CHAPITRE 2 LE MACROPHAGE ET SON RÔLE DANS LE DÉVELOPPEMENT DE L’IMMUNITÉ

Table des matières

Le terme macrophage fût employé pour la première fois par Élie Metchnikoff à la fin du 19e siècle pour identifier de grosses cellules mononuclées retrouvées dans les tissus et qui avaient la capacité de phagocyter (Karnovsky, 1981). Le MØ origine de la moelle osseuse chez les mammifères adultes (van Furth, 1989). Comme toutes les cellules de la lignée sanguine, il a comme précurseur initial le CFU-ML (de l’anglais, Colony Forming Unit of Myeloid and Lymphoid cells). Celui-ci se différencie en CFU-S (pour Spleen), le précurseur des cellules myéloïdes qui, en présence de cytokines telles l’IL-3 et l’IL-6, de même que le GM-CSF (de l’anglais Granulocyte Macrophage Colony Stimulating Factor) se différencie en CFU-GM (pour Granulocyte Macrophage). Ce dernier est le précurseur des monocytes et des granulocytes (Gilbert, 1996). En présence de GM-CSF, M-CSF (pour Macrophage), d’IL-3 et d’IL-6 cette cellule souche deviendra d’abord un monoblaste qui se divisera pour donner deux promonocytes qui eux-même se diviseront pour former des monocytes (Auger et Ross, 1992). Ces monocytes pourront alors quitter la moelle osseuse et entrer dans la circulation sanguine. Ils migreront vers les différents organes où ils se différencieront en MØ résidents. Pour quitter les vaisseaux sanguins, les monocytes doivent d’abord adhérer à l’endothélium vasculaire via des adhésines exprimées à leur surface qui se lieront aux molécules de surface des cellules endothéliales. Suite à leur attachement à l’endothélium, les monocytes pourront le traverser et atteindre les tissus. Une fois différenciés, les MØ peuvent demeurer plusieurs mois dans les tissus (Bosque et al., 1997). Outre leur apparence morphologique qui sera traitée un peu plus loin, on peut distinguer les monocytes des MØ par la grande capacité de phagocytose qu’ont ces derniers. De plus, on peut différencier les MØ selon qu’ils soient activés ou non tant au niveau de l’expression de molécules de surface qu’au niveau de leurs différentes fonctions (voir section 2.3)

Selon le tissu où ils se trouvent, les MØ ont différents noms et morphologies. On en retrouve partout dans l’organisme : dans le foie (cellules de Kupffer), dans la rate et les différents tissus lymphoïdes, dans les poumons (MØ alvéolaires), dans les os et tissus conjonctifs (ostéoclastes et chondroclastes), dans la moelle osseuse, dans les cavités séreuses, dans la peau, dans les tractus urogénital et gastro-intestinal et même dans le système nerveux central (microglies) (Bosque et al., 1997). La dispersion des monocytes à travers l’organisme semble faite au hasard et les MØ résidents résultants seront modelés selon leur micro-environnement. Cette dispersion est continue mais, lors d’une infection ou d’un traumatisme quelconque, il y aura polarisation de l’apport en monocytes à ce site dû à l’augmentation de l’expression d’adhésines à la surface des cellules endothéliales des vaisseaux (voir section 2.3.2) qui faciliteront l’attachement des monocytes (Auger et Ross, 1992).

Les molécules retrouvées à la surface des phagocytes peuvent varier en nature et en nombre selon le degré de différenciation du monocyte et du macrophage, du degré d’activité du MØ ainsi que de son type et de son environnement. Nous ferons ici un survol des principaux groupes de molécules de surface sans pour autant être une liste exhaustive. De plus, la liaison de ces molécules et de leurs substrats entraîne très souvent l’activation de la signalisation intracellulaire du MØ. Cette dernière ne sera pas traitée dans cette section mais bien au Chapitre 3.

Le premier groupe est constitué des récepteurs de la portion constante (Fc) des immunoglobulines (Ig). On retrouve principalement des récepteurs pour les IgG et les IgE appelés respectivement FcγRIA, FcγIIA, FcγIIB, FcγIIIA et FcεRIIb (Ravetch, 1997). FcγRIA est un récepteur de haute affinité alors que les autres ont une affinité plus faible. De plus, FcεRIIb apparaît suite à une stimulation des MØ par l’IL-4 (Auger et Ross, 1992). Ces récepteurs sont responsables de l’attachement et de la phagocytose subséquente de particules recouvertes d’anticorps, dites opsonisées, tels microbes et cellules tumorales. Seul FcγRIIB ne participe pas à la phagocytose. Il aurait plutôt un rôle inhibiteur à jouer dans la signalisation intracellulaire (Ravetch, 1994). Plusieurs récepteurs des monocytes/MØ ont une structure homologue à celle des Ig et font partie de la superfamille des Ig. On retrouve par exemple certaines intégrines, les molécules des complexes majeurs d’histocompatibilité et autres. Ces molécules ont des fonctions différentes que celle décrite ici et seront donc traitées plus loin.

