CHAPITRE VII

Deux types de contrôles génétiques s'exercent sur la réponse immune : - celui qui agit sur la synthèse des immunoglobulines et des récepteurs de reconnaissance de l'antigène des lymphocytes T.- celui qui influence l'intensité de la réponse immune.

I-SYNTHESE DES IMMUNOGLOBULINES ET SON CONTROLE GENETIQUE

I-1. Aspects cytologiques et biochimiques de la synthèse intracytoplasmique des Ig

Les Ig sont synthétisées par des cellules de la lignée des lymphocytes B. Lorsque l'Ag stimule les lymphocytes B matures, ceux-ci se multiplient et se différencient en plasmocytes qui perdent leurs Ig de surface et vont synthétiser les Ig dans leur cytoplasme. Le plasmocyte a une durée de vie courte, mais sécrète de grandes quantités d'Ig (2000 molécules/seconde environ). Les plasmocytes provenant d'une même cellule B, sont des clones qui produisent des Ig avec le même isotype, les mêmes allotypes, les mêmes idiotopes et le même paratope. Cependant, la commutation représente une exception, puisque la même cellule peut successivement synthétiser 2 classes différentes d'Ig : d'abord IgM, puis IgG, IgA ou IgE. Une autre exception est en rapport avec des mutations somatiques conduisant à des clones qui produisent des Ig avec une partie V un peu différente des Ig synthétisées par le clone d'origine. La synthèse des Ig est précédée par la transcription de 2 types d'ARNm de tailles différentes, le premier codant pour la chaîne lourde, le second pour la chaîne légère d'Ig. Les ARNm transcrits à partir de l'ADN (Hn RNA ou pro ARNm nucléaire ou ARNm primaire) sont plus longs que ce qui est nécessaire pour la synthèse de la chaîne polypeptidique. Les fragments d'ARN en excès correspondent aux introns de l'ADN. Ils seront éliminés par épissage (splicing) dans le noyau pour donner les ARNm cytoplasmiques matures. La synthèse des chaînes lourdes est réalisée dans des ribosomes différents de ceux synthétisant les chaînes légères. Le segment initial hydrophobe de la chaîne peptidique de H ou L, nommé leader, correspond à une séquence signal qui permet à ce peptide de s'insérer dans la membrane du réticulum endoplasmique (RE). Dès que le leader est synthétisé par le ribosome, il se lie à une SRP (signal recognition particule) constituée par un petit ARN 7S et par 6 protéines. La SRP, en fixant le peptide leader, interrompt la synthèse du reste de la chaîne peptidique, puis se localise sur un récepteur du RE de 72 kDa. La SRP emmène avec elle le ribosome qui adhère alors au RE au niveau d'un constituant particulier de celui-ci. La SRP, après ce transfert du ribosome, l'abandonne. Le peptide leader s'implante dans la membrane du RE, la synthèse de la chaîne peptidique reprend et l'ensemble de cette chaîne traverse la membrane et se retrouve dans la lumière du RE. Pendant ce temps, la portion signal est clivée par une protéase de la membrane du RE et la lumière du RE contient alors la chaîne peptidique débarrassée de sa séquence signal (figure VII-1). Les chaînes H et L sont ensuite assemblées en monomères (H2L2) dans les sacs ergastoplasmiques. Les monomères apparaissent d'abord dans les sacs périnucléaires, puis ils migrent jusqu'au corps de Golgi où des glycosyl-transférases fixent les groupements glucidiques sur la molécule. Les Ig sont alors excrétées sous forme de microvésicules (issues de l'appareil de Golgi) qui s'ouvrent à l'extérieur, après liaison avec la membrane cytoplasmique (figure VII-1). La synthèse d'une chaîne lourde se fait en 60 secondes dans des polysomes longs et celle d'une chaîne légère en 30 secondes dans des polysomes plus courts. Les Ig sortent du plasmocyte en une vingtaine de minutes après le début de la synthèse des chaînes L et H. Les IgM sont sécrétées sous forme pentamérique, et les IgA sous forme mono, di ou polymérique. L'assemblage des monomères se fait au moment où les Ig franchissent la membrane cytoplasmique. La chaîne J, également synthétisée par le plasmocyte, sert à la liaison entre les monomères. Certaines IgA dimériques et une petite quantité d'IgM deviennent des Ig sécrétoires par combinaison dans les cellules épithéliales des muqueuses, avec des pièces sécrétoires synthétisées par ces cellules.

I-2. Bases génétiques de la structure des Ig

I-2.1./ Les gènes des Ig. Les groupes de translocation
Chez la souris, 3 gènes codent pour Cl (correspondant aux 3 sous-types l), 1 pour Ck et 8 pour CH (correspondant aux différentes classes et sous-classes d'Ig). Chez l'homme, le nombre de ces gènes est de 3 pour Cl, 1 pour Ck et 9 pour CH. Le contrôle génétique des régions V et C est indépendant, comme l'a d'abord suggèré l'observation qu'une même région VH se retrouve liée à des régions CH différentes. Ainsi des IgG et IgM monoclonales qui peuvent être présentes simultanément chez un myélomateux, ont les mêmes régions VH. De plus chez le lapin, les allotypes du groupe "a" des Ig, situés au niveau de la région VH, sont présents à la fois sur les IgG, les IgA et les IgM dont les parties CH sont différentes. Donc, les mêmes parties VH peuvent être liées à des parties CH des différentes classes (cg, ca, cm, cd , ce) et sous-classes, mais non aux parties constantes des chaînes légères. Par contre, les parties variables des chaînes légères k ne peuvent s'associer aux parties constantes des chaînes l et inversement (figureVII-2).
Ces constatations conduisent à rechercher comment plusieurs gènes peuvent donner une seule chaîne polypeptidique H ou L continue comportant les produits des gènes V, puis ceux des gènes C. On peut se poser la même question, mais formulée autrement : comment 2 gènes différents fournissent-ils un pro-ARNm continu ?
Découlant de ce que nous avons dit précédemment sur les associations obligatoires VH avec CH, Vk avec Ck, Vl avec Cl, il faut admettre que les gènes codant pour les Ig sont arrangés en 3 groupes de translocation différents contrôlant respectivement la synthèse des chaînes lourdes et des chaînes légères k et l. Comme les gènes correspondants ségrègent indépendamment, ces groupes sont donc situés sur 3 chromosomes différents et chaque gène V d'un groupe ne peut s'associer qu'au gène C du même groupe présent sur le même chromosome (tableau VII-I).

