STRUCTURE DES IMMUNOGLOBULINES Plan du cours : 1 - Introduction

1.1 - Définition 1.2 - Mise en évidence 1.3 - Dualité fonctionnelle 1.4 - Un anticorps peut être immunogénique

2 - Méthodes d'étude et structure générale des immunoglobulines

2.1 - Le matériel d'étude 2.1.a. - Les protéines de myélome 2.1.b. - Les anticorps monoclonaux

2.2 - Les méthodes d'études biophysiques : l'hétérogénéité des immunoglobulines 2.3 - Combinaison de méthodes biophysiques et de méthodes de fractionnement enzymatique: les fragments Fab et Fc et les

fragments F(ab')2 2.3.a. - Fragments Fab et Fc 2.3.b. - Fragments F(ab')2

2.4 - Combinaison de méthodes biophysiques et biochimiques : les chaînes lourdes et légères 2.4.a. - Les méthodes 2.4.b. - Les résultats : chaînes lourdes et légères 2.4.c. - L’assemblage du “puzzle”

2.5 - Combinaison de méthodes biophysiques et biochimiques fines : les régions constantes et les régions variables. Les domaines des immunoglobulines

2.5.a. - Les méthodes 2.5.b. - Les résultats

2.5.b’. - Régions constantes et régions variables 2.5.b’.- Les zones d'homologies et les domaines

2.6 - Les méthodes d'études immunologiques 2.6.a. - Déterminants isotypiques 2.6.b. - Déterminants allotypiques 2.6.c. - Déterminants idiotypiques

3 - L'hétérogénéité des régions variables et le site anticorps

3.1 - Régions hypervariables et régions charpentes 3.2 - La localisation du site de fixation à l'antigène (site anticorps) 3.3 - Les changements de conformation du site anticorps

3.3.a. Les changements de conformation induits par la fixation de l’antigène 3.3.b. Les changements de conformation induits par la maturation de l’anticorps

3.4 - Les déterminants idiotypiques 4 - Les régions constantes

4.1 - Les régions constantes de chaînes légères 4.1.a. - Les classes des chaînes légères 4.1.b. - Les sous-classes de chaînes légères 4.1.c. - Les variants allotypiques des chaînes légères

4.2 - Les régions constantes de chaînes lourdes 4.2.a. - Les différentes classes 4.2.b. - Les différentes sous-classes 4.2.c. - Les déterminants allotypiques des chaînes lourdes 4.2.d. - La finalité de l'existence de classes et sous-classes différentes de chaînes lourdes

5 - Les principales caractéristiques structurales des classes et sous classes d'immunoglobulines

5.1 - Les immunoglobulines G 5.2 - Les immunoglobulines M 5.3 - Les immunoglobulines A

5.3.a. - IgA sériques 5.3.b. - IgA secrétoires

5.4 - Les immunoglobulines E 5.5 - Les immunoglobulines D

Le plan étant donné par le prof., il a été rigoureusement suivi. Il a utilisé de nombreuses références historiques, prix Nobels…sans compter de longues descriptions d’expériences. J’ai

essayé de réduire au maximum , d’aller à l’essentiel et pour une meilleure compréhension je suis allée chercher sur internet quelques compléments d’informations précédés d’une (*). Bon courage !

Cours du 27 Nov. 2007 RT : MAZERAND Sandie Professeur D Bellet RD : CHAMPEL Marie

STRUCTURE DES IMMUNOGLOBULINES

I. Introduction

1) Définition Les immunoglobulines (Ig) sont avant tout des glycoprotéines ayant une activité d’anticorps (Ac) ; c.a.d. qu’elles se lient spécifiquement à l’antigène (Ag) qui a provoqué leur synthèse. C’est en 1900 que l’Ac est découvert par Paul Ehrlich. Rappel : Il existe deux types d’Ag :

• Haptènes : Elément constitutif d’un antigène, spécifique de celui-ci mais ne pouvant provoquer la formation d’anticorps. * Pour qu’une réponse soit induite, il faut que l’haptène soit lié à une grosse protéine porteuse.

• Immunogènes : Ils sont les seuls capables de provoquer la synthèse d’Ac.

� « Antigène » est le terme générique. Les Ac ont une double fonction : de reconnaissance et d’effecteur. Ils sont ainsi utilisés dans les méthodes de diagnostique, de part leur fonction de reconnaissance, et de plus en plus en thérapeutique.

2) Mise en évidence Cela a demandé du matériel plus ou moins élaboré, nous aborderons cette partie du cours plus tard… Les premières expériences ont débutées dès 1939. Elles se déroulaient selon deux étapes :

A. Témoin : on prélève sur un lapin normal ses protéines à partir desquelles on effectue une électrophorèse (migration dans un champ électrique). Le résultat donne plusieurs pics correspondant à l’albumine, à l’α-globuline, à la β-globuline et à la γ-globuline.