Un autre groupe de récepteurs impliqués dans la phagocytose par le MØ sont les récepteurs des molécules du complément. Ils sont le CR1 (de l’anglais Complement Receptor 1) (CD35), le CR3 (Mac-1, CD11b/CD18) et le CR4 (CD11c/CD18) (Caroll, 1998). Le CR1 reconnaît le C3b, C4b et C3bi (Brown, 1991) alors que le CR3 et le CR4 reconnaissent le C3bi (Sengelov, 1995). Les particules recouvertes de complément (opsonisées) se fixent au MØ via ces récepteurs.

Pour permettre leur adhésion aux cellules environnantes et à la matrice extracellulaire, les MØ possèdent des sélectines et des intégrines (regroupées de façon plus générale sous le terme adhésines). Les sélectines sont des récepteurs qui lient des épitopes glucidiques sur leurs contre-récepteurs. On retrouve des L-sélectines et des P-sélectines à la surface des monocytes/MØ ainsi que des E-sélectines à la surface des cellules endothéliales activées. La liaison transitoire entre les L, P et E-sélectines et leurs contre-récepteurs glucidiques permet le ralentissement des monocytes dans le vaisseau sanguin (Weis et al., 1998). Les intégrines quant à elles, permettent la liaison ferme des monocytes/MØ avec d’autres cellules (dont les cellules endothéliales) et avec la matrice extracellulaire. On retrouve dans ce groupe LFA-1 (de l’anglais Lymphocytes Function-associated Antigen 1) et VLA-4 ainsi que CR3. LFA-1 et CR3 se lient à ICAM-1 (de l’anglais InterCellular Adhesion Molecule-1) et au fibrinogène alors que VLA-4 lie VCAM-1 et la fibronectine. ICAM-1 et VCAM-1 sont présentes à la surface des cellules endothéliales ce qui permet leur attachement aux monocytes ralentis par la liaison des sélectines et subséquemment la migration des monocytes vers les tissus. ICAM-1 est aussi exprimée par les lymphocytes T, ce qui leur assure une bonne liaison avec les MØ lors de la présentation d’antigènes (voir section 2.4). On peut également retrouver ICAM-1 à la surface des MØ (Gahmberg et al., 1998).

La présentation d’antigènes aux lymphocytes T nécessite la présence des molécules des complexes majeurs d’histocompatibilité (CMH) I et II. Ces molécules et leur fonction seront détaillées dans la section 2.4. Elles portent dans leur niche peptidique des peptides endogènes ou exogènes qu’elles présentent aux lymphocytes T afin de générer une réponse immunitaire spécifique à l’organisme, cellule ou protéine de laquelle dérivent ces peptides. Le CMH de classe I permet la liaison avec les lymphocytes T cytotoxiques via la molécule CD8 et le CMH de classe II avec les lymphocytes T auxiliaires via le CD4 (Brown et Gordon, 2002).

Les monocytes/MØ arborent également des récepteurs pour de nombreux facteurs de croissance et cytokines tels : GM-CSF, M-CSF, CSF-1, IL-2, 3, 4, 6, TNF, IFN α, β, γ (Auger et Ross, 1992). Les facteurs de croissance permettent leur différenciation comme nous l’avons vu à la section 2.1 alors que les cytokines provoquent leur activation (voir sections 2.3 et 2.4).

On retrouve des récepteurs de plusieurs chimiokines de type CC, CXC et CX3C. Comme nous le verrons à la section 2.3.3, les chimiokines sont des petits peptides chimioattractants produits par les cellules hématopoïétiques de même que par les kératinocytes, les fibroblastes, les cellules endothéliales et les cellules épithéliales. Ils favorisent le chimiotactisme des cellules hématopoïétiques vers le site d’inflammation (Mahalingam et Karupiah, 1999).

Les MØ expriment des glycoprotéines de type lectines qui permettent la liaison aux oligosaccharides tels mannose, fucose et galactose. Ces récepteurs ont aussi un rôle à jouer dans la phagocytose (Weis et al., 1998).

Les récepteurs de lipoprotéines permettent la reconnaissance des LDL (de l’anglais Low Density Lipoprotein), de la PGE2, des leucotriènes (LT) de type B4, C4 et D4. Les LDL sont reconnus par les récepteurs Scavenger (qui veut dire éboueur) qui sont entre autres impliqués dans le développement de l’athérosclérose (Krieger, 1997). Les récepteurs Scavenger sont aussi impliqués dans la reconnaissance et la phagocytose de bactéries et de cellules apoptotiques de même que dans l’adhésion cellulaire (Peiser et Gordon, 2001).

