ANTIGÈNES

ANTIGÈNES

Dans son acception la plus générale, le terme antigène désigne toute espèce moléculaire d’origine biologique ou synthétique (tabl. 1) qui, au contact de cellules appropriées du système immunitaire d’un organisme animal donné, appelé hôte ou receveur, est reconnue par ces cellules et provoque un processus impliquant leur prolifération, connue sous le nom de réaction immunitaire , caractérisée par la synthèse d’effecteurs moléculaires libres ou associés à des cellules ayant la propriété de se combiner spécifiquement in vivo (dans l’organisme de l’hôte) ou in vitro avec l’antigène qui en a suscité la production.

Cette définition générale met en évidence deux facettes du concept d’antigène, l’une concernant l’induction de la réaction immunitaire et l’autre l’interaction de l’antigène avec les produits de cette réaction. Dans ce contexte, le terme immunogène , souvent utilisé comme synonyme d’antigène, concerne la première facette du concept d’antigène, lorsqu’on désire mettre l’accent sur l’immunogénicité de la molécule antigénique, c’est-à-dire sa capacité d’induire la réaction immunitaire spécifique de cette molécule. Il est important de souligner que la notion d’immunogénicité d’une molécule donnée est relative, car elle est toujours liée au receveur et dépend, notamment, de son génome, de son passé immunologique et de ses conditions physiologiques du moment.

Le concept d’antigène doit être complété par celui d’haptène (du grec haptein , «se fixer à»), proposé en 1921 par Karl Landsteiner. On qualifie par ce terme toute espèce moléculaire (essentiellement des substances organiques de faible masse moléculaire) qui, au contact du système immunitaire d’un individu, est incapable de susciter une réponse immunitaire mais qui, associée ou chimiquement couplée à une macromolécule biologique ou synthétique qui lui sert de porteur (carrier en anglais), pourra induire une telle réponse. L’ensemble molécule porteuse-haptène constitue un conjugué hapténique qui entre dans la catégorie des antigènes artificiels (tabl. 1). Dans un tel conjugué, l’haptène et les atomes environnants du porteur constituent un néoépitope, qui sera reconnu par les anticorps ou les récepteurs T spécifiques de ce déterminant hapténique . Il est important de noter que le concept d’haptène est relatif et dépend du receveur. Ainsi, le polyoside III du pneumocoque est immunogène chez l’homme et la souris, mais ne l’est pas chez le lapin ou le cobaye, chez lesquels une réponse immunitaire pourra être suscitée si l’on injecte le pneumocoque lui-même (servant de porteur naturel du polyoside) ou le polyoside purifié associé à une macromolécule porteuse. Il s’ensuit que, selon l’hôte, une molécule peut se comporter soit comme antigène, soit comme haptène.

La réaction immunitaire est l’expression fonctionnelle de la propriété fondamentale du système immunitaire de tout individu de réagir contre n’importe quel antigène exogène ou éventuellement endogène (propre à l’hôte) reconnu par ce système comme «étranger». Les antigènes exogènes peuvent être allogéniques (issus d’individus de la même espèce animale) ou xénogéniques (provenant d’autres espèces animales, d’autres organismes biologiques ou de substances organiques de synthèse).

Pendant la presque totalité du XX^e siècle, la finalité («raison d’être») du système immunitaire (S.I.) a été perçue comme relevant d’une logique défensive contre tout agresseur antigénique dont le corollaire impliquait l’incapacité fondamentale de l’organisme de susciter une réaction immunitaire contre ses propres constituants antigéniques. Il s’agit, dans ce cas, du maintien d’un état de tolérance immunitaire vis-à-vis de ces constituants, autrement dit de l’absence d’auto-immunité. Ce concept est le fondement du paradigme classique de la discrimination fine et spécifique par le S.I. de tout individu entre les antigènes du «soi» (self , en anglais), c’est-à-dire l’ensemble des épitopes propres aux constituants de l’organisme de l’individu, et les antigènes du «non-soi» (non-self ) correspondant à l’ensemble des épitopes allogènes et exogènes. Ce principe du tri entre le self et le non-self , selon la terminologie de MacFarlane Burnett, avait été clairement perçu dès 1901 par le microbiologiste et immunologiste allemand Paul Ehrlich (1845-1915), sous le terme horror autotoxicus . Cette appellation sous-entend qu’on peut s’immuniser contre «n’importe quoi», sauf contre ses propres constituants, c’est-à-dire qu’on ne se «détruit pas soi-même». La tolérance naturelle aux antigènes du «soi» (règle d’Ehrlich) a été considérée comme reflétant un verrouillage rigide de leur reconnaissance par le S.I., condition indispensable au maintien de l’intégrité de l’organisme avec toutefois l’éventualité «exceptionnelle» (accidentelle) d’une rupture de cette tolérance dans le contexte pathologique des maladies auto-immunes qui affectent 5 à 7 p. 100 de la population générale. Cette conception d’une opposition radicale, sauf exception, entre le «soi» et le «non-soi», qui a prévalu depuis le début du siècle jusqu’au début des années 1980, n’est plus de mise actuellement. En effet, la détection de faibles quantités d’anticorps «naturels» contre de nombreux antigènes du «soi» dans des sérums normaux en dehors de toute maladie patente suggère clairement que la distinction entre le «soi» et le «non-soi» n’est pas parfaite et que, de ce fait, ces deux facettes ne sont pas antinomiques. Au contraire, il existe entre elles une continuité «physiologique», et donc un équilibre. Chez les Vertébrés, la réaction immunitaire est polymorphe. Dans la plupart des cas, elle se traduit par une réponse immunitaire humorale et/ou à médiation cellulaire, et, plus rarement, par le phénomène de tolérance dans certaines conditions liées à l’hôte et à l’antigène.

1. Structure moléculaire et classification chimique des antigènes

En règle générale, les antigènes sont des macromolécules, mais toute macromolécule n’est pas obligatoirement immunogène. L’immunogénicité d’une macromolécule est d’autant plus élevée que sa taille est plus importante. Exceptionnellement, un certain nombre de molécules de faible taille moléculaire (masse moléculaire inférieure à 2 500 daltons) sont immunogènes en présence d’adjuvants, mais la réponse humorale ou cellulaire observée est généralement faible par comparaison à celle que l’on obtient avec les macromolécules.

Les antigènes macromoléculaires peuvent être classés en trois catégories: naturels, artificiels et synthétiques (tabl. 1).

Antigènes naturels

Les antigènes naturels englobent les trois types de macromolécules biologiques d’origines animale, végétale et microbienne: les polyosides, les protéines (y compris les polypeptides de 2 000 à 5 000 daltons) et les acides nucléiques. Leur immunogénicité dépend de l’espèce animale qui reçoit l’antigène, des caractéristiques physiques et chimiques propres à chaque molécule, du degré de dissimilarité structurale entre ces antigènes et ceux de l’hôte (problème de la tolérance) et de nombreux facteurs contingents.

Polyosides

Les polyosides (polysaccharides dans la terminologie anglo-saxonne) sont des polymères à structure ordonnée, constitués par des motifs monomériques et donc des épitopes identiques se répétant à des intervalles réguliers le long de la macromolécule ^{[cf. GLUCIDES]}. Les motifs constitutifs y sont des oses ou des osides (ou des dérivés de ces molécules). Les polyosides, dont la masse moléculaire peut atteindre parfois plusieurs dizaines de millions de daltons (dextranes, lévanes, etc.), peuvent être linéaires, ramifiés ou arborescents. Ils peuvent également être des constituants de molécules complexes par association à des protéines (glycoprotéines), à des peptides (glycopeptides) ou à des lipides (lipopolyosides).

Les polyosides sont des constituants ubiquitaires de la biosphère tant chez les micro-organismes bactériens, fongiques ou parasitaires, où ils sont essentiellement localisés à leur surface (parois, membranes), que chez les organismes animaux et végétaux. C’est le cas notamment des antigènes de groupes sanguins. De nombreux vaccins bactériens, tels ceux dirigés contre les pneumocoques ou Hemophilus influenzae , sont constitués par les polyosides capsulaires isolés et purifiés de ces bactéries. En raison de leur relative simplicité structurale comparée à celle des protéines, les antigènes polyosidiques ont été et restent un outil précieux en immunochimie et en immunologie cellulaire (étude des antigènes thymo-indépendants, de la tolérance et de la réponse immunitaire humorale).

Les polyosides peuvent être formés d’un ose unique répété tout au long de la chaîne (homopolyosides) ou de motifs répétitifs formés de deux à six oses différents (hétéropolyosides).

