INFECTIOUS DISEASE

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IMMUNOLOGIE – CHAPITRE QUINZE 

CMH: GENETIQUE ET ROLE EN TRANSPLANTATION 

Abdul Ghaffar, Ph.D.
Emertius Professor of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina

Denis Hudrisier, Ph.D.
Centre national de la recherche scientifique (CNRS) · Institute of Pharmacology and Structural Biology
Université de Toulouse

 EN ANGLAIS

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OBJECTIFS DU COURS
Connaître le locus du CMH et les produits de ses gènes
Comprendre la base génétique de l’hétérogénéité du CMH dans la population
Connaître la distribution des molécules du CMH sur différentes cellules
Connaître comment les antigènes du CMH sont détectés (typage tissulaire)
Comprendre le rôle du CMH en transplantation, immunité et pathologie
 

Figure 1 Types de greffes

DEFINITIONS

• Antigène d’histocompatibilité (transplantation)
  Antigènes présents sur les cellules et les tissus qui déterminent le rejet de ces derniers lorsqu’ils sont greffés entre deux individus génétiquement différents

• Antigènes du Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH)
  Antigènes d’histocompatibilité qui provoquent une très forte réponse immunitaire et prédominent lors des rejets de greffe

• Complexe du CMH
  Groupe de gènes présents sur un seul chromosome et codant pour les antigènes du CMH

• Système HLA (human leukocyte antigens ; antigènes leucocytaires humains)
  Antigènes du CMH de l’homme (initialement trouvés sur les leucocytes)

• Antigènes du système H-2
  Antigènes du CMH de la souris

Types de greffes (Figure 1)

• Xénogreffes
  Greffes entre individus de différentes espèces (aussi connu sous les noms de greffes hétérologues, de greffes xenogéniques ou d’hétérogreffes)

• Allogreffes
  Greffes entre deux individus de la même espèce (aussi connu sous les noms de greffes allogéniques ou d’homogreffes)

• Isogreffes
  Greffes entre deux individus génétiquement identiques de la même espèce (vrais jumeaux ou animaux consanguins)
  Haplotype
  Un groupe de gènes présents sur un seul chromosome
  
   

PRINCIPES DE LA TRANSPLANTATION (Figure 2)

Un hôte immunocompétent reconnaît les antigènes étrangers sur les tissus (ou cellules) greffés ce qui va conduire à une réponse immunitaire se traduisant par le rejet de la greffe. Par ailleurs, si un hôte immunodéprimé est greffé avec des cellules lymphoïdes immunocompétentes d’un donneur non compatible, les cellules T réactives présentes dans le greffon vont reconnaitre les antigènes étrangers sur le tissu de l'hôte et endommager ce tissu.

Réaction du greffon contre l’hôte
La durée de survie d’une greffe suit l’ordre suivant : xeno- < allo- < iso- = auto- greffe. Le moment auquel le rejet est initié dépend aussi de la disparité antigénique entre le donneur et le receveur de la greffe. Les antigènes du CMH sont les contributeurs principaux du rejet mais les antigènes mineurs d’histocompatibilité sont également impliqués. Le rejet lié à des disparités entre antigènes mineurs d’histocompatibilité peut être aussi rapide voire même plus rapide que le rejet dû aux antigènes du CMH. Comme dans le cas des autres réponses immunitaires, il y a une mémoire immunologique et une réponse secondaire dans le rejet de greffe. Ainsi, une fois une greffe rejetée par un receveur, une seconde greffe provenant du même donneur ou d’un donneur possédant les mêmes antigènes d’histocompatibilité sera rejetée beaucoup plus rapidement.
 

