Reconnaissance de la gliadine par le TCR et les cascades de signalisation

Dans cette page, on s’intéressera tout particulièrement à la reconnaissance par le LT CD4+ de la gliadine (qui est l’antigène) présentée par le CMH de classe II. Les lymphocytes T CD4+ détiennent des fonctions principalement auxiliaires et régulatrices.

 

I / Interaction Antigène – TCR

Les récepteurs d’antigènes sont des protéines membranaires (membrane plasmique). La liaison du ligand à son récepteur à lieu via une interaction spécifique et non covalente entre la région extracellulaire du récepteur et son ligand.

On notera qu’un lymphocyte donné n’exprime qu’un seul type de récepteur d’antigène mais il est capable d’exprimer des récepteurs pour diverses autres molécules de signalisation (exemple : cytokines).

La surface d’une molécule de récepteur se lie à la surface complémentaire de son ligand par des liaisons chimiques non covalentes (liaisons hydrogène, ioniques, interactions hydrophobes, de Van der Waals). L’ensemble des forces doit maintenir l’ensemble avec suffisamment d’énergie et suffisamment longtemps pour permettre à l’antigène de transmettre le signal vers la cellule exprimant le récepteur. De plus, l’affinité de la réaction peut-être renforcée par l’action de co-récepteurs présent sur la cellule.

Il faut savoir que le système immunitaire est capable de varier et de réguler d’un point de vue moléculaire l’expression des récepteurs. Cela a notamment un rôle important dans la cohérence et le déclenchement de la réponse immunitaire après reconnaissance de l’antigène.

De plus, l’une des première étape nécessaire à la transduction du signal est l’induction, par fixation du ligand, d’un changement physique ou chimique du récepteur T lui même (controverse actuellement) ou bien de ses molécules associées.

 

Présentation de l’antigène par la molécule de CMH (complexe majeur d’histocompatibilité)

Les CPA, cellules présentatrices d’antigène (ce sont les cellules dendritiques par exemple) du système immunitaire assemblent le gluten modifié et les molécules de HLA-DQ2 et HLA-DQ8, qui sont les molécules de CMH. Ils présentent ensuite les complexes qui en résultent à d’autres cellules immunitaires, les lymphocytes T auxiliaires CD4+, déclenchant la réaction immunitaire. Ces lymphocytes T CD4+ sont ici spécifiques de la gliadine, de par la spécificité antigène/anticorps.

 

CMH

Le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) de classe II, qui va donc présenter la gliadine au lymphocyte T auxiliaire, comporte des domaines immunoglobulines (image de droite) et présente cet aspect là (image du bas) :

cmh 2 a droite  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Domaines imunoglobulines

Domaine Immunoglobuline :

C’est un repliement structural particulier déterminant et/ou facilitant une fonction. En effet sa particularité structurale ayant des repliements souples aux extrémités de chaque feuillet bêta. Ce repliement peut accueillir toute une variété de chaînes latérales de structures et de longueurs variables qui en s’y logeant n’altéreront pas la structure globale de la molécule. L’essentiel de la structure du domaine constitue le squelette de la molécule et la section relachée peut s’adapter pour se lier spécifiquement à de nombreuses structures moléculaires.

C’est pourquoi on retrouve des domaines immunoglobulines dans de nombreuses protéines de reconnaissance, illustration :

IgDomain2Les cercles de couleur (vert, bleu, rouge, orange) sont les différents domaines immunoglobulines

L’antigène se trouve dans la poche à peptide lorsqu’il est présenté :

CMH classe II

 

L’antigène présenté ici est le peptide gliadine désamidé. La gliadine est formée une chaîne alpha et une bêta.

1s9v_bio_r_500                                               DQa2b5_da_gliadin

 

 

Récepteur des lymphocytes T

Les lymphocytes T fixent les antigènes sous forme de complexes formés par l’association d’un peptide sur le sillon d’une molécule de CMH membranaire.

Lorsqu’un lymphocyte T entre en contact avec le complexe HLA DQ2 ou 8 – gliadine d’une cellule présentatrice d’antigène (CPA), les deux membranes vont entrer en contact étroit.

Le récepteur T est un hétérodimère (dimères formés de deux peptides différents) possédant des régions variables et constantes. Il en existe deux types : alpha/bêta (la plupart des LT exprime celui là) et gamma/delta (portés par LT de muqueuses essentiellement). Les gamma/delta peuvent reconnaître des peptides mais certains peuvent même reconnaître des lipides et glycolipides.

Recepteurs T

 

 

La différence structurale entre ces deux types et un angle de liaison plus grand dans le type gamma/delta. L’essentiel de leur biochimie est similaire.

 

 

 

Le T Cell-receptor (TCR) n’est pas une immunoglobuline à proprement parler mais les protéines qui le constituent appartiennent à cette superfamille. La structure des domaines des hétérodimères du TCR rappelle donc celle des immunoglobulines.