Finalement, le dernier groupe de récepteurs qui sera abordé dans la présente thèse contient les récepteurs Toll (Toll-like receptors (TLR)) et le CD14. Tout d’abord, le CD14 est un marqueur reconnu des monocytes/ MØ qui s’attache à la membrane par une ancre GPI (Aderem et Ulevitch, 2000). On lui a longtemps attribué la capacité de lier les lipopolysaccharides bactériens des Gram négatifs (LPS) via une protéine s’attachant au LPS (LPS-Binding Protein (LBP)). Cette interaction mène à l’induction de l’activité pro-inflammatoire du MØ (Wright et al., 1990). Plus récemment, la découverte des TLR a modifié cette association. Le MØ exprime plusieurs membres de la famille Toll dont TLR2, 4, 5, 6 et 9. TLR2 s’associe à TLR6 de même qu’au CD14 pour reconnaître divers ligands bactériens tels des lipoprotéines, le peptidoglycan, l’ancre GPI du parasite Trypanosoma cruzi , certains LPS et autres. Le TLR4, lui, s’associe également au CD14 et lie le LPS, le Taxol, la protéine de choc thermique 60 (HSP60) et la fibronectine EDA. Le TLR 5 se lie à la flagelline bactérienne (la principale composante du flagelle) et le TLR9 reconnaît les motifs CpG de l’ADN (surtout présents chez les bactéries). Les TLRs sont impliqués dans la réponse inflammatoire et cytotoxique du MØ en provoquant l’induction du TNFα, du NO et de l’IL-12 (Underhill et Ozinsky, 2002).

Le MØ joue de nombreux rôles tant dans la réponse immunitaire innée qu’adaptative. Pour cela, il doit d’abord être activé. Cette activation peut être causée par les différents médiateurs de l’inflammation présents avant l’arrivée des monocytes circulants ou affectant les MØ résidents. En effet, l’induction de la réponse inflammatoire en cas de dommages tissulaires ou d’infection favorise l’expression de molécules d’adhésion qui peuvent activer la différentiation des cellules recrutées. De plus, d’autres médiateurs de l’inflammation induisent l’activation des MØ comme nous le verrons à la section 2.3.3.2.

Le NO est une molécule extrêmement importante du système immunitaire à plusieurs niveaux. Il joue également un rôle dans la neurotransmission, la relaxation musculaire et la vasodilatation (MacMicking et al., 1997). Le terme général NO est habituellement employé pour définir tous les intermédiaires réactifs de l’azote tels NO . , NO-, NO+, NO2, NO2-, NO3-, N2O3, N2O4, les S-nitrosothiols (S-NO), le peroxynitrite (ONOO-) et les complexes nitrosyl-métaux. Il est produit par l’action des synthétases de monoxyde d’azote (NOS, de l’anglais Nitric Oxide Synthases) que l’on retrouve sous trois isoformes. Les cNOS (eNOS et nNOS) sont toujours présentes dans la cellule et leur activité est induite suite à une élévation du niveau de Ca2+ intracellulaire et à l’attachement de la calmoduline (Stuehr, 1999). iNOS est la forme inductible. Son expression est régulée par une synthèse de novo et par une modulation de la stabilité de l’ARNm et de la protéine (Bogdan, 2001a). Les trois isoformes semblent jouer un rôle dans la réponse immunitaire et peuvent être exprimés par la majorité des cellules hématopoïétiques mais comme le MØ exprime surtout iNOS (bien que certains rapports démontrent une expression de eNOS (Miles et al., 1998; Roman et al., 1997)) nous ne traiterons que de celui-ci dans le présent chapitre.

Le NO est le produit de deux oxydations successives de l’acide aminé L-arginine induites par l’action de NOS (les trois isoformes produisent une réaction identique). La première réaction d’oxydation transforme la L-arginine en N-OH-L-arginine avec l’aide du NADPH et de l’O2 qui servent de co-substrats alors que la seconde forme une molécule de L-citrulline et une de NO (MacMicking et al., 1997). NOS nécessite une homodimérisation avant d’être active. Cette dimérisation n’est possible qu’avec l’attachement de la calmoduline et l’incorporation d’heme et de Zn2+. Dans le cas d’iNOS, la concentration de Ca2+ intracellulaire n’a pas besoin d’être élevée pour qu’il y ait attachement de la calmoduline comme c’est le cas pour les cNOS. Le dimère est également stabilisé par la tétrahydrobioptérine (Stuehr, 1999).

L’induction de l’expression d’iNOS est complexe. Elle peut être causée par l’activation du MØ par diverses cytokines telles l’IFNγ, le TNFα et l’IL-12 avec l’IL-18 (Frucht et al., 2001; MacMicking et al., 1997) ou par la liaison des TLR2, 5 et 9 par différents agents microbiens (le mieux connu étant le LPS) (Cherayil et al., 2000; Gao et al., 1999; Ohashi et al., 2000; Shoda et al., 2001; Thoma-Uszynski et al., 2001). L’expression d’iNOS peut également être inhibée par des cytokines telles l’IL-4, l’IL-13 et le TGFβ soit en induisant l’arginase (une enzyme qui compétitionne avec iNOS pour la L-arginine) soit en diminuant la stabilité de la protéine (Gotoh et Mori, 1999; MacMicking et al., 1997; Munder et al., 1999). Les protéasomes sont aussi reconnus pour leur rôle dans la dégradation d’iNOS (Musial et Eissa, 2001). La signalisation intracellulaire responsable de la production d’iNOS est également complexe. En effet plusieurs messagers secondaires et facteurs de transcription peuvent être impliqués selon le mécanisme d’activation du MØ. On retrouve entre autres la voie JAK2/STAT1α (de l’anglais Janus Kinase/Signal Transducers and Activators of Transcription) (Kitamura et al., 1996; Marrero et al., 1998a), les voies des MAPKs (de l’anglais Mitogen-Activated Protein Kinases) (Bhat et al., 1998; Caivano, 1998; Chan et Riches, 2001; Chan et al., 1999; Faure et al., 1999; Kristof et al., 2001), de la protéine kinase Raf-1 (Chakravortty et al., 2001) et de la protéine kinase C (PKC) (Bogdan, 2001a). À ces kinases s’associent certains facteurs de transcription autres que STAT tels NF-κB (Kim et al., 1997; Lowenstein et al., 1993), IRF-1 (Faure et al., 1999) et AP-1 (Kristof et al., 2001). Finalement, il existe aussi des inhibiteurs signalétiques d’iNOS tels la PI3K (de l’anglais Phosphoinositide-3-Kinase) (Bogdan, 2001a) et les phosphotyrosines phosphatases (PTP) (Diaz-Guerra et al., 1999; Nandan et al., 1999; Olivier et al., 1998; Pan et al., 1996; Taylor et al., 1999; Zheng et al., 1999). Le NO lui-même peut exercer un rôle positif sur l’expression d’iNOS lorsque sa concentration est faible et un rôle négatif lorsqu’elle est élevée (en activant et inactivant NF-κB) (Connelly et al., 2001; Umansky et al., 1998).