B. On injecte au préalable le pneumocoque de type 3 tué à un deuxième lapin. Cela sous-entend

que le lapin va développer un Ac spécifique. L’électrophorèse cette fois-ci donne un pic unique correspondant à la γ-globuline. Afin de vérifier qu’il s’agit bien du complexe Ag-Ac, on fait une immunoprécipitation, on centrifuge et l’on observe un précipité correspondant au complexe Ag-Ac tombé au fond du tube.

Une deuxième électrophorèse du surnageant du tube permet de contrôler qu’il n’y a plus d’Ac puisque le pic de γ-globuline a disparu.

Conclusion : Les Ac sont présents principalement dans la région des Gamma globulines. Il existe cependant des Ac dans la région des α- et β-globulines. Cliniquement, une hypo γ-globulinémie (insuffisance d’Ac) aboutit à une infection car on se défend moins bien ; et une hyper γ-globulinémie (excès d’Ac) peut traduire un myélome multiple ou une maladie de Keller. Rq: l’électrophorèse est une technique utilisée dans beaucoup de laboratoires pour diagnostiquer les myélomes notamment.

3) Dualité fonctionnelle

� On l’a déjà dit auparavant : les Ac ont une dualité fonctionnelle : Une fonction de reconnaissance et une fonction effectrice, correspondant aux différents segments de l’Ac.

� Les Ac sont à la fois très spécifiques et très divers : Ils reconnaissent spécifiquement non pas un acide aminé mais une fonction carboxylique (-COOH) ou amino terminale (-NH2). Cette notion a été la base pour élaborer un test de détection du cancer de la thyroïde. Ainsi l’Ac qui est spécifique pour la fonction –CO- NH2 et non pour la fonction –COOH, permet de détecter la calcitonine. Ce test est effectué dans les familles à risque, chez des enfants de 15 ans pour qui le cancer n’apparaîtra cliniquement que 20 ans plus tard. Ce test étant très sensible et fiable, le traitement préconisé est le retrait chirurgical de la thyroïde. On a donc ici la démonstration que cette notion de spécificité n’est pas uniquement théorique mais s’applique en diagnostique et clinique.

4) Un Anticorps peut-être immunogènique. Dixit le prof : « je pense que j’aurai les diapos plus tard, je vous le remontrerai » ; en gros retenir la phrase…

II. Méthodes d’étude et structure générale des immunoglobulines Avant tout, un petit rappel de chimie concernant les forces covalentes, que l’on retrouve dans la structure des Ac et les structures des protéines en général. On note quatre liaisons non-covalentes : - les forces électrostatiques, attraction entre des forces opposées, - les liaisons hydrogènes, un hydrogène partagé entre des atomes électronégatifs (O, N), - les forces de Van der Waals, fluctuations dans les nuages d’électrons autour de molécules qui polarisent de façon opposée les atomes voisins), - les forces hydrophobiques, les groupes hydrophobiques interagissent de façon défavorable avec l’eau et tendent à se compacter ensemble pour exclure les molécules d’eau. Structure des protéines : Structure primaire : C’est l’alignement des acides aminés Structure secondaire : On est déjà en 3D ; structure en hélices α et feuillets β. Structure tertiaire : Repliement des chaînes, c'est-à-dire des hélices α et des feuillets β Structure quaternaire : Concerne les protéines polymériques (plusieurs sous-unités)

1) Le matériel d’étude

a. Les protéines de myélome Petit rappel historique (encore !) Le matériel existe depuis 1847. Les chercheurs Bens et Jones avaient remarqué qu’en réchauffant l’urine à 50°C, il y avait une coagulation des protéines, situation tout à fait normale. Mais en refroidissant les urines des mêmes patients, les protéines se re-dissolvaient, phénomène particulier (« essayez de re- dissoudre un œuf dur, c’est un peu difficile ! »). Ces protéines, appelées « protéines de Bens-Jones, ont servi de support dans les laboratoires et sont la base d’un test : « la protéinurie de Bens-Jones » pour diagnostiquer les myélomes. Explication : Dans les urines des patients atteints du myélome, apparaissent des chaînes légères des Ig capables de se coaguler et de se re-dissoudre. Le myélome est une prolifération de plasmocytes anarchique, qui aboutit à une production excessive d’Ac. Une autre manière d’avoir du matériel d’étude autrement que les myélomes chez l’espèce humaine, est de provoquer les myélomes chez la souris. Cette technique consiste à injecter de l’huile minérale dans les plasmocytes de la souris : elle développe un plasmocytome. Ce sont les souris « MOPC » (Mineral Oil PlasmoCytoma).