I-2.2./ Particularités du contrôle génétique des Ig
Deux caractéristiques principales de la synthèse des Ig doivent être expliquées au niveau du contrôle génétique. On sait que les plasmocytes provenant d'une même cellule B sont des clones qui produisent chacun des Ig avec les mêmes allotypes, les mêmes idiotypes et le même paratope. Il convient alors de comprendre comment il peut exister autant de clones cellulaires différents que de déterminants antigéniques (au moins 108) reconnus par les Ac produits par ces clones. C'est le problème de la diversité des Ac. La deuxième particularité de la synthèse des Ig est la commutation, faculté pour beaucoup de plasmocytes de synthétiser successivement deux classes différentes d'Ig d'abord IgM, puis IgG, IgA ou IgE.
I-2.2.1./ Contrôle des portions variables des Ig
I-2.2.1.1./ Théories expliquant la diversité des Ac
Les vieilles théories informatrices selon lesquelles l'Ac se moulerait sur l'Ag ayant pénétré dans le lymphocyte B, ou directives dans lesquelles l'Ag agirait au niveau de l'ADN du noyau, pour lui indiquer les molécules de reconnaissance spécifiques de l'Ag, qu'il doit faire synthétiser, ont été successivement réfutées. Seules les théories sélectives ont trouvé une confirmation expérimentale. Elles reposent sur le concept que les lymphocytes d'un individu forment une population complexe, où chaque lymphocyte grâce à ses récepteurs de membrane ne peut reconnaître qu'un seul déterminant antigénique. On a calculé de façon approximative que pour répondre à toutes les stimulations antigéniques possibles, un sujet devait avoir un ensemble de lymphocytes capables de reconnaître 108 déterminants antigéniques. Par conséquent, son génome devrait contenir l'information nécessaire pour coder 108 molécules de reconnaissance différentes, donc 108 parties variables d'Ig. La longueur d'ADN nécessaire pour coder toutes les parties variables de ces molécules dépasse les possibilités de l'ensemble de l'ADN d'un noyau de mammifères. Deux théories qui se complètent l'une l'autre, permettent de contourner cette contradiction apparente.
Théories germinales : La diversité du site Ac résulte de la juxtaposition des parties variables VH et Vk ou Vl. Ainsi en faisant l'hypothèse de 104 gènes V, par combinaison de ces gènes V des chaînes H et L, on pourrait aboutir à la totalité (108) des spécificités Ac. En effet, chacune des 10 000 chaînes lourdes différentes peut s'apparier à chacune des 10 000 chaînes légères différentes. Donc, le noyau de toutes les cellules de l'organisme porterait la totalité des ADN correspondants aux nombreuses parties VH, Vk ou Vl, mais sans expression phénotypique, sauf pour chaque clone particulier de lymphocytes B dont la partie du gènome codant pour une spécificité Ac serait déréprimée. Le défaut de cette théorie est de faire encore intervenir une quantité trop importante d'ADN pour le codage des régions V.
Théories somatiques : Ces théories font intervenir un nombre limité de gènes, la diversité résultant de recombinaisons somatiques entre ces gènes, de mutations survenant lors de la multiplication des B ou d'autres phénomènes modifiant le génome primitif.
I-2.2.1.2./ Recombinaisons somatiques
-a- Les recombinaisons
Les gènes qui vont coder pour la partie V des chaînes L et H des Ig résultent respectivement de combinaisons variables entre 2 (V et J) et 3 (V,D et J) séries de gènes. Dans la lignée germinale, existe un nombre limité de gènes V à partir desquels émerge la variabilité de la région V chez les lymphocytes B matures. Pour chaque groupe de translocation, donc de gènes portés par le même chromosome, le nombre de ces gènes V est de plusieurs centaines et la variabilité de la région V des Ig découle de recombinaisons somatiques à l'intérieur de chaque groupe de translocation. L'intervention de recombinaisons pour expliquer l'origine de la diversité des Ac est apparue à la lumière de plusieurs constatations expérimentales
- Un gène V et un gène C particuliers sont séparés sur un même chromosome par plusieurs milliers de nucléotides lorsqu'ils sont extraits à partir de tissus embryonnaires ou de la plupart des tissus non lymphoïdes d'adultes, alors qu'ils sont voisins sur le même fragment d'ADN lorsque celui-ci provient de cellules lymphoïdes productrices d'Ig (Tonegawa).
- les gènes V des chaînes légères k de souris ne codent pas pour la totalité de la partie V de l'Ig (108 AA) mais seulement pour les 95 premiers AA. Les 13 autres AA, situés du côté la partie C-terminale, sont contrôlés par des segments J (J pour joining) présents dans les cellules embryonnaires à distance des gènes V et C. L'existence de ces segments J accroît les combinaisons possibles lors de la formation du gène actif final dans la cellule B mature par réunion de fragments V et J variés (figure VII-2). Pour la chaîne l, il existe 2 gènes V et 3 gènes actifs J. Cette chaîne est la moins variable des chaînes légères et lourdes. La chaîne k est plus hétérogène comportant 4 gènes J et 500 gènes V environ répartis en familles de 7 gènes (les gènes de chaque famille ont un haut degré d'homologie, ces familles sont l'expression génique des groupes de variabilité).