Les homopolyosides comprennent les polymères de glucose (glucanes), de fructose (fructanes), de mannose (mannanes), de galactose (galactanes), d’arabinose (arabanes), de xylose (xylanes) et de la N-acétyl-D-glucosamine (chitine). Seuls certains glucanes et fructanes sont immunogènes. Les glucanes comprennent, entre autres, les dextranes, qui sont immunogènes, alors que la cellulose, l’amidon et le glycogène ne le sont pas. Les caractéristiques structurales de ces chaînes de poly(D-glucose) [glucopyrannose] sont, par exemple, critiques pour l’immunogénicité. Les dextranes sont des exopolyosides de tailles extrêmement hétérogènes, secrétés par diverses espèces bactériennes (tel Leuconostoc mesenteroides ). Le poids moléculaire moyen est de plusieurs dizaines de millions de daltons. Ces polymères de glucose sont générés par une réaction de transoxylation à partir du saccharose:

Le nombre, les types de liaisons des unités glucose-glucose et la taille des ramifications varient selon les souches bactériennes et les conditions de culture. Les résidus glucosyl sont essentiellement reliés par des liaisons 見(1 料 6), sauf aux points de branchement où elles s’effectuent en position 見(1 料 4), 見(1 料 3) ou 見(1 料 2).

Les fructanes comprennent l’insuline, qui n’est pas immunogène, et les lévanes, qui sont, comme les dextranes, d’excellents immunogènes. Ces molécules linéaires ou ramifiées (poids moléculiare de 50 000 à plusieurs millions de daltons) sont unies entre elles par des liaison 廓 (2 料 6) ou 廓 (2 料 1) aux points de branchement. Les lévanes sont produits dans les feuilles d’herbage et par diverses espèces bactériennes. Leur synthèse s’effectue, comme pour les dextranes, par une réaction de transosylation à partir du saccharose:

Les dextranes et les lévanes ont été d’un intérêt considérable dans l’étude de problèmes immunologiques fondamentaux: détermination de la structure moléculaire de leur épitope, de la taille du site anticorps correspondant et des idiotypes associés (E. Kabat), contribution des chaînes latérales dans l’immunogénicité et la régulation de la réponse immunitaire à des antigènes hétérologues, études des mécanismes de la tolérance, etc.

Les hétéropolyosides sont d’une diversité extrême. Nombre d’entre eux sont immunogéniques. Ils sont des constituants majeurs des capsules et des parois des bactéries (pneumocoques, staphylocoques, streptocoques, entérobactéries, etc.), et certaines, comme les polyosides du pneumocoque, ont été à la base du développement de l’immunochimie quantitative par M. Heidelberger ^{[cf. IMMUNOCHIMIE]}. Une mention particulière doit être faite pour les lipopolyosides (lipopolysaccharides) des bactéries à Gram négatif. Ces composants de la membrane externe de ces organismes sont les responsables directs du pouvoir pathogène et de la mortalité par choc septique provoquée par ces bactéries. Leurs propriétés biologiques et immunologiques ^{[cf. TOXINES]} sont des plus remarquables et en font, depuis leur découverte, en 1933, un des outils les plus utilisés en immunologie (pouvoir mitogène polyclonal sur les lymphocytes B, induction de cytokines, etc.).

Les polyosides sont le prototype des antigènes thymo-indépendants (cf. infra et tabl. 2). Chez certains individus, les anticorps antipolyosides présentent une hétérogénicité restreinte, voire quasi monoclonale, contrairement à ce qu’on observe dans le cas des anticorps antiprotéines et antihaptènes.

Protéines

Les antigènes protéiques constituent les immunogènes naturels les plus nombreux et les plus diversifiés. De nombreux vaccins bactériens et viraux sont constitués par des protéines, comme c’est le cas, par exemple, des anatoxines diphtériques et tétaniques. La plupart des protéines et de nombreux polypeptides sont immunogènes lorsqu’ils ne présentent pas une identité ou une similarité structurale trop étroite avec les protéines homologues constitutives de l’hôte. Plus les structures épitopiques des antigènes de celui-ci et celles des antigènes allogéniques et xénogéniques administrés seront éloignées ou totalement distinctes (protéines des micro-organismes), meilleure sera l’immunogénicité (cf. infra ).

Les spécificités antigéniques (épitopiques) d’une protéine donnée, par exemple l’albumine sérique humaine, peuvent être identiques chez tous les individus de la même espèce animale. De telles spécificités, caractéristiques à la fois d’un antigène et de l’espèce animale qui les a produits, sont qualifiées d’isotypiques selon la terminologie proposée par l’immunologiste français Jacques Oudin. Dans d’autres situations, l’antigène concerné peut exister chez la même espèce animale sous différentes formes dites alléliques (génétiquement héritées), porteuses de spécificités antigéniques différentes, qualifiées d’allotypiques . C’est le cas des immunoglobulines ou des antigènes de groupes sanguins. Un individu de l’espèce pourra susciter une réaction immunitaire contre la molécule d’allotype différent qui est reconnue comme étrangère. En revanche, les molécules porteuses de la spécificité isotypique ne susciteront pas de réponse au sein de l’espèce, car elles se comportent comme des antigènes du «soi». Enfin, un troisième type de spécificité chez les protéines, appelé spécificité idiotypique , découverte également par Oudin, concerne des épitopes propres à une immunoglobuline anticorps chez un individu donné et caractéristiques uniquement de cet anticorps. Ces épitopes d’une protéine propre à l’individu seront toutefois reconnus comme du «non-soi» et susciteront, chez celui-ci, des anticorps anti-idiotypiques dont l’importance est considérable dans la régulation fine de système immunitaire (concept de réseau idiotypique ).

On appelle antigènes hétérophiles les antigènes portant des spécificités communes à des espèces animales (ou même végétales), différentes et taxinomiquement parfois fort éloignées; c’est le cas, par exemple, des cytochromes, du lysozyme et de bien d’autres protéines ubiquitaires qui s’étendent des micro-organismes à l’homme, mais qui se distinguent toutefois par des épitopes propres à l’espèce.

Acides nucléiques

L’immunogénicité des acides nucléiques, longtemps niée, est désormais bien établie, mais ne concerne que certains acides ribonucléiques (ARN) et désoxyribonucléiques (ADN). Les autoanticorps anti-ADN caractérisent certaines maladies auto-immunes (lupus érythémateux disséminé). Enfin, certains lipides macromoléculaires à longues chaînes aliphatiques peuvent être immunogènes dans certaines conditions.

Antigènes artificiels

Ce terme s’applique aux antigènes à macromolécules modifiées chimiquement par fixation d’une ou de plusieurs molécules, identiques ou non, généralement de faible masse moléculaire (haptènes). Ce couplage artificiel peut également s’effectuer sur diverses cellules, notamment les hématies, sur des virus ou sur diverses particules ou structures insolubles (liposomes, etc.).

La fixation des «ligands» sur la macromolécule porteuse est obtenue, dans la majorité des cas, par des liaisons covalentes. Dans un certain nombre de cas, l’association ligand-molécule porteuse s’effectue au moyen de liaisons non covalentes (essentiellement électrostatiques) en utilisant comme support des molécules, telle l’albumine sérique bovine méthylée, qui porte des charges positives.

Le couplage de centaines de molécules hapténiques (sucres, stéroïdes, hormones, antibiotiques, petits polypeptides synthétiques, nucléotides, alcaloïdes, agents pharmacologiques divers) a été, et reste, l’un des outils les plus utilisés en immunologie: étude moléculaire fine de la spécificité, mécanismes de l’immunogénicité et de la tolérance. Les immunogènes artificiels sont particulièrement intéressants, car ils permettent d’étudier les variations qualitatives ou quantitatives du pouvoir immunogène pouvant découler de la modification de la molécule native par un ligand de structure connue, tout particulièrement la transformation d’une molécule support non immunogénique en immunogène parfois puissant, par greffage d’un haptène. Les techniques fines et hautement sensibles de l’immunoanalyse contemporaine (immunoenzymologie, radio-immunologie), dont les applications médicales et industrielles sont considérables, ont été développées grâce à la préparation d’antigènes artificiels par couplage (à la molécule porteuse) du ligand, dont on souhaite ultérieurement la détection ou le dosage dans des échantillons biologiques.

Antigènes synthétiques

Ces antigènes sont essentiellement des polypeptides de synthèse obtenus par polymérisation d’acides aminés sous forme de chaîne polypeptidique. Un premier type de polymères, les poly( 見-aminoacides) de composition et de structure beaucoup plus simples que celles des protéines comparées à partir de 1965, a permis des progrès décisifs dans la compréhension des bases structurales et du déterminisme génétique de l’immunogénicité des antigènes, beaucoup plus difficile à réaliser avec les antigènes naturels, et tout particulièrement les protéines, du fait de leur extrême complexité structurale. Ils ont permis notamment la découverte des gènes de réponse immunitaire aux antigènes et ouvert la voie à la compréhension fine des mécanismes moléculaires de cette réponse. Ces polymères synthétiques sont les chaînes linéaires ou ramifiées d’acides aminés englobant deux variétés structurales: les homopolymères et les copolymères . Les premiers sont constitués d’une chaîne monotone de résidus aminoacyl identiques (A-A-A...A):

Les copolymères comprennent deux, trois et, plus rarement, quatre acides aminés différents. Pour les copolymères linéaires, on distingue trois types de situation structurale: – Les copolymères à séquence non ordonnée, dite aléatoire ou stochastique (random copolymers ); par exemple, avec trois acides aminés différents:

– Les copolymères séquencés à motifs monomériques répétitifs et alternés (copolymères à «blocs»), tel le copolymère biséquencé

– Les copolymères à séquences répétitives (A-B-C)-(A-B-C)...(A-B-C):

Ainsi, les copolymères formés de glycine (Gly), de proline (Pro) et d’alanine (Ala), ou (Pro 漣Ala 漣Gly)ⁿ sont apparentés au collagène.

