Les lymphocytes T

Les lymphocytes T (LT) ou cellule T, dont la lettre « T » provient du « Thymus » (organe humain dans lequel les LT arrivent à maturité), sont responsables de la réponse immunitaire cellulaire spécifique, qui vise à détruire les cellules pathogènes, que ça soit des bactéries ou des cellules cancéreuses.

I) Caractéristique structural des lymphocytes T

La structure globale des lymphocytes T est identiques, ils se distinguent par leurs TCR toujours accompagné du cluster de différenciation CD3, ainsi que du CD4 ou du CD8 suivant le lymphocyte considéré.

En plus du TCR et du CD3, les lymphocytes T expriment un certain nombre de protéines membranaires : des immunoglobulines, des intégrines, des sélectines L, des récepteurs de cytokines, ainsi qu’un certain nombre de cluster de différentiation (CD2, CD28 et CD45).

1) Le TCR

Les TCR sont des récepteurs membranaires caractéristiques des lymphocytes T, on ne les trouve donc nulle part ailleurs. Ils procurent aux LT la propriété de reconnaitre des fragments peptidiques antigéniques associés aux molécules du CMH et ceci de manière spécifique.

a) Structure des TCR

Les TCR sont des hétéro-dimères extrêmement polymorphique au sein de l’individu. Ils sont de deux types suivant les chaînes composant l’hétéro-dimère (cf. suite du cours) et sont caractérisés par différentes régions présentes au niveau des deux chaînes associées l’une à l’autre par un pont disulfure :

• Une région V (pour variable) qui va permettre la reconnaissance de l’antigène et qui va être à l’origine du polymorphisme des TCR. Elle-même possède des régions hypervariables CDR (pour « Complementary Determining Region ») qui sont les zones de contact avec l’antigène.
• Une région C (pour constante).
• Une région transmembranaire.
• Une région intra-cytoplasmique qui est très courte.

b) Les différents types de TCR

Les TCR sont présent sous deux formes qui se distinguent par leur précocité d’expression. En effet les lymphocytes portant le TCR-1 sortent avant ceux qui portent le TCR-2 (les plus courants).

• Les TCR-1 sont donc ceux exprimés en premiers, et sont constitués des chaînes γ et δ. Ils sont associés au cluster de différenciation CD3 mais ne sont en générale pas associés aux clusters CD4 et CD8. Ce type de TCR ne présente qu’un très faible polymorphisme. Les lymphocytes présentant le TCR-1 sont à cheval entre l’immunité innée et l’immunité spécifique ; ils reconnaissent les antigènes présentés par les molécules CD1 qui sont structurellement proches des molécules du CMH-I (cf. chapitre Complexe majeur d’histocompatibilité).
• Les TCR-2 sont ceux exprimés en deuxièmes, et sont constitués des chaînes α et β. Ils sont associés aux clusters de différenciation CD3 et un des deux clusters de différenciation CD4 et CD8 qui caractérisent le type de lymphocyte (LT-CD4 ou LT-CD8).

c) Caractéristiques des gènes codant le TCR

Comme dit précédemment, les TCR ont pour rôle de reconnaître les fragments peptidiques antigéniques présentés par le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) et ceci de manière spécifique. Les fragments peptidiques étant très variés, l’organisme humain à du développer des alternatives et ceci par la mise en place de TCR très variés ; on parle de répertoire de TCR. Il est important de préciser qu’un lymphocyte ne possède qu’un seul type de TCR exprimé en plusieurs exemplaires.

Chaque chaîne α, β, γ, δ, vont être codées par plusieurs gènes qui ne vont être fonctionnels que dans la lignée T.

• Les chaînes α et γ sont codées chacune par 3 gènes : un gène V (pour variable), un gène J (pour jonction) et un gène C (pour constante).
• Les chaînes β et δ vont être codées par 4 gènes, les même que précédemment plus un gène D (pour diversité).

Pour chacune de ces chaînes il existe plusieurs gènes V, plusieurs gènes J, plusieurs gènes D et plusieurs gènes C. Au niveau des précurseurs de la lignée T (cellules qui arrivent au thymus), ces gènes sont en configuration germinale, autrement dit ces gènes sont non fonctionnels étant éloignés les uns des autres sur les chromosomes.

d) Expression du TCR et recombinaisons VDJ

La variété de TCR étant tellement importante, il n’est pas possible qu’un seul d’entre eux soit à chaque fois codé par un seul gène. Ceci a été résolu par la mise en place de réarrangement somatique au sein des gènes codant pour les chaînes du TCR permettant ce polymorphisme.

Comme on le sait déjà, la maturation des lymphocytes T se fera au niveau du thymus ; celle-ci consistera entre autre en l’expression d’un TCR fonctionnel et ceci par des réarrangements somatique dit réarrangement VDJ. Ces réarrangements se font dans des ordres bien définit suivant les chaînes considérées.

• Pour les chaînes α et γ il y aura juxtaposition d’un gène V avec un gène J.
• Pour les chaines β et δ il y aura juxtaposition d’un gène D avec un gène J, puis d’un gène V avec la juxtaposition DJ précédente.

A chacune des juxtapositions réalisées, un gène C se rajoutera afin de compléter le gène. Ainsi dans chaque cellule il va y avoir des rapprochements de gènes afin d’obtenir un vrai gène fonctionnel qui pourra être traduit. Le choix du gène V, du gène J, du gène D et du gène C se fera au hasard expliquant le polymorphisme des TCR. Le mécanisme du réarrangement VDJ