- Pour les chaînes lourdes de souris, le locus codant pour la partie variable de la chaîne H est le siège de combinaisons encore plus nombreuses que dans le cas des chaînes L, car un segment supplémentaire D (D pour diversity) a été identifié entre les gènes V et les gènes J (figure VII-2). Plus d'un millier de gènes V répartis en 9 familles, 4 gènes J et 12 gènes D ont pu être dénombrés. Dans le cas des chaînes légères, un gène V est mis en contact avec un gène J, et l'ADN compris entre ces deux gènes est excisé : c'est la translocation de ces gènes. Il y aura alors transcription de l'ensemble V-J-C introns et exons compris en un pré-ARNm. Enfin, ce dernier est transformé en ARNm dans lequel les exons VJC sont raccordés les uns aux autres et les introns excisés : c'est le phénomène de maturation de l'ARNm par épissage. Pour les chaînes lourdes, le même phénomène intervient, mais il concerne les gènes V, D, J et C. Des constatations analogues ont été faites chez l'homme (figure VII-3a). Les gènes Vk appartiennent à 7 familles où seuls les gènes des familles de 1 à 4 sont fonctionnels, les gènes Vl comprennent 10 familles qui se répartissent en 3 groupes et les gènes VH 7 familles. Les gènes d'une même famille VH ou Vk peuvent être éparpillés tout le long du locus, alors que ceux de Vl sont regroupés. Il existe des gènes V orphelins situés hors des locus V sur le même chromosome ou sur un chromosome différent. Ils pourraient être fonctionnels. Les premiers réarrangements DJ, puis VDJ des chaînes H surviennent chez les pro B. Les réarrangements DJ des chaînes L sont plus tardifs, apparaissant au stade des B immatures. Les pro et pré B expriment des BcR qui ressemblent, mais sont différents de ceux des B matures (pseudo chaîne légère à la place de la chaîne légère l et VpréB au lieu de VH). Les gènes codant pour la pseudo chaîne légère l (l5 chez la souris) et le segment VpréB sont situés sur le même chromosome que les gènes contrôlant la chaîne légère l (16 pour la souris et 22 pour l'homme) (figure VII-3b).
Nous avons vu dans le chapître sur les immunoglobulines que dans la partie variable des chaînes légères ou lourdes existent deux types de régions : les régions charpentes qui sont assez bien conservées (au nombre de 4) et les régions hypervariables (au nombre de 3) impliquées directement dans le site Ac. Or par exemple, la chaîne lourde est codée par un gène C pour la partie constante, 1 gène J pour la 4ème région conservée, 1 gène D pour la 3ème région hypervariable et 1 gène V pour les 3 premières régions conservées et les 2 premières régions hypervariables (figure VII-4)
-b- Les signaux de recombinaisons
Les recombinaisons précédentes suivent certaines règles . Elles se font, par exemple, pour les chaînes légères entre l'extrémité 3' de l'ADN V et l'extrémité 5' de l'ADN J. Dans la lignée germinale, l'extrémité 3' de l'ensemble de l'ADN V ou l'extrémité 5' de l'ADN J est occupée par des signaux de reconnaissance pour les réarrangements d'ADN. Ces signaux sont constitués par 2 paires de séquences conservées d'ADN séparées par un espaceur de 12 ± 1 à 23 ± 1 paires de bases. La première séquence est un heptamère CACAGTG ou son analogue et la seconde un nonamère ACAAAAACC ou son analogue. La séquence heptamère - intervalle de 12 à 23 paires de bases - nonamère du côté 3' du gène V est inversée du côté 5' du gène J. L'ADN comprenant les heptamères et les séquences entre les heptamères sont excisés (délétion) (figure VII-5). Pour le gène D, les mêmes observations peuvent être faites, mais dans ce cas, les signaux de reconnaissance flanquent des 2 côtés le segment D (figure VII-6a).
Les recombinaisons V-J ou V-D-J se font par exemple entre un ADN actif Vk lié à un heptamère et un nonamère qui sont séparés par 12 paires de bases et un ADN actif Jk lié à un heptamère et un nonamère séparés par 23 paires de bases. Ces recombinaisons sont sous le contrôle d'un complexe recombinase. Dans ce complexe, le produit du gène RAG1 (recombinase activation genes 1) reconnaît le segment nonamère et recrute le produit du gène RAG2 qui interagit avec le segment heptamère. Les RAG vont couper l'ADN au niveau de l'heptamère et créer une épingle à cheveux que va ouvrir les RAG ou une protéine nommée MRE11. La TdT (Terminal deoxynucleotidyl Transferase) intégre alors en extrémité quelques nucléotides. Ensuite, la recombinaison a lieu par liaison entre les 2 extrémités V et D ou D et J grâce à l'intervention de protéines (XRCC4, ligase IV, complexe DNA-PK (DNA dependent kinase) : DNA-PKcs-KV70-KV80) qui permettent la réparation de la cassure des ADN double brin. Il y a en même temps délétion de l'ADN qui séparait dans le génome de la lignée germinale les segments V, D ou J qui ont été reliés.
La transfection de ces gènes RAG à des lignées cellulaires non lymphoïdes, permet des recombinaisons VDJ qui n'exitent pas normalement chez ces cellules. Des souris porteuses de gènes RAG 1 et 2 mutés inactifs, obtenues par recombinaison homologue, présentent un déficit combiné sévère complet par absence de recombinaison VDJ des lymphocytes B et T (les mêmes recombinases sont utilisées par les B et les T). Les recombinaisons habituelles se font par délétion, mais parfois lorsque le sens de transcription des 2 séquences codantes est inverse, il y a recombinaison par inversion (figureVII-6b). Les recombinaisons plus rarement font appel à un "crossing-over" inégal entre chromatides soeurs.
