INFECTIOUS DISEASE

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IMMUNOLOGIE - CHAPITRE DEUX
LE COMPLEMENT
 

Gene Mayer, 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

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Male et al. Immunology
7ème édition, chapitre 4
 

OBJECTIFS DU COURS

Comprendre les différentes voies d’activation du complément

Connaître les mécanismes enzymatiques et non-enzymatiques de l’activation du complément

Connaître les propriétés biologiques des produits de l’activation du complément

Connaître l’importance du système du complément dans la résistance de l’hôte aux infections, l’inflammation et les dommages tissulaires

Comprendre les mécanismes de régulation de la cascade du complément et ses effecteurs

  Jules Bordet (1870-1961), Découvreur du complément National Library of Medicine

Figure 1
Voies d’activation de la cascade du complément
 

I. FONCTIONS DU COMPLEMENT

D’un point de vue historique, le terme de complément (abréviation usuelle : C’) a été utilisé pour décrire un composant thermo-sensible (son activité est détruite par chauffage à 56°C pendant 30 minutes), présent dans le sérum, et capable de lyser des bactéries. On sait aujourd’hui que le complément participe à la réponse immunitaire de bien d’autres manières. Le complément peut opsoniser des bactéries et conduire à une phagocytose plus efficace ; il peut permettre le recrutement de diverses cellules dont les neutrophiles et les macrophages sur le site infectieux ; il peut participer à la régulation de la réponse anticorps et faciliter l’élimination des complexes immuns (complexes antigène-anticorps) et des cellules apoptotiques. Le complément a aussi des effets néfastes pour l’hôte : il contribue à l’inflammation et l’endommagement des tissus et peut déclencher des réactions d’hypersensibilité comme l’anaphylaxie.

Le complément comprend en fait plus de 20 protéines sériques différentes (voir Table 1), produites par divers types cellulaires comme les hépatocytes, les macrophages et les cellules épithéliales intestinales. Certaines protéines du complément se lient aux immunoglobulines ou à des composants membranaires des cellules. D’autres sont des proenzymes qui, une fois activés, vont cliver d’autres protéines du complément. Après clivage, certains composants du complément forment des fragments possédant la capacité d’activer des cellules, d’augmenter la perméabilité vasculaire ou encore d’opsoniser les bactéries.


 

II. VOIES D’ACTIVATION DU COMPLEMENT

L’activation du complément peut-être divisée en 4 grandes voies (Figure 1): la voie classique, la voie des lectines, la voie alterne et la voie lytique (attaque membranaire). Les 3 premières voies nécessitent l’activation d’une activité enzymatique C5 convertase et conduisent à la production du fragment C5b essentiel pour l’activation du complexe d’attaque membranaire de la voie lytique.

MOVIE
Complement Activation and Biological Functions 
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© Scott R. Barnum, University of Alabama, Birmingham, Ala., USA and The MicrobeLibrary

CGAP
More  detailed complement pathways from CGAP/Biocarta

VOIE CLASSIQUE (Figure 2)

Activation du C1
Le composant C1, composé de 3 sous-unités (C1q, C1r et C1s) se lie à la partie Fc des molécules d’anticorps de type IgG et IgM ayant réagi avec leur antigène. La liaison du C1 n’intervient pas lorsque l’anticorps n’est pas complexé à l’antigène et dépend, par ailleurs, de la présence d’ions calcium et magnésium [N.B. parfois, le C1 peut se lier à des anticorps agrégés (par exemple, des agrégats d’IgG) ou à des pathogènes même en absence d’anticorps]. La liaison du C1 aux anticorps se produit via les sous-unités C1q et, pour cela, C1q doit se lier à 2 molécules d’anticorps simultanément avant d’être fermement lié. La liaison du C1q conduit à l’activation de la sous-unité C1r qui, à son tour, active C1s. Le résultat est la formation d’un complexe C1qrs qui est une enzyme capable de cliver le composant C4 du complément en deux fragments, C4a et C4b.

Activation de C4 et C2 (génération de la C3 convertase)
Le fragment C4b se lie à la membrane et le fragment C4a est libéré dans le micro-environnement. Le composant "C1qrs", une fois activé, clive également le composant C2 en fragments C2a et C2b. Le fragment C2a se lie à la membrane et s’associe avec C4b ; le fragment C2b est libéré dans le micro-environnement. Le complexe résultant C4bC2a est une C3 convertase, une enzyme qui clive C3 en C3a et C3b.

