Immunité chez les animaux et les végétaux
Aspects fondamentaux et physiopathologiques

Sommaire et contenu du livre "Immunité chez les animaux et les végétaux - Aspects fondamentaux et physiopathologiques"

Sommaire Avant-propos . v Introduction générale . Partie 1. Les défenses des animaux contre les agressions biotiques Chapitre 1. Les phagocytes « conventionnels» 7 1. Les pathogènes ou la notion d'antigène extra-et intracellulaire........................... 7 1.1. Les virus..................................................................................................................................................................... 7 1.2. Les bactéries 10 1.3. Les parasites: protozoaires, vers et champignons 15 2. Les différents types de phagocytes : origine, localisation et maturation 16 2.1. La lignée monocytaire 16 2.2. Les «sentinelles» du système immunitaire................................................................................................................ 18 2.3. La «carte d'identité» des phagocytes....................................................................................................................... 18 2.4. La maturation extramédullaire des cellules dendritiques : des acteurs majeurs de la défense immunitaire 28 3. Reconnaissance et phagocytose des pathogènes : les mécanismes fondamentaux de l'intervention des phagocytes dans la réponse innée à médiation cellulaire 31 3.1. La phagocytose : un processus d'élimination de la plupart des bactéries, de nombreux protozoaires et levures, et de certains virus................................................................................................................................... 31 3.2. Les cellules dendritiques peuvent interrompre le cycle de réplication des rétrovirus 36 3.3. Les phagocytes peuvent aussi éliminer les pathogènes non ingérés......................................................................... 39 4. Les bactéries et les virus détournent la machinerie cellulaire à leur profit: l'histoire d'une co-évolution 43 4.1. Le cycle de réplication des rétrovirus: le « hijacking» viral...................................................................................... 43 4.2. Les protéines effectr}ces bactériennes interfèrent sur la dynamique du cytosquelette de la cellule hôte: le « hlJackmg» bactenen 46 4.3. Les protéines effectrices bactériennes induisent des lésions tissulaires et perturbent le système de défense innée de la cellule hôte: la toxicité sans invasion et l'invasion sans toxicité........................................ 51 4.4. Les protéines effectrices bactériennes face à l'activité autophagique de la cellule hôte: la stratégie du «camouflage» 56 4.5. Autres stratégies développées par les pathogènes pour contrer les défenses de 'hôte 58 Annexe 1-1. Le système du complément..................................................................................................................... 63 1. Son rôle spontané dans la réponse innée: la voie alterne et la voie de la MLB 64 2. Son activité induite par les anticorps dans la réponse adaptative: la voie classique 65 3. Ses origines........................................................................................................................................................................ 66 Annexe 1-2. La voie « TolI» : un~ très ?ncienn.e voie de s,ig~alisation utilisée dans la défense innée de nombreux organismes pluricellulaires, ammaux et vegetaux 67 Annexe 1-3. Les antibiotiques : des molécules bactéricides et bactériostatiques........................................... 72 1. Mode d'action 72 1.1. Les molécules bactéricides ou bactériolytiques 72 1.2. Les molécules bactériostatiques 73 2. La résistance: l'exemple des ~-Iactamines........................................................................................................................ 74 2.1. La résistance naturelle................................................................................................................................................ 74 2.2. La résistance acquise.................................................................................................................................................. 77 2.3. L'utilisation des sidérophores pour faciliter l'entrée des antibiotiques dans le pathogène: la technique du «cheval de Troie » 77 Annexe 1-4. Action synergique et coopérative des défensines dans la lutte pluricellulaire contre les bactéries 78 Chapitre 2. Interactions des phagocytes « régulateurs» avec les autres types de cellules immunocompétentes .. 