I-2.2.1.3./ Mutations somatiques
En plus des recombinaisons que nous venons de voir, interviennent à un moindre degré des mutations somatiques apparaissant lors de la différenciation des cellules B. Ainsi parmi 19 gènes V trouvés à l'origine des Ac antiphosphorylcholine, 10 sont identiques (séquence type) et 9 diffèrent seulement par 1 à 8 bases, or le génome du sperme contient seulement les gènes qui codent pour la séquence type. Donc, les autres sont apparus par mutations somatiques. Ces formes mutées existent surtout pour les Ac de classe IgA et IgG produits lors de la réponse secondaire. Ce sont les ADN des première et seconde régions hypervariables, ainsi que ceux de la première et seconde régions de la charpente (framework) de la région V (introns et exons) qui sont les plus susceptibles d'être le siège de mutations. Des mutations ont été surtout trouvées sur les gènes VK et VH, mais aussi DH et JH.
I-2.2.1.4./ Autres mécanismes responsables de la diversité des Ac
Les mécanismes suivants accentuent les possibilités de variabilité des Ig. Ils portent essentiellement sur la chaîne lourde.
-a- Variabilité du site de jonction
L'endroit où se situe la jonction entre VL-JL, VH-DH et DH-JH, est imprécis conduisant à des fragments d'ADN pouvant varier jusqu'à 10 nucléotides (figure VII-7).
-b- Insertion de nucléotides lors de la recombinaison (régions N et P)
Après recombinaison JH-DH, avant liaison entre J et D, une exonucléase excise certains fragments, une transférase terminale (TdT : Terminal deoxynucleotidyl Transferase) ajoute des nucléotides et enfin une ADN polymérase duplique la nouvelle séquence. Ce segment d'ADN est nommé N pour nucléotides et il s'intercale entre JH et DH. La TdT n'est pas essentielle dans la constitution de la diversité des Ac, comme le montre des souris dépourvues de TdT. Des segments d'ADN (mono, di ou trinucléotides), dits P pour palyndrome, peuvent se constituer par passage de certaines séquences d'un des brins d'ADN sur l'autre, avec ensuite réparation du fragment manquant du brin donneur.
-c- Recombinaisons entre gènes D
Il peut parfois exister, en plus des recombinaisons VDJ, une recombinaison entre 2 gènes D.
-d- Recombinaisons entre gènes VH
Elles font intervenir des heptamères présents sur les segments VH. Ces heptamères peuvent servir de signal de recombinaison entre gènes VH. Il peut se produire plusieurs recombinaisons successives, ce qui explique (en dehors de la mutation) que pour un même clone de lymphocytes B, la spécificité des Ac présents puisse parfois changer.On peut également comprendre le fait qu'au début du développement, les B utilisent préférentiellement pour la recombinaison les VH les plus près de D, puis grâce à des recombinaisons internes à VH, les gènes les plus éloignés.
-e- Conversion génique
C'est le mécanisme responsable de la diversité des Ac chez les oiseaux. Il est accessoire chez les mammifères et consiste en le remplacement, après les réarrangements normaux (VDJ), de certains de ces gènes par des pseudogènes.
I-2.2.2./ Contrôle de la portion constante des Ig
I-2.2.2.1./ Passage des lymphocytes ayant une classe d'Ig de membrane aux plasmocytes sécrétant la même classe d'Ig
Les lymphocytes B avant stimulation expriment à leur surface (comme récepteurs pour l'Ag) des Ig analogues à celles qu'ils sécrèteront après activation par l'Ag. Cependant, une différence de structure existe au niveau de l'extrémité C-terminale entre l'Ig de membrane et l'Ig sécrétée.
L'Ig de membrane a un peptide terminal hydrophobe qui lui permet de s'implanter dans la portion lipidique de la membrane, alors que ce peptide est hydrophile pour l'Ig excrétée. Ainsi la chaîne µ des IgM monomériques de membrane de souris a la même composition en acides aminés jusqu'au 556ème AA que les IgM polymériques sécrétées. Elle est différente pour les AA qui suivent le 556ème. Ils sont 41 pour l'IgM de membrane (20 pour l'IgM sécrétée), dont 26 hydrophobes sont intramembranaires et 3 intracytoplasmiques. Lorsque la cellule B est stimulée par l'Ag, on constate, par exemple dans le cas de l'IgM, qu'il y a un changement au niveau du noyau dans la transcription de l'ARNm correspondant à la chaîne µ. Dans le lymphocyte B au repos, l'ARNm transcrit contient successivement le segment responsable de la synthèse de la portion hydrophile, puis de la portion hydrophobe. Par épissage, la portion (Cs) contrôlant l'extrémité hydrophile est éliminée. Quand le lymphocytes B sécrète l'IgM, l'ARNm est transcrit en excluant la portion (M1+M2) responsable du contrôle de la synthèse de l'extrémité hydrophobe (figure VII-8).
I-2.2.2.2./ Commutation de plasmocytes à IgM en plasmocytes synthétisant une autre classe d'Ig
Chez la souris et chez l'homme, l'ordre des gènes CH est respectivement le suivant : 5'-Cµ-Cd-Cg3-Cg1-Cg2b-Cg2a-Ce-Ca-3' et 5'-Cµ-Cd-Cg3-Cg1-Ca1-Cg2-Cg4-Ce-Ca2-3'.
Ces gènes sont séparés par des régions S (pour "switch) qui permettent des recombinaisons aboutissant à la recombinaison (figure VII-9a et VII- 9b). Cependant la région S manque entre m et d. Les séquences S sont bien conservées chez l'homme et la souris.
