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Les anticorps solubles, des effecteurs spécifiques de leur antigène

Dans le contexte d'une infection par le virus de la grippe Influenza, une proposition d'exploitation de séquences et de modèles moléculaires afin d'expliquer la spécificité des anticorps vis-à-vis des antigènes auxquels ils se lient.
  • Focus sur le programme

Thème 3-A-2 - L'immunité adaptative, prolongement de l'immunité innée
 Connaissances Capacités, attitudes

Alors que l'immunité innée est largement répandue chez les êtres vivants, l'immunité adaptative est propre aux vertébrés. Elle s'ajoute à l'immunité innée et assure une action plus spécifique contre des molécules, ou partie de molécules.
Les cellules de l'immunité adaptative ne deviennent effectrices qu'après une première rencontre avec un antigène grâce aux phénomènes de sélection, d'amplification et de différenciation clonales.

Les défenses adaptatives associées avec les défenses innées permettent normalement d'éliminer la cause du déclenchement de la réaction immunitaire.
Le système immunitaire, normalement, ne se déclenche pas contre des molécules de l'organisme ou de ses symbiotes. Cela est vrai notamment pour la réponse adaptative.
Pourtant, les cellules de l'immunité adaptative, d'une grande diversité, sont produites aléatoirement par des mécanismes génétiques complexes qui permettent potentiellement de répondre à une multitude de molécules. La maturation du système immunitaire résulte d'un équilibre dynamique entre la production de cellules et la répression ou l'élimination des cellules autoréactives.

Objectif et mots-clés. Cellule présentatrice de l'antigène, lymphocytes B, plasmocytes, immunoglobulines (anticorps), séropositivité, lymphocytes T CD4, lymphocytes T auxiliaire, interleukine 2, lymphocytes T CD8, lymphocytes T cytotoxiques ; sélection, amplification, différenciation clonales. L'exemple d'une infection virale (grippe) fait comprendre la mise en place des défenses adaptatives et comment, en collaboration avec les défenses innées, elles parviennent à l'élimination du virus. On insistera sur la réponse adaptative à médiation humorale. On profitera de cette étude pour signaler le mode d'action du VIH et la survenue de maladies opportunistes dans le cas du Sida. L'existence d'une maturation du système immunitaire n'est présentée que de façon globale.

Recenser, extraire et exploiter des informations, y compris expérimentales, sur les cellules et les molécules intervenant dans l'immunité adaptative.
Concevoir et réaliser une expérience permettant de caractériser la spécificité des molécules intervenant
dans l'immunité adaptative.

Concevoir et réaliser des expériences permettant de mettre en évidence les immunoglobulines lors de la réaction immunitaire.

 (Bulletin officiel spécial n° 8 du 13 octobre 2011 - Nouveau programme de Terminale S en SVT)

En ce qui concerne l'immunité adaptative, les suggestions d'activités préconisées dans le programme laissent encore une large part à la biologie moléculaire. Le programme insiste sur la notion de spécificité, point que les élèves auront préalablement abordé par le biais de l'investigation de l'organisation fonctionnelle des récepteurs T (voir la démarche sur la sélection clonale) et que l'on va ici retrouver avec l'étude des anticorps solubles.

Dès lors que le nouveau programme d'immunologie de Terminale S recommande de s'appuyer sur l'infection par le virus de la grippe (Influenza), la quête des ressources informatiques correspondantes (modèles 3D et séquences d'anticorps dirigés contre les virus Influenza) s'impose. Les banques de données en ligne proposées par la communauté scientifique permettent heureusement de se procurer ces nouvelles ressources. Par exemple, les différents modèles moléculaires d'anticorps proposés dans la démarche ci-après ont été téléchargés sur le site de la RCSB Protein Data bank vers lequel on est dirigé au moyen d'un moteur de recherche grâce à la requête "Fab influenza pdb".
 

  • Situation déclenchante et problématique

Une découverte d'une équipe américaine dirigée par James Crowe (Vanderbilt University Medical Center, Nashville) a été rapportée sur le site de la revue britannique Nature le 17 août 2008 puis aussitôt relayée par les médias :

Des survivants de la grippe de 1918 produisent des anticorps efficaces

(...) James Crowe et ses collègues ont réuni un groupe de 32 personnes âgées de 2 à 12 ans en 1918, dont la plupart avaient vécu au même domicile qu'une personne touchée par la grippe1. Quatre-vingt-dix ans plus tard, chez tous ces 32 sujets, le sérum sanguin présentait une activité inhibitrice2 d'une protéine présente à la surface du virus, l'hémagglutinine (le "H" de H1N13). Une caractéristique que ne présentait pas le groupe de sujets témoins, nés après la pandémie de 1918 (...). Les chercheurs ont ensuite isolé dans le sang de 8 des 32 sujets ayant connu la grippe espagnole des globules blancs, à partir quels ils ont obtenu des lignées de lymphocytes B. Pour 7 des 8 sujets, les lymphocytes B produisaient des anticorps dirigés spécifiquement contre le virus de la pandémie de 1918, en l'occurrence contre l'hémagglutinine du H1N1, mais pas contre les souches de virus grippaux apparues plus récemment.