80 1. La carte d'identité des partenaires des phagocytes au cours de la réponse innée 81 1.1. Les polynucléaires neutrophiles (PN) : les «urgentistes ».......................................................................................... 81 1.2. Les cellules « naturellement tueuses» NK (Natural Killer) : des cellules bipotentielles 82 1.3. Les lymphocytes atypiques Ty8 ou lymphocytes tueurs non conventionnels 8S 2. Rôle intrinsèque des cellules innées: le phénotype « phagocytaire» et «cytotoxique» 87 2.1. Les polynucléaires neutrophiles (PN) 87 2.2. Les cellules « naturellement tueuses» (NK à phénotype CDS6dim)............................................................................ 87 2.3. Les lymphocytes Ty8 sont des «sentinelles» circulantes, cytotoxiques, régulatrices et douées de « memoire ».......................................................................................................................................................... 90 3. Interactions entre les cellules innées: le phénotype «régulateur» 94 3.1. Interaction CD-PN et CD-NK..................................................................................................................................... 94 3.2. Les Ty8 interagissent avec les CD et acquièrent une capacité de CPA 100 Annexe 2-1. La différenciation des lignées lymphoïde et myéloïde : le rôle clé des facteurs de transcription morphogènes et du récepteur membranaire Notch lOS 1. L'hématopoièse précoce : terra incognito? lOS 2. Le rôle des facteurs de transcription morphogènes lOS 2.1. Caractéristiques des facteurs de transcription morphogènes: expression séquentielle, liaison à l'ADN, dimérisation (combinatoire) et permissivité lOS 2.2. Les facteurs Ikaros et PU-1 dans la spéciation de la lignée lymphoïde 106 2.3. Les facteurs E2A et PAXS dans la différenciation des lymphocytes B 109 3. Le facteur Notch : un récepteur membranaire déterminant dans la spéciation de la lignée T dans le thymus 110 Annexe 2-2. Retour sur une vision traditionnelle des polynucléaires neutrophiles (PN)............................. 111 1. Expression génique spatio-temporelle 111 2. Hétérogénéité des granules ou continuum? 111 3. L'entrée en jeu de nouvelles protéines dont certaines étaient déjà connues par ailleurs! 112 4. Les PN contribuent aussi à la réponse adaptative 112 Annexe 2-3. Tolérance et auto-immunité: le Yin et le Yan des récepteurs des cellules dendritiques (TLR et CLR) :....................................................................... 116 Chapitre 3. Interactions des phagocytes présentateurs d'antigènes (CPA) avec les autres types de cellules immunocompétentes............................................................................................................. 118 1. Les étapes de la différenciation des lymphocytes TCD4'/8' et B....................................................................................... 118 1.1. Une première étape dite «centrale» dans le thymus et la moelle osseuse 119 1.2. Une deuxième étape dite « périphérique» dans les organes lymphoïdes secondaires (ganglions, rate, tissus lymphoïdes des muqueuses) 123 2. La genèse des lymphocytes T et B «mémoire» : une question de survie 1................................. 128 2.1. Les lymphocytes « mémoire» se divisent en deux groupes...................................................................................... 129 2.2. Le contrôle de la détermination et du devenir des lymphocytes « mémoire» 129 3. Les fonctions des lymphocytes B : la production d'anticorps........................................................................................... 131 3.1. La voie de signalisation du BCR (8 Cell Receptor)...................................................................................................... 131 3.2. Genèse des plasmocytes et production d'anticorps 132 4. Les fonctions des lymphocytes T : des cellules effectrices et régulatrices 13S 4.1. La voie de signalisation du TCR (T CelJ Receptor) . 135 4.2. La fonction effectrice: la cytotoxicité adaptative des lymphocytes TCD8'a/p . 135 4.3. Les fonctions régulatrices . 136 5. Le ,rôle ?es lymphocytes « mémoire» : une réponse secondaire rapide et efficace face aux pathogènes « reCldlvlstes » . 142 5.1. Les Iy~ph.o~ytes B « mémoire» produisent une plus grande quantité d'anticorps de haute affinité pour 1antlgene . 143 5.2. L'expression d'un phénotype membranaire différent de celui des cellules naïves confère aux lymphocytes T « mémoire» une plus forte réactivité . 143 Annexe 3-1. La synthèse des immunoglobulines de classe A (lgA) dans l'intestin . 