 

Réaction du greffon contre l’hôte
Les cellules lymphoïdes histocompatibles sont facilement acceptées lorsqu'elles sont injectées à un hôte immunodéprimé. Cependant, les lymphocytes T immunocompétents parmi les cellules greffées reconnaissent les allo-antigènes et, en réponse, prolifèrent et causent progressivement des dommages aux tissus et aux cellules hôtes. Cela est connu sous le nom de maladie du greffon contre l'hôte (GVH) (Figure 3), une maladie souvent fatale. Les manifestations communes (Figure 4) de la réaction GVH sont la diarrhée, l’érythème, la perte de poids, des malaises, de la fièvre, des douleurs articulaires, etc… et finalement la mort.
 

  Réaction du greffon contre l’hôte tardive, chronique avec plaques scléreuses hyperpigmentées sur le dos © Bristol Biomedical Image Archive. Reproduit avec permission

  Réaction du greffon contre l’hôte présentant des modifications lichenoïdes disséminées, précoces et chroniques des lèvres © Bristol Biomedical Image Archive. Reproduit avec permission

  Réaction du greffon contre l’hôte; hyperkératose et hypergranulose précoces, hyperkératose et hypergranulose chroniques précoces, acanthose irrégulière, dégénérescence du corps cytoïde et basocellulaire hydropique © Bristol Biomedical Image Archive. Reproduit avec permission

LE COMPLEXE GENETIQUE DU CMH

Le complexe du CMH contient un certain nombre de gènes qui codent pour plusieurs antigènes qui, pour la plupart, influencent le rejet d'allogreffe. Ces antigènes (et leurs gènes) peuvent être divisées en trois grandes classes: classe I, classe II et classe III. Les antigènes de classe II et de classe I sont exprimés sur les cellules et les tissus, tandis que des antigènes de classe III sont des protéines présentes dans les liquides biologiques sériques et autres (ex : C4, C2, facteur B, TNF). Les antigènes issus des gènes de classe III ne jouent pas de rôle dans le rejet du greffon.

CMH humain

Le complexe CMH humain est localisé sur le chromosome 6.

CMH de classe I
Le complexe de gènes de classe I contient trois loci, B, C et A et d'autres loci mineurs non définis (Figure 5). Chaque locus majeur code pour un polypeptide; la chaîne alpha, qui contient des déterminants antigéniques, est polymorphe (il y a plusieurs allèles). Elle s’associe à la bêta-2-microglobuline (chaîne béta-2-m), codée par un gène extérieur au complexe du CMH, et exprimé à la surface des cellules. Sans la bêta-2 microglobuline, les antigènes de classe I ne sont pas exprimés à la surface cellulaire. Les personnes ayant un gène bêta-2-microglobuline défectueux n'expriment aucun antigène de classe I et ont donc un déficit en lymphocytes T cytotoxiques.

CMH de classe II
Le complexe de gènes de classe II contient également au moins trois loci, DP, DQ et DR, chacun de ces locus codant pour une chaîne polypeptidique alpha et une chaîne polypeptidique bêta qui s'associent entre elles pour former les antigènes de classe II. Comme les antigènes de classe I, les antigènes de classe II sont aussi polymorphes. Le locus DR peut contenir plus d'un (jusqu’à quatre) gènes codant pour une chaîne bêta fonctionnelle.
 

CMH de la souris

Le complexe du CMH de souris est localisé sur le chromosome 17.

CMH de classe I
Il consiste en deux loci majeurs, K et D. A la différence du complexe du CMH humain, les gènes de classe I du CMH de la souris ne sont pas ensemble mais séparés par les gènes de classe II et de classe III (Figure 6A).

CMH de classe II
Le complexe des gènes de classe II contient deux loci, A et E, chacun codant pour une chaîne alpha polypeptidique et une chaîne beta polypeptidique, qui associées forment le CMH de classe II. Le complexe des gènes de classe II de la souris est également connu comme la région I et les gènes de ce complexe sont appelées gènes IR (gènes de réponse immunitaire), car ils déterminent l'ampleur de la réponse immunitaire de différentes souches de souris à certains antigènes. Les produits des loci A et E sont aussi appelés antigènes IA et IE et sont collectivement connus comme antigènes Ia.
 