b. Les Anticorps monoclonaux Rappel : Pour obtenir des Ac monoclonaux, il faut injecter un Ag à une souris qui va développer des lymphocytes et des lymphoblastes. En parallèle, on prend une lignée de myélome de souris cultivée en incubateur, et on fait une fusion cellulaire entre les lymphocytes de la première souris et le myélome. On obtient ainsi une cellule hybride lymphocyte-myélome, ou « hybridome » ayant les propriétés des deux cellules mères. Cette cellule est ainsi capable de se multiplier indéfiniment et de produire toujours le même Ac dirigé contre le même Ag. Cette expérience se fait sur des plaques de plusieurs puits et nécessite un repiquage régulier des cultures.

2) Les méthodes d’études biophysiques : l’hétérogénéité de immunoglobulines. On va partir de méthodes très grossières pour arriver à des méthodes plus fines. Méthodes consistant en la séparation des Ac :

.Sédimentation A partir des Ac d’un lapin, on peut regarder la constante de sédimentation qui souvent est aux environs de 7S, ce qui donne une Masse Moléculaire (MM) de 150 000.

.Electrophorèse Une électrophorèse de protéines de lapin, comme vu précédemment, donne des Ac hétérogènes, avec des MM différentes, dont 150 000.

.Précipitation au sulfate d’ammonium ( « c’est moins intéressant »)

.Colonne échangeuse d’ions On fait passer les Ac sur une colonne de cellulose échangeuse d’ions. Méthode très grossière.

Voyons à présent des méthodes plus élaborées.

3) Combinaisons de méthodes biophysiques et de méthodes de fractionnement enzymatique : les fragments Fab et Fc et les fragments F(ab’)2.

a. Fragments Fab et Fc

Pour obtenir les fragments Fab et Fc, on fait digérer l’Ac avec un enzyme : la papaïne, puis on le fait passer sur une colonne échangeuse d’ions en lui changeant la concentration en fer. On observe ce qui sort de la colonne, via la densité optique des molécules.

Rq : La Papaïne coupe l’Ac au-dessus des ponts dissulfure qui relient les chaînes lourdes. Résultats de la colonne échangeuse d’ions

On obtient ainsi trois pics, de constante de sédimentation de 3,5 et de MM de 50 000. Les deux premiers pics correspondent aux fragments Fab et le troisième au fragment Fc. Les fragments Fab sont répartis dans deux pics différents du fait de leur hétérogénéité.

Afin d’étudier plus précisément les fragments Fab, on les met en contact avec l’Ag. Résultat : Ces fragments Fab sont effectivement capables de lier l’Ag, mais sont-ils capables de former des réseaux Ag-Ac ? Ceci est vérifiable par la centrifugation du tube. Ici, il n’y a aucun précipité dans le fond du tube. Les fragments Fab ne sont donc pas capables de former des réseaux.

En ce qui concerne les fragments Fc, (Fragment Cristallisable), ils sont extrêmement homogènes ce qui leur confère la propriété de former des réseaux en cristaux. Rq : Les fragments Fab et Fc sont utilisés dans le traitement de la dégénérescence de la macula.

b. Fragments F(ab’)2 Pour obtenir les fragments F(ab’)2, on traite cette fois-ci l’Ac avec la pepsine. On obtient un seul fragment assez important, de MM de 95 000 et quelques autres petits fragments de peptides. La pepsine coupe l’Ac en dessous des ponts dissulfures : les deux « bras du Y » sont donc restés attachés. La région des ponts dissulfures est ce qu’on appelle la « région charnière », importante car c’est elle qui donne la souplesse pour que le Y puisse plus ou moins s’ouvrir. Cette notion doit être prise en compte quand on compare un Ac face à des déterminants Antigéniques largement ou peu espacés à la surface cellulaire.

Les lymphocytes, par exemple, à un moment donné de leur maturation, vont exprimer des IgM et des IgD (classes d’Ig, que l’on reverra un peu plus tard) en plus à sa surface. Pourquoi ? : Car les IgD ont une région charnière plus souples que les IgM, permettant au lymphocyte d’attraper des Ag qui sont à des distances assez grandes. Ce fragment F(ab’)2 qui est lui aussi capable de se lier à l’Ag, à la propriété de former des réseaux. On observe en effet un précipité, après immunoprécipitation du tube, contenant les complexes Ag-Ac. (« on est capable de former un réseau avec deux bras (fragments F(ab’)2)et non avec un seul bras ( fragment Fab) »).