150 1. Dans les plaques de Peyer et les follicules lymphoïdes associés .. 150 2. Dans les follicules lymphoïdes isolés . 150 3. Dans la lamina propria . 150 Annexe 3-2. L'utilisation des anticorps en recherche fondamentale et en médecine .. 152 1. Les anticorps en recherche fondamentale . 152 1.1. L'immunodétection . 152 1.2. Les immunodosages . 154 2. Les anticorps thérapeutiques . 154 2.1. La sérothérapie à l'aide d'anticorps « nus » .. 154 2.2. La sérothérapie à l'aide d'anticorps « armés » . 155 155 ;:~: ~:s p~~~~~;t~nm~;so~~~:~Us~~~~;)n~~ ..':.~~~~~.::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 159 Annexe 3-3. Les vaccins . 160 1. Les vaccins traditionnels . 160 1.1. Sur la base de l'immunité cellulaire . 160 1.2. Sur la base de l'immunité humorale: les anatoxines . 160 2. Les vaccins du futur . 161 2.1. Vaccins vivants « atténués» et toxines détoxifiées par modifications génétiques . 161 2.2. Vaccins vivants « recombinants » . 161 2.3. Vaccins « sous-unités» recombinants . 161 2.4. Vaccins « sous-unités» synthétiques . 161 2.5. Vaccins « anti-idiotypiques » . 162 2.6. Vaccins « à ADN» . 163 2.7. Autres vaccins prophylaxiques . 164 2.8. Les adjuvants . 166 3. Les vaccins thérapeutiques (et non plus préventifs) . 166 3.1. Les vaccins anti-tumoraux . 166 3.2. Les vaccins contre les maladies auto-immunes .. 166 4. Conclusion . 166 Chapitre 4. La mort cellulaire programmée (MCP) .. 167 1. Apoptose et autophagie : deux processus de MCP universels . 168 1.1. Apoptose et nécrose: des modifications ultrastructurales et fonctionnelles différentes .. 168 1.2. La mitochondrie: chef d'orchestre des mécanismes moléculaires de l'a po ptose . 171 1.3. Les « arbitres» intracellulaires de l'apoptose : les protéines anti-apoptotiques et pro-apoptotiques de la famille BcI-2 . 174 1.4. Une autre forme de mort cellulaire programmée: l'autophagie dégénérative . 181 2. L'apoptose des cellules souches hématopoïétiques: un processus régulateur de la taille d'une population de progéniteurs totipotents immédiatement disponibles . 186 2.1. Les lignées hématopoïétiques issues des cellules souches hématopoïétiques (CSH) . 186 2.2. Apoptose et stress oxydatif dans les CSH .. 186 2.3. La sénescence réplicative des CSH . 190 3.1. Le rôle de la perforine et des granzymes . 192 3.2. Le rôle du TNF (Tumor Necrosis Factor) et de son récepteur (TNFR) . 194 3.3. Le rôle du récepteur Fas et de son ligand (FasL) . 196 3. L'apoptose des cellules infectées ou cancéreuses: un et/ou dangereuses processus d'élimination sélective des cellules inutiles . 192 4. L'apoptose au cours de la prolifération, la différenciation et l'activation des lignées myéloïde et lymphoïde: un processus régulateur de la réponse immune adaptative 196 4.1. L'apoptose au cours de la myélopoïèse et la Iymphopoïèse 196 4.2. Comment les lymphocytes T échappent à la MCP pour devenir des lymphocytes T « mémoire' 200 4.3. Comment les lymphocytes B échappent à la MCP pour devenir des lymphocytes B « mémoire' : le rôle des cellules dendritiques folliculaires matures des ganglions 202 4.4. L'apoptose des cellules dendritiques : un exemple de MCP contrôlée par les lymphocytes T lors de leur activation.. 202 5. L'apoptose lors de la sélection des lymphocytes T autoréactifs : l'apprentissage du soi chez le fœtus........................... 204 5.1. Les étapes de la différenciation des lymphocytes T 204 5.2. Apoptose et délétion des lymphocytes...................................................................................................................... 206 6. Reconnaissance et phagocytose des cellules apoptotiques par les macrophages et les cellules dendritiques : un processus « ménager', immunosuppresseur, anti-inflammatoire et réparateur tissulaire 209 6.1. Les mécanismes de reconnaissance intercellulaire 209 6.2. L'importance biologique du processus 211 7. L'apoptose des lymphocytes T : une stratégie subversive des pathogènes ou une MCP au détriment de l'organisme.. 214 7.1. Les effets délétères des bactéries : l'exemple de la Listeria monocytogenes 214 7.2. Les effets délétères des protozoaires: l'exemple de Trypanosoma cruzi 214 7.3. Les effets délétères des virus: l'exemple du VIH-1 (virus de /'immunodéficience humaine-1) 217 8. Plasticité apoptotique et sénescence: une « balance' développementale de l'AICD (Activation-Induced Ce' Death) vers la DICD (Damage-Induced Ce' Death)........................................ 