Immunoglobulines: Structure et fonctions Récepteur B (BCR) B. Arnulf Immuno-hématologie, Hôpital Saint Louis
Immunoglobulines:
Structure et fonctions
Récepteur B (BCR)
B. Arnulf
Immuno-hématologie,
Hôpital Saint Louis
Généralités sur les immunoglobulines
• Les immunoglobulines sont des glycoprotéines qui portent la
fonction anticorps.
• Le terme Immunoglobuline = protéine
• Le terme anticorps = fonction
• Une des propriétés essentielles des Immunoglobulines est
l’hétérogénéité sur le plan biochimique et fonctionnelle
nécessaire à la diversité de reconnaissance des multiples
antigènes présents dans la nature.
Immunoglobuline ou anticorps
dans sérum, muqueuses, surface des lymphocytes B
principale Ig sérique: IgG
Sang: suspension de cellules dans le plasma
Plasma: Sels minéraux, glucides, lipides, acides aminés
Sérum: plasma dépourvu de fibrinogène après coagulation
contient des protéines dont les immunoglobulines et l’albumine
Adulte 70 Kg: production de 3g de gammaglobulines /j
2/3: IgA sécretées dans les muqueuses digestives et respiratoires
salive, larmes sécretion digestives, bronchiques et génitales, lait maternel
Alb
a1G
a2G
b1G b2G gG
Présence d’immunoglobulines
Distance de migration dans le champ électrique
Den
sit
é o
pti
qu
e
Protides totaux = 75g/l
Alb = 50,8% (38,1 g/l) a1G=3,1% (2,3 g/l) a2G = 11,3% (8,6 g/l) b1G = 8,2% (6,1 g/l) b2G = 6,6% (4,9 g/) gG = 20% (15 g/l)
Electrophorèse normale des protéines du sérum
+ -
De
nsit
é o
pti
qu
e
Alb
a1G a2G
Pic
bG
+ -
Myélome multiple:
Production Immunoglobuline monoclonale
Immunoglobuline monoclonale
1 2 3 4 5 6 n
3 3
3
3 3 3 3
3 3 3 3 3 3 3
Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3 Ig3
Ig monoclonales strictement identiques entre elles puisque produites
par des cellules ayant proliféré à partir d’un même clone initial et
donc génétiquement identiques entre elles
-Même charge électrique
-Même migration électrophorétique
-Mêmes déterminants antigéniques
-Même fonction anticorps
s
S S
S S
s s s s
s s s s
S
S
S
S
s
s
s
Structure générale du monomère d’Ig
Structure générale du monomère d’Ig
- Réduction des ponts disulfures:
4 chaînes polypeptidiques identiques 2 à 2:
2 Chaînes lourdes (40 à 70 kD selon la classe ou sous classe)
2 chaînes légères (23 kD)
Les chaînes lourdes et légères sont liées par des ponts disulfures
dont le nombre et la position varient selon la classe et la sous classe
- Etude en microscopie électronique a montré une forme en Y avec
flexibilité » variable au niveau de la charnière
Haptène divalent
Anticorps
Repliement de la chaîne d’aa aussi bien lourde que légère
en domaine globulaire compacts formés de
- 110 aa
- 2 couches de feuillets b maintenus par un pont disulfure
- portant une activité biologique particulière:
N Term = liaison Ag: domaine de reconnaissance
C Term: domaines activant les systèmes effecteurs
ex: activation du complément,
des phagocytes….
Le Domaine « Immunoglobuline »
N-ter N-ter
C-ter
N-ter N-terN-ter N-ter
C-ter
Les domaines d’un monomère d’immunoglobuline
C-ter
N-ter N-ter
Domaine de
reconnaissance
spécifique de l’Ag
Domaines portant
les propriétés effectrices
de la classe d’Ig
Structure générale d’un monomère d’Ig
Site d’interaction avec les récepteurs
Fc
Sites de reconnaissance
de l’antigène
Structure des IgG humaines normales
Fragments protéolytiques d’une Ig G
2 fragments identiques:
½ Nterm de la chaîne lourde
+ toute la chaîne légère
1 fragment: moitiés Cterm
des chaînes lourdes
Fragments
qui lient l’AG
(Fab)
Fragment
cristallisable Fc
Fab Fab
Fc
N term
C Term
Dualité fonctionnelle: Fonction de reconnaissance/fonctions effectrices
papaïne pepsine
F(ab)’2
N term
C Term
1 seul fragment
Bivalent liant l’AG
F(ab)’2
Fv
Les différentes classes d’Igs
IgG
IgA
IgD IgE
IgM
Molécule immunogénique
d’origine humaine (Ag)
Ag La souris produit des anticorps
contre les différents déterminants
antigéniques: épitopes de la molécule
Diversité de reconnaissance
Hétérogénéité sur le plan biochimique et fonctionnelle
Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)
Déterminants antigéniques des Immunoglobulines (Igs)
• Les Isotypes définissent les classes et les sous-classes des Igs:
elles correspondent aux parties constantes des chaines lourdes (g, a, b, d, e)
et des chaines légères (k, l)
Les isotypes sont présents tous ensemble dans le sérum d’un individu normal.