Le monde.fr, 18 aout 2008

Explicitations :

1 Il s'agit ici de la grippe dite espagnole, qui fit plusieurs dizaines de millions de morts. La souche virale à l'origine de cette pandémie appartient au genre Influenza A et est de type H1N1 (notée A/H1N1). Il existe d'autres souches de virus grippaux, appartenant au genre Influenza A également (par exemple A/H3N2, A/H5N1) ou à d'autres genres (B ou C).

2 Allusion aux anticorps dirigés contre l'hémagglutinine. Ces anticorps inhibent la fonction normale de l'hémagglutinine, à savoir la fixation du virus à la cellule cible, préalable à l'entrée du virus dans la cellule. On parle d'anticorps neutralisants, c'est-à-dire d'anticorps dont la fonction immunitaire repose sur la neutralisation de l'agent infectieux.

3 L'hémagglutinine de l'enveloppe du virus Influenza est précisément notée HA.

  

Cet article évoque sans ambigüité une propriété fondamentale des anticorps solubles : leur spécificité vis-à-vis de l'antigène contre lequel ils sont dirigés. La problématique sera donc de rechercher une explication à la spécificité des anticorps.

À cette occasion, on mettra en valeur la relation entre la structure d'un anticorps et sa fonction. 

 

  • Matériel et ressources

 

Modèles moléculaires

(à exploiter avec Rastop)

  • anticorps ou fragment d'anticorps non spécifique du virus Influenza
IGGTOTAL.pdb anticorps humain, spécifique du lysozyme du blanc d'oeuf de poule. C'est une construction à partir des données de diffraction X des fragments Fc1 et Fab2 (chaînes lourdes : H et I ; chaînes légères L et M)
1FDL.pdb Fragment Fab d'un anticorps de souris lié à son antigène, le lysozyme du blanc d'oeuf de poule (portion de chaine lourde : H ; chaine légère : L ; lysozyme : Y)

1 Fc = Fragment Cristallisable. Il s'agit d'une région fonctionnelle de l'anticorps, impliquée dans l'élimination de l'agent infectieux (par exemple, en facilitant la phagocytose de celui-ci).

2 Fab = Fragment Antigen Binding. Il s'agit d'une autre région fonctionnelle de l'anticorps, impliquée dans la liaison à l'antigène.   

  • fragments d'anticorps (Fab) dirigés contre des antigènes de différentes souches du virus Influenza
 Nom du fichier
Anticorps Antigène
2VIS.pdb
Fab d'un anticorps de souris :
chaîne lourde : B
chaîne légère : A 
Région de la sous-unité HA1 de l'hémagglutinine d'une souche A/H3N2 du virus Influenza (chaîne C)
4HKX.pdb
Fab de l'anticorps CH67 humain :
chaîne lourde : A
chaîne légère : B
Région de la sous-unité HA1 de l'hémagglutinine d'une souche A/H1N1 du virus Influenza (chaîne E)
4FQJ.pdb
Fab de l'anticorps CR8071 humain :
chaîne lourde : H
chaîne légère : L
Région de la sous-unité HA1 de l'hémagglutinine d'une souche B du virus Influenza (chaîne E)
4MHH.pdb
Complexe immun associant 3 Fab de l'anticorps humain H5M9 :
chaînes légères : I, K et L
chaînes lourdes : G, H et J
Région de l'hémagglutinine d'une souche A/H5N1 du virus Influenza, ici sous sa forme trimérique :
sous-unités HA1 : chaînes A, C et E
sous-unités HA2 : chaînes B, D et F

Chaque monomère d’hémagglutinine (HA) est composée de deux sous-unités : HA1 et HA2. Les monomères s'associent en trimères à la surface du virus.

Séquences

(à exploiter avec GenieGen ou Anagène)

 
iggtotal.edi séquences en acides aminés des quatre chaînes de l'anticorps spécifique du  lysozyme du blanc d'oeuf de poule
Fab-Ac-anti-influenza.edi séquences en acides aminés des chaînes lourdes et légères des Fab de différents anticorps spécifiques d'antigènes des différentes souches du virus Influenza

 

  •  Activité

Enoncé de l'activité :

À partir de l'exploitation des ressources fournies, menez une investigation permettant d'expliquer la spécificité anticorps-antigène.

Productions attendues :

Des images obtenues à partir du traitement des séquences et des modèles moléculaires, annotées de manière à montrer l'explication moléculaire de la spécificité anticorps-antigène.

 

fleche_rouge.gifVoir une aide

fleche_rouge.gifVoir un exemple de démarche d'investigation