Les copolymères ramifiés sont constitués par une chaîne linéaire principale ou arête centrale [en règle générale, homopolymérique formée, le plus souvent, de poly(L-lysine)], sur laquelle on greffe des chaînes latérales formées de peptides comprenant deux ou trois acides aminés différents. À l’intérieur, c’est-à-dire aux points de branchement sur l’arête centrale, est fixée une séquence homopolymérique (constituée souvent par la polyalanine ou par la polyproline) et, vers l’extérieur, sont disposés des oligopeptides comprenant souvent un acide aminé aromatique (fig. 1).

Des centaines de copolymères ont été synthétisées pour étudier leur immunogénicité sur des lignées d’animaux consanguins (souris, cobaye) en vue d’appréhender les bases structurales de l’immunogénicité (cf. infra ). Ces polymères ont, en effet, une composition relativement plus simple que celle des protéines et un nombre restreint de déterminants antigéniques, rendant ainsi plus facile l’étude des rapports entre la structure antigénique et la réponse immunitaire. La découverte, par B. Bencerraf et H. O. Mac Devitt, des gènes de réponse immunitaire résulte de l’utilisation de ces antigènes synthétiques.

Grâce à ces polypeptides, il a été possible d’obtenir des séries de copolymères dont l’étude, sur le plan immunologique (étude génétique de la diversité des anticorps et de leur idiotypie), s’est révélée très intéressante (M. Fougereau). C’est le cas, notamment, du polypeptide (Gly⁶³ 漣Ala³¹) 漣Tyr⁴, dans lequel un tétrapeptide de tyrosine est en extrémité de chaîne, ou du polymère ramifié possédant les séquences poly(T, T, G, G) 漣A 漣L et poly(T, G, T, G) 漣A 漣L, dans lesquelles T est la tyrosine, A l’alanine, L la lysine et G l’acide glutamique.

À part les poly( 見-aminoacides) décrits ci-dessus, d’autres polypeptides de synthèse, mis au point depuis 1980 et intensivement étudiés, concernent les polypeptides de longueur variable possédant une séquence en acides aminés identique à celle qui est présente dans une protéine donnée ou une séquence modifiée (analogue de la séquence native) utilisées pour étudier les bases structurales de l’immunogénicité, les épitopes T ou en vue de la préparation de vaccins de synthèse. Le premier vaccin de ce type contre un produit microbien pathogène (toxine diphtérique) a été réalisé à l’Institut Pasteur par les équipes de J. Alouf et L. Chedid (1981).

Enfin, diverses macromolécules non polypeptidiques de synthèse sont immunogènes. C’est le cas de la polyvinylpyrrolidone et des polyacrylamides linéaires dinitrophénylés.

2. Antigènes thymodépendants (TD) et thymo-indépendants (TI)

Les recherches menées à partir de 1966 sur la réponse immunitaire humorale chez les souris thymectomisées à la naissance, les souris nudes (congénitalement dépourvues de thymus), les souris irradiées et restaurées par des cellules thymiques et de moelle osseuse, ainsi que l’étude du rôle de la molécule porteuse dans la réponse humorale secondaire (Davies, Claman, Miller, Nossal, Mitchison) ont mis en évidence une dichotomie fonctionnelle fondamentale parmi les antigènes (tabl. 2). Un premier groupe de molécules, qui englobe la majorité des antigènes, nécessite la coopération indispensable des lymphocytes T auxiliaires (T^H pour helper ) pour le déclenchement de la réponse humorale par les lymphocytes B effecteurs de cette réponse, dont on sait par ailleurs qu’elle implique également la participation des macrophages-monocytes ou d’autres cellules présentatrices de l’antigène (cf. infra ). Ultérieurement, l’étude in vitro de la réponse immunitaire humorale a permis d’établir la réalité de la coopération lymphocytes B-lymphocytes T dans cette réponse, ainsi que l’analyse de ses mécanismes moléculaires progressivement élucidés à partir de 1983 et explicités plus loin.

Les antigènes nécessitant la coopération des lymphocytes ^H dans la réponse immunitaire sont qualifiés de thymodépendants (TD), du fait de l’origine thymique des lymphocytes T. Ces antigènes comprennent les protéines solubles (à l’exception de certaines formes polymériques, comme la flagelline des pili d’entérobactéries ou des protéines de capsides virales), les protéines de surfaces cellulaires (par exemple, hématies xénogéniques), les polypeptides synthétiques d’acides aminés de la forme L et les conjugués haptène-protéine.

Un deuxième groupe d’antigènes qualifiés de thymo-indépendants (TI) ne nécessite pas la coopération des lymphocytes ^H pour induire la réponse humorale à ces antigènes, qui naturellement ne peuvent susciter une réponse à médiation cellulaire: effectivement, une réponse humorale peut être obtenue vis-à-vis de ces antigènes chez la souris nude ou thymectomisée à la naissance. Il est important de préciser que la thymo-indépendance n’est pas toujours absolue, et que des situations intermédiaires entre une thymo-dépendance stricte et une thymo-indépendance totale peuvent exister. Les antigènes TI peuvent se passer de la coopération des lymphocytes T, du fait de leur capacité de stimulation directe des lymphocytes B par pontage de leurs immunoglobulines (Ig) de surface par les épitopes répétitifs et identiques de l’antigène. Cette stimulation des récepteurs suffit par elle-même à déclencher la prolifération des lymphocytes B, également favorisée, en ce qui concerne les antigènes de type 1 (cf. infra ), par leur activité mitogène endogène. Les antigènes TI (tabl. 2) comprennent les homopolyosides, les hétéropolyosides, notamment les endotoxines (lipopolyosides) des bactéries à Gram négatif, les polypeptides synthétiques d’acides aminés de la forme chirale D, les polynucléotides synthétiques d’inosine et de cytosine (poly-I, poly-C), la polyvinylpyrrolidone et certaines protéines polymérisées comme la flagelline, dont la forme monomérique est en revanche un antigène TD. La thymo-indépendance de ces antigènes est liée à leur particularité structurale et métabolique: la présence d’un grand nombre de motifs épitopiques identiques et répétitifs tout le long du polymère et le catabolisme très lent, voire nul, de ces antigènes (et, de ce fait, leur longue persistance chez l’hôte dont le S.I. reste stimulé pendant très longtemps). Notons que les polymères synthétiques des acides aminés de la forme L, bien qu’ils possèdent des épitopes répétitifs, ne sont pas thymo-indépendants en raison de leur dégradation rapide similaire à celle des antigènes TD. Les macrophages interviennent en général peu dans la réponse aux antigènes TI. En outre, l’immunogénicité de ces derniers n’est pas régie, contrairement aux antigènes TD, par des gènes de réponse immunitaire situés dans la région génomique du complexe majeur d’histocompatibilité.

Les antigènes TI se distinguent également des antigènes TD par les caractéristiques de la réponse humorale secondaire induite après un contact antérieur avec les mêmes antigènes (réponse primaire). Pour les antigènes TD, les anticorps du type IgG constituent l’essentiel de la réponse secondaire, liée à une maturation des lymphocytes qui reflètent le phénomène de la mémoire immunologique . Cette maturation se traduit par une affinité plus élevée des IgG pour l’antigène que ceux qui sont induits au cours de la réponse primaire et constitués essentiellement par les IgM, d’affinité plus faible. La situation est différente pour les antigènes TI, pour lesquels la mémoire immunitaire est nulle ou très faible, sans maturation concomitante des lymphocytes B, ce qui se traduit par l’absence d’une réponse secondaire véritable. Aussi, malgré des stimulations antigéniques répétées, les anticorps produits restent essentiellement limités aux IgM et, parfois, pour certains antigènes, à des anticorps IgG restreints à certaines sous-classes (IgG3 le plus souvent). Les antigènes TI sont souvent de bons tolérogènes lorsqu’ils sont injectés aux doses appropriées. L’induction de la tolérance vis-à-vis des antigènes TD est plus difficile. Certains antigènes TI sont souvent des mitogènes non spécifiques (activateurs polyclonaux) des lymphocytes B. Cela est notamment le cas pour les endotoxines lipopolyosidiques.