ANTIGENES DU CMH

Nomenclature
Les spécificités HLA sont identifiées par une lettre de locus et un nombre (A1, B5,…) et les haplotypes sont identifiés par l’ensemble des spécificités individuelles (par exemple, A1, B7, Cw4, DP5, DQ10, DR8). Les spécificités qui sont définies sur la base d’une analyse génomique (PCR), sont formées de noms composés par une lettre pour le locus et un numéro à quatre chiffres (par exemple A0101, B0701, C0401, …)
Les spécificités du CMH de souris (système H-2) sont identifiées par un numéro. Depuis que l’on dispose de souris de laboratoire consanguines, chaque souche est homozygote et possède un haplotype unique. L'haplotype CMH dans ces souches est désigné par une lettre minuscule (a, b, d, k, q, s,…), par exemple, l'haplotype du CMH de souris Balb/c est H2d.

Transmission
Les gènes du CMH sont hérités en bloc (haplotype), un de chaque parent. Ainsi, un homme hétérozygote hérite d'un haplotype paternel et d'un haplotype maternel, contenant chacune des trois locus de classe I (B, C et A) et des trois locus de classe II (DP, DQ et DR). Un individu hétérozygote héritera d'un maximum de 6 spécificités de classe I (Figure 6). De même, l'individu va également hériter des gènes DQ et DP et exprimer deux antigènes parentaux.

Comme la molécule du CMH de classe II se compose de deux chaînes (alpha et bêta), avec des déterminants antigéniques (spécificités) présents sur chaque chaîne et que les chaînes alpha et bêta de DR peuvent s'associer en cis (les deux chaînes provenant du même parent) ou en trans (une chaîne de chaque parent), un individu peut alors avoir des spécificités DR supplémentaires (Figure 6B). Par ailleurs, il y a plus d'un gène de chaîne DR bêta fonctionnel (non représenté sur la figure). Ainsi, de nombreuses spécificités DR peuvent être trouvées chez n'importe quel individu.

 

Crossing-over
Normalement, les haplotypes sont hérités intacts et, donc, les antigènes codés par les différents loci sont hérités ensemble (par exemple, A2, B27; Cw2; DPw6; DQw9; DRw2). Cependant, parfois, il est existe un crossing-over (entrecroisement) entre deux chromosomes parentaux, ce qui conduit à de nouveaux haplotypes recombinants. Ainsi, toute spécificité codée par un locus peut se combiner avec les spécificités des autres loci. Il en résulte une grande hétérogénéité dans la configuration du CMH dans une population donnée.

Expression des antigènes du CMH sur les cellules
Les antigènes du CMH sont exprimés à la surface cellulaire de façon co-dominante : les produits des gènes paternels et maternels sont retrouvés sur la même cellule. Cependant, toutes les cellules n’expriment pas les molécules du CMH de classe I et de classe II. Alors que les antigènes de classe I sont retrouvés sur toutes les cellules nucléées et les plaquettes, l’expression des antigènes de classe II est plus sélective. Ils sont exprimés sur les lymphocytes B, une proportion des macrophages et des monocytes, des cellules associées la peau (cellules de Langerhans), les cellules dendritiques les cellules épithéliales du thymus et, à l’occasion sur d’autres cellules.

Détection du CMH par test sérologique
Les antigènes de classe I du CMH sont détectés par des tests sérologiques (Anticorps et C’). Des sérums pour le typage tissulaire HLA ont été obtenus dans le passé à partir de femmes multipares qui ont été exposées à des antigènes paternels de l'enfant pendant l'accouchement et ont, par la suite, développé des anticorps contre ces antigènes. Plus récemment, ces anticorps ont été produits par la technologie des anticorps monoclonaux. Avec le passage de la plupart des laboratoires à la PCR pour le typage tissulaire, l'utilisation de la sérologie diminue rapidement.