Représentation réelle du récepteur T Alpha/bêta :

TCR                                                                 1tcr

A l’extrémité C-terminale des domaines constants, chaque TCR possède une courte séquence de connexion dans laquelle une cystéine forme une liaison disulfure avec l’autre chaîne de l’hétérodimère.

Les domaines transmembranaires du TCR ont la particularité de contenir des résidus chargés positivement qui vont promouvoir l’interaction avec des résidus chargés négativement correspondants sur les chaînes du complexe CD3.

Chaque TCR possède une queue cytoplasmique très courte en position carboxy-terminale.

 

 

Le complexe de signalisation des LT inclut le CD3 :Cd3

La signalisation via le TCR dépend d’un complexe de protéines collectivement appelés CD3.

Il est formé de trois dimères (delta epsilon / gamma epsilon / zêta ou zêta êta).

 

Les régions cytoplasmiques des molécules du CD3 contiennent des motifs d’activation à tyrosine des récepteurs immuns (ITAM) qui vont servir de sites de recrutement à des protéines adaptatrices suite à leur phosphorylation induite par leur activation.

 

Les corécepteurs des LT CD4 lient également le CMH :CD4

 

Le TCR est associé de façon non covalente à un grand nombre de molécules accessoires au niveau de la membrane ? Cependant parmis celles-ci, seule CD4 est capable de reconnaître aussi le complexe antigène (ici gliadine)-CMH de classe II.

 

Le CD4 est une glycoprotéine membranaire monomère qui possède quatre domaines immunoglobulines, une région transmembranaire hydrophobe et une longue queue cytoplasmique contenant trois résidus sérines qui peuvent être phosphorylés.

 

Les domaines extracellulaires du CD4 fixent des régions conservées présentes sur les molécules du CMH de classe II. L’engagement d’une molécule de CMH avec, simultanément, un TCR et son corécepteur CD4, augmente l’avidité de la liaison du LT à sa cible. Il permet également de rassembler les domaines intracytoplasmiques du TCR/CD3 et de ses corécepteurs à proximité immédiate, ce qui favorise l’initiation de la cascade d’événements intracellulaires d’activation des LT.

 

Image de la reconnaissance de l’antigène (la gliadine désamidée), présentée par la MHC de classe 2 (DQ2/DQ8), par le récepteur T et le marqueur CD4

TCR-MHC

En rouge, la gliadine désamidée

Cependant la signalisation via le récepteur à l’antigène même associé à CD4 ne suffit pas à activer un LT naïf. Un LT naïf doit recevoir de façon concomitante un signal via les TCR et son corécepteur, le CD28, pour s’activer. Le TCR et CD28 doivent être engagés en même temps par le complexe CMH-gliadine et par le CD80 présent à la surface de la CPA et qui est le ligand du CD28. L’activation est alors complète.

 

Schéma bilan des acteurs de la reconnaissance et de l’activation du lymphocyte T :

Activation acteurs

 

Schéma bilan de l’activation :

numérisation0004

 

Le terme paracrine désigne une variété de sécrétion (interne) s’effectuant localement et au cours de laquelle la cellule qui produit la sécrétion agit sur les tissus de voisinage mais reste insensible à sa propre sécrétion.

autocrine : caractérise un messager chimique ayant pour rôle s’agir sur la cellule l’ayant produit.

 

II / Transduction du signal après activation

IMG_20150408_210710

 

 

 

La résultante globale de la plupart des voies de signalisations est une reprogrammation transcriptionnelle de la cellule. Ici, nous décrirons une des trois voies de signalisation en rapport avec le système immunitaire adaptatif. Initiées par la rencontre avec l’antigène, les voies de signalisation conduisent à l’activation de diverses familles de facteurs de transcription qui conduiront à l’activation de gènes nécessaires lors d’une réponse immunitaire. Dans notre cas nous allons présenter celle qui correspond à l’activation de NFAT.

 

Lorsque le récepteur des cellules T interagit avec un antigène présenté par une cellule, les récepteurs, les corécepteurs et les molécules de signalisation se regroupent en clusters dans les radeaux lipidiques riches en cholestérol de la membrane plasmique. Cela leurs permet de subir l’action des enzymes présentes dans ces radeaux.

L’agrégation du complexe récepteur T – corécepteur par la gliadine (l’antigène) rapproche la kinase Lck (qui appartient à la famille Src) de la tyrosine phosphatase membranaire CD45 qui ôte le groupement phosphate inhibiteur présent sur la kinase Lck.

Cette ouverture de la kinase permet également la phosphorylation d’autres tyrosines ce qui va activer d’autres kinases : c’est la phosphorylation croisée. Cela va conduire à phosphoryler les résidus ITAM de CD3.