Ces différentes régions S ont de courtes séquences répétitives GAGCTG et TGGGG en commun qui interviennent comme signe de reconnaissance dans la recombinaison. Au cours de celle-ci, il y a délétion de l'ADN séparant V-D-J du gène e si par exemple le plasmocyte est devenu un plasmocyte à IgE. Cette délétion fait intervenir la formation d'une boucle (figures VII-9a et VII-9b), peut-être, parfois, un crossing-over inégal entre chromatides soeurs.
La figure VII-10 indique les cellules où se font les différents réarrangements et le switch. Les réarrangements VHDHJHCm se situent au niveau des grandes pré-B avec m intracytoplasmiques. Les réarrangements Vk Ck ou Vl Cl se font dans les cellules intermédiaires. Enfin, le switch se produit pour les plasmocytes. Au moment de cette commutation peuvent apparaître des mutations que nous avons précédemment signalées par exemple au niveau de VH.
I-2.2.2.3./ Expression simultanée de plusieurs Ig de membrane
Certains rares lymphocytes B expriment à leur surface IgM + IgG, IgM + IgA ou IgM + IgE. La synthèse simultanée de 2 isotypes différents d'Ig dans certaines cellules résulte non d'une recombinaison au niveau de l'ADN, mais d'un épissage de l'ARNm nucléaire. En effet, dans le cas des cellules à IgM + IgE de surface, il y a une transcription de la région C portant sur une longueur d'ADN de 180 Kb. Cette distance représente la totalité de l'intervalle m à e sans délétion. L'ARN qui en résulte, donnera des ARNm matures correspondant soit à la chaîne m, soit à la chaîne e en perdant les segments inutiles par épissage. Pour les nombreuses cellules B à IgM et IgD de surface, l'ARNm de d résulte, d'abord de la transcription en préARNm de l'ensemble des gènes correspondants à m et d, qui sont côte à côte et n'ont entre eux aucune région S de commutation, puis de l'épissage de ce pré ARNm entre J et d. Le préARNm de m correspond seulement à la transcription de l'ADN allant de V à m.
I-2.2.3./ Recombinaisons et exclusion isotypique ou allèlique
Un lymphocyte B particulier synthétise la chaîne légère soit k, soit l. Il en résulte qu'il n'y a pas de molécule d'Ig portant simultanément k et l. C'est l'exclusion isotypique.
Comme les cellules B sont diploïdes, elles ont sur chaque chromosome apparié un allèle du gène k, l et H. Ces allèles ne sont pas obligatoirement identiques sur chacun des deux chromosomes. Cependant, toutes les Ig d'un lymphocyte B sont les mêmes, donc un lymphocyte B n'exprime qu'un seul des 2 allèles de la chaîne légère ou lourde : c'est l'exclusion allèlique que l'on comprend si l'on admet que les réarrangements des gènes des chaînes L ou H ne concernent qu'un seul des 2 chromosomes. Deux phénomènes interviennent : des réarrangements non fonctionnels et surtout un mécanisme de rétro-action dans lequel les premières Ig produites inhibent les réarrangements ultérieurs différents de ceux ayant abouti à la synthèse de ces Ig. Ces non réarrangements sont donc la conséquence du blocage du réarrangement de l'allèle du 2ème chromosome par les Ig codées par l'allèle réarrangé du premier chromosome. Ainsi, chez une souris avec des transgènes réarrangés de H et L, la plupart des B ne produisent que les Ig des transgènes. Seules les chaînes m de membrane avec zone hydrophobe transmembranaire et non les molécules sécrétées correspondantes, ont une activité inhibitrice. En effet, les lymphocytes d'une lignée pré-B de souris transformée par le virus d'Abelson, lorsqu'elle est transfectée avec un gène réarrangé de chaîne m de membrane, ne présentent plus de réarrangement DJ et surtout VDJ. Comme les B majoritaires des souris transgéniques expriment les chaîne H du transgène, mais aussi la chaîne L endogène, la chaîne m de membrane n'a pas d'effet inhibiteur sur le réarrangement des gènes des chaînes légères et même le favoriserait. Chez des souris avec le transgène réarrangé k, seules les B avec chaîne H endogène et chaîne k du transgène ne réarrangent pas la chaîne L endogène. Donc l'inhibition du réarrangement de la chaîne L nécessite que soit présent le complexe H-L (figure VII-11).
En conclusion, pour obtenir une cellule spécialisée dans la synthèse d'un Ac avec une classe et un paratope déterminés, il faut deux translocations successives et un épissage de l'ARNm nucléaire. La première translocation conduit pour le génome responsable des chaînes légères au réarrangement V, J et pour celui des chaînes lourdes au réarrangement VDJ. La 2ème translocation aboutit à la sélection du génome qui conduira à la synthèse d'un seul type de chaîne lourde.
Chez l'homme, la diversité des Ac résulte de différentes recombinaisons :
- recombinaisons d'une centaine au moins de régions Vk et 4 régions Jk qui permettent d'obtenir au moins 400 chaînes légères,
- recombinaisons d'un minimum de 80 régions VH, 6 régions JH et 50 régions DH qui aboutissent au moins à 24000 chaînes lourdes différentes.
De plus, des mutations somatiques accroissent encore cette diversification. D'autres mécanismes, mais mineurs, peuvent aussi intervenir :
* soit recombinaisons entre V et J, V et D ou D et J se faisant indifféremment au niveau de 1, 2, 3 ou 4 nucléotides de J ou de D
avec pour conséquence le changement d'un AA de la chaîne correspondante,
* soit échanges entre segments d'ADN VH,
* soit addition de segments N de nucléotides synthétisés au hasard,
* soit recombinaison entre gènes D, conversion génique...