Les actions du NO dans la réponse immunitaire sont diverses. Il est reconnu pour son effet anti-microbien tant chez les bactéries, que chez les parasites, les virus, les champignons et les helminthes. Cet effet est dépendant de l’inhibition de la synthèse ou de la réparation de l’ADN et de l’altération des protéines ou de l’inhibition de leur production (Bogdan et al., 2000b). La voie du NO peut aussi agir de façon indirecte, comme par exemple en métabolisant l’arginine dont nécessitent certains pathogènes comme Trypanosoma cruzi (Piacenza et al., 2001) et Schistosoma mansoni (Olds et al., 1980). Le NO peut toutefois être néfaste pour l’hôte comme dans les cas d’une infection par le virus de l’influenza (Bogdan, 2001a), Streptoccocus pneumoniae (Winkler et al., 2001), Toxoplasma gondii au niveau de l’intestin (Bogdan, 2001a) et la souche Brésilienne de Trypanosoma cruzi (Huang et al., 1999).

Outre son action contre les agents microbiens, on reconnaît au NO une activité anti-tumorale. En effet, il peut inhiber certaines enzymes essentielles à la croissance des cellules tumorales comme celles de la chaîne respiratoire. Son action peut aussi provoquer l’apoptose et l’arrêt du cycle cellulaire (Pervin et al., 2001) de même qu’augmenter la sensibilité des cellules tumorales aux effets cytotoxiques du TNF (Bogdan, 2001a).

Par contre, le NO peut aussi avoir des effets dommageables sur les cellules et tissus sains. Il peut provoquer la dégradation de la matrice extracellulaire et le recrutement de cellules inflammatoires en induisant l’expression des chimiokines, ce qui peut entraîner une inflammation chronique (Bogdan, 2001a). À l’opposé, on lui attribue des vertus immunosuppressives dans certains cas. Il peut causer l’apoptose des lymphocytes T (Allione et al., 1999), diminuer l’expression des molécules du CMH de classe II et des molécules de costimulation (Bogdan, 2001b) et diminuer l’expression de différentes adhésines (Lefer et al., 1999; Spiecker et al., 1998). Il peut finalement, en modulant la signalisation intracellulaire, faire augmenter ou diminuer l’expression de plusieurs cytokines et ainsi modeler la réponse immunitaire (Bogdan, 2001a).

On nomme métabolites de l’oxygène (ROI, de l’anglais Reactive Oxygen Intermediates) les radicaux libres produits par le stress oxydatif. C’est un moyen de défense très important chez les phagocytes comme les monocytes/MØ tout comme chez les neutrophiles. Ils sont produits par un complexe protéique membranaire appelé NADPH oxydase (phox) qui génère le superoxyde (O2-) en transférant un électron d’une molécule de NADPH à l’oxygène (O2) lorsque la cellule métabolise une grande quantité de glucose et augmente sa consommation en O2. Le superoxyde peut ensuite produire des oxydants très puissants tels les radicaux hydroxyl (OH-) et le peroxyde d’hydrogène (H2O2) dans le phagosome ou dans l’espace extracellulaire. Chez les monocytes et les neutrophiles, le H2O2 peut se convertir en acide hypochlorique et en chloramines, des oxydants encore plus puissants. Le MØ, lors de sa maturation, perd l’enzyme responsable de cette transformation (la myéloperoxydase). Tout comme le NO, les métabolites de l’oxygène sont très utiles dans la destruction de pathogènes et de cellules tumorales mais peuvent aussi avoir des effets néfastes sur les cellules et tissus sains environnants. De plus, comme mentionné précédemment, le NO et ces métabolites peuvent se lier pour former certains composés comme le peroxynitrite. L’induction du complexe du NADPH oxydase serait due à l’activité de certaines enzymes telles la PI3K, la phospholipase C (PLC), la PKC et certaines protéines G comme Rac qui mèneraient à la phosphorylation d’une protéine cytosolique du complexe, la p47 phox (Clark, 1999; Hampton et al., 1998).