4) Combinaisons de méthodes biophysiques et biochimiques : les chaînes lourdes et légères.

a. Les méthodes

On utilise une méthode biochimique pour « déplier » la molécule Ac qui reste une molécule extrêmement compacte. On prend de l’urée 6M pour déplier la molécule, on réduit les ponts dissulfures avec du β-mercaptoéthanol et sans oublier l’agent alkylan afin d’éviter le repliement de l’Ac. On le fait ensuite passer sur une colonne qui sépare les chaînes en fonction de la MM. On obtient deux pics.

b. Les résultats Résultats de la colonne via la densité optique On obtient deux pics : l’un correspondant aux chaînes lourdes (MM =50 000) et l’autres aux chaînes légères (MM=25 000). Rq : On retrouve bien une MM totale de l’Ac égale à 150 000 car l’Ac correspond à deux chaînes légères et deux chaînes lourdes.

c. L’assemblage du « puzzle » On va essayer de reconstituer tous ces éléments. A partir d’une Ig de lapin on fabrique par digestion enzymatique (papaïne) des fragments Fab et Fc. On injecte ensuite, d’une part, les fragments Fab à une première chèvre et d’autre part les fragments Fc à une seconde chèvre. Les deux chèvres vont respectivement produire des Ac anti-Fab et des Ac anti-Fc. On remarque alors que les Ac anti-Fab reconnaît des chaînes lourdes et des chaînes légères. Les Ac anti-Fc quant à eux reconnaissent uniquement les chaînes lourdes. Conclusion : On a la preuve que dans les fragments Fc, il n’y a que des chaînes lourdes et dans les fragments Fab il y a à la fois des chaînes lourdes et des chaînes légères. Schéma récapitulatif :

5) Combinaisons de méthodes biophysiques et biochimiques fines : les régions constantes et les régions variables. Les domaines des immunoglobulines.

a. Les méthodes

On utilise plusieurs techniques :

.Cartographie peptidique,

.Electrophorèse bi-dimensionnelle : séparation selon deux dimensions, le pH et la MM

.Séquençage des protéines ou des peptides

.Cristallographie : elle permet, à partir de cristaux obtenus, par résonance magnétique nucléaire et par spectromètrie de masse de faire une analyse structurale très poussée (structure tridimensionnelle, cartes de densité des électrons…)

b. Les résultats � Régions constantes et régions variables

On observe qu’à l’intérieur des chaînes légères et des chaînes lourdes il y a des régions constantes et des régions variables. Ceci a été démontré par séquençage de plusieurs Ig en comparant leurs séquences. Ainsi, à l’extrémité amino-terminale des chaînes légères et lourdes il y a une grande variabilité des séquences, alors qu’à l’extrémité carboxy-terminale des chaînes légères ou des chaînes lourdes, les séquences sont à peu près constantes. � Les zones d’homologie et les domaines

On retrouve à peu près tous les 110 acides aminés une certaine homologie, quelque soit la chaîne ou le fragment examiné (environs 30% de similitude). Encore plus intéressant, entre la première région constante de la chaîne lourde et l’unique région constante de la chaîne légère, il y a encore plus de similitude. Chacune de ces zones d’homologies contient une boucle d’environs 60 acides-aminés (a.a.) avec un pont dissulfure. Entre les zones d’homologies, il reste la région charnière de l’Ac. La structure secondaire des Ig correspond en fait aux zones d’homologies qui forment les feuillets-β anti-parallèles. Les feuillets-β anti-parallèles forment les domaines globulaires. La formation de ces domaines se fait lors du passage en structure tertiaire. Sur la chaîne légère, avec sa zone d’homologie, il commence à y avoir un « tassement », un arrangement de tous les feuillets-β. Dans la région variable de la chaîne lourde, il y a un feuillet- β de plus que dans les régions constantes. (le prof n’a pas du tout été clair sur cette partie et ne finissait jamais ses phrases)

La meilleure description des domaines globulaires est le repliement des feuillets-β selon les douves (feuilles de bois) d’un tonneau de vin. Il ne faut pas oublier qu’une Ig est avant tout une structure dimèrique. On ne parle plus de structure quaternaire de domaines globulaires mais de domaines fonctionnels. Ce qu’il faut retenir :

� Les deux domaines globulaires correspondant aux régions variables et aux premières régions constantes des chaînes lourdes sont côte à côte et forment un domaine fonctionnel de reconnaissance de l’Ac

� Les deux domaines globulaires des chaînes lourdes (fragment Fc) forment un deuxième domaine fonctionnel (constitué de deux domaines globulaires).

