Enseigner les Sciences de la nature

logo ensl   Logo du ministère de l'éducation
logo CIRI logo Immuniser Lyon
logo LBMC logo Musée Mérieux
Logo Inserm igfl igfl logo CREATIS
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo geo 3d
Logo de Lyon 1 logo lgltpe 
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo LBMC
logo LBMC
logos composé logo COP In My City logo Investissement d'avenirLogo du musée de Confluences
logo Météo France Logo du musée de Confluences
logo EVSlogo Grand Lyon
Vous êtes ici : Accueil / Thématiques / Immunité et vaccination / Outils numériques / Netbiodyn - Nouveau programme TS (2012) / L'immunité adaptative à médiation humorale

La réponse adaptative à médiation humorale

Activité NetBioDyn

Mise en oeuvre d'une démarche d'investigation autour des différents événements qui conduisent à la production d'anticorps et reposent sur une collaboration entre les cellules immunitaires, à l'aide du logiciel netBioDyn.

 

Contexte de l'activité

 L'activité proposée se situe au coeur du sous-thème : "L'immunité adaptative, prolongement de l'immunité innée" du programme d'immunologie de terminale S. Les élèves auront préalablement étudié le rôle de l'immunité innée dans le déclenchement de la réponse adaptative. Les anticorps représentent des effecteurs moléculaires de l'immunité adaptative, et la réponse adaptative dépendante des anticorps est qualifiée de réponse immunitaire à médiation humorale.

 

Situation déclenchante et problématique

La recherche à mener peut être motivée par deux approches complémentaires :

  • D'une part, lorsqu'un agent infectieux -par exemple le virus de la grippe- s'introduit dans l'organisme et se reproduit dans les cellules qu'il infecte, un délai de quelques jours est observé avant l'apparition, dans le sérum du sujet infecté, d'anticorps spécifiques des antigènes viraux. Ce délai (voir le graphique) correspond à la sélection, la prolifération et l'activation des cellules effectrices de la réponse immunitaire adaptative. Il s'agit d'identifier, parmi les cellules de l'immunité adaptative (LT et LB), celles qui sont à l'origine de la production d'anticorps.
  • D'autre part, il est établi que les personnes en phase déclarée du Syndrome de l'Immunodéficience Acquise montrent un nombre de LT CD4 extrêmement bas, corrélé à la disparition des anticorps anti-VIH (voir le graphique montrant cette corrélation). L'implication des LT CD4 dans la production des molécules effectrices est ainsi suggérée. Il s'agit d'identifier les mécanismes par lesquels les LT CD4 contrôlent la production d'anticorps.

  

Ressources proposées aux élèves

  •  Documentation scientifique  :

- Graphique des paramètres sérologiques d'un sujet infecté par le virus de la grippe

- Evolution quantitative des effecteurs de l’immunité adaptative (anticorps et lymphocytes T cytotoxiques) chez un individu infecté par le VIH (virus de l’immunodéficience humaine)

  • Modèles à exploiter avec netBiodyn
Expériences de référence Modèles permettant de reproduire les conditions expérimentales
Expérience de Mitchell et Miller : évaluation de la capacité de LB ou de LT à produire des anticorps, en utilisant un système immunitaire "artificiel", dans lequel soit les LB soit les LT sont inactivés (c'est à dire sans fonctions effectrices).

mitchell_miller.nbd
(télécharger) 

Modèle de novo correspondant à une expérimentation non réalisée sous cette forme par les immunologistes : évaluation de la production de plasmocytes et d'anticorps anti-GRM chez une souris avant et après injection de GRM origine_anticorps.nbd
(télécharger)

Protocole utilisé dans le dispositif de Marbrook : il s'agit d'étudier la réponse de LT CD4 et LB préalablement activés par la rencontre avec un antigène. Il est possible de choisir le nombre et l’emplacement des lymphocytes placés dans les chambres de l’appareil de Marbrook, séparés par une membrane semi-perméable. 

Marbrook.nbd

(télécharger)

voir une page de présentation détaillée de ces trois modèles
  

Déroulement de l'activité

Une consigne globale peut être proposée :

À partir de l'exploitation des différentes ressources, déterminez l'enchainement des événements conduisant à la production d'anticorps.

La résolution pourrait se faire en trois temps, chacun associé à un modèle.