II-CONTROLE GENETIQUE DE LA SYNTHESE DES RECEPTEURS DE RECONNAISSANCE DE L'ANTIGENE DES LYMPHOCYTES T

II-1. Les gènes germinaux responsables de la diversité des récepteurs T (TcR)

Chez la souris, les gènes codant pour les sous-unités a et ß des TcR largement prédominants (TcRaß) sont respectivement situés sur les chromosomes 14 et 6. Les gènes contrôlant les sous-unités g et d des TcR très minoritaires (TcRgd) sont localisés respectivement sur les chromosomes 13 et 14. Des recombinaisons analogues à celles des Ig sont responsables de la diversité de la reconnaissance des Ag par les TcR. Pour les sous-unités a et g d'une part et ß et d d'autre part, les réarrangements se font respectivement entre 2 régions V et J ou 3 régions V, D et J. Les gènes Jd et Dd sont situés dans le locus a entre Va et Ja. La partie constante de a, ß, g ou d est sous le contrôle de la région Ca, Cß, Cg ou Cd (figure VII-12a). La figure VII-12b indique pour la chaîne b les produits FR et CDR des gènes V, D et J. Comme pour les lymphocytes B, ce sont les recombinases contrôlées par les gènes RAG 1 et 2 qui dirigent les réarrangement VDJ des cellules T. Dans le thymus, RAG 1 et 2 s'expriment essentiellement au niveau des thymocytes corticaux. Ces réarrangements font également intervenir des signaux de recombinaison très voisins de ceux des B (figure VII-13). La coupure de l'ADN est générée au niveau des séquences portant les signaux de recombinaison par les recombinases. Comme pour les B, la suite du processus de recombinaison VDJ comportant la soudure requise des extrémités libérées par les coupures de l'ADN fait intervenir les composants de la DNA-PK (DNA-dependent Protein-Kinase).
Des gènes équivalents ont été découverts chez l'homme (tableau VII-II et figure VII-14). Les réarrangements de l'ADN se produisent pendant l'ontogénèse intrathymique.

Les premiers réarrangements sont soit ceux de Vd, Dd et Jd (dans ce cas, la recombinaison ne se fait pas obligatoirement dans l'ordre DJ, puis VDJ, mais parfois dans l'ordre VD, puis VDJ), soit ceux de Vg et Jg, mais ils portent sur une très faible proportion des thymocytes jeunes. La chaîne d peut utiliser pour sa diversité les gènes Va. Pour les thymocytes restants, surviennent ensuite les réarrangements Dß-Jß et ultérieurement Vß-Dß-Jß. Un réarrangement Va-Ja se produit en dernier chez les thymocytes (la grande majorité) qui n'ont pas réarrangé VDJd. L'ordre de transcription des ARNm suit celui des réarrangements d'abord d ou g ensuite ß et enfin a Les chaînes correspondantes sont synthétisées juste après la transcription des ARNm. A partir des thymocytes communs, s'expriment en surface, soit des TcRaß s'il existe simultanément dans la cellule les chaînes a et ß, soit des TcRgd si les chaînes g et d coexistent au sein de la même cellule. Il n'y a pas d'appariement possible entre a et g ou ß et g, et donc d'expression membranaire simultanée de ces chaînes sous forme de TcRag ou TcRßg même quand on les retrouve ensemble dans le cytoplasme des thymocytes. Les cellules à TcRaß ont souvent un réarrangement non productif des gènes g (gène silencieux). Les cellules à TcRgd, habituellement, présentent un réarrangement incomplet DJ des gènes b, et pas de réarrangement des gènes a. L'évènement qui contrôle dans les thymocytes l'expression de TcRaß ou gd est le réarrangement VDJd. S'il se produit dans une cellule, celle-ci, en général, ne peut plus avoir de réarrangement VaJa et elle aura des TcRgd (figure VII-15). Quand le réarrangment VaJa se produit, il est précédé d'une délétion du locus d.
En général, les TcR ne s'expriment à la surface de la cellule que s'ils sont liés à CD3. Inversement CD3, le plus souvent, n'est présent sur la membrane cytoplasmique qu'en association avec le TcR. En fait l'insertion de CD3 dans la membrane précède celle de TcRaß.
La figure VII-16 indique la chronologie de la synthèse et de l'assemblage des différentes chaînes qui constituent l'ensemble TcR-CD3. Le tableau V-IIa donne les étapes de la maturation des Taß majoritaires. La lignée des TcRgd n'exprime en général, ni CD4, ni CD8 donc ne comporte pas de simple ou de doubles positifs. Il existe, comme pour les Ig, une exclusion allèlique dans le cas des TcR. Les mécanismes aboutissant à cette exclusion sont voisins de ceux identifiés pour les Ig.