N.B : Les photographies d’Ac sont des schémas reconstitués pas ordinateur, car jusqu’à présent cristallographier un Ac en entier a toujours échoué (il y a trop de diversité dans les structures). En revanche, il est possible de faire la cristallographie d’un fragment Fab et d’un fragment Fc ce qui permet de reconstituer toutes les vues par ordinateur.

On note que dans les Ac chimériques, la seule partie gardée de la souris (en rouge) est un domaine fonctionnel (et non globulaire !) et les autres domaines fonctionnels sont uniquement d’origine humaine (en blanc).

Le premier Ac chimérique est le Reopro® ; c’est un fragment Fab IgG1 chimérique qui permet l’inhibition de l’agrégation plaquettaire. Il est indiquer chez les patients souffrant de maladie cardiovasculaire (par ex : Pour la pose d’un stent (petit ressort pour maintenir écarter les artères après un infarctus). Souvent, les artères se re-sténosent sur le stent et ce fragment chimérique est dirigé contre un récepteur plaquettaire.

6) Les méthodes d’études immunologiques.

• On réserve le terme d’épitope (= déterminant antigénique) à la partie de l’antigène qui interagit réellement avec l’immunorécepteur

• Un même antigène peut avoir de multiples épitopes • Pour étudier les Ig on utilise la fonction de reconnaissance propre aux Ac.

a. Déterminants isotypiques.

Objectif : Scanner la surface de l’Ac Humain pour voir ce qu’il s’y passe. On injecte un Ac Humain à un lapin qui fabrique en retour un Ac Lapin Anti-Ig Humaine (Ceci explique l’inefficacité des Ac monoclonaux). Cet Ac reconnaît à la surface un déterminant isotypique.

Si on utilise comme réactif cet Ac Lapin pour toute la population, et qu’on note que ce déterminant antigénique est bien présent chez chacun d’entre nous, cela signifie sur le plan chimique que pour cette région donnée il existe une succession d’acide aminé (a.a.) identique pour tous. � Déterminant isotypique = Tout le monde a au moins une Ig qui possède ce déterminant

antigénique.

b. Déterminants allotypiques.

On injecte un Ac Lapin à un autre lapin qui fabrique alors un Ac Lapin Anti-allotype contre une région présente chez le premier lapin mais absente chez le second. � Déterminant allotypique = Une région présente sur les Ig de certaines personnes mais pas chez

tous.

c. Déterminants idiotypiques.

Il existe une région où les déterminants des sites antigéniques sont très variables, c’est la région variable.

Fabrication d’Ac Lapin qui sont anti-idiotypiques. Ces déterminants idiotypiques sont spécifiques d’une Ig. Question : Sommes-nous sûr que l’Ac anti-idiotype n’est pas en fait un Ac dirigé contre un allotype inconnu et non contre la région variable ?

Pour commencer on prend le sérum du lapin utilisé avant de l’immuniser. Ce lapin possède des Ac (où l’on retrouve d’ailleurs un allotype), on lui injecte alors un Ag, ce qui va entraîner la production d’un Ac avec une région variable particulière qui est apparue. On injecte cet Ac anti-Ag au lapin, et on obtient alors deux types d’Ac :

- Soit un anti-idiotype - Soit un anti-allotype

Cet Ac fabriqué (qu’on veut anti-idiotype) va être testé contre le sérum pré-immun. - Si le sérum pré-immun est reconnu, on a Ac anti-allotype - Si le sérum pré-immun n’est pas reconnu, on a un Ac anti-idiotype

III. L’hétérogénéité des régions variables et des sites des Ac.

1) Région hypervariable et région charpente.

Si on regarde les régions variables et le site Ac par du séquençage on trouve à l’intérieur des séquences d’acide aminé.

- Région charpente : les séquences d’acides aminés changent peu � Elle correspond aux feuillets β anti-parallèles

- Région hypervariable : les séquences d’acides aminés sont très variables � Elle correspond aux boucles que fait la chaîne d’acide aminé quand

elle se replie pour former les feuillets.

Dans les régions variables des chaînes légères dans un domaine globulaire (zone d’homologie de 110 acides aminés), on regarde d’une Ig à une autre s’il y a un changement et une grande variabilité des amino-acides.

Il existe 3 zones où il y a une très grande variabilité, c’est ce qu’on appelle les zones hypervariables (ou CDR= Complementary Determining Region).Ces zones CDR viennent complémenter les régions de l’Ag qui vient se coller à l’Ac.