Activation de C3 (génération de C5 convertase)
Le fragment C3b se lie à la membrane et s’associe avec C4b et C2a, alors que C3a est libéré dans le micro-environnement. Le complexe C4bC2aC3b qui en résulte est une C5 convertase. La génération de la convertase C5 marque la fin de la cascade du complément spécifique à la voie classique.
Plusieurs produits de la voie classique ont de puissantes activités biologiques qui contribuent à organiser la défense immunitaire. Certains de ces produits peuvent aussi avoir des effets néfastes s'ils sont produits de manière non régulée. Le tableau 2 résume les activités biologiques des composants de la voie classique.
 

        
Si la voie classique n’était pas régulée, une production durable de C2b, C3a, C4a s’ensuivrait. Il existe plusieurs moyens pour réguler l'activité de la voie classique. Le tableau 3 résume la façon dont la voie classique est régulée.
 

       L'importance de C1-INH dans la régulation de la voie classique est démontrée par le résultat d'une carence en cet inhibiteur. Une carence en C1-INH est en effet associée à la formation d'angio-œdème héréditaire.

 

Génération de la  C3 convertase de la voie classique

B Génération de la C5 convertase de la voie classique

C
Activation du C3 dans la voie classique
Figure 2
 

La voie des lectines (Figure 3) est très similaire à la voie classique. Elle est initiée par la liaison d’une lectine liant le mannose (MBL, mannose binding lectin) à des polysaccharides contenant du mannose (mannanes) présent sur certaines surfaces bactériennes. La liaison de la MBL à la surface des pathogènes conduit à l'association de deux sérines protéases, MASP-1 et MASP-2 (MBL-associated-serine-proteases). MASP-1 et MASP-2 sont similaires respectivement à C1r et C1s et MBL est similaire à C1q. La formation des complexes tri-moléculaires MBL/MASP-1/MASP-2 conduit à l'activation de MASP et, en suivant, au clivage de C4 en C4a et C4b. La suite de la cascade se déroule comme dans le cadre de la voie classique : le fragment C4b se lie à la membrane et le fragment C4a est libéré dans le micro-environnement. MASP activé va également cliver le fragment C2 en C2a et C2b. C2a se lie à la membrane et s’associe avec C4b et C2b est libéré dans le micro-environnement. Le complexe C4bC2a constitue la convertase C3, qui clive C3 en C3a et C3b. C3b se lie à la membrane et s’associe avec C4b et C2a alors que le C3a est libéré dans le micro-environnement. Le complexe C4bC2aC3b qui en résulte est une C5 convertase. La génération de la convertase C5 marque la fin de la voie des lectines.

Les activités biologiques et les protéines régulatrices de la voie des lectines sont les mêmes que celles de la voie classique.
 

La voie alterne commence avec l'activation de C3 et nécessite les facteurs B et D ainsi que des cations Mg + +, éléments tous présents dans le sérum normal.

1. Boucle d'amplification de la formation de C3b (Figure 4)
Dans le sérum, il se produit une hydrolyse spontanée à faible taux de C3 ce qui conduit au fragment C3i. Le facteur B se lie à C3i et devient alors sensible au facteur D, qui clive le facteur B en fragment Bb. Les complexes C3iBb formés agissent comme une C3 convertase qui clive C3 en C3a et C3b. Une fois C3b formé, le facteur B vient s’y lier et devient sensible au clivage par le facteur D. Le complexe résultant C3bBb est une C3 convertase qui continuera à générer davantage encore de C3b, amplifiant ainsi la production de C3b. Si ce processus se poursuivait sans contrôle, cela conduirait rapidement à la consommation de tout le C3 présent dans le sérum. En fait, cette production spontanée de C3b est étroitement contrôlée.

 