Comme nous le verrons à la section 2.3.2, un moyen très utilisé par le MØ pour éliminer les débris, les cellules tumorales et les agents pathogènes est la phagocytose, ou l’ingestion de particules qui se retrouvent alors dans une vacuole, le phagosome. Le MØ produit certaines enzymes qui permettent la digestion de la particule ingérée. Ces enzymes sont le plus souvent contenues dans une autre vacuole appelée lysosome d’où leur nom. On retrouve des protéases neutres telles les élastases et les collagénases, des hydrolases acides comme les sérines protéases, les lipases, les polysaccharidases, les déoxyribonucléases et les sulphatases; le lysozyme; des peptides facilitant la perméabilité des membranes (appelés défensines) (Auger et Ross, 1992). Ces dernières ont des capacités antimicrobiennes directes et en plus, facilitent et amplifient la réponse immune adaptative en augmentant la production d’anticorps (IgG). Elles peuvent également favoriser le recrutement des cellules dendritiques immatures par gradient de concentration. Elles sont surtout présentes chez les neutrophiles (Lehrer et Ganz, 2002).

La phagocytose est le moyen utilisé par les cellules pour ingérer des particules de plus de 0.5 μm. C’est un mécanisme dépendant de la polymérisation de l’actine. La majorité des cellules de l’organisme ont une certaine capacité de phagocytose. Par contre, certaines cellules sont spécialisées dans ce domaine comme les monocytes/MØ, les neutrophiles et les cellules dendritiques immatures (Aderem et Underhill, 1999). Le MØ peut phagocyter toutes sortes de particules telles micro-organismes, débris cellulaires et cellules tumorales. Par souci de simplicité, la présente section traitera uniquement de la phagocytose des microbes. Dû à la capacité des pathogènes de muter et à la nécessité pour les MØ de reconnaître un grand nombre d’entre eux, l’évolution a généré des récepteurs reconnaissant des motifs conservés à la surface des pathogènes. Ces récepteurs sont appelés PRR (de l’anglais Pattern-Recognition Receptors) (Medzhitov et Janeway, 1997). On retrouve dans cette catégorie le récepteur du mannose (de la famille des lectines) (MR), certaines intégrines telle CR3, les récepteurs Scavenger et le CD14 (Sastry et Ezekowitz, 1993; Stahl et Ezekowitz, 1998). La particule à phagocyter peut aussi avoir été recouverte de molécules du complément qui sont reconnues par leurs récepteurs sur le MØ (Caroll, 1998). Si une réponse immunitaire spécifique humorale (voir section 2.4) a déjà été montée contre l’organisme, il peut alors être recouvert d’IgG et être reconnu par les récepteurs de la portion Fc des immunoglobulines (FcγR) (Ravetch, 1997). Il s’en suit alors une polymérisation de la F-actine en réponse à la transduction de signaux induite par l’attachement aux récepteurs. Cette polymérisation permet la formation de pseudopodes qui entourent le micro-organisme. Dans certains cas, d’autres protéines du cytosquelette comme la vinculine, l’α-actinine et la paxilline peuvent aussi être impliquées (phagocytose via les CR). Dans le cas des FcR, on observe le rapprochement de plusieurs récepteurs qui favorisent l’internalisation (Aderem et Underhill, 1999). Il est à noter qu’outre la phagocytose, la liaison du MR et des FcR mais non des CR entraîne la production de cytokines pro-inflammatoires, du métabolisme de l’acide arachidonique et du stress oxydatif chez les MØ (Brown et Gordon, 2002). Une fois le phagosome complètement formé, il y a dépolymérisation de la F-actine. Le phagosome est alors accessible aux endosomes précoces qui peuvent s’y lier. La maturation du phagosome en phagolysosome est une suite de fusion avec des endosomes précoces puis tardifs et finalement avec les lysosomes. La fusion est possible lorsque les deux organelles possèdent les mêmes GTPases de faible poids moléculaire, les Rab. Rab5 est nécessaire à la fusion entre les phagosomes précoces et les endosomes précoces. La fusion d’endosomes et de phagosomes tardifs nécessite plutôt Rab7. Les phagosomes tardifs fusionnent finalement avec les lysosomes (successeurs des endosomes tardifs). En plus de changement dans les protéines membranaires, les différents stades sont caractérisés par la présence de différentes hydrolases acides, les cathepsines. On retrouve d’abord la cathepsine H, puis la S et la D. Il y a également diminution graduelle du pH du phagosome dû à l’action enzymatique et à l’action des pompes à protons ATPases. Finalement, le lysosome contient différentes enzymes de même que des ROI dont les métabolites du NO qui permettront la dégradation de la particule ingérée. La migration des vacuoles se fait de la membrane vers le noyau par l’action des microtubules (Aderem et Underhill, 1999; Desjardins et al., 1994).

En plus de reconnaître et de permettre l’élimination des pathogènes par la phagocytose et la sécrétion de produits microbicides, les MØ sont extrêmement importants dans l’orchestration de la réponse immunitaire. Ils favorisent l’attraction des leucocytes au site lésé et entraînent leur activation de même que leur production dans la moelle osseuse. Pour ce faire, les MØ sécrètent des médiateurs solubles tels cytokines, chimiokines et autres médiateurs de l’inflammation.