Ils sont identiques d’un individu à l’autre au sein d’une même espèce.
Ils sont indépendants de la fonction anticorps
• Les allotypes: traduisent des différences dans la structure primaire des Igs
chez des individus de même espèce, pour une même classe et sous-classe
• Les idiotypes dépendent étroitement de la fonction anticorps de l’ Ig.
Ils sont situés sur le domaine variable et les structures hypervariables des
Igs (site anticorps)
Ig
Anticorps anti-Ig
http://www.edunet.ch/activite/arche/sourisreussilles/textesscient.html
Différence isotypique
Différence allotypique
Différence idiotypique
Epitopes linéaires (A) et conformationnels (B)
Réactivité croisée
Le même anticorps reconnaît
une séquence peptidique
partagée par deux protéines
très différentes pour le reste
de leur structure
B A
•L’anticorps A reconnaît aussi bien la molécule
sous forme linéaire que tridimensionnelle
•L’anticorps B ne reconnaît que la protéine
en conformation tridimensionnelle B
A
Variations de la structure des régions (domaines) variables
= N-terminale
• Existence de 3 zones hypervariables
(enchaînement des aa différent d’une Ig à une autre)
= « régions déterminant la complémentarité avec l’Ag
(CDR 1 à 3)» Entre ces séquences, existe une charpente
importante dans le maintien de la structure
du domaine (FR1à 3)
Domaine variable de la chaîne lourde= VH
Domaine variable de la chaîne légère= VL
1
30
60
90 11
0
N-ter N-ter
C-ter
N-ter N-terN-ter N-ter
C-ter
L’étude cristallographique aux RX a montré un rapprochement dans
l’espace des zones hypervariables des chaînes lourdes et légères.
• Relation structure/fonction:
VH VL
110 Dom
ain
e v
ari
able
de la c
haîn
e lourd
e=
VH
Dom
ain
e v
ari
able
de la c
haîn
e légère
= V
L
1
30
60
90
- Délimitent un sillon où se fixe l’épitope
= site Anticorps
- La variabilité de la structure primaire
de ces zones détermine dans l’espace
une variabilité de forme et de surface
de contact: complémentarité spécifique
d’un épitope.
- Chaîne lourde et légère nécessaires
à l’activité anticorps
N term
Cterm Chaîne légère : - Domaine Cterm de 110 aa
- 2 types de chaîne légère chez l’homme: kappa (k) et Lambda (l)
- Une Ig portera toujours 2 k ou 2 l identiques
- Dans le sérum 2/3 des Igs portent des k et 1/3 des l
- Structure constante mais variations allotypiques (variation allélique
au sein d’une même espèce)
Nterm Variations allotypiques Km
C V Kappa
Lambda
N-ter N-ter
C-ter
N-ter N-terN-ter N-ter
C-ter
Variations de la structure des régions constantes= C-terminale
Chaînes lourdes
- Selon les différences de séquence en aa entre les parties constantes
des chaînes lourdes on définit 5 classes d’Igs.
Les Igs portent le nom de leur chaîne lourde.
g IgG avec 4 sous classes g1(IgG1), g2 (IgG2), g3 (IgG3), g4 (IgG4)
a IgA avec 2 sous classes a1 (IgA1), a2 (IgA2)
m IgM
d IgD
e IgE
- Les régions constantes sont formées de 3 ou 4 domaines
selon la classe ou la sous classe.