220 8.1. Mécanismes de l'AICD et de la DICD 220 8.2. Plasticité de l'apoptose au cours de la sénescence 221 8.3. AICD et DICD contribuent aux changements immunologiques liés à l'âge 221 Annexe 4-1. Développement, nutrition, longévité, défense innée et apoptose sont liés chez le nématode Caenorabditis elegans 225 1. Un exemple de régulation de la longévité via la transduction d'un signal hormonal impliqué dans le développment : le gène pit7 chez la souris naine Snell.............................................................................................................................. 225 2. Les mécanismes régulateurs de la défense innée et de la longévité interfèrent chez le nématode C. elegans................ 226 2.1. Voie d'un homologue du TGF-~ (Transforming Growth Factor-f3). 226 2.2. Voie de DAF-2 (Abdormal Dauer Formation-2) 226 2.3. Voie des MAPK 226 Annexe 4-2. L'origine de la mort cellulaire programmée....................................................................................... 229 1. Le couple toxine/antidote et l'établissement d'endosymbioses plasmide/bactérie............................................................ 229 2. Le couple toxine/antidote et l'établissement d'endosymbioses bactérie pré-mitochondriale/cellule eucaryote 230 Chapitre 5., Les ~elatio~s ~ntre le système nerveux, le système neuroendocrinien et le systeme ImmUnitaire . 231 1. Des ancêtres communs 232 1.1. L'unité dans la diversité 232 1.2. Les bases moléculaires de l'évolution 233 2. Relations entre le système neuroendocrinien et le système immunitaire.......................................................................... 235 2.1. Le thymus est un véritable organe endocrinien qui autorégule son développement et son fonctionnement 235 2.2. Modulation de l'activité du système immunitaire par le système neuroendocrinien 245 2.3. Modulation de l'activité du système neuroendocrinien par le système immunitaire 248 3. Relations entre le système nerveux et le système immunitaire......................................................................................... 251 3.1. Le rôle immunomodulateur des astrocytes et des microgliocytes............................................................................. 252 3.2. Les astrocytes et les microgliocytes sont des acteurs de l'immunité innée et adaptative 257 3.3. Le rôle immunomodulateur des neurones dans le tissu nerveux 262 3.4. Le rôle immunomodulateur des neurones dans les tissus périphériques................................................................... 266 Annexe 5-1. Cellules immunocompétentes et maladies neurodégénératives : amies ou ennemies ?....... 280 1. La maladie d'Alzheimer 280 2. La sclérose en plaques....................................................................................................................................................... 281 Chapitre 6. L'inflammation : un « mal nécessaire».......................................................................................... 283 1. Les facteurs déclenchants, les signes cliniques et les différents types d'inflammation 283 2. Les étapes de l'inflammation : les lipides membranaires font la loi ! 284 2.1. La phase vasculaire 284 2.2. La phase cellulaire...................................................................................................................................................... 286 2.3. Des lipides anti-inflammatoires diminuent l'amplitude et réduisent la durée de l'inflammation 287 2.4. Formation et persistance des lésions 291 2.5. La détersion 291 2.6. La réparation.............................................................................................................................................................. 291 3. Les formes cliniques de l'inflammation: processus aigu et chronique............................................................................. 291 3.1. L'inflammation aiguë......................................................................... 291 3.2. L'inflammation chronique 294 Annexe 6-'. L'interface entre le système immunitaire et la physiologie osseuse a conduit à un nouveau champ de recherche: l'ostéo-immunologie 299 1. La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune inflammatoire qui rompt l'équilibre « résorption/accrétion» 299 2. Les ostéoclastes sont issus de la lignée myéloïde 299 3. Les voies de signalisation conduisant à la différenciation ostéoclastique sont analogues à celles survenant dans les cellules immunocompétentes 300 3.1. Le couple RANK/RANKL............................................................................................................................................. 