 

Note à propos de la phosphorylation : Elle est utilisée dans de nombreux cas pour modifier l’activité de la protéine (cas des enzymes) ou pour modifier les interactions entre des composants cellulaires (cas des facteurs de transcription, des complexes de signalisation ou encore des filaments intermédiaires). L’ajout d’un ou plusieurs groupes phosphorylés change dans certains cas la conformation de la protéine et la rend plus ou moins accessible au substrat . Dans d’autre cas, la phosphorylation crée un nouveau site d’interaction ou, à l’inverse, empêche certaines interactions.

On utilise de l’ATP pour avoir le groupement phosphate.

Les enzymes qui transfèrent le phosphate (à partir de l’ATP) sur la protéine (ou le lipide) sont appelées kinases. Les enzymes qui enlèvent le phosphate sont appelées phosphatases. Certaines de ces enzymes préfèrent transférer un phosphate sur une sérine ou une thréonine et pour cela on les appelle sérine/thréonine protéine kinases ou phosphatases. D’autres phosphorylent la tyrosine et on les appelle tyrosine protéine kinases ou phosphatases. Il existe des protéine kinases et phosphatases qui préfèrent les inositol lipides comme substrats et ignorent les protéines.

11_17_phosphorylation_xl_1

Une fois les ITAM de CD3 phosphorylés, une autre tyrosine kinase, la ZAP-70, s’ancre sur les tyrosines phosphorylées des chaînes CD3 zêta. La ZAP-70 est activée par phosphorylation via Lck. Elle va alors phosphoryler de nombreuses molécules adaptatrices dont SLP-76 ou encore LAT. Les protéines adaptatrices servent à rassembler les éléments de la voie de signalisation en se fixant sur des domaines particuliers de protéines ou de lipides et en se reliant avec d’autres protéines adaptatrices. Par la suite elles changent leurs conformations ou rapprochent les substrats des enzymes tout en redistribuant les molécules à travers la cellule.

Elles forment une matrice protéique propice à l’interaction des acteurs de la voie de signalisation.

De plus ZAP-70 va phosphoryler également des enzymes nécessaires à l’activation des LT comme la PLCgamma1 (phospholipase C gamma 1)

Le signal d’initiation partant du récepteur du LT, avec ses phosphorylations sur tyrosine, va se propager aux enzymes intracellulaires et aux facteurs de transcription grâce au réseau de molécules et d’enzymes adaptatrices.

Chez les LT une des premières molécules adaptatrice intégrée dans le complexe de signalisation est LAT (Linker protein of activated T cells). C’est une molécule transmembranaire associée aux radeaux lipidiques de la membrane plasmique. Les résidus de phosphorylation de LAT par ZAP-70 vont servir de sites d’ancrages à plusieurs enzymes à domaines SH2 (domaines liants des résidus tyrosines phosphorylés) importants comme PLCgamma1.

LAT phosphorylée fixe aussi GADS qui va s’associer constitutivement à SLP76, le tout formant une plate-forme structurelle nécessaire aux événements de signalisation en aval.

La voie de la PLC induit un relargage calcique et l’activation de la PKC.

IMG_20150402_185015

04figure 5 PLA, C, D  cleavage sites + products PLC

 

La PLCgamma1, associée à LAT et localisée vers la membrane où se trouve son substrat PIP2, termine son activation par une phosphorylation sur tyrosine, induite par la kinase Itk (famille des kinases Tec). La PLCgamma1 clive alors le phospholipide Phosphatidyl Inositol bis-Phosphate (PIP2) en Inositol tri-Phosphate (IP3) et diacylglycérol (DAG), voir l’illustration ci contre:

 

 

numérisation0003

L’IP3 relargué dans le cytoplasme va interagir avec des récepteurs spécifiques présents à la surface des vésicules du réticulum endoplasmique et va provoquer la libération des stocks d’ions calcium (Ca2+) dans le cytoplasme. Ils vont alors se lier par groupes de quatre à l’intermédiaire de signalisation , la calmoduline, provoquant un changement conformationnel important (voir image à droite).

 

 

 

 

Ce complexe va alors interagir avec la phosphatase calcineurine qui déphosphoryle le facteur de transcription NFAT. NFAT va alors subir un changement conformationnel démasquant une séquence de localisation nucléaire : NFAT va alors dans le noyau et active un grand nombre de gènes cibles importants pour les LT. On retrouve celui de l’IL-2 qui a un rôle important dans la prolifération des LT.

 

Conclusion :

La liaison de la gliadine au TCR conduit par transduction du signal à de nombreux événements variés comme la régulation positive de facteurs de transcriptions, la sécrétion de cytokines, la réorganisation du cytosquelette ou encore la migration cellulaire en régulant l’expression des molécules d’adhérence.

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