Les cytokines sont de petites protéines solubles qui permettent aux cellules d’induire des modifications chez d’autres cellules. Ces cytokines exercent leur action lorsqu’elles se fixent à leur récepteur spécifique à la surface des cellules. Ceci engendre l’activation de la signalisation intracellulaire, généralement régulée par les protéines JAK et leurs facteurs de transcription STAT comme nous le verrons à la section 3.2.1 (Schindler et Darnell, 1995). Puisque ce chapitre porte sur l’action des MØ dans la réponse immunitaire, nous nous concentrerons sur les cytokines et facteurs de croissance qu’ils produisent et non sur ceux qui les activent.

Tout d’abord, le MØ sécrète trois cytokines dites pro-inflammatoires, l’IL-1α et β, le TNFα et l’IL-6. Toutes les trois ont plusieurs fonctions communes. Premièrement, elles causent la fièvre et induisent la production hépatique de protéines de phase aiguë. Ces protéines incluent principalement la protéine réactive C, la protéine liant le mannose (Mannose Binding Protein, MBP) et le fibrinogène qui jouent un rôle primordial dans la réponse immunitaire. Les deux premières agissent comme des opsonines, liant respectivement la phosphorylcholine et le mannose bactériens alors que le fibrinogène se polymérise pour former la fibrine, une protéine importante dans la cicatrisation des plaies. L’IL-1 et l’IL-6 favorisent l’activation des lymphocytes T et B et l’activation des cellules NK de façon synergique (Janeway et Travers, 1996).

Au niveau tissulaire, l’IL-1 et le TNFα activent l’endothélium vasculaire qui deviendra plus perméable à l’exsudat inflammatoire (fluides, protéines et leucocytes) et induisent l’expression des adhésines endothéliales qui favoriseront l’adhérence des leucocytes et leur extravasation. Ils aident à la destruction tissulaire locale qui favorisera le déplacement des leucocytes dans la plaie. Ils induisent aussi l’activité de la phospholipase A2 qui est responsable de la production des prostaglandines et des leucotriènes (Aggarwal et Natarajan, 1996; Bendtzen, 1988; Durum et al., 1985).

L’IL-1 induit la production d’IL-6 alors que le TNFα induit l’IL-1 (Aggarwal et Natarajan, 1996; Bendtzen, 1988; Durum et al., 1985). L’IL-6 favorise l’activation des lymphocytes T et B et particulièrement la production d’anticorps par les plasmocytes (Van Snik, 1993). Le TNFα permet l’activation autocrine des MØ, en augmentant, entre autres, le stress oxydatif, la cytotoxicité et la phagocytose (Aggarwal et Natarajan, 1996).

Le MØ synthétise aussi l’IL-12. Cette cytokine active les lymphocytes T CD4+ et les cellules NK à sécréter de l’IFNγ, une cytokine très importante dans l’activation des MØ. Elle provoque aussi la polarisation de ces lymphocytes T vers un phénotype Th1 (voir section 2.4.2) (Brunda, 1994). À l’opposé, il produit aussi de l’IL-10 qui inhibe l’activation des MØ et la prolifération des lymphocytes T (en inhibant la production d’IL-1, -6, -12 et de TNFα) et qui stimule la prolifération des lymphocytes B et leur sécrétion d’immunoglobulines. Nous élaborerons davantage sur ce sujet dans la section de la réponse immunitaire acquise. Le MØ sécrète de l’IFNα (ou de type 1) qui a une action autocrine antivirale et qui favorise la production de molécules de CMH de classe I. Il produit aussi le TGFβ qui favorise la prolifération des fibroblastes et la guérison tissulaire mais inhibe la division des lymphocytes T et B (Brown et Gordon, 2002).

Finalement, le MØ produit plusieurs facteurs de croissance tels : M-CSF, G-CSF, GM-CSF, PDGF (de l’anglais Platelet-Derived Growth Factor). Les M-CSF, G-CSF et GM-CSF permettent la prolifération des précurseurs hématopoïétiques des monocytes et des granulocytes de la moelle osseuse qui viendront ensuite prêter main forte aux phagocytes déjà présents au site lésé. Le PDGF permet la chimiotaxie et la mitose des fibroblastes impliqués dans la réparation tissulaire (Auger et Ross, 1992).