Il existe 3 régions CDR dont une est à retenir, la région CDR3 des chaînes lourdes car c’est la partie de l’Ac la plus impliquée dans la liaison à l’Ag. Cette région est source de recherches thérapeutiques. Rq : Les chaînes lourdes sont plus longues que les chaînes légères (COOOOL)

* Les CDR (complementarity determining regions) : Il existe dans la partie variable des chaînes légères et des chaînes lourdes des régions particulièrement impliquées dans la liaison à l’antigène, dans la complémentarité à la structure de celui-ci : ce sont les régions déterminant la complémentarité ou CDR (CDR1, CDR2, CDR3)

2) La localisation du site de fixation à l’Ag (site de l’Ac). On le détermine par cristallographie, RMN, diffraction des rayons X, spectrographie de masse,...etc

Il existe un site de liaison de l’Ac à l’Ag qui est différent selon la taille et la complexité de ce dernier (ex : Une grosse protéine (influenza virus) et un petit haptène).

Les Ac interagissent avec les Ag de multiples façons. L’Ag interagit avec une surface étendue de l’Ac ou avec un sillon dans l’Ac

Lorsque l’Ag est trop gros, la liaison entre Ag et Ac se fait à la manière d’« une fermeture éclaire », c a d que la surface de liaison est assez plate et les acides aminés vont venir se coller les uns au autres.

Lorsque l’Ag est petit, la liaison entre Ag et Ac se fait à la manière d’« une pomme dans la main » ou d’« une clef dans la serrure »

Paul Jacques est le 1er qui par cristallographie a pu démontrer la présence de complexe Ag/Ac et à percevoir les éléments impliqués dans cette liaison.

L’Ag est en vert, la chaîne légère en jaune, et la chaîne lourde en bleu. Rq : Il est difficile de cristalliser un Ac entier (chaîne lourde + chaîne légère), et encore moins un Ac entier avec l’’Ag. On possède ici un fragment Fab, et l’Ag. La liaison Ag/Ac va s’ouvrir. On pourra alors analyser les acides aminés liés les uns aux autres Exemple n°1 : Si l’Ag est de grosse taille : Rq : C’est assez souvent le cas (car l’Ag est gros) mais attention, ce n’est pas une règle générale.

• On remarque ici qu’il y’a 16 a.a. de l’Ag qui viennent se coller à 17 a.a. de l’Ac à la manière d’une fermeture éclaire. • La plupart de ces a.a. du site de liaison Ac/Ag proviennent en fait des régions hypervariables puisque sur les 17 a.a. seulement 2 proviennent de la région charpente, et sur les 15 qui proviennent des régions hypervariables il y en a 10 de la région CDR3 de la chaîne lourde.

Exemple n°2 : Si l’Ag est de petite taille :

Le site de combinaison à l’Angiotensine (tout petit peptide), se trouve à l’intérieur de l’Ac (Ig est le terme générique, quand il est cultivé en labo et Ac le terme utilisé lorsque l’Ag est en contact avec lui, ce qui est le cas ici …) entouré pas les boucles des régions hypervariables.

Le premier Ac monoclonal utilisé en clinique à partir de 1997 est le Declizumab (Zenapax®), il a la forme d’un IgG1 humanisé et a pour Ag cible, CD25 (IL2-R). C’est donc un inhibiteur du récepteur IL-2 utilisé dans les rejets de greffe.

3) Les changements de conformation du site anticorps.

a. Les changements de conformation induits par la fixation de l’Ag.

Quand un Ag se fixe à l’Ac il existe des changements de conformation sur l’Ag, ayant des répercussions sur leurs effets. Changement de positionnement des chaînes latérales des a.a.

b. Les changements de conformation induit par la maturation de l’anticorps. Il existe d’autres changements de la conformation induits par la maturation de l’Ac.

Quand un Ag pénétre dans l’organisme, il y a d’abord production d’Ac d’affinité moyenne puis, les lymphocytes vont, au cours de leur prolifération, changer quelques a.a. dans le site de fixation de l’Ac à l’Ag, c’est ce qui définit l’hypermutation somatique.

Donc lors de la rencontre avec l’Ag, un clone lymphocytaire, qui a reconnu par son Ig de surface un Ag, commence à proliférer et va au fur et à mesure de sa multiplication changer très légèrement la conformation de l’Ac (par quelques changements d’a.a.) pour augmenter l’affinité de l’Ac à l’Ag. Question : On utilise un Ac ayant subi une maturation avec un changement de 9 a.a., de combien va être augmenter l’affinité à l’Ag ? 10 fois, 100 fois, 1000 fois, ou plus ? De manière naturelle, l’affinité sera augmentée 30 000 fois en changeant uniquement 9 a.a.

4) Les déterminants idiotypiques.

Les déterminants idiotypiques correspondent aux régions variables (qui en fait possèdent une région qui se fixe à l’Ag et des régions périphériques). Ils en existent 2 types :

� Un Ac anti-idiotypique qui reconnaît la région variable au niveau périphérique. � Un Ac anti-idiotypique qui reconnaît la région variable au niveau du site de liaison à l’Ag.