Détection du CMH par réaction leucocytaire mixte (MLR)
Il a été observé que les lymphocytes d'un donneur, lorsqu'ils sont cultivés avec des lymphocytes d'un donneur non apparenté, sont stimulés à proliférer. Il a été établi que cette prolifération est principalement due à une disparité dans les antigènes du CMH de classe II (DR) et les lymphocytes T d'un individu interagissent avec des cellules allogéniques portant les antigènes du CMH classe II (cellules B, cellules dendritiques, cellules de Langerhans,…). Cette réactivité a été appelé réaction leucocytaire mixte (MLR) et a été utilisée pour étudier le degré d'histocompatibilité. Dans ce test, les lymphocytes à tester (cellules répondeuses) sont mélangées avec les leucocytes du receveur contenant des lymphocytes B et des monocytes (cellules stimulatrices) irradiés ou traités à la mitomycine C. Les cellules sont cultivées ensemble pendant 6 jours. Les cellules T répondeuses vont reconnaître les antigènes de classe II étrangers présents sur le donneur et subir une activation (synthèse de l'ADN et augmentation de taille: blastogenèse) et une prolifération (mitogénèse). Les cellules T qui répondent à des antigènes étrangers de classe II sont généralement des cellules CD4 + de type Th-1. Ces changements sont mis en évidence par l'addition de thymidine radioactive (tritiée, 3H) dans la culture et le suivi de son incorporation dans l'ADN.
 

Génération de lymphocytes T cytotoxiques
Une autre conséquence de l'interaction des antigènes du CMH avec les cellules T est l'induction de lymphocytes T cytotoxiques. Lorsque les lymphocytes T sont mis en culture en présence de lymphocytes allogéniques, en plus de subir la mitose (MLR), ils deviennent également cytotoxiques pour les cellules stimulatrices utilisées dans la MLR (Figure 7). Ainsi, les lymphocytes T d’haplotype «x» cultivés plus de 5 - 7 jours avec des lymphocytes B d’un haplotype «y» vont subir la mitose et les lymphocytes T survivants deviennent cytotoxiques pour les cellules de l'haplotype 'y'. L'induction de la mitose dans la MLR nécessite une disparité des seuls antigènes de classe II alors que l'induction de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) nécessite une disparité des deux antigènes de classe I et de classe II. Cependant, une fois que les cellules cytotoxiques ont été induites, les cellules effectrices cytotoxiques n’ont besoin de reconnaître que les antigènes de classe I pour provoquer la cytotoxicité.

 

REJET D’ALLOGREFFE

La signification clinique du CMH est évidente lors de transplantation d'organes. Les cellules et les tissus sont régulièrement transplantés dans le cadre de traitements pour un certain nombre de maladies. Cependant, la réaction de l'hôte contre les allo-antigènes du greffon (HVG) conduit à son rejet et est le principal obstacle à la transplantation d'organes. Le temps de rejet d'un greffon peut varier suivant la nature antigénique de la greffe et l'état immunitaire de l'hôte et il est déterminé par les mécanismes immunitaires impliqués (Figure 8 et Tableau 1).

Rejet hyper-aigu
Cela se produit dans le cas où le receveur possède des anticorps préformés à un titre élevé. Une greffe peut montrer des signes de rejet en quelques minutes à quelques heures en raison de la réaction immédiate d'anticorps et de complément.

 

Rejet accéléré (réponse secondaire)
La transplantation d'une seconde greffe, qui partage un grand nombre de déterminants antigéniques avec la première, entraîne un rejet rapide (2 - 5 jours). Il est dû à la présence de lymphocytes T sensibilisés au cours du premier rejet de greffe. Le rejet accéléré est médié par la production immédiate de lymphokines, l'activation des monocytes et des macrophages, et l'induction de lymphocytes cytotoxiques.
 

Rejet aigu (réponse primaire)
La réaction normale qui suit la première greffe d'un transplant étranger prend 1-3 semaines. Ceci est connu comme le rejet aigu et est médié par les lymphocytes T sensibilisés aux antigènes de l'allogreffe de classes I et II, le déclenchement de la production de lymphokines et l'activation des monocytes et des macrophages.
 