II-2. Mécanismes responsables de la diversité des récepteurs T

Ils sont analogues à ceux conduisant à la diversité des Ac :
- Réarrangement de gènes germinaux différents Vß (petite taille) DßJß (grande taille) Va (assez grand) Ja (grand). Pour les recombinaisons VaJa, on peut avoir après la recombinaison intiale, des recombinaisons successives dites secondaires. Il en résulte la possibilité de changement dans le thymus de la partie variable de la chaîne a, de façon à obtenir des TcR mieux adaptés au rôle que doivent jouer les T (non auto-agressivité et efficacité). Pour les TcR gd, les recombinaisons sont VgJg et VdDdJd.
- Variabilité de jonction. On peut avoir directement la jonction VßJß. En outre, il y a d'une part une flexibilité dans les sites de jonction DßJß et VßDß, VaJa et JaCa et d'autre part, la possibilité d'addition de segments N de nucléotides (jusqu'à 4 ou 8) du côté Dß ou à la jonction VaJa.
- Autres causes de variabilité. Selon l'endroit à partir duquel l'ARNm de Dß est traduit, une même séquence d'acides nucléiques donne une séquence d'AA différents. Des mutations somatiques n'ont été mises en évidence qu'exceptionnellement.

III-CONTROLE GENETIQUE DE L'INTENSITE DE LA REPONSE IMMUNE

Deux types de contrôles génétiques peuvent être identifiés. Il s'agit de ceux qui s'exercent, soit sur la réponse (répondeur) ou l'absence de réponse (non répondeur) d'un individu vis-à-vis d'un Ag élémentaire particulier, soit sur l'intensité de la réponse humorale vis à vis de l'ensemble des Ag. Dans le premier cas, le contrôle s'exerce sur les T, dans le second sur les lymphocytes B et les macrophages.

III-1.Gènes contrôlant l'action spécifique des cellules T

III-1.1./ Les gènes Ir
Ils ne peuvent être étudiés que pour des Ag thymodépendants les plus simples, idéalement ne présentant qu'un déterminant antigénique. Chez la souris, la réponse humorale et/ou cellulaire contre ces Ag est sous le contrôle d'un gène dominant Ir (immune response) décrit par McDevitt et Chinitz dont chaque allotype est spécifique d'un groupe de ces Ag. En l'absence du gène Ir correspondant à l'Ag, il n'y a pas de réponse.
III-1.1.1./ Les gènes des Ag du CMH de classe II et les gènes Ir
III-1.1.1.1./ Les Ag utilisés
* polypeptides synthétiques tels que GAT, GLA, (T, G)-A--L etc...
* allo-Ag ne différant que peu des Ag autologues.
* Ag forts et multivalents utilisés à doses faibles, de façon à n'avoir de réponse que contre le déterminant le plus immunogène.
* fragments d'Ag complexes.
III-1.1.1.2./ Les gènes Ir
L'étude de la réponse humorale ou cellulaire aux Ag précédents chez des souches pures de souris et leurs hybrides montre qu'à chaque Ag simple correspond un gène Ir généralement lié au H2 et transmis de façon mendélienne avec dominance du caractère répondeur. Cependant certains gènes Ir se trouvent en dehors du H2. Les gènes actuellement identifiés sont localisés, en majorité, dans le locus IA et plus accessoirement le locus IE. Les bons répondeurs pour un Ag simple peuvent être non répondeurs pour un autre Ag même très voisin, le contrôle génétique est alors très spécifique. Dans quelques cas, lorsqu'on croise 2 souches non répondeurs, on peut obtenir des hybrides bons répondeurs, ce qui s'explique par l'intervention de 2 gènes Ir complémentaires. L'une des souches apporte le premier gène et l'autre le second. Chez l'homme, des équivalents des gènes Ir sont situés en majorité dans la région HLA-D.
III-1.1.1.3./ Mode d'intervention des gènes Ir
Cellules et facteurs exprimant les produits de la région I chez la souris : C'est au niveau des lymphocytes T coopérants et de l'immunité cellulaire que s'exerce le contrôle par les gènes Ir. Il a été proposé, dans le cas où les T suppresseurs existeraient, que leurs gènes soient nommés Is.
Les gènes Ir, situés au niveau de H2, agissent sur la réponse immune par l'intermédiaire des Ag du CMH de classe II à différents niveaux de la communication entre les cellules de l'immunité. D'abord l'Ag est transmis de façon optimale aux lymphocytes T CD4+TH2 coopérants ou CD4+TH1 de l'immunité cellulaire, à condition que ces lymphocytes reconnaissent à la surface de la cellule présentant l'Ag l'ensemble, peptide portant le déterminant et Ag de classe II syngénique. Donc la réponse dépend de la capacité pour les Ag de classe II du sujet de se lier avec le peptide précédent et évidemment de l'existence de T avec les récepteurs capables de reconnaître le peptide présenté par les Ag de classe II.
Les gènes Ir sont les gènes de la région IA (souris) ou DR (homme) dont les Ag de classe II qu'ils contrôlent, peuvent présenter des peptides antigéniques aux T coopérants.
Les gènes Is seraient localisés dans les régions IE (souris) ou DQ (homme) dont les produits seraient les Ag de classe II qui fixent des peptides ensuite présentés aux T suppresseurs.
III-1.2./ Les gènes des régions K et D et les gènes Ir
Nous avons précédemment vu chez la souris que les cellules T cytotoxiques spécifiques des Ag d'un virus particulier ne peuvent tuer leur cible cellulaire que si celle-ci porte le déterminant antigénique reconnu par le lymphocyte T et les Ag de classe I syngéniques. Par conséquent, les gènes des Ag de classe I sont responsables de la restriction par le CMH dans le système cytotoxique des cellules T. L'apparition d'une immunité cellulaire supportée par les T cytotoxiques est donc en rapport avec la stimulation de T CD4+ TH1, faisant intervenir les épitopes d'un Ag exposé sur les Ag de classe II autologues et de T CD8+ cytotoxiques spécifiques d'autres épitopes du même Ag exposé sur les Ag de classe I autologues. Alors, les gènes de la réponse immune cellulaire sont à la fois ceux des Ag de classe I et II.
Les gènes Ir du CMH contrôlent donc la réponse immune vis-à-vis d'un Ag élémentaire particulier, par l'intermédiaire de la synthèse d'Ag de classe I ou II capables ou non de fixer et de présenter cet Ag aux lymphocytes T.

