CMH apparaît comme autre chose qu'une cible pour les cellules
cytotoxiques.
Il faut une éducation des cellules tueuses vis à vis d'un CMH
: la reconnaissance d'un tissu étranger sur la base d'une expression
CMH n'est pas suffisante. Il existe une corrélation CMH/reconnaissance

antigénique par les LT (àlyse
des cellules).
Les LT CD4 sont activés après reconnaissance d'un antigène
via le CMH II. Elles se différencient en TH1 (type helper producteur
d'anticorps et d'interleukine). Pour la différenciation des LT4 et la
production de cytokines, il est nécessaire d'avoir une reconnaissance
antigène/LT4 sur une CPA.
Dans le cas du CMH I, le peptide antigénique présenté
est plus important que celui présenté par le CMHI.

4. Reconnaissance Ag/LT via le CMH

La reconnaissance par le LT de l'antigène présenté par
le CMH fait intervenir différentes régions d'interaction.

• Région d'interaction avec le CMH
  
• Région d'interaction avec le TcR
  

Au niveau de cette zone on distingue plusieurs régions :

• Le paratope : zone d'interaction TcR/Ag sur le TcR
  
• L'épitope : zone d'interaction Ag/TcR sur l'Ag
  
• Restitope : zone d'interaction CMH II/TcR sur le TcR
  
• Histotope : zone d'interaction CMH II/TcR sue le CMH II
  
• Agrétope : zone d'interaction CMH II/Ag sur l'Ag
  
• Désétope : zone d'interaction CMH II/Ag sur le CMH
  II
  

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2 hypothèses ont été émises pour ce modèle
:

• - Le TCR reconnaît à la fois CMH II et Ag sans que CMH II et
  Ag soient associés.
  
• - Le TCR reconnaît les 2 associés.
  

En fait, on a une synthèse des 2 : le CMH II est une structure de
reconnaissance
de l'Ag et il existe une interaction CMH II/Ag. Ensuite un choix est
fait :
présentation ou non de l'Ag.
Selon le type de LT, on a 2 cas possibles :

• LT cytotoxiques (CD8) : ils voient l 'Ag de la cellule
  cible infectée
  par un pathogène. Cet Ag est présenté pat le CMH I et
  la reconnaissance se fait grâce aux CD8.
  
• LT auxiliaires (CD4) : ils voient l'Ag de la cellule cible
  et vont
  alors proliférer et devenir fonctionnels. La présentation de
  l'Ag se fait par le CMH II et la reconnaissance grâce aux CD4. Ils
  vont
  synthétiser des cytokines inflammatoires et la réponse immune
  va s'enclencher.
  

CD4 et CD8 sont les 1ere molécules reconnaissant le CMH II et CMH I.

IV. Implication du CMH dans la réponse

immunitaire
1. Polymorphisme du CMH et des
peptides présentés.
On peut se demander laquelle des chaînes a et b porte le plus grande
diversité.
Explication :

• On active des cellules dendritiques de la rate en présence d'AA*.
  
• On récupère les molécules de CMH II à la surface
  des cellules et on fait agir une protéase (trypsine)
  
• On obtient des peptides et on regarde si les produits de clivages
  sont
  les mêmes.
  

àla diversité des chaînes
b est plus grande que celle des chaînes a.
Le polymorphisme fait qu'un même peptide associé au CMH I peut
interagir de façon variable selon la structure du CMH et peut être
présenté ou non au CMH. Le polymorphisme du CMH provoque un
polymorphisme
de la réponse.
L'interaction peptide/CMH fait intervenir des interactions AA/AA avec
des poches
d'ancrages dans le CMH. Les interactions sont classiques (liaison H,
forces
de van der waals).
La reconnaissance Ag/CMH fait intervenir 3 à 4 AA au niveau de
l'agrétope.
Au niveau de l'épitope, la reconnaissance Ag/TcR fait intervenir des
AA groupés ou en alternance.
Ex : la reconnaissance d'un peptide de l'hémoglobine implique
les AA 70, 72 et 73 (visible par des peptides de synthèse).