 

Rejet chronique
Certains greffons peuvent survivre pendant des mois, voire des années, mais présentent soudainement des symptômes de rejet. Ceci est considéré comme un rejet chronique dont le mécanisme n'est pas entièrement clair. Les hypothèses sont que cela peut être dû à une infection, les mêmes causes qui ont conduit au dysfonctionnement de l’organe initial, une rupture de tolérance induite par le greffe, etc…

Le fœtus comme une allogreffe
Chez des mammifères non-consanguins, le fœtus porte des antigènes dérivés à la fois du père et de la mère. Le fœtus est ainsi clairement une allogreffe et la mère devrait normalement reconnaître le fœtus comme étranger et le rejeter. Néanmoins, ces rejets se produisent rarement. Les mammifères se sont adaptés d'une manière qui permet l'implantation de leurs embryons dans l'utérus de la mère et leur survie. Il y a plusieurs mécanismes qui jouent un rôle, dont le plus important est la structure unique et la fonction du placenta.

Les sites et les tissus immuno-privilégiés
Il y a certains endroits dans le corps dans lequel les allogreffes ne sont pas facilement rejetées. Il s'agit notamment du cerveau, de la chambre antérieure de l'œil, des testicules, du tubule rénal, de l'utérus, etc… Cela provient du fait que ces sites peuvent manquer de bon drainage lymphatique. En outre, ces tissus peuvent exprimer des molécules telles que le ligand de Fas qui permet de tuer n'importe quelle cellule immunitaire pouvant entrer en contact avec ces tissus. En outre, ces tissus, peuvent avoir d'autres mécanismes suppresseurs de l’immunité. De même, il y a des tissus qui peuvent être transplantés sans être histocompatibles et sans être rejetés. Ces tissus sont appelés tissus immunologiquement privilégiés. La greffe de cornée qui bénéficie du taux de réussite le plus élevé de toute forme de transplantation d'organes est un excellent exemple. La faible incidence de rejet du greffon est impressionnante malgré l’absence de correspondance entre les antigènes HLA du donneur et du receveur. Il y a beaucoup de raisons pour expliquer pourquoi de telles greffes sont acceptées. L’absence de vascularisation du lit de la greffe de cornée empêche les alloantigènes d'atteindre les tissus lymphoïdes régionaux. En outre, les antigènes de cornée peuvent être masqués. Pris ensemble, ces mécanismes limitent l’activation du système immunitaire du receveur.

STRATÉGIES POUR AUGMENTER LA SURVIE DE LA GREFFE
Dans la pratique clinique, les programmes de transplantation les plus réussis ont été obtenus avec les greffes de rein et de cornée. Cependant, d'autres organes sont transplantés avec succès avec une fréquence croissante. Le succès de ces programmes est due à une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques, de la caractérisation des antigènes du CMH et au développement d'agents immunosuppresseurs plus efficaces.
 

Sélection du donneur
Basé sur les expériences approfondies avec les transplantations rénales, certaines lignes directrices peuvent être suivies pour la sélection des donneurs et la préparation de receveur pour la plupart des transplantations d'organes. Le plus important dans la sélection des donneurs est l'identité du CMH avec le bénéficiaire; un jumeau identique est le donneur idéal. Les greffes à partir d'un donneur HLA compatible ont 95-100% de chances de succès. Un parent ou un frère possédant un haplotype identique doivent correspondre au niveau de la région HLA D. Un donneur différent sur les deux haplotype peut également convenir s’il existe une correspondance raisonnable pour les antigènes de la région D. Les organes provenant d'un cadavre présentant une ou deux diféfrence sur HLA DR avec le receveur ont également été utilisés avec un certain succès. Dans tous les cas, une compatibilité ABO est essentielle.