  • Premier temps : les cellules à l'origine de la production d'anticorps

Avertissement : L'activité ci-après est basée sur l'exploitation de l'expérience de Mitchell et Miller. Comme il s'agit d'une expérience qui sous sa forme brute (publication scientifique) peut paraitre complexe à exploiter pour un élève de lycée, nous proposons deux options : demander aux élèves de répondre à un QCM autour de l'expérience historique de Mitchell et Miller(option 1) ou utiliser un modèle simplifié  de cette expérience (option 2).

L'expérience référente support de la modélisation : expérience de Mitchell et Miller

- L'expérience historique  de Mitchell et Miller (= ressource pour l'option 1

Dans la publication "CELL TO CELL INTERACTION IN THE IMMUNE REPONSE" (The Journal of Experimental Medecine, 1 octobre 1969), Mitchell et Miller relatent un protocole utilisé afin d'identifier les cellules à l'origine de la production d'anticorps, qu'ils nomment AFCP (pour antibody-forming cell precursors). 

  •  Des cellules de souris hybrides, prélevées dans une veine lymphatique de ces souris, sont utilisées. Ces cellules ("F1 thoracic duct cells") proviennent de souris hybrides F1 issues de croisements entre deux souches de souris : CBA et C57BL. Concrètement, ces cellules sont des lymphocytes T et B matures qui re-circulent entre les différents organes lymphoïdes.
  •  Des souris de souche CBA sont irradiées et thymectomisées. L'irradiation détruit toutes les cellules se divisant dans la moelle et donc les précurseurs et progéniteurs lymphoïdes et myéloïdes. La thymectomie empêche, elle, la maturation et la production des LT :  les souris thymectomisées ne pourront plus produire de LT.
  • Ces souris reçoivent ensuite une injection de moelle osseuse de souris de lignée CBA.
  • Deux semaines après cette injection, les auteurs leur inoculent les cellules prélevées dans une veine lymphatique de souris hybride. Comme les souris F1 sont hétérozygotes pour le CMH, il sera possible, dans le suite du protocole, de distinguer grâce à l'utilisation de sérums leurs propres lymphocytes des cellules issues de la moelle osseuse de souris de lignée CBA.
  •  Des globules rouges de mouton (SRBC = sheep red blood cells), ayant valeurs d'antigènes, sont injectés aux souris. Après prélèvement de la rate, la production d'anticorps anti-globules rouges de mouton est estimée par le nombre de PFC (hémolysin plaque-forming cell), c'est-à-dire par le nombre de plages de lyse. On précise qu'une plage de lyse correspond à une zone où les globules rouges ont été détruits par la production d'anticorps en provenance d'une cellule productrice d'anticorps. 
  • Du sérum contenant des anticorps dirigés contre les cellules CBA ("Anti-CBA serum") ou contre les cellules C57BL ("Anti-C57BL serum") peut être introduit. Ce traitement se faisant in vitro sur les cellules de la rate contenant toutes les cellules productrices d'anticorps, il va permettre d'éliminer :

- soit à la fois les cellules de la moelle et les  "F1 thoracic duct cells" (cas de l'ajout de sérum anti-CBA)
- soit uniquement les "F1 thoracic duct cells" (cas de l'ajout de sérum anti-C57BL)

Ci-dessous, le tableau (TABLE VI) dans lequel les deux auteurs présentent le protocole. Bien entendu, les résultats qu'ils ont obtenus ont été intentionnellement effacés.

Aide à la compréhension du protocole : concrètement, les tests effectués permettent de déterminer  si les cellules productrices d'anticorps ont des antigènes C57BL ou CBA à leur surface. Ainsi, si par rapport au témoin la production d'anticorps anti-GRM est considérablement réduite en présence de sérum anti-CBA et n'est pas affectée par le sérum anti-C57BL, la conclusion sera que les cellules productrices d'anticorps sont des cellules porteuses de l'antigène CBA exclusivement, c'est-à-dire dérivées de moelle osseuse et non du thymus.

 

 mitchell-miller-incomplet

[Se procurer l'article complet relatant l' expérience menée par Mitchell et Miller]

L'ensemble du protocole de l'expérience de Mitchell et Miller peut être représenté de la manière suivante :

synopsis expérience Mitchell-Miller

- Une version simplifiée de l'expérience de Mitchell et Miller (= ressource pour l'option 2)

Source : bac S Amérique du Nord, publié sur le site SVT de l'académie de Besançon. 