On différencie alors un « Ac Haptène déplaçable », qui est l’Ac anti-idiotypique qui reconnaît le site de liaison à l’Ag. Lorsque l’Haptène viendra se fixer, l’Ac pourra venir le fixer à son tour.

IV. Les régions constantes.

1) Les régions constantes de chaînes légères

a. Les classes des chaînes légères. Il existe de sortes de chaînes légères : - Chaîne Kappa (κ) - Chaîne Lambda (λ) Il y a chez l’homme 60% et chez la souris 95% des chaînes légères qui sont des chaînes Kappa Chez les animaux domestiques, les chaînes légères Lambda sont majoritaires.

b. Les sous classes de chaines légères.

On se positionne dans les sous classes de chaînes légères de type Lambda : Sur la chaîne constante en position 152 et 190, on peut avoir 2 a.a. différents par exemple Ser ou Gly pour 152 et Arg ou Lys pour 190.

Si on fait une analyse sur chacun d’entre nous, il y’aura une Ig, qui en 152 possèdera une Ser, et une autre Ig qui en 152 possèdera une Gly. Il en est de même avec la position 190. Question : Si on est en présence d’un Ac anti-quelque chose, à quoi correspondent ces régions ? Des déterminants isotypiques ou allotypiques ? Réponse : Ces régions correspondent à des déterminants isotypiques car on peut avoir en position 152, deux isotypes différents (car 2 a.a. différents). Ce sont 2 isotypes différents mais on peut trouver l’un ou l’autre des a.a. en position 152 chez chacun d’entre nous. Il y aura donc un isotype correspondant à la Ser présente en 152. Cependant toutes le Ig ne sont pas identiques, il existe des classes (Lambda et Kappa pour les chaînes légères), et des sous classes (avec des a.a. différents). Si ces a.a. différents modifient les différents déterminants, alors ces derniers sont isotypiques. Tout le monde possède ses différentes sous classes.

d. Les variants allotypiques des chaînes légères. On se positionne dans les sous classes de chaînes légère de type Kappa.

Sur la chaîne constante en position 153 et 191, on peut avoir 2 a.a. différents par exemple Val ou Ala pour 153 et Leu ou Val pour 191. Une 1ère personne a en 153 une Val et non une Ala. Une 2ème personne a en 153 une Ala et non une Val. Question : Si on fabrique un Ac contre la position 153, on aura un déterminant isotypique ou allotypique ? Réponse : Ces régions correspondent à des déterminants allotypique. Il existe donc des variantes dans les chaînes légères.

2) Les régions constantes des chaines lourdes.

a. Les différentes classes.

Les différentes classes sont : IgA, IgD, IgE, IgG et IgM Elles changent avec le nombre de domaine fonctionnel (=globulaire).

Les IgA, IgD et IgG ont 3 domaines constants et 1 domaine variable sur la chaîne lourde ce

qui fait alors 4 domaines globulaires différents. Les IgM et les IgE, quant à eux ont 4 domaines constants plus le domaine variable. � Grosse différence en fonction du nombre de domaines. � Grosse différence au niveau du pentamère IgM

Toutes ces immunoglobulines sont enchâssées à la surface du lymphocyte. Cependant lorsqu’elles sont enchâssées à la surface du lymphocyte ce ne sont pas forcément des pentamères. L’IgM enchâssée dans un lymphocyte n’est pas une étoile mais simplement un monomère dynamique. Pareille pour l’Ig1

Ce qui différencie l’état des immunoglobulines est le fait qu’il existe des ponts dissulfure entre les chaînes. On note la présence de la chaîne J qui se trouvent uniquement sur les immunoglobulines qui ne sont pas monomériques mais sont soit pentamériques pour les IgM soit « dimériques » pour certaines IgA

En observant attentivement les IgA on observe autre chose que cette sorte de serpent rouge, ce n’est pas la chaîne J mais la pièce sécrétoire.

On rappelle, que les immunoglobulines sont soit enchâssées dans la membrane soit libres dans le sérum

Lorsqu’elles sont enchâssées dans la membrane il leur faut une extrémité carboxy-terminale qui soit assez longue pour s’y enchâsser. Donc les IgM de membrane ou les IgG de membrane ont une extrémité carboxy-terminal plus longue que les IgM sécrétés ou que les IgG sécrétés.

b. Les différentes sous classes

Les différentes sous classes correspondent en réalité à des changement de séquences mais qui sont moins importants d’une sous classe à une autre qu’entre une classe à une autre. Par exemple, les 4 sous classes d’IgG : IgG1, IgG2, IgG3, IgG4.