Les chimiokines sont des polypeptides de 8 à 14kDa avec des propriétés chimioattractantes. Elles induisent le recrutement cellulaire en trois étapes. D’abord, elles stimulent l’expression d’adhésines à la surface des cellules endothéliales vasculaires ce qui permet l’attachement des leucocytes et leur migration dans les tissus. Ensuite, la production d’un gradient de concentration de ces polypeptides guide les cellules vers la lésion. Finalement, elles sont responsables de l’activation des fonctions effectrices des leucocytes par leur liaison avec des récepteurs spécifiques, ce qui engendre l’activation de la signalisation intracellulaire. Elles sont classées généralement en quatre catégories selon la position et le nombre de leurs cystéines conservées (CC, CXC, CX3C, C). Généralement, les chimiokines de la famille CC sont responsables du recrutement des monocytes/MØ, lymphocytes, basophiles et éosinophiles alors que les chimiokines de la famille CXC recrutent davantage les neutrophiles. La classe C contient la lymphotactine qui agit sur les différents lymphocytes. Finalement, la fractalkine/neurotactine est le seul membre de la classe CX3C et recrute les monocytes et les lymphocytes T. Les MØ produisent entre autres, l’IL-8, MIP-2 (de l’anglais Macrophage Inflammatory Protein 2) et IP-10 (de l’anglais Interferon-inductible Protein) (classe CXC), les MCP (de l’anglais Monocyte Chemoattractant Protein) et MIP-1 α et β (classe CC). Les chimiokines exercent leurs fonctions via l’activation de récepteurs spécifiques. Ces récepteurs ont sept domaines transmembranaires et sont de la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Ils ont généralement plusieurs ligands ce qui peut occasionner une redondance fonctionnelle. On peut tout de même dire qu’il existe des récepteurs différents pour les familles CC et CXC (Mahalingam et Karupiah, 1999).

Le MØ est également responsable de la production de prostaglandines et de leucotriènes suite à l’activation de la phospholipase A2 et au métabolisme subséquent de l’acide arachidonique. Les PG sont générées par la voie de la cyclo-oxygénase et causent la vasodilatation artérielle, l’augmentation de la perméabilité membranaire et inhibent l’agrégation des plaquettes. La Thromboxane A2 fait partie de cette famille mais induit la vasoconstriction et l’agrégation des plaquettes. Les LT sont produits suite à l’activation de la voie de la lipoxygénase et sont responsables de la vasoconstriction bronchique, de l’augmentation de la perméabilité des veinules et stimulent l’adhésion des leucocytes à l’endothélium (Davies et al., 1984). Ces actions combinées permettent la régulation des flux sanguin et lymphatique aux abords du site lésé. Finalement, le MØ est responsable du nettoyage du tissu pour favoriser la résolution (retour au tissu normal) ou la réparation (tissu cicatriciel).

En plus d’être très importants dans l’élimination immédiate des pathogènes, les MØ ont un rôle primordial à jouer dans l’établissement d’une réponse immunitaire spécifique médiée par les lymphocytes T, dite adaptative. En effet, ils peuvent présenter des antigènes, tout comme les cellules dendritiques et les lymphocytes B (Brown et Gordon, 2002). Il semble cependant que les cellules dendritiques aient une meilleure capacité à présenter les antigènes. Ces cellules peuvent être de deux lignées différentes, soit lymphoïde ou myéloïde. Les cellules dendritiques immatures présentes dans les tissus ont une capacité de phagocytose supérieure aux cellules matures qui elles ont une plus grande capacité à présenter les antigènes (Cresswell, 1994). Néanmoins, les MØ ont une part active à jouer dans ce domaine. La présentation d’antigène se fait à l’aide de deux molécules différentes, le CMH de classe I et de classe II. Le CMH de classe I est exprimé chez presque toutes les cellules nucléées de l’organisme alors que celui de classe II est spécifique aux cellules présentatrices d’antigènes, i.e. les MØ, cellules dendritiques et lymphocytes B (Brown et Gordon, 2002). Il existe deux autres classes de molécules le CD1 et le CMH Ib mais elles ne seront pas discutées dans la présente thèse (Lindahl et al., 1997; Porcelli et al., 1998).

La molécule de classe I est composée d’une chaîne α qui est attachée à la membrane et d’une molécule de β2-microglobuline. La chaîne α forme la niche peptidique où le peptide viendra se loger. Le CMH I est responsable de la présentation de peptides cytosoliques, endogènes ou non. La cellule reconnaît les protéines à dégrader et les dirige vers la dégradation par divers moyens qui ne sont pas tous très bien compris. Le mécanisme le plus documenté est la liaison de la protéine en question avec des molécules d’ubiquitine qui l’assigneront au protéasome. Ce dernier est un complexe de protéases qui est responsable d’une grande partie de la dégradation protéique cellulaire et nous en discuterons plus en détails à la section 3.3.7. Une fois la protéine dégradée en peptides, ces derniers entrent dans le réticulum endoplasmique via les protéines transporteurs TAP 1 et 2 (de l’anglais Transporter associated with Antigen Processing) où ils se lient aux molécules de CMH I. Le complexe CMH I-antigène est ensuite exporté à la surface cellulaire via l’appareil de Golgi. Cette méthode de présentation est utilisée pour des pathogènes cytosoliques, comme par exemple, les virus (Pamer et Cresswell, 1998).