Deux classes d’antigènes TI, dits de types 1 et 2, qui stimulent des lymphocytes B à différents stades de maturité, ont été individualisés, notamment chez la souris. Ainsi, les endotoxines, la flagelline polymérique et les polypeptides de synthèse des acides aminés de la forme D appartiennent à la classe 1, alors que les lévanes, les dextranes et le polyoside III du pneumocoque appartiennent à la classe 2.

3. Les déterminants antigéniques (structure épitopique des Ag)

Le concept de déterminant (site) antigénique élaboré dès 1950 est actuellement un des paradigmes fondamentaux de l’immunologie. Les premiers travaux qui ont étayé ce concept ont été menés entre 1930 et 1965. Ils concernent l’étude de la réactivité des haptènes, des antigènes (protéines et polyosides) et de leurs fragments obtenus par clivage enzymatique ou chimique avec les anticorps homologues (K. Landsteiner, M. Heidelberger, E. Kabat, C. Lapresle): de très nombreux travaux, à partir de 1970 jusqu’à présent, devaient permettre de préciser, sur des bases structurales très claires, les caractéristiques moléculaires des épitopes par diverses approches: fragments peptidiques de nombreux antigènes protéiques (cf. infra ), peptides et vaccins de synthèse (M. Sela, M. H. V. Van Regenmortel, J. Alouf, L. Chedid, A. Lerner), microscopie électronique des complexes antigènes-anticorps (R. C. Valentine), étude cristallographique par diffraction aux rayons X de ces complexes (R. Poljak) et des complexes peptides-molécules du CMH ou complexe majeur d’histocompatibilité (P. J. Bjorkman).

L’ensemble de ces travaux montrait que toute molécule d’antigène peut être considérée, en ce qui concerne sa réactivité avec les molécules de reconnaissance spécifiques des antigènes, comme une mosaïque de motifs moléculaires de taille limitée: les déterminants (sites ) antigéniques que Niels Jerne a proposé, en 1960, d’appeler épitopes . Ceux-ci peuvent être définis comme les entités structurales d’un antigène directement impliquées dans la liaison spécifique de celui-ci avec les sites anticorps (paratopes) des Ig ou avec les régions variables des chaînes constitutives des récepteurs des lymphocytes T stéréospécifiquement complémentaires de ces entités. Ainsi, l’analyse par diffraction aux rayons X de la zone de contact entre le paratope d’un anticorps monoclonal antilysozyme d’œuf de poule et le lysozyme dans le complexe cristallisé a montré que l’épitope majeur impliqué dans l’interaction était constitué par seize acides aminés localisés dans deux segments peptidiques très éloignés l’un de l’autre dans la chaîne polypeptidique constitués par les résidus aminoacides 18 à 27 et 117 à 128, mais très proches dans la configuration native de l’antigène en raison du repliement de la chaîne dans la structure tridimensionnelle de la molécule protéique. L’épitope occupe un espace dont les dimensions sont 1,3 憐 0,6 憐 1,5 nanomètres. Pour les paratopes, qui ont fait jusqu’à présent l’objet de mesures précises pour différents systèmes épitopes-paratopes cristallisés étudiés par diffraction aux rayons X, ils se présentent comme des surfaces planes de 7 à 8 nm², comprenant de quinze à dix-sept acides aminés des six régions hypervariables (chaînes légères et lourdes) de la molécule d’Ig. Ces dimensions sont du même ordre de grandeur que celles des épitopes correspondants. Les épitopes reconnus par les Ig de surface des lymphocytes B et par les anticorps solubles diffèrent nettement de ceux reconnus par les récepteurs T, ce qui a mené à distinguer, à partir des années 1980, deux catégories d’épitopes: les épitopes B et les épitopes T , en fonction des molécules de reconnaissance auxquelles ils se lient. De nombreuses études expérimentales et théoriques ont établi que les épitopes des antigènes protéiques reconnus par les anticorps sont localisés à la surface de la protéine. Les épitopes majeurs, appelés immunodominants (vis-à-vis desquels la réponse immunitaire est plus fréquente), sont généralement situés dans des régions de flexibilité élevée de la chaîne polypeptidique (permettant ainsi un meilleur ajustement topologique avec le paratope) et d’hydrophilicité notoire. Ce dernier paramètre concerne les zones de surface ayant une affinité élevée pour l’eau. Cette corrélation a été bien établie pour un certain nombre de protéines dont la structure épitopique est bien connue (myoglobine, lysozyme, cytochromes, diverses protéines virales). En revanche, les épitopes T de certaines de ces protéines et d’autres s’avèrent localisés dans des régions internes et amphipathiques (riches en acides aminés hydrophobes) de la molécule.

Épitopes reconnus par les immunoglobulines

Il s’agit des déterminants antigéniques classiques (épitopes B) des différents types d’immunogènes protéiques et polyosidiques, largement étudiés à partir de 1955, et bien mieux connus que les épitopes T, individualisés beaucoup plus tard (à partir de 1982).

Épitopes des antigènes polyosidiques

Les épitopes B des polyosides sont relativement plus simples que ceux des protéines, bien qu’ils soient déjà d’une complexité importante en raison de la ramification des chaînes polyosidiques et de la structure secondaire et tertiaire (repliement) des chaînes ainsi que de la nature variée des oses constitutifs et de la diversité de leur orientation topologique et stéréochimique. Dans la plupart des molécules polyosidiques étudiées sur le plan de leur structure épitopique, les déterminants antigéniques répétitifs sont essentiellement des structures continues, constituées par la séquence des motifs monomériques successifs. Les études classiques d’E. Kabat sur l’inhibition de l’immuno-précipitation des dextranes par les anticorps antidextrane en présence d’oligosaccharides, lui ont permis d’établir la taille moyenne de l’épitope. La capacité d’inhibition par le glucose ou son dimère était nulle, et cette inhibition était de plus en plus élevée lorsqu’on passait du trisaccharide à l’hexasaccharide sans augmentation pour des polyosides plus longs. Il fut déduit que l’épitope polyosidique dans les dextranes était de la taille de l’isomaltohexaose, soit environ 3,4 憐 1,2 憐 0,7 nm, et que cette taille était très proche de celle du paratope.

Épitopes des antigènes protéiques

Ces épitopes sont localisés à la surface de la molécule protéique et comprennent généralement de quinze à vingt-deux acides aminés, certains pouvant être de taille moindre (de six à dix résidus) selon certains auteurs. On distingue classiquement deux types structuraux d’épitopes chez les protéines: les épitopes continus , constitués d’une séquence ininterrompue de six à quinze acides aminés successifs dans la chaîne polypeptidique, et les épitopes discontinus , formés de segments peptidiques non contigus dans la chaîne polypeptidique mais qui se retrouvent rassemblés dans la configuration native tridimensionnelle du fait du repliement de cette chaîne dans la molécule protéique (structure tertiaire). Ces deux types d’épitopes étaient antérieurement appelés «épitopes séquentiels et conformationnels». La majorité des épitopes des protéines globulaires (cf. infra ) est discontinue, ce qui explique que les anticorps suscités contre la protéine native ne réagissent pas, ou réagissent très mal, avec la molécule dénaturée (c’est-à-dire ayant perdu la configuration tridimensionnelle de la molécule native) ou avec des fragments peptidiques naturels ou synthétiques de l’antigène. Toutefois, la mise en évidence de la liaison plus ou moins affine d’anticorps suscités contre la molécule native, avec de tels fragments dérivés de certaines protéines telle la myoglobine du cachalot (17 000 daltons) qui comprennent cent cinquante et un résidus aminoacyl, a amené M. Z. Atassi (1975) à affirmer que cette protéine était uniquement constituée de cinq épitopes continus de six à sept résidus chacun, dispersés dans différentes régions à la surface de la molécule. Utilisant la même approche expérimentale, Atassi montrait que les trois épitopes de lysozyme qu’il avait identifiés étaient, en revanche, discontinus. Cela devait être confirmé par les études de diffraction aux rayons X, comme mentionné plus haut. Ultérieurement, les résultats concernant la myoglobine ont été partiellement remis en cause par d’autres auteurs qui, au moyen d’anticorps monoclonaux, ont découvert de nouveaux épitopes discontinus et montré que, parmi ceux identifiés précédemment, certains étaient en fait discontinus. Dans la protéine du virus de la mosaïque du tabac, M. Van Regenmortel a mis en évidence onze épitopes continus, de longueur variable, couvrant pratiquement toute la surface de la protéine.

En réalité, la structure épitopique des protéines globulaires est étroitement liée à la conformation tridimensionnelle de l’antigène natif, et tous les travaux récents ont établi que la quasi-totalité des épitopes B dans les protéines sont discontinus. En fait, sauf exception, les épitopes continus détectés par différentes approches expérimentales ne seraient très probablement qu’une partie d’épitopes discontinus plus complexes. En revanche, les épitopes des protéines fibrillaires, tels ceux de la fibroïne de la soie, sont des épitopes continus, constitués de trois acides aminés différents (glycine, alanine, tyrosine) répétitifs de 2,7 nm de longueur du type Gly (Gly)³ (Ala)³ Tyr.