2.Caractérisation des peptides
associés
aux CMH I et CMH II
a.Peptides associés au CMH I

• 8 à 11 AA
  
• Nterm et Cterm impliqués dans la liaison au CMH (liaison H)
  
• spécificité d'association dépend du contact entre
  les résidus d'ancrage et les poches du CMH[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
  
  

b. Peptides associés au CMH II

• 10 à 25 AA
  
• Spécificité moins grande que pour le CMH I, localisation
  difficile de l'agrétope et de l'épitope.
  
• Réponse aux même contraintes physico-chimiques mais moins
  sévères que pour le CMH I
  
• Ancrage concernant la région médiane du peptide.
  

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3. la restriction génétique
Un épitope peptidique ne se fixe qu'à certains variants du CMH,
différents entre 2 individus. Donc, une des conditions majeures pour
être un répondeur est de présenter le peptide antigénique
au répertoire immunologique.
Dans le cas d'un bon répondeur, le peptide sera présenté.
La restriction génétique ne dépend pas du récepteur
lui même, mais est le fait du CMH (association et présentation
au LT).
Plus on affine les recherches sur les antigènes, plus on limite les
possibilités de réponses : les molécules d'Ag doivent être
présentées par un maximum de CPA.

4. Transport des peptides : voies
endogènes
et exogènes
a.Voie endogène :
les peptides (Ex : prot de virus intégrés au génome)
partent dans le REG et s'associent au CMH I
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Protéineàprotéasomeàpeptidesàassociation
avec des protéines transporteuses cytosoliques (LMP1 et LMP2) TAP1 et
TAP2 sur la membrane du REàtransport

vers la membrane cellulaireàexpression

sur la membrane cellulaire

• Proteasome : LMP1 et LMP2 (large multifunctional protease), codés
  
  par des gènes localisés dans le locus du CMH inductible par
  l'interferon g.
  
• TAP1 et 2 : transporter assciated with antigen processing codage
  par des
  gènes localisés dans le locus du CMH. Insertion dans les membranes
  du RE
  

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b.Voie exogène :
les peptides sont endocytés et passent dans les lysosomes exprimant le

CMH auquel ils s'associent.
Exoantigèneà lysosomeàpeptidesàassociation
au CMH II (a et b
associés
à la glycoprot Ii) (HSP molécules transport)
àcomplexe ab

et peptide (haute affinité)àexpression

au niveau de la membrane.
Contraintes du processing : découpage de l'antigène en peptides
selon la spécificité des protéases.

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5. Les CPA professionnelles
Elles sont de plusieurs types :

• monocytes (sang)
  
• macrophages (tissu)
  
• cellules de küpfer (foie)
  
• cellules de Langerhans (peau)
  
• cellules dendritiques (circulation, tissus lymphoïdes)
  

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Occasionnellement les LB peuvent être des CPA (Ex : astrocytes

). Pour ces cellules, il est nécessaire d'avoir une induction par
l'interféron
et les cytokines.
Après activation du LT, on observe sa prolifération et la production
de cytokines sur le lieu de l'Ag. On trouve aussi dans ce mécanisme
les
gènes DM codant pour les protéines DM fortement analogues des
protéines de classe II mais non retrouvées au niveau de la membrane.
Les molécules HLA-DM restent intracellulaires et localisées dans
le lysosome où se réalise l'association peptide/CMH II.
Rôle : les molécules DM permettent de retirer le peptide Li associé
aux chaînes a et b

du CMH II. Ils interviennent donc dans la présentation du peptide au
CMH II.
Enfin, les molécules d'adhérence cellulaire sont retrouvées
sur toutes les cellules et permettent de stabiliser l'interaction
CPA/LT. Ce
sont les molécules (LFA, I-CAM).
En plus d'autres signaux comme les cytokines, permettent l'activation
totale
de la cellule après reconnaissance spécifique recepteur/Ag
correspondant.