Préparation du receveur
Le receveur doit être sans infection et ne doit pas être hypertendu. Une à cinq transfusions de 100 à 200 ml de sang total du donneur à 1-2 semaines d'intervalle améliore la survie du greffon et est pratiquée lorsque cela est possible.

Immunosuppression
Le traitement immunosuppresseur est la partie la plus essentielle de l'allo-transplantation. La famille la plus récente et efficace des agents immunosuppresseurs comprend des agents comme la cyclosporine A, le FK-506 (tacrolimus) et la rapamycine. La cyclosporine A et le FK506 inhibent la synthèse d’IL2 faisant suite à l’interaction entre l’antigène et le récepteur à l’antigène alors que la rapamycine interfère avec la transduction du signal suivant l’interaction entre l’IL2 et son récepteur. Ainsi, ces trois agents vont bloquer la prolifération des cellules T en réponse à l'antigène. D'autres agents chimiques utilisés pour prévenir le rejet de greffe et leurs modes d'action ont été répertoriés dans le Tableau 2. L’irradiation corporelle totale est utilisée chez les patients atteints de leucémie avant la transplantation de moelle osseuse. Les antisérums produits contre des cellules T (immunoglobulines anti-thymocytes: ATG) ou d’antigènes de surface (CD3, CD4, CD45 sur les lymphocytes T activés, CD25: récepteurs IL-2) sont également utilisés pour réaliser une immunosuppression (Tableau 2).

Stratégies pour la transplantation de moelle osseuse
Dans la transplantation de moelle osseuse, le facteur le plus crucial dans la sélection des donneurs est la compatibilité du CMH de classe II. Une fois de plus, un jumeau identique est le donneur idéal. Les lymphocytes T peuvent être éliminés des greffons moins compatibles en utilisant des anticorps monoclonaux (Figure 10). Le receveur doit être immunodéprimé. Les cellules malignes doivent être éliminés du sang du receveur (dans le cas de tumeurs malignes du sang). Le méthotrexate, la cyclosporine et la prednisone sont souvent utilisés pour contrôler la maladie du greffon contre l’hôte.
 

Autres greffes
Les greffes de cornée n’expriment pas d’antigènes de région D et par conséquent la survie est fréquente. Les petits greffons sont mieux acceptés et les corticoïdes sont utiles pour limiter le rejet.
Les allogreffes cutanées ont un taux de réussite très faible et le traitement immunosuppresseur est relativement inefficace. Néanmoins, elles sont souvent utilisées pour fournir une protection temporaire et favoriser la guérison de dommages sévères de la peau. Il n'y aura pas de rejet si l'hôte et le donneur sont parfaitement adaptés (jumeaux identiques) ou si le receveur est rendu tolérant aux antigènes du CMH du donneur (chimères de moelle osseuse).
 

 

Association du CMH avec les maladies
Un certain nombre de maladies se produisent à une fréquence plus élevée chez les individus en possession de certains haplotypes du CMH. Les plus importantes sont la spondylarthrite ankylosante (B27), la maladie coeliaque (DR3) et le syndrome de Reiter (B27). D'autres maladies associées à des spécificités différentes du CMH sont répertoriées dans le Tableau 3. Aucune raison précise n’est connue pour cette association. Toutefois, plusieurs hypothèses ont été proposées tels que: similitude antigénique entre les pathogènes et CMH, hypo-et hyper-réactivité antigénique contrôlée par les gènes de classe II.
 

   Dermatite Herpétiforme: Mouth Mucosa © Bristol Biomedical Image Archive. Reproduit avec permission

Vous avez appris:

Le rôle du CMH dans les maladies de l’hôte contre le greffon (HVG) et du greffon contre l'hôte (GVH).
La génétique des deux molécules du CMH.
Le rôle du polymorphisme et du crossing-over dans l'hétérogénéité des antigènes du CMH dans une population.
Les méthodes de détection des antigènes du CMH (typage tissulaire).
Les mécanismes immunitaires du rejet de greffe.
Les stratégies pour une transplantation réussie