Le CMH de classe II est responsable de la présentation d’antigènes exogènes acquis par phagocytose. Il est donc très important pour la reconnaissance de pathogènes intracellulaires confinés dans des vacuoles. Il est constitué de deux chaînes (α et β) qui s’accolent à leur sommet pour former la niche peptidique. Les deux chaînes sont synthétisées et assemblées dans le réticulum endoplasmique. Pour éviter sa liaison avec des peptides endogènes, la molécule de classe II est liée à une autre protéine, la chaîne invariante qui bloque l’accès à la niche peptidique. Ce complexe est ensuite dirigé par le Golgi dans une vacuole nommée MIIC (de l’anglais MHC class II Compartment). C’est dans ce compartiment qu’une molécule accessoire, la HLA-DM permettra la dégradation de la Ii et permettra le lien du CMH II avec des peptides. Ceux-ci proviennent de la dégradation d’organismes contenus dans le phagolysosome par les différentes enzymes lysosomales. Le phagolysosome fusionnera avec le MIIC et les peptides se nicheront sur la molécule de CMH II qui migrera ensuite vers la surface cellulaire (Brown et Gordon, 2002). Il semble que ces peptides peuvent également être présentés par les molécules de classe I mais le mécanisme de leur liaison est inconnu (Wick et Ljunggren, 1999).

Les cellules présentatrices d’antigènes (CPA) migrent ensuite aux ganglions lymphatiques drainants afin d’activer les lymphocytes T.

Dans le ganglion lymphatique, les CPA entreront en contact avec les lymphocytes T naïfs au niveau du cortex. Le premier contact se fait grâce aux adhésines qui permettent un rapprochement entre les deux cellules. La reconnaissance de l’antigène nécessite plusieurs molécules de surface supplémentaires. D’abord, le complexe TCR (de l’anglais T Cell Receptor) – CD3 du lymphocyte T reconnaît l’antigène et la molécule de CMH de la CPA. C’est le premier signal. Le TCR est un hétérodimère (α et β) qui s’associe de façon non covalente avec le complexe CD3, lui-même composé de cinq polypeptides différents. Puisque le TCR n’a qu’une courte queue cytoplasmique, la signalisation subséquente à la liaison est due au complexe CD3. Suite à cette liaison, les interactions entre les deux protagonistes sont renforcées par d’autres molécules dites coréceptrices. Ce sont les glycoprotéines membranaires CD4 et CD8 (selon que l’on soit en présence de lymphocytes T auxiliaires ou cytotoxiques respectivement) qui s’unissent à la molécule du CMH et stabilisent le complexe TCR-CMH. Le deuxième signal est produit par les molécules de costimulation : CD28 chez le lymphocyte qui s’associe à B7.1 et B7.2 sur la CPA. Ces deux signaux induisent ensuite l’expansion clonale du lymphocyte T naïf. Celle-ci est médiée par l’augmentation de la production d’IL-2 et par la synthèse de la chaîne α du récepteur de l’IL-2. Ce récepteur n’est que de faible affinité sans cette chaîne. L’IL-2 promeut par la suite la division active du lymphocyte T de façon autocrine (Robey et Allison, 1995).

Comme mentionné précédemment, certains lymphocytes T ont comme corécepteur le CD8 alors que d’autres ont le CD4. Le CD8 se lie à la molécule de CMH de classe I. Ces cellules sont appelées cytotoxiques car elles provoquent la lyse des cellules infectées par des organismes cytosoliques en reconnaissant l’antigène localisé dans la niche peptidique du CMH I. Les lymphocytes T CD4+ ne se lient qu’aux cellules exprimant le CMH II, soit les CPA. Ces lymphocytes peuvent se différentier en plusieurs sous-populations selon le patron de cytokines qu’ils expriment. Les deux sous-populations les plus connues sont la Th1 et la Th2 et on a longtemps tenté de se limiter à ce paradigme. Il semble pourtant que la situation soit beaucoup plus complexe. On retrouve dans plusieurs situations des patrons de cytokines bien différents et contradictoires. Il est donc maintenant proposé que le paradigme Th1 et Th2 décrive des réponses extrêmes diamétralement opposées avec plusieurs autres phénotypes possibles situés entre les deux et tout aussi importants pour d’autres maladies que celles répondant au paradigme. Il semble également que les lymphocytes T CD4+ non engagés dans la sécrétion de patrons de cytokines particuliers soient utiles puisqu’ils composent un réservoir de cellules spécifiques à un antigène donné qui n’ont pas encore de fonctions effectrices prédéterminées (Mosmann et Fowell, 2002). Nous décrirons tout de même ici les différences entre les cellules Th1 et Th2 puisque ce modèle est utilisé abondamment pour les infections causées par Leishmania .

La sous-population Th1 agit comme activateur des macrophages qui augmentent alors leurs capacités microbicides. Elle est donc responsable de la résistance aux infections par des organismes intracellulaires. L’IL-12 est une cytokine essentielle au profil Th1. En effet, son action induit chez les lymphocytes la production d’IL-2 (qui les active) et la production d’IFNγ et de TNFα qui permettent l’activation des macrophages (Mosmann et al., 1986). Ceux-ci sécrèteront ensuite de l’IL-12, du NO, des métabolites de l’oxygène, des molécules de CMH II et augmenteront leur phagocytose.

À l’opposé, la sous-population Th2 joue un rôle dans la réponse humorale spécifique aux infections. En effet, elle est responsable de l’activation des lymphocytes B et l’induction de la sécrétion d’immunoglobulines, l’activation de mastocytes et éosinophiles et aussi la suppression de la réponse de type Th1. Elle est caractérisée par des lymphocytes T sécrétant de l’IL-4, IL-5, IL-10 et IL-13 (Mosmann et al., 1986).