300 3.2. Les co-stimulateurs à domaine ITAM 301 3.3. Les tyrosines kinases Btk et Tec intègrent les signaux RANK et ITAM 301 Annexe 6-2. L'athérosclérose : un processus à la fois métabolique et inflammatoire 303 1. Les lipoprotéines de faible densité (ou LDL =Law Density Lipaproteins, aussi appelées « mauvais cholestérol ») induisent la formation de la plaque d'athérome............................................................................................................... 303 2. Les lipoprotéines de haute densité (ou HDL = High Density Lipaproteins, aussi appelées « bon cholestérol ») et leurs récepteurs ABCA1 et ABCG1 régulent l'immunité innée des macrophages et préviennent l'athérosclérose....... 303 Annexe 6-3. Les anti-inflammatoires stéroïdiens et non stéroïdiens 306 1. Les anti-inflammatoires stéroïdiens 306 2. Les anti-inflammatoiresnon stéroïdiens.............................................................................................................................. 306 3. De nouveaux médicaments anti-inflammatoires : les statines 307 Partie 2. Les défenses des végétaux contre les agressions biotiques Chapitre 7. Les phytopathogènes et les maladies induites.............................................................................. 313 1. Les virus............................................................................................................................................................................. 313 2. Les bactéries..................................................................................................................................................... 31 5 3. Les champignons.................................. 31 7 4. Les angiospermes parasites................................................................................................................................................ 319 5. Les protozoaires................................................................................................................................................................. 320 Chapitre 8. Les modalités d'intrusion des phytopathogènes .. 321 1. Les principaux modes d'infection .­........................................................................................................... 321 2. L'intrusion et la réplication des virus................................................................................................................................. 321 2.1. Les différents modes de réplication des virus à ADN................................................................................................ 321 2.2. Les différents modes de réplication des virus à ARN 322 3. L'intrusion des facteurs de virulence d'origine bactérienne 324 3.1. L'intrusion des facteurs de virulence synthétisés par les bactéries Gram-via le système de type III (ou nSS) 324 3.2. L'inj~ction du plasm}de Ti par le système d'injection de type IV (ou TFSS) et le processus de tumorisation indUit par Agrabactenum tumefaClens......................................................................................................................... 328 4. L'intrusion des hyphes des spores fongiques 328 Chapitre 9. les facteurs de virulence sécrétés par les virus, bactéries et champignons interfèrent dans toutes les fonctions de la cellule végétale . 332 1. Le chloroplaste 332 2. Le noyau............................................................................................................................................................................ 332 3. Le protéasome................................................................................................................................................................... 332 4. Le trafic vésiculaire 333 5. Le trafic intercellulaire........................................................................................................................................................ 333 6. Le métabolisme des ARN : le mécanisme du RNA si/encing 334 7. Les voies de signalisation.......................................................................................................................................... 334 8. Le système de défense « gène pour gène» 334 Annexe 9-1. le fonctionnement de l'UPS (ou Ubiquitin Proteasome System) et son rôle modulateur de l'activité biologique des phytohormones............................................................. 335 1. L'équipement enzymatique de l'UPS 335 2. La modulation de la réponse hormonale par l'UPS 335 2.1. Les auxines................................................................................................................................................................. 