III-2. Gènes contrôlant le niveau des réponses humorales indépendamment de la spécificité de l'Ag

III-2.1./ Sélection des souris bons et mauvais répondeurs
Avec des Ag complexes utilisés à doses optimales, tels que les GR, le rôle des gènes Ir ne peut plus être étudié, car les déterminants antigéniques sont très nombreux et les effets de tous les gènes Ir correspondants se superposent rendant l'étude impossible. Par contre, on peut apprécier le niveau global de la réponse immune et les autres facteurs qui la contrôlent. Biozzi, partant d'une colonie de souris Swiss génétiquement hétérogène, immunise ces animaux avec des GRM. En fonction du taux d'Ac agglutinants, les individus se répartissent selon une courbe de Gauss. L'expérimentateur accouple alors ensemble les mâles et les femelles qui donnent les taux d'Ac les plus élevés ou les plus bas. De génération en génération, la courbe de Gauss se déplace vers la droite pour les premiers et la gauche pour les seconds. Au bout de 15 à 20 générations, les souris bonnes productrices donnent des titres de 10.000 et les mauvaises de 40. De nouveaux accouplements entre bons et mauvais producteurs n'accentuent pas cette différence.
De la nécessité de faire la sélection sur 15 à 20 générations pour séparer les souris bonnes et mauvaises et de l'étude des hybrides entre ces 2 souches (qui ne sont pas homozygotes), il découle que 10 à 14 gènes indépendants concourent à la régulation de cette réponse immune. La majorité de ces gènes est indépendante de H2 et une minorité serait liée aux gènes contrôlant certains allotypes des Ig.
Les souris bons répondeurs pour la réponse primaire anti-GRM le sont aussi pour la réponse vis-à-vis de la plupart des autres Ag, même des Ag thymo-indépendants comme le SIII du pneumocoque. De plus, la bonne réponse porte aussi sur la réponse secondaire et sur les Ac des différentes classes d'Ig. La même constatation est faite pour les mauvais répondeurs.

III-2.2. Niveau où s'exprime la sélection
La régulation étant polygénique, elle s'exerce à différents niveaux de la réponse humorale et de son contrôle. Cependant, elle intervient uniquement sur les cellules de la réponse immune, car les transferts de cellules spléniques entre souris bons et mauvais répondeurs à des receveurs irradiés montrent que le caractère bon ou mauvais répondeur dépend uniquement des cellules transférées et non de l'hôte et de son environnement.
Deux types de cellules sont la cible de ce contrôle : les cellules B et les macrophages (sans doute aussi les cellules dendritiques)
III-2.2.1./ Les cellules B
Elles sont l'une des cibles, car la sélection s'étend aux Ag thymo-indépendants. De plus, il existe un défaut de la différenciation en plasmocytes chez les mauvais répondeurs. Les cellules T ne sont pas concernées, puisque l'immunité à médiation cellulaire est de même niveau dans les 2 lignées.
III-2.2.2./ Les macrophages
Les macrophages des souris bonnes productrices dégradent lentement l'Ag, l'exposent de façon prolongée sur leur membrane cytoplasmique et ont une activité enzymatique de leurs lysosomes faibles, alors que les macrophages des souris mauvais répondeurs présentent des propriétés opposées. Cependant, l'activité phagocytaire de ces cellules est analogue dans les 2 souches.
Outre le mauvais transfert de l'Ag aux lymphocytes T par les macrophages à fortes activités enzymatiques, ces cellules inhibent très efficacement la prolifération de certaines bactéries (salmonella, BK) et de certains parasites (leishmanies) dans leur cytoplasme. La conséquence est une bonne défense des mauvais répondeurs contre certaines infections. C'est l'inverse pour les bons répondeurs.

En conclusion
Les gènes V D et J contrôlent la spécificité de reconnaissance des récepteurs de surface des lymphocytes B ou T. Ils sont responsables de la possibilité ou de l'impossibilité pour une cellule B de synthétiser un Ac précis et pour une cellule T de répondre de la façon qui correspond à sa fonction à un Ag particulier. Les gènes Ir et Is déterminent l'intensité de la réponse humorale (et cellulaire) vis-à-vis d'un Ag élémentaire respectivement par l'intermédiaire des T coopérants (et/ou cytotoxiques) et des T suppresseurs. Enfin, d'autres gènes contrôlent aussi le niveau de la réponse humorale indépendamment de l'Ag, en agissant sur les lymphocytes B, les CpAg et sans doute à d'autres niveaux.