Les sous classes se différencient selon le changement d’acides aminés mais également selon le nombre de pont dissulfure entre les chaînes lourdes.

Les autres sous classes en dehors des IgG sont les classes d’IgA avec IgA1et IgA2..

c. Finalité de l’existence de classes et sous classes différentes, de chaînes lourdes.

Elles ont des fonctions biologiques différentes !

Par exemple, certaines des classes et sous-classes d’immunoglobulines sont capables de

traverser le placenta (IgG1, IgG3, IgG4). Les IgE sont celles qui ont une liaison aux mastocytes et basophiles.

Elles ont toutes des fonctions, des demi-vie (en jours) ainsi que des taux sériques (en mg/ml) différents.

V. Les principales caractéristiques structurales des classes et sous classes d'immunoglobulines.

1) Les immunoglobulines G

On trouve à l’intérieur de la chaîne lourde une chaîne sucrée.

2) Les immunoglobulines M On y trouve la chaîne J qui est un polypeptide de 137 a.a. produit par les plasmocytes, qu’on retrouve sur deux immunoglobulines, IgM et IgA.

3) Les immunoglobulines A

a. IgA sériques Les IgA dans le sérum peuvent être sous deux formes : - Monomèrique (forme principale de cet immunoglobuline) - Dimériques en étant collées côte à côte avec la pièce sécrétoire entre, ou façon tête bêche

Pour les IgA sérique nous avons principalement des monomères et au point de vue des sous-classes des IgA1. (Sérum=> Monomère=> IgA1).

Question : Quelle est la différence entre les IgA1 et les IgA2 ? Il n’y a pas de ponts dissulfures sur les IgA2 entre les chaînes lourdes et les chaînes légères, ce sont donc des liaisons non covalentes. => Seule sous-classe d’immunoglobulines ayant cette particularité.

b. IgA secrétoires

Les IgA sécrétoires sont toujours des dimères.

• Pièce sécrétoire

La pièce sécrétoire est la partie d’un récepteur pour les immunoglobulines polymériques qui attrape au passage soit les IgM soit les IgA dimériques et qui les font passer depuis le sérum ou les tissus jusque dans les sécrétions.

Au passage lorsque nous parlons de sécrétions il ne s’agit pas exclusivement de sécrétions du tube digestif mais également de sécrétions du type salive, mucus, sueur, larmes, liquide gastrique, et pour les bébé : le lait… Comment retrouver dans ces sécrétions les IgA dimériques ?

Les IgA sécrétoires sont au départ dans les tissus ou dans le sérum. Nous avons la cellule épithéliale qui produit un récepteur polymérique pour les immunoglobulines polymériques. Donc ce récepteur est un produit de la cellule épithéliale post-plasmocyte.

Ce récepteur accroche l’IgA dimérique, et va lui permettre de traverser la cellule épithéliale pour qu’elle se retrouve dans la sécrétion (en particulier digestive).Le tube digestif permettra à l’IgA de garder une petite partie de ce récepteur qui deviendra la pièce sécrétoire.

L’origine de la pièce sécrétoire, contrairement à la chaîne J fabriquée par le plasmocyte, est en fait un bout de récepteur qui a été créé par les cellules épithéliales pour permettre le transfert de l’IgA.

4) Les immunoglobulines E (non détaillé) 5) Les immunoglobulines G (non détaillé)

Rappel du professeur : Un antigène peut être un Ac ou réciproquement

Par définition, un Ac est une glycoprotéine générée à la suite d’une réponse immune et un Ag est une molécule qui produit une réponse immune.

Une protéine X injectée chez un premier lapin est bien un Ag puisqu’elle provoque la formation d’Ac (protéine Y). Cette protéine Y injecté chez un deuxième lapin génère un nouvel Ac dirigé contre elle. CCL : Cette protéine Y devient un Ag chez un deuxième lapin mais est un Ac chez le premier.

* En plus : Au sein d’une même immunoglobuline, les deux chaînes lourdes et les deux chaînes légères sont identiques. Il existe 2 types de chaînes légères : kappa ou lambda. Une immunoglobuline donnée utilise l’un ou l’autre type de chaîne légère. Tant les chaînes légères (qu’elles soient κ ou λ) que les chaînes lourdes ont une portion variable et une portion constante. La portion constante des chaînes lourdes est essentielle pour déterminer les propriétés fonctionnelles de l’immunoglobuline Cette portion constante des chaînes lourdes détermine l’isotype de l’immunoglobuline : IgM, IgD, IgG, IgE, IgA Les lymphocytes B matures qui n’ont jamais rencontré leur antigène expriment des IgM et des IgD.