335 2.2. Les gibbérellines......................................................................................................................................................... 336 2.3. L'acide abcissique....................................................................................................................................................... 336 2.4. L'éthylène................................................................................................................................................................... 337 3. L'UPS contrôle la synthèse des hormones......................................................................................................................... 337 Chapitre 10. les systèmes de défense de la cellule végétale: de nombreuses analogies avec les animaux... 338 1. Des stratégies de reconnaissance des pathogènes communes aux eucaryotes supérieurs (animaux et plantes) 338 1.1. Les PAMP (Pathogen-Associated Mo/ecu/or Patterns) ou MAMP (Microbe-Associated Mo/ecu/or Patterns) ou éliciteurs 338 1.2. Les PPR : des analogies entre cellule animale et végétale 340 2. Les deux volets de la défense immunitaire de la cellule végétale 340 2.1. La réponse innée induite par les PAMP : la PTI (ou PAMP-Triggered /mmunity des Anglo-Saxons)........................... 342 2.2. La réponse induite par les facteurs de virulence: système « gène pour gène » ou ETI (Effector-Triggered Immunity des Anglo-Saxons) 348 Chapitre 11. la défense des plantes contre les insectes phytophages 353 1. La défense directe et indirecte.................................................................. 353 1.1. Les moyens de défense de la plante contre les herbivores....................................................................................... 353 1.2. Les herbivores favorisent la résistance de la plante aux phytopathogènes : rôle primordial de l'éthylène (ET) et de l'acide salicylique (SA)...................................................................................................................................... 354 1.3. Les phytophages peuvent inhiber le système défensif de la plante.......................................................................... 355 2. La tolérance....................................................................................................................................................................... 357 2.1. Diminution de la photosynthèse, modification du métabolisme des COV et réallocation des ressources................ 357 2.2. Activation des méristèmes, croissance compensatoire et fructification...................................................................... 359 Chapitre 12. Défense des plantes et biodiversité 360 1. Les plantes régissent les relations trophiques de la chaîne alimentaire.... 360 2. Les plantes régissent les populations d'herbivores............................................................................................................ 361 3. Les plantes développent un processus de résistance différée, appellé immunisation ou vaccination 363 4. Coût et bénéfice pour la plante des alcaloïdes défensifs présents dans le nectar............................................................ 364 Chapitre 13. les méthodes de lutte contre les phytopathogènes et les phytophages.................................... 368 1. La lutte chimique: les pesticides (ou produits phytosanitaires) 368 1.1. Les méthodes directes 369 1.2. Les méthodes indirectes............................................................................................................................................. 377 2. La lutte biologique: l'utilisation des biopesticides et la manipulation des prédateurs naturels (et de leurs parasitoïdes) 377 2.1. Les biopesticides 377 2.2. La manipulation des prédateurs naturels et de leurs parasitoïdes............................................................................. 378 2.3. Épandage d'organismes phytophages contre les plantes indésirables....................................................................... 384 3. La lutte variétale .. 385 3.1. Le croisement.. .. 385 385 ~:~: t:sg~~ii~e~:~~~i;~~~?~.~~~.:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: 386 4. La lutte intégrée: une combinaison de mesures biologiques, chimiques, physiques et culturales . 388 Annexe 13-1. Sidérophores et pathogenèse .. 392 1. Nature chimique et structure moléculaire .. 392 2. Biosynthèse et régulation .. 392 3. Le transport des sidérophores et le stockage du fer . 392 4. Défense et anti-défense : une histoire de co-évolution . 393 5. Applications médicales . 393 Bibliographie . 399 liste des abréviations . 401 Glossaire . 405 Index . 413