-Les domaines constants portent les propriétés effectrices
(autres que la liaison à l ’Ag) de la molécule d’Ig
Propriétés effectrices des parties constantes des chaînes lourdes
- Traversée du placenta : IgG
- Activation du complément : IgG1-2-3 et IgM
- Liaison aux différents récepteurs pour le Fc
sur différentes cellules: IgG, IgA, IgE
- Contrôle du catabolisme
V C
N term C term Liaison Ag propriétés
effectrices
1 g 2 a 3 m … d e
n
Même reconnaissance antigénique par des classes différentes
(aux propriétés effectrices différentes):
Commutation de classe cf cours suivant
Intérêt dans la diversité des propriétés des anticorps
Fonctions des IgA
Transcytose des IgA:
Nécessite la formation
d’IgA sécretoires
Transcytose
Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires
Transcytose des IgA: formation des IgA secrétoires
Pièce secrétoire Chaine J
Spécificité tissulaire des Immunoglobulines
Fonctions des immunoglobulines
-Fonctions du domaine variable: liaison à l’Ag
• Neutralise les toxines bactériennes
• Inhibe l’adhérence des bactéries aux surfaces cellulaires
(ex : épithélium des muqueuses)
• Bloque la fixation des virus sur leur récepteur
•Reconnaissance Ag réponse immunitaire adaptative
-Fonctions des domaines constants
• Catabolisme (1/2 vie)
• Traversée du placenta : Fc des IgG
• Trancytose des IgA
•Opsonisation phagocytose par Macrophage et Granulocyte
• ADCC (cellules NK)
•Activation complément( voies classique et alterne)
•Dégranulation des mastocytes et basophiles (IgE)
Fonctions « effectrices »: partie constante
• Opsonisation: favorise la phagocytose (IgG)
• Activation de la voie classique du complément (IgG1-2-3 et IgM)
BFc
FcgRI
FcgRII, FcgRIII
BFc
FcgRI
FcgRII, FcgRIII
Fc
AgPar ex à la surface d’une mb cellulaire
C1q
Fab
C1r C1s
Fc
AgPar ex à la surface d’une mb cellulaire
C1q
Fab
C1r C1s
• Cytotoxicité dépendante des Anticorps (ADCC)
Fc
Fab
Fab
Fc Récepteurs
Cytotoxicité
Fc Récepteurs
Cellules NK
Monocytes/Macrophages
Polynucléaires
Récepteurs au fragment Fc des immunoglobulines
R FCgRI FCgRII A
FCgRII B FCgRII C FCgRIIIA FCgRIIIB
FceRI FCaR
Isotype
Ig
IgG 1 et 3> 2,4
IgG 1 et 3> 2,4
IgG
IgG 1 et 3> 2,4
IgG 1 et 3> 2,4
IgG IgE
IgA
Affinité +++ +/++ +/++
+/++
+/++
+/++
+++ +++
Fonction Activation Inhibition Activation
Activation
cellules Monocytes
Macrophages
Neutrophiles
Eosinophiles
plaquettes
Lympho.
B
Macro
Neutro
Eosino Plaquettes
Cell
dendrit.
Lympho.
NK
Macro
Neutro
Eosino
Cell
dendrit.
Neutro
philes
Baso.
Masto.
Mono
Macro
Neutro
Eosino
7 à 15 1,5 à 4,5 0,5 à 2,5
3 2,5 ½ vie (j) 21 6 5
½ vie longue des IgG (sauf IgG3)=intérêt dans la substitution
chez les patients déficitaires en IgG
caractéristiques des Immunoglobulines
Immunité muqueuses
(IgG 1, 2, 3, 4)
(IgA 1, 2)
[g/L] ½ vie (j)
1,5
traces
12
0,05
3,5
5
23
3
2
6
caractéristiques des Immunoglobulines
Le récepteur B
Acquisition au cours de la différenciation des
lymphocytes B de la diversité de
reconnaissance des antigènes
plasmocyte précurseur B lymphocyte B «naïf»
follicule lymphoïde
moelle osseuse
mutations somatiques
commutation isotypique
(antigène, lymphocytes T)
B mémoire
réarrangement
des gènes des Ig
plasmoblaste
Plasmocyte à IgM
Différenciation des lymphocytes B
Lymphopoïèse B
Plasmocyte Cellule
souche
Pro-B Pré-B B immature B mature
IgM IgM IgD
Moelle osseuse Périphérie
Maturation initiale des lymphocytes B
Acquisition de la diversité de reconnaissance pour l’antigène
Gènes pour les Igs: Chaîne lourde: chr. 14
Chaîne Kappa: chr. 2
Chaîne Lambda: chr. 22
• Sur chaque chromosome:
Gène pour partie V
Gène pour partie C
Information génétique:
• Nombre important de gènes