Parmi les variétés infinies de protéines antigéniques, seuls les épitopes de cinq molécules, notamment le lypozyme et la neuraminidase du virus de la grippe, sont complètement connus grâce à l’analyse par diffraction aux rayons X des complexes cristallisés antigènes-anticorps. Chaque épitope couvre une surface de 65 à 90 nm² (de quinze à vingt-deux acides aminés), contractant de soixante-quinze à cent vingt liaisons hydrogène avec le paratope, outre les interactions coulombiennes et hydrophobes. La structure épitopique partielle est connue pour de nombreuses autres protéines.

Les conceptions actuelles concernant les épitopes B des protéines basées sur l’utilisation d’anticorps monoclonaux et polyclonaux et la connaissance de la structure tertiaire des paratopes et des épitopes semblent indiquer que les épitopes ne sont pas (comme dans les modèles antérieurs des «plages» isolées les unes des autres à la surface de la protéine) séparés par des régions «immunosilencieuses» non épitopiques. La molécule serait plutôt tapissée de nombreux épitopes contigus, ou chevauchants, formant un continuum qui couvre probablement toute la surface de la protéine, et l’ensemble de cette surface serait antigénique.

Du fait de leur structure multiépitopique, les antigènes protéiques et polyosidiques seront donc «vus» par les cellules du système immunitaire comme un ensemble de déterminants antigéniques. Ceux qui seraient reconnus comme «étrangers» au «soi» pourront susciter, en ce qui concerne la réponse humorale, des anticorps spécifiques des déterminants reconnus (fig. 2). En fait, chaque épitope déterminera la production d’une famille d’anticorps spécifiques, tous adaptés (plus ou moins étroitement) à ce site (notion d’avidité ou d’affinité de l’anticorps). Du fait qu’il peut exister plusieurs clones tous spécifiques de l’épitope mais ayant certaines différences dans la structure en aminoacides de leurs paratopes, ces anticorps pourront différer par diverses caractéristiques (classes, sous-classes, nature de la chaîne légère, charge de la molécule, etc.), ce qui amène à les qualifier d’hétérogènes. Il faut souligner que, chez un hôte donné, les déterminants d’un antigène peuvent ne pas s’exprimer dans leur totalité. En d’autres termes, seront synthétisés seulement les anticorps contre les épitopes effectivement reconnus. La réponse dépendra de paramètres génétiques propres à l’individu, de son répertoire B et T et de divers facteurs contingents liés à la manière dont l’antigène est présenté naturellement ou expérimentalement au système immunitaire (présence d’adjuvants, doses injectées, sites et modalités de l’injection, etc.).

Épitopes reconnus par les récepteurs T

Les épitopes T correspondent aux motifs structuraux des protéines, motifs «vus» et reconnus par les lymphocytes T. Contrairement aux épitopes B, ces épitopes sont toujours des segments courts continus d’acides aminés qui résultent de la fragmentation de la protéine native en petits peptides à l’intérieur des cellules présentatrices de l’antigène. Ces fragments sont ultérieurement exposés à la surface de ces cellules pour se lier au récepteur T (RcT), en association avec les molécules de classe II du CMH pour les lymphocytes T auxiliaires et de classe I pour les lymphocytes cytotoxiques dans le contexte de la restriction allogénique. L’étude des épitopes T s’est beaucoup développée à partir de 1982, mais nos connaissances restent toutefois plus limitées que pour les épitopes B. Tout progrès dans ce domaine serait très important, notamment dans le domaine de la vaccination. Une approche conceptuelle, qui s’est développée depuis 1985, concerne la détermination des structures primaires (et, éventuellement, tridimensionnelles) d’épitopes B et T qui peuvent susciter des anticorps neutralisants vis-à-vis d’antigènes de virus (poliomyélite, grippe, hépatite, VIH, etc.), de bactéries (mycobactéries, listeria, etc.) ou de parasites (plasmodium), en vue de l’élaboration de vaccins synthétiques multiépitopiques B + T qui peuvent, le cas échéant, être polyvalents. Malgré l’aspect séduisant de cette stratégie, de nombreuses difficultés restent à surmonter, notamment en ce qui concerne les épitopes T. En raison de la restriction allogénique liée au CMH, il faudrait que ces épitopes soient reconnus par tous les haplotypes du CMH. Il s’agit d’un problème très difficile, car la réponse lymphocytaire T aux antigènes protéiques varie d’un individu à l’autre en fonction des différences entre les haplotypes des individus.

4. Fonctions immunologiques des antigènes

Les données expérimentales et conceptuelles concernant la réaction immunitaire permettent de dégager «opérationnellement» un certain nombre de fonctions inhérentes aux antigènes dans leurs interactions avec les effecteurs de cette réaction. Six fonctions principales simultanément coexistantes ou non peuvent être individualisées: la spécificité antigénique (ou antigénicité), l’immunogénicité, la tolérogénicité, l’allergénicité, l’adjuvanticité et la mitogénicité polyclonale. Seules les deux premières fonctions sont communes à l’ensemble des antigènes.

La spécificité antigénique (antigénicité)

L’antigénicité concerne la capacité de l’antigène d’être spécifiquement reconnu (par l’intermédiaire de ses épitopes) par les Ig de surface des lymphocytes B, les anticorps solubles et les récepteurs de lymphocytes T. Outre les antigènes, cette fonction est partagée par les haptènes. Les caractéristiques de cette fonction ont fait l’objet des paragraphes précédents.

L’immunogénicité (pouvoir immunogénique)

L’immunogénicité peut être définie comme la capacité d’induction d’une réponse immunitaire humorale et/ou cellulaire, indépendamment de la spécificité des molécules de reconnaissance (vis-à-vis des structures épitopiques de l’antigène) suscitées chez hôte consécutivement à l’introduction de l’antigène. Ainsi, une même molécule immunogénique, comme l’ont montré notamment les expériences utilisant des polypeptides synthétiques administrés chez deux lignées distinctes d’une même espèce, peut induire la synthèse d’anticorps de spécificités distinctes (dirigées contre les épitopes différents de l’immunogène) selon la lignée considérée.

L’immunogénicité est en fait la sommation de la contribution d’une série de paramètres qui relèvent, d’une part, de la structure moléculaire de l’antigène et, d’autre part, de nombreux facteurs liés à l’histoire et au génome de l’hôte: exposition délibérée ou fortuite à l’antigène, répertoire disponible des lymphocytes B et T, activité des lymphocytes T auxiliaires facteurs suppresseurs, réseau idiotypique, CMH et, tout particulièrement, les gènes de réponse immunitaire. L’ensemble de ces paramètres déterminera les modalités qualitatives et quantitatives de la réponse chez un hôte donné, à savoir sa nature : humorale et/ou cellulaire, ou état de tolérance; son intensité : quantité d’anticorps formés, degré de la réponse cellulaire; sa qualité : classe, sous-classe, spécificité, degré d’hétérogénéité, idiotype, etc., des anticorps synthétisés. Ajoutons que différents paramètres biologiques affectent ou modulent la réponse à une molécule: adjuvants, voie d’introduction, immunisation primaire ou secondaire, etc. Par exemple, le polymère synthétique poly(D-alanine), longtemps considéré comme non immunogène chez le lapin, s’est avéré immunogène chez 80 p. 100 des animaux lorsqu’il était injecté par voie intradermique en plusieurs endroits de l’organisme, au lieu de la voie intramusculaire classique.

En règle générale, la plupart des antigènes TD induisent simultanément une réponse humorale et une réponse à médiation cellulaire, notamment l’hypersensibilité retardée. Néanmoins, la capacité d’induire des anticorps ou une hypersensibilité retardée peut être dissociée pour certains antigènes naturels, artificiels ou synthétiques. Ainsi, des conjugués de dinitrophénol (DNP) et d’homopolymères de trois à six lysines donnent lieu à une production d’anticorps sans hypersensibilité retardée. Inversement, les mêmes polymères sans DNP ou le conjugué d’arseniate d’azobenzène et de tyrosine (5-ABA-tyrosine) couplé à une protéine suscitent les réactions d’hypersensibilité retardée chez le cobaye sans donner lieu à la production d’anticorps.

Bases structurales de l’immunogénicité

L’immunogénicité dépend de facteurs structuraux divers, indépendants ou liés. Nous les étudierons séparément pour la commodité de l’exposé sans perdre de vue que le pouvoir immunogène est un phénomène global où interviennent, également ou simultanément, les paramètres génétiques et biologiques mentionnés précédemment.