L'expérimentation décrite dans le sujet de baccalauréat est, dans ses modalités, plus simpliste que l'expérimentation réellement menée par Mitchell et Miller. Pour des raisons pédagogiques, nous proposons dans l'option 2 un modèle basé sur l'expérience simplifiée.

Mitchell et Miller utilisent des souris de souche CBA. Ces dernières subissent un traitement à la naissance qui permet de détruire tous les lymphocytes T. Les expérimentateurs injectent alors à ces souris des lymphocytes T (LT) provenant de souris de la souche H2B1. Ces souris possèdent donc un système immunitaire « hybride » : lymphocytes B (LB) de souche CBA et LT de souche H2B1.

Ils injectent à ces souris des globules rouges de mouton (GRM). Après une semaine, ils prélèvent la rate des souris (cet organe contient en particulier un grand nombre de LB et de LT). Ils séparent alors les cellules de rate en trois lots auxquels ils font subir des traitements différents :

Lot 1 : ajout d'anticorps anti-cellules-CBA ainsi que d'une substance qui détruit les complexes immuns ;
Lot 2 : ajoute d'anticorps anti-cellules-H2B1 ainsi qu’une substance qui détruit les complexes immuns ;
Lot 3 : pas de traitement.

Mitchell et Miller évaluent alors la capacité à produire des anticorps anti-GRM dans les trois lots.

Bien entendu, les résultats sont dissimulés dans la mesure où le modèle numérique remplira ce rôle.

Lot 1    2   3
Importance de la production d'anticorps anti-GRM      ?          ?         ?   

1Les cellules H2B sont équivalentes aux cellules C57BL de l'expérience historique (H2b correspond à l'haplotype du CMH des souris C57BL/6)

 

Les résultats obtenus par les deux auteurs leur permirent d'affirmer : "les cellules à l'origine de la production d'anticorps sont les lymphocytes B".

 

Directives pour l'option 1 : Répondez au QCM proposé sur l'expérience historique de Mitchell et Miller

fleche_rouge.gifvoir le QCM

fleche_rouge.gifvoir le résultat publié par Mitchell et Miller

Directives pour l'option 2 : Simulez à l'aide du modèle "Mitchell-Miller.nbd" les conditions de l'expérimentation simplifiée de Mitchell et Miller et retrouvez, à partir des résultats obtenus, leur conclusion à propos des cellules à l'origine de la production d'anticorps.

fleche_rouge.gifvoir un exemple d'exploitation du modèle 

 

 

  • Deuxième temps : des clones de LB sélectionnés aux cellules différenciées productrices d'anticorps 

Le modèle utilisé pour découvrir les cellules productrices d'anticorps

 origine-AC

 

Consigne :

À l'aide de simulations utilisant le modèle "origine_anticorps.nbd", identifiez les cellules immunitaires  produisant les anticorps.

fleche_rouge.gifvoir un exemple d'exploitation

 

 

  • Troisième temps : Les LT CD4, pivots de la réponse adaptative à médiation humorale 

L'expérience référente support de la modélisation : utilisation du dispositif de Marbrook
 

On prélève des lymphocytes B et T dans la rate (lieu d’accumulation des cellules immunitaires et de rencontre avec l’antigène) d’une Souris sensibilisée contre un antigène Z soluble. Ces lymphocytes sont placés dans une chambre de culture de Marbrook selon les conditions rapportées dans la figure et le tableau ci-après. Il s'agit alors de quantifier, au bout de quelques jours, le nombre de plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-Z.

Schéma du dispositif de Marbrook :

marbrook


  Le dispositif permet de faire varier l'emplacement et la nature des lymphocytes - préalablement activés par l'antigène Z  - dans les chambres de l'appareil :

Variable  : place et nature des cellules dans les chambres de l'appareil

 Phénomène mesurable : production ou non de plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-Z

supérieure

inférieure

-

LT CD4 + LB

?

-

LB

?

LT CD4

LB

?

 

 Consigne :

Exploitez le modèle "Marbrook.nbd" afin de confirmer le rôle pivot joué par les LT CD4 puis d'expliciter leur implication dans la production d'anticorps.

fleche_rouge.gif voir un exemple d'exploitation