 Figure 6 Régulation du C3 activé par le CR1

 Figure 7 Stabilisation de la C3 convertase

Figure 8
La C5 convertase stabilisée de la voie alterne
 

2. Contrôle de la boucle d’amplification (Figures 5 and 6)
Lorsque le C3b formé spontanément se lie aux membranes des cellules de l'hôte, il interagit avec le DAF (Decay Accelerating Factor), qui bloque la liaison du facteur B au C3b empêchant ainsi la formation de C3 convertases supplémentaires. En outre, le DAF accélère la dissociation de Bb du C3b de la C3 convertase déjà formée, ce qui stoppe la production de C3b supplémentaire. Certaines cellules possèdent le récepteur 1 du complément (CR1). La liaison de C3b à CR1 facilite la dégradation enzymatique de C3b par le facteur I. De plus, la liaison de la C3 convertase (C3bBb) au CR1 conduit également au fait que Bb se dissocie du complexe. Ainsi, dans les cellules possédant le CR1, celui-ci participe au contrôle de la boucle d'amplification. Enfin, le facteur H peut se lier au C3b lié à une cellule ou en phase fluide et facilite alors la dégradation enzymatique de C3b par I. Ainsi, la boucle d'amplification est contrôlée en bloquant la formation de la C3 convertase, en dissociant cette C3 convertase, ou par la digestion enzymatique du C3b. L'importance du contrôle de cette boucle d'amplification est illustrée chez les patients présentant des anomalies génétiques du facteur H ou I. Ces patients ont un déficit en C3 et présente une susceptibilité accrue à certaines infections.

3. Stabilisation de la C3 convertase par l’activateur (protecteur) de surface (Figure 7)
Lorsqu'il est lié à un activateur approprié de la voie alterne, le fragment C3b va se lier au facteur B, lequel est clivé par voie enzymatique par le facteur D pour générer la C3 convertase (C3bBb) de la voie alterne. Toutefois, le C3b est résistant à la dégradation par le facteur I et la C3 convertase n'est pas rapidement dégradée, car elle est stabilisée par l’activateur de surface. Le complexe est en outre stabilisé par la liaison de la properdine à C3bBb. Les activateurs de surface de la voie alterne sont des composants sur présents à la surface d'agents pathogènes et incluent notamment le LPS des bactéries Gram-négatives ainsi que les parois cellulaires des bactéries et des levures. Ainsi, lorsque le fragment C3b se lie à un activateur de surface, la C3 convertase formée sera stable et continuera à générer les fragments C3a et C3b supplémentaires par clivage de C3.

4. Génération de la C5 convertase (Figure 10)
Une partie du fragment C3b généré par la C3 convertase et stabilisé sur les surfaces activatrices va se lier au complexe C3bBb pour former un complexe C3bBbC3b. Ce dernier complexe constitue la C5 convertase de la voie alterne. La génération de la C5 convertase marque la fin de la voie alterne. La voie alterne peut être activée par de nombreuses bactéries Gram-négatives (les plus significatives étant Neisseria meningitidis, et Neisseria gonorrhoeae), ainsi que par certaines bactéries Gram-positives, certains virus et des parasites conduisant, au final à la lyse de ces organismes. Ainsi, la voie alterne d'activation du complément fournit un autre moyen de protection contre certains agents pathogènes avant même qu’une réponse anticorps soit déclenchée. Une carence en composant C3 conduit à susceptibilité accrue aux micro-organismes mentionnés ci-dessus. Sur le plan évolutif, la voie alterne pourrait être la voie la plus primitive du système du complément alors que les voies classique et lectine ont vraisemblablement évolué à partir de cette voie ancestrale.
 

Rappelez-vous que la voie alterne fournit un moyen de résistance non spécifique contre l'infection ne nécessitant pas la participation d'anticorps et fournit donc une première ligne de défense contre un certain nombre d'agents infectieux.
De nombreuses bactéries Gram-négatives et quelques bactéries Gram-positives, certains virus, les parasites, les globules rouges hétérologues, les immunoglobulines agrégées (notamment les IgA) et quelques protéines autres (par exemple des protéases, des produits du système de coagulation) peuvent activer la voie alterne. Une protéine issue du venin de cobra, le cobra venom factor (CVF), a été très étudiée pour sa capacité à activer la voie alterne du complément.
 

LA VOIE LYTIQUE DU COMPLEXE D’ATTAQUE MEMBRANAIRE (Figure 9)

Les C5 convertases de la voie classique (C4b2a3b), de la voie des lectines (C4b2a3b) ou de la voie alterne (C3bBb3b) ont la propriété commune de cliver le fragment C5 en C5a et C5b. Le fragment C5a reste dans la phase liquide alors que le C5b s’associe rapidement aux fragments C6 et C7 et s'insère dans la membrane. Par la suite, le fragment C8 vient également se lier, suivi de plusieurs molécules de fragment C9. Les molécules C9 forment un pore dans la membrane activatrice à travers lequel le contenu cellulaire fuit, conduisant alors à la lyse de la cellule. La lyse due au complément n'est donc pas un processus enzymatique, mais résulte vraisemblablement de dommages physiques à la membrane. Le complexe constitué de C5bC6C7C8C9 est désigné sous le nom de complexe d'attaque membranaire (CAM).