Degré de dissimilitude structurale de l’immunogène par rapport aux constituants de l’hôte

Un hôte donné répond nettement mieux à une molécule protéique et, plus généralement, à une macromolécule immunogène de structure totalement étrangère (séquence et donc conformation différente), à ses constituants tissulaires qu’à une molécule qui possède une similitude structurale. Ainsi, la réponse immunitaire chez un mammifère est souvent plus intense vis-à-vis de protéines bactériennes, végétales ou aviaires (toxines, ovalbumine, etc.), qui s’avèrent donc des immunogènes forts, que pour les protéines sériques, l’hémoglobine, le collagène, ou des protéines ubiquitaires de la biosphère, comme le cytochrome ou le lysozyme. Pour les protéines structuralement apparentées, plus la distance phylogénétique entre la source de l’immunogène et l’espèce à laquelle appartient l’hôte immunisé est grande, meilleure sera, en général, l’immunogénicité. Celle-ci est donc directement liée au degré de dissimilitude structurale entre la molécule immunogénique et les constituants de l’hôte. Cette situation est le fondement de la règle d’Ehrlich, qui stipule que la réponse immunitaire à un immunogène donné ne peut être suscitée que contre des épitopes distincts de ceux qui sont présents sur les molécules des tissus de l’hôte. Ainsi, pour les molécules portant les épitopes a, b, c, d, e, f introduites chez deux hôtes possédant respectivement les déterminants a, b et c, d sur leurs propres molécules tissulaires, la spécificité des anticorps ne pourra être dirigée en principe que contre les déterminants c, d, e, f dans le premier cas et a, b, e, f dans le second.

Taille moléculaire de l’antigène

Il n’existe pas un déterminisme précis ou de règle fixe qui relient la taille moléculaire d’un antigène et son immunogénicité. En règle générale, celle-ci est d’autant meilleure que la masse moléculaire est plus élevée, sous réserve que les autres conditions requises pour la manifestation de l’immunogénicité soient remplies. En ce qui concerne les antigènes protéiques xénogéniques ou allogéniques, l’immunogénicité est faible ou nulle pour les molécules de taille inférieure à environ 6 000 daltons (Da) et ne devient, en règle générale, significative que pour des masses moléculaires supérieures à 10 000 Da. Cela est probablement dû à la moindre complexité structurale et au nombre d’épitopes plus restreint des molécules de faible taille. Toutefois, des réponses humorales faibles ont pu être expérimentalement suscitées (avec l’aide d’adjuvants puissants et l’injection de doses répétées d’antigène) pour différentes hormones polypeptidiques, comme la vasopressine (1 000 Da), la calcitonine (4 500 Da), le glucagon (3 500 Da) et l’insuline (5 600 Da), ainsi que vis-à-vis des histones (6 000 Da). Les protéines de masse moléculaire très élevée, comme la thyroglobuline (669 000 Da) ou l’hémocyanine (700 000 Da), sont d’excellents immunogènes. Elles sont utilisées comme molécules porteuses pour la préparation de conjugués hapténiques et l’obtention d’anticorps antihaptènes souvent difficiles à produire.

Les molécules polyosidiques et certains polymères synthétiques ne peuvent en général être immunogènes que s’ils sont d’une taille beaucoup plus élevée que les protéines. Cette situation semble être le cas des antigènes TI. Ainsi, les dextranes de taille moléculaire inférieure à 100 000 Da ne sont pas (ou très peu) immunogènes. Une excellente immunogénicité s’observe pour des masses moléculaires supérieures, notamment au-delà de 10⁶ Da.

Forme physique de l’antigène

La modification de la taille physique d’un antigène peut conférer une forte immunogénicité à une molécule peu immunogène dans sa forme native. Ainsi, des molécules faiblement immunogènes, comme certains cytochromes suffisamment différents par leur structure des cytochromes des mammifères supérieurs, deviennent des immunogènes forts par agrégation des molécules par le glutaraldéhyde. Nous avons mentionné plus haut (cf. TOLÉRANCE) que les protéines monomériques de complexes multimériques (flagelline) ou agrégés (IgG, albumine sérique) sont nettement moins immunogènes que leurs formes polymétriques et, au contraire, ont tendance à induire la tolérance (D. W. Dresser).

Une molécule fortement immunogène peut perdre son immunogénicité par dénaturation thermique. Inversement, une molécule non immunogène adsorbée sur des particules inertes, ou modifiée chimiquement, peut devenir immunogène. C’est le cas, notamment, de la transformation de la gélatine non immunogène en immunogène puissant par greffage de courtes séquences de polytyrosine (M. Sela). L’immunogénicité des antigènes protéiques dépend étroitement de la façon dont elle est délivrée aux cellules du système immunitaire, et tout particulièrement de leur captation par les macrophages. Il est certain que la forme physique de l’antigène est critique dans ces processus.

Complexité moléculaire et topologique

Il est très difficile de relier l’immunogénicité d’antigènes naturels (comme les protéines et, à un moindre degré, les polyosides) à la nature de leurs constituants, à leurs divers ordres de structure (primaire, secondaire, tertiaire et parfois quaternaire) et à la topologie (orientation spatiale) de leurs chaînes latérales ou d’autres éléments de leurs configurations. Il est certain que les caractéristiques structurales propres à chaque antigène sont essentielles dans la manifestation de leur immunogénicité, sans qu’il soit toutefois possible de relier de manière claire cette fonction à la structure extrêmement complexe de ces antigènes. En étudiant les hormones polypeptidiques de petite taille moléculaire, il a été possible de dégager certaines relations entre la structure et l’immunogénicité. La présence d’au moins deux déterminants sur une molécule d’antigène est nécessaire pour stimuler une production d’anticorps. Dans le glucagon (polypeptide de vingt-neuf acides aminés), une portion N-terminale inclut le déterminant «hapténique» reconnu par les anticorps anti-glucagon, et une région C-terminale inclut le déterminant porteur contre lequel est dirigée la réponse des cellules T. Un certain éloignement des deux sites est nécessaire.

Les homopolymères synthétiques d’un seul type d’acides aminés se sont révélés non immunogènes chez toutes les espèces animales testées (lapin, cobaye, souris, etc.), à quelques exceptions près chez certaines lignées de cobayes pour lesquels on a observé une réponse humorale et/ou cellulaire (cf. infra ) vis-à-vis de la poly(L-lysine) et d’autres homopolymères. Ces résultats indiquent qu’un certain degré de complexité moléculaire est nécessaire pour qu’un polypeptide synthétique soit immunogène. Les copolymères de deux et surtout à partir de trois acides aminés différents se sont avérés immunogènes chez une ou plusieurs espèces animales selon la nature et l’association des acides aminés. Divers copolymères de deux acides aminés non immunogènes le deviennent par adjonction d’un troisième, le plus souvent de nature aromatique. La situation inverse a été parfois observée, notamment pour les copolymères linéaires GA et GAT (Glu⁶⁰ Ala³⁰ Tyr¹⁰) chez certaines lignées de souris. Contrairement à GA, le terpolymère n’est pas immunogène chez les souris ayant les haplotypes H-2p, q, s (il l’est chez d’autres lignées). Il a été montré que la courte chaîne poly-Tyr greffée se comporte chez ces lignées comme un déterminant suppresseur qui empêche la reconnaissance du copolymère, alors que celle-ci s’opère parfaitement pour GA.

L’utilisation de polypeptides ramifiés identiques quant à la composition globale, tant pour la chaîne centrale que pour les rameaux, mais qui diffèrent par la disposition des résidus formant ces rameaux, a montré qu’une inversion dans l’ordre des acides aminés des rameaux pouvait modifier totalement le pouvoir immunogène. En d’autres termes, le développement d’une réponse immunitaire nécessite que des zones critiques de l’antigène immunologiquement importantes soient accessibles et non enfouies à l’intérieur de la molécule. Certains polymères d’acides aminés de la forme chirale D sont immunogènes, mais thymo-indépendants. Leur immunogénicité est le plus souvent plus faible que celle de la molécule homologue constituée des acides aminés L et dépend étroitement de la dose administrée, contrairement aux molécules de la forme L. En outre, ces molécules administrées à certaines doses se comportaient comme des tolérogènes. Des polymères contenant jusqu’à 95 p. 100 d’acides aminés L mais ayant leurs chaînes latérales terminées par 5 p. 100 d’acides aminés D étaient aussi peu immunogènes que les polymères totalement constitués de la forme D, et, comme ces derniers, ils sont des antigènes thymo-indépendants. Inversement, la présence des formes L en bout de chaîne rend fortement immunogènes des polymères d’acides aminés de la forme D.

Allergénicité (pouvoir allergisant)

L’allergénicité caractérise la capacité de certains antigènes d’origine végétale (par exemple, les pollens), animale (venin d’abeille, molécules d’acariens ou de parasites, etc.) fongique (pénicilline, etc.) ou bactérienne d’induire des réactions allergiques et des lésions tissulaires chez un hôte dit «sensibilisé» (ayant été précédemment en contact avec la molécule étrangère) et qui possède des immunoglobulines et/ou des lymphocytes pouvant réagir spécifiquement avec la molécule introduite. Les antigènes parasitaires ou ceux de divers organismes végétaux ou microbiens désignés sous le nom d’allergènes ^{[cf. ALLERGIE ET HYPERSENSIBILITÉ]} induisent préférentiellement l’apparition d’immunoglobulines IgE responsables de cette réaction, et de ses conséquences pharmacologiques (dégranulation des mastocytes et des basophiles et libération de médiateurs vasoactifs) et cliniques (asthme, urticaire, rhume des foins, choc anaphylactique).