• Insuffisant pour expliquer la diversité du répertoire 108 Ags
Réarrangement des gènes de la chaîne lourde µ
plasmocyte précurseur B lymphocyte B «naïf»
follicule lymphoïde
moelle osseuse
mutations somatiques
commutation isotypique
(antigène, lymphocytes T)
B mémoire
réarrangement
des gènes des Ig
plasmoblaste
Plasmocyte à IgM
Ag Rappel Ag
No
mb
re d
e lym
ph
ocyte
s s
pé
cifiq
ue
s d
e l’a
ntigè
ne
Expansion
clonale
Contraction
clonale
Réponses anamnestiques :
plus rapides
plus intenses
plus durables
plus diversifiées
plus affines (lymphocytes B) Pro
du
ctio
n d
’IgM
P
rod
uctio
n d
’IgG
Réponse
primaire
Réponse
secondaire
mutations somatiques
Antigéne,
lymphocytes T
plasmocyte précurseur B lymphocyte B «naïf»
follicule lymphoïde
moelle osseuse
B mémoire plasmoblaste
commutation isotypique
Réarrangement gènes Ig
précurseur B lymphocyte Pro B
moelle osseuse
Réarrangement des gènes des Ig
µ CIg
lymphocyte Pré B lymphocyte B
immature
Pré BCR
lymphocyte B
mature
périphérie
IgM
IgM IgD
CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20
E2A PAX5
précurseur B lymphocyte Pro B
moelle osseuse
Réarrangement des gènes des Ig
µ CIg
lymphocyte Pré B lymphocyte B
immature
Pré BCR
lymphocyte B
mature
périphérie
IgM
IgM IgD
CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20
E2A PAX5
lymphocyte B naïf
IgM IgD
IgM
IgG
IgA
lymphocyte B mémoire
Le récepteur B pour l’antigène (BCR)
Iga (CD79a)
Igb (CD79b)
ITAM ITAM
Le récepteur B pour l’antigène (BCR)
Lyn
Fyn
PLC-g
Ras, Raf,
MEKK1
Ca++ Calmoduline
Calcineurine
NFAT
JNK
AP-1 NFkB Activation B
Blk
Transduction du signal par le BCR
Syk BTK
BLNK
Iga (CD79a)
Igb (CD79b)
ITAM ITAM
Aggregats
Lyn
Fyn
PLC-g
Ras, Raf,
MEKK1
CD21
Activation B
Blk
Transduction du signal par le BCR
Syk
CD19 CD81
C3d
PI3K/AKT
Complément
Fyn
Blk Lyn
ITIM
SHIP
Inhibition B
PI3K/AKT
FcRgIIB
Transduction du signal par le BCR
Iga (CD79a)
Igb (CD79b)
ITAM
Différenciation
Fyn
Blk Lyn
CD40/CD40L
BAFF/BLYS
Cytokines
Chimiokines
Cooperation B/T
Commutation isotypique
Prolifération
Migration
précurseur B lymphocyte Pro B
moelle osseuse
Réarrangement des gènes des Ig
µ CIg
lymphocyte Pré B lymphocyte B
immature
Pré BCR
lymphocyte B
mature
périphérie
IgM
IgM IgD
CD34 CD34, CD19, CD10 CD19, CD20
Agammaglobulinémie
liée à l ’X (Bruton=Btk)
BLNK
Déficit combiné
sévère
Rag -/-…..
Mutation de Cµ
Déficit commun variable (DICV)
Tissus
Microbes
Bactéries, virus
parasites, champignons
Agression
Plaie, effraction
Inflammation
Macrophage
Polynucléaire N
Lymphocytes T
NK
Immunité Innée Immunité adaptative
Périphérie Organes lymphoïdes
Ganglion
Monocyte
Lymphocyte B
Plasmocyte
CD4 CD8
Réponse immunitaire
Cellulaire
Humorale
Cellule Dendritique
Phagocytose Migration
Complément
thymus Lymphocyte T
Ganglion lymphatique
Tissu ou organe
infecté
Lymphocyte B
naïf
plasmocyte
T, B mémoire
Cellule
Dendritique Antigène B
T
B
T
sang
Anticorps
T
T effecteur
cytotoxique
sang
T
T
Activation
Différenciation Recirculation
Réponse immunitaire
Fonctions des immunoglobulines
Fonctions du domaine variable: liaison à l’Ag
Neutralise les toxines bactériennes
Inhibe l’adhérence des bactéries
aux surfaces cellulaires (ex : épithélium des muqueuses)
Bloque la fixation des virus sur leur récepteur
Reconnaissance Ag réponse immunitaire adaptative
(diversité) -Fonctions des domaines constants
Catabolisme (1/2 vie)
Traversée du placenta : Fc des IgG
Trancytose des IgA
Opsonisation phagocytose par Macrophage et Granulocyte
ADCC (cellules NK)
Activation complément( voies classique et alterne)
Dégranulation des mastocytes et basophiles (IgE)
s
S S
S
S
s s
s s
s s
s s
S S
S
S
s s s
Hybridome