Le fragment C5a généré lors de la voie lytique possède plusieurs effets biologiques puissants. D’une part, il s’agit de l’anaphylotoxine la plus puissante. De plus, C5a agit comme un facteur chimiotactique pour les neutrophiles et stimule le burst respiratoire dans ces cellules. Enfin, C5a stimule la production de cytokines inflammatoires par les macrophages. Ces activités sont contrôlées par l’inactivation du C5a par la carboxypeptidase B (C3-INA).

Une partie du complexe C5b67 formé peut se dissocier de la membrane cellulaire et passer en phase fluide. Il pourrait alors aller se fixer sur la membrane de cellules voisines et conduire à leur lyse. Dans les faits, cela ne se produit car la Protéine S (vitronectin) se lie au C5b67 soluble et empêche sa liaison aux autres cellules.


 

III. PRODUITS BIOLOGIQUEMENT ACTIFS DE LA CASCADE D’ACTIVATION DU COMPLEMENT

La cascade d’activation du complément fournit plusieurs molécules biologiquement actives qui contribuent à la résistance aux infections, à l’anaphylaxie et à l’inflammation (voir ci-dessous).

Production des Kinines
Le fragment C2b généré lors de la voie classique d’activation du complément est une prokinine qui devient active après dégradation enzymatique par la plasmine. Un excès de production de C2b est contrôlé par l’inhibiteur du C1 (C1-INH, aussi connu sous le nom de serpine) qui inhibe l’activation du C2 en dissociant C1rs du complexe C1qrs (Figure 10). Un déficit génétique en C1-INH conduit donc à une surproduction de C2b et cause l’œdème angioneurotique héréditaire. Le Danazol qui favorise la production de C1-INH ou l’acide ε-amino caproïque qui inhibe l’activité de la plasmine peuvent être utilisées pour traiter ces patients.

Figure 11
Les protéines du complément se lient à la surface des micro-organismes et déclenchent la phagocytose via les récepteurs au complément
 

Figure 12
Effets biologiques du fragment C5a
 

Anaphylotoxines
Les fragments C4a, C3a et C5a (classés en ordre croissant d'activité) sont tous des anaphylotoxines qui provoquent la dégranulation des basophiles et des mastocytes ainsi que la contraction des muscles lisses. Les effets indésirables de ces peptides sont contrôlés par la carboxypeptidase B (C3a-INA).

Facteurs chimiotactiques
Le C5a et le CAM (C5b67) sont tous les deux des facteurs chimiotactiques. Le C5a est également un puissant activateur des neutrophiles, des basophiles et macrophages et permet également l'induction de molécules d'adhésion sur les cellules endothéliales vasculaires (Figure 12).

Opsonines
Les fragments C3b et C4b déposés à la surface de micro-organismes peuvent fixer le récepteur de type 1 au complément (CR1) présent sur les cellules phagocytaires et promouvoir ainsi la phagocytose opsonique (Figure 11).

Autres produits biologiquement actifs résultant de l'activation du complément
Les produits de dégradation du fragment C3 (iC3b, C3d et C3e) peuvent également se lier à des cellules différentes par l’intermédiaire de récepteurs au complément distincts et moduler les fonctions de ces cellules.

En résumé, le système du complément participe à la fois à une réponse immunitaire spécifique et non-spécifique et génère un certain nombre de produits d'importance biologique et physiopathologique (tableau 4).
Il existe des déficits génétiques connus pour la plupart des composants du complément, mais la carence en C3 reste certainement le déficit en complément le plus grave et le plus mortel. Des déficits en complément peuvent également se produire au décours de maladies immunitaires complexes (comme par exemple dans le lupus Erythémateux Disséminé, SLE) et lors d’infections bactériennes, virales ou parasitaires aiguës et chroniques.
 

RESSOURCE WEB
Angio-oedema héréditaire
On-line Mendelian inheritance in man (NIH)

Vous avez appris
Les protéines du complément
 

es différences et les similitudes des voies d’activation du composant C3
 

’importance des différentes voies dans l’immunité spécifique et non-spécifique
 

Le rôle des différents produits de la cascade du complément dans l’amplification de la réponse spécifique et non-spécifique ainsi que dans l’inflammation
 

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