Tolérogénicité (pouvoir tolérogène)

La fonction de tolérogénicité concerne la capacité d’induction, sous certaines conditions, d’un état de tolérance par certains antigènes décrits plus haut.

Adjuvanticité

De nombreuses molécules immunogènes peuvent également se comporter comme des adjuvants (immunomodulateurs) de la réaction immunitaire suscitée par ces antigènes. C’est le cas, par exemple, des lipopolyosides ou de la toxine cholérique. Une coupure de la molécule peut faire disparaître le pouvoir adjuvant tout en maintenant son immunogénicité.

Mitogénicité polyclonale

De nombreuses molécules antigéniques polyosidiques (lipopolyosides des bactéries à Gram négatif) ou protéiques, comme la concanavaline, la phytohémagglutinine et diverses toxines bactériennes (cholérique, scarlatineuse, pertussis, entérotoxines staphylococciques), sont capables d’activer non spécifiquement de nombreux clones de lymphocytes B et/ou T, indépendamment des clones spécifiquement stimulés au niveau des récepteurs immunoglobuliniques ou T reconnus par leurs épitopes. Ces mitogènes B et T sont des outils très importants dans de nombreuses études, et certains d’entre eux (toxines) sont des facteurs majeurs de pathogénicité bactérienne. Une catégorie particulière de mitogènes polyclonaux T, qualifiés de superantigènes , possèdent la propriété essentielle de ne stimuler que certaine(s) sous-population(s) de lymphocytes T qui portent des séquences spécifiques particulières dans la partie variable de la chaîne 廓 (et parfois 塚) du récepteur des lymphocytes T. Les autres éléments variables de l’hétérodimère 見/ 廓 du RcT, codés par les gènes germinaux V 見, J 見, D 廓 et J 廓, ne sont pratiquement pas impliqués dans l’interaction des superantigènes avec ce récepteur. Un superantigène donné ne reconnaît qu’un nombre limité de séquences V 廓. Celles-ci diffèrent (en partie quelquefois) d’un antigène à l’autre. Pour un antigène donné, elles peuvent également être différentes entre les séquences V 廓 murines et humaines.

La reconnaissance par les superantigènes de régions V 廓 particulières du RcT ne peut s’effectuer par interaction directe entre la protéine mitogène et le lymphocyte T, comme c’est le cas, par exemple, pour les autres types de mitogènes polyclonaux (notamment, les lectines végétales). L’interaction nécessite d’abord la «présentation» de la toxine au lymphocyte T par des immunocytes (monocytes/macrophages, lymphocyte B, lignées cellulaires diverses) exprimant obligatoirement à leur surface les molécules de classe II du CMH. Contrairement à ce qui se passe dans le cas de la présentation de l’antigène aux lymphocytes T par les monocytes/macrophages au cours de la réponse immunitaire, celle des superantigènes mitogènes n’est pas restreinte par le phénotype des molécules de classe II. De plus, le superantigène lié aux monocytes-macrophages n’est ni endocytosé ni dégradé dans le cytoplasme de ces cellules pour être présenté, sous forme de fragments peptidiques à leur surface, dans «le contexte» des molécules du CMH (cf. infra ). Au niveau moléculaire, l’effet mitogène résultera de la formation d’un complexe ternaire superantigène intact-molécule de classe II-RcT.

5. Commande génétique de la reconnaissance des immunogènes

De nombreuses observations montrent que la réponse immunitaire à un immunogène donné n’est pas toujours constante chez tous les individus (ou toutes les lignées) d’une même espèce animale. La variabilité observée est qualitative et/ou quantitative, et peut s’observer simultanément ou séparément à divers niveaux:

– Certains individus dits non répondeurs sont incapables de développer une réponse immunitaire à un immunogène naturel ou synthétique, alors que d’autres individus y répondent.

– L’intensité de la réponse chez les animaux répondeurs est très variable, et on peut ainsi distinguer des individus bon producteurs et d’autres mauvais producteurs d’anticorps d’après le taux sérique des Ig spécifiques de l’antigène synthétisées par l’individu.

– La spécificité des anticorps synthétisés peut être dirigée contre des épitopes de la molécule différant selon les individus d’une même espèce.

– La nature de la réponse cellulaire ou humorale et les caractéristiques des Ig (classe, sous-classe, allotype, idiotype, clonotype, etc.) vis-à-vis d’un même immunogène peuvent varier selon les individus ou les espèces.

Il a été établi que chaque type de variabilité est sous la commande de gènes différents qui opèrent à des niveaux distincts et que l’on peut distinguer ainsi: gènes de structure codant la séquence des chaînes H et L des Ig et celle des chaînes 見廓 et 塚嗀 du RcT; gènes de régulation permettant l’expression phénotypique des gènes de structures; gènes de la réponse immunitaire (gènes Ir), qui commandent la «reconnaissance» des antigènes thymodépendants (B. Benacerraf, McDevitt); gènes de la réponse immunitaire non spécifique de l’immunogène, qui contrôlent la phase productive (intensité de la réponse) de la synthèse des anticorps (G. Biozzi). Nous décrivons ci-dessous ces deux derniers groupes de gènes.

Gènes de la réponse immunitaire

La réponse immunitaire aux antigènes thymodépendants est sous la commande de gènes autosomiques dominants situés au sein du complexe majeur d’histocompatibilité. Cela a été vérifié chez la souris, le cobaye, le rat et le singe rhésus. Il en est très probablement de même chez l’homme. Ces gènes ont été dénommés gènes Ir (immune response genes ). Trois types d’antigènes ont permis l’identification des gènes Ir: des polypeptides synthétiques [poly( 見-amino-acides) de la forme L]; des alloantigènes peu différents de leurs correspondants autologues et des antigènes protéiques administrés à très faibles doses.

Les premiers travaux sur la commande génétique de la réponse et sa transmission ont été effectués par Benacerraf et ses collaborateurs, qui étudièrent cette réponse chez deux lignées consanguines de cobayes: la lignée 2 et la lignée 13, immunisées avec le dérivé 2,4-dénitrophényl-poly(L-lysine) [DNP-PLL]. Seule la lignée 2 était répondeuse. Les animaux issus du croisement de la lignée 2 avec la lignée 13 (génération F1) étaient répondeurs, aucun cobaye de parents non répondeurs (lignée 13) n’était répondeur, et 50 p. 100 des animaux résultant d’un back cross (2 憐 13) F1 憐 13 étaient répondeurs. La réponse s’avérait donc comme étant sous la commande d’un locus autosomique dominant mendélien.

C’était le premier gène Ir découvert, désigné gène PLL, qui commande aussi la réponse aux homopolymères poly(L-arginine), poly(L-ornithine), aux copolymères de l’acide L-glutamique et aux copolymères (L-Glu, L-Lys) et leurs conjugués hapténiques, ainsi qu’à la protamine, protéine riche en arginine. Par la suite, d’autres gènes ont été individualisés chez le cobaye de lignée 2 contrôlant la réponse immunitaire au copolymère de L-acide glutamique L-alanine. La réponse au copolymère L-acide glutamique L-tyrosine s’observe, en revanche, dans la lignée 13, mais non dans la lignée 2.

Un progrès considérable devait être effectué en utilisant ultérieurement de nombreuses lignées consanguines de souris d’haplotypes H-2 différents, pour l’étude de la commande génétique à un grand nombre de poly( 見-amino-acides) synthétiques linéaires ou ramifiés (tabl. 3) ainsi qu’à diverses protéines. Ces travaux aboutirent à la démonstration que les gènes Ir étaient localisés à l’intérieur du segment génétique qui englobe le complexe majeur d’histocompatibilité H-2 sur le chromosome 17 de la souris. Cette localisation se situe dans la région I qui comprend deux sous-régions codant les antigènes I-A et I-E (antigènes de classe II du CMH). Dans l’espèce humaine, la région HLA-D (chromosome 6) est l’équivalent de la région I. Les antigènes I-A et I-E et leurs équivalents humains s’expriment à la surface des lymphocytes B et T et des macrophages/monocytes.

Le phénotype immunitaire du gène PLL chez le cobaye et des gènes de locus Ir chez la souris peuvent être transmis à des animaux non répondeurs par transfert adoptif à des receveurs syngéniques irradiés de cellules immunocompétentes d’animaux répondeurs. La spécificité du contrôle Ir a pu être établie pour des polypeptides à séquences ordonnées (TT GG – A... L, TG TG – A... L, GT TG – A... L) ou des antigènes natifs tel le lysozyme ou l’insuline de plusieurs espèces, dont la différence ne porte que sur la substitution de quelques acides aminés. Ainsi, les produits de régulation des gènes Ir sont apparemment liés à la reconnaissance de certains épitopes particuliers. De ce fait, la structure du polymère est critique. Un animal répondeur à un polypeptide du polymère est critique. Un animal répondeur à un polypeptide donné cesse de l’être si un acide aminé est changé dans ce polypeptide. Ainsi, les souris C³H répondent mal à (T, G) A... L, bien à (H, G) A... L, comme les souris CBA. Les deux lignées ont le même haplotype H-2^k . À l’inverse, les souris C³H-SW de même que les souris C 57/B1, toutes deux H-2^b , répondent bien à (T, G) A... L et faiblement à (H, G) A... L.

Il est clairement établi à présent que les gènes Ir déterminent, via leurs produits de la région I, les interactions macrophages/monocytes-lymphocytes T, lymphocytes B-lymphocytes T.

Régulation polygénique de la réponse

À côté des gènes liés au CMH, un système polygénique de contrôle qui module la réponse immunitaire à des antigènes complexes a été démontré (G. Biozzi) par sélection et croisement successifs des animaux bons et mauvais répondeurs. Plus récemment, un autre groupe de gènes qui gouvernent la spécificité idiotypique d’anticorps contre le 1,3 dextran ou le streptocoque A a été identifié chez la souris. La démonstration qu’il existe une liaison génétique entre spécificité idiotypique et marqueurs allotypiques des Ig a permis de postuler que les gènes de structure qui codent les idiotypes ont dans le génome des relations privilégiées avec les gènes qui codent la région constante des chaînes lourdes. Ceux-ci sont indépendants du CMH.

6. Mécanismes moléculaires de l’induction de la réponse immunitaire

L’induction de la réponse humorale et à médiation cellulaire aux antigènes reconnus par les cellules du S.I. spécifiques de leurs épitopes aux niveaux des lymphocytes B et ou T est un processus très complexe (cf. RÉACTION IMMUNITAIRE). Il repose sur la collaboration de différents effecteurs cellulaires lymphoïdes et non lymphoïdes, qui impliquent, d’une part, des interactions épitopes-récepteurs et des contacts directs cellules-cellules et, d’autre part, l’intervention d’une série de messagers chimiques, les cytokines émises par certaines cellules et captées par d’autres ^{[cf. CYTOKINES]}.

Les mécanismes mis en jeu seront différents selon qu’il s’agit de la réponse humorale ou de la réponse cellulaire. Dans le premier cas, les antigènes sont les molécules étrangères exogènes microbiennes et non microbiennes qui entrent au contact avec les cellules du S.I. à partir de la circulation ou des divers compartiments extracellulaires de l’organisme. Dans le second cas, il s’agira des antigènes étrangers à localisation cellulaire (protéines virales, bactériennes parasitaires) et des antigènes tumoraux.

Processus impliqués dans la réponse humorale

Ces processus sont différents selon qu’il s’agit des antigènes TD ou TI. Dans les deux cas, les lymphocytes B reconnaissent l’antigène dans sa forme native par leur IgM membranaire spécifique des épitopes de celui-ci. Chaque épitope se liera séparément avec les lymphocytes porteurs du site de reconnaissance de l’IgM stérospécifiquement complémentaire. Cette interaction constitue le premier signal nécessaire à l’induction de la réponse qui implique trois étapes successives: l’activation, la prolifération et la différenciation du lymphocyte B concerné, qui se terminent par la sécrétion des anticorps. Dans le cas des protéines et des autres antigènes TD, ces trois étapes nécessiteront obligatoirement la coopération des lymphocytes T auxiliaires, ce qui signifie que le premier signal ne sera pas suffisant pour le déclenchement de la réponse. La situation est relativement plus simple dans les cas des antigènes TI.

Antigènes thymo-indépendants

Du fait de leurs motifs épitopiques répétitifs identiques qui se combinent simultanément aux IgM qui tapissent la surface du lymphocyte B, la réticulation IgM-épitopes qui s’ensuit entraînera, en principe sans l’aide de signaux supplémentaires, l’activation de la cellule et les étapes en aval qui aboutissent à la sécrétion des anticorps. Cela résulte du fait que les IgM ne sont pas immobiles dans la membrane cytoplasmique du lymphocyte B et que la réticulation qui résulte de l’interaction avec les épitopes provoque un mouvement des IgM ainsi liés, entraînant leur agglomération en agrégats (patches ) regroupés à un pôle de la cellule. Ces agrégats, observables au microscope électronique, reflètent le phénomène connu sous le nom de capping .

Antigènes thymodépendants

La synthèse des anticorps vis-à-vis d’un antigène TD nécessite que les lymphocytes B responsables de cette synthèse agissent en coopération avec les lymphocytes T auxiliaires (T^H), et que chacun de ces deux types de lymphocytes reconnaisse séparément l’antigène. Les lymphocytes B reconnaîtront la molécule intacte dans son état natif en se combinant, par leurs IgM de surface, aux épitopes concernés. Toutefois, cette interaction ne permet pas de stimuler directement la prolifération de ces lymphocytes, qui ne s’accomplira qu’à travers la coopération des lymphocytes ^H. Celle-ci nécessitera au préalable que l’antigène soit présenté au RcT de ces lymphocytes sous une forme qui n’est plus celle de la molécule intacte par le truchement de cellules circulantes ou résidant dans les organes lymphoïdes périphériques qui expriment à leur surface les antigènes de classe II du CMH (antigènes Ia). Les cellules présentatrices de l’antigène (CPA) sont principalement les macrophages et, occasionnellement ou régulièrement, d’autres cellules à la condition d’exprimer les antigènes de classe II: cellules cutanées de Langherans, cellules de Küpffer du foie, cellules dendritiques (présentes dans les ganglions et la rate) et, également, les lymphocytes B eux-mêmes. Ces données ont été essentiellement établies dans des systèmes in vitro. Celles qui concernent la présentation de l’antigène in vivo sont moins bien connues, mais les cellules impliquées semblent être les mêmes.

Apprêtement de l’antigène

Après sa prise en charge par la CPA, l’antigène doit subir un «apprêtement» (processing en anglais) avant d’être présenté au lymphocyte T. L’apprêtement (remaniement), qui nécessite un métabolisme cellulaire actif, comporte quatre étapes: la captation de l’antigène, sa dégradation enzymatique en petits fragments peptidiques dans un compartiment intracellulaire, l’association de ces fragments aux molécules de classe II du CMH, de la migration des complexes peptides-molécules de classe II à la surface de la CPA pour la présentation au RcT du lymphocyte ^H (fig. 3). La première étape (captation), qui est indépendante de la température, s’effectue par l’intermédiaire de récepteurs non spécifiques ou par d’autres mécanismes encore mal connus. Plus les molécules sont de taille importante, mieux elles sont captées. La deuxième étape, qui est dépendante de la température (elle est bloquée à 4 degrés), est l’internalisation de l’antigène dans les phagosomes qui, ensuite, fusionnent avec les lysosomes (organites intracytoplasmiques riches en protéases), donnant ainsi naissance aux endosomes à pH acide (4-5). La protéolyse de l’antigène en fragments peptidiques s’effectue, dans ces vésicules, sous l’action, notamment, des cathepsines B, puis D. Cette étape peut être bloquée par les ions ammonium, qui inhibent la liaison phagosome-lysosome, ou par la chloroquine, qui élève le pH des lysosomes (à 6-7). La troisième étape est un processus complexe encore mal connu dans ses détails, qui aboutit à l’association entre la molécule de classe II du CMH (l’hétérodimère 見廓, ou antigène I 見), et certains fragments particuliers de l’antigène dégradé constitués généralement de dix à quinze acides aminés. Pour que l’association peptide-molécule de classe II puisse s’effectuer correctement, cette molécule doit préalablement subir des modifications qui résultent d’une association transitoire, dans le réticulum endoplasmique de la cellule, des chaînes 見廓 (de conformation dite Co, peu affine pour le peptide) avec la chaîne Ii invariante, présente dans ce compartiment. Le trimère 見廓 Ii ainsi formé migre ensuite dans un compartiment endosomique tardif, où s’effectue la dissociation du trimère par protéolyse et l’acquisition, par le dimère 見廓, d’une conformation (dite C2) de haute affinité pour les peptides. La quatrième étape implique la migration du complexe molécule de classe II-peptide (dite forme C3) à la surface de la CPA. Le complexe ainsi formé peut alors interagir avec le RcT approprié à la surface du lymphocyte ^H sous réserve que les molécules du CMH du lymphocyte appartiennent au même haplotype que celles de la cellule présentatrice (restriction allogénique). La figure 4 présente la nomenclature qui est utilisée pour rendre compte de tous ces phénomènes.

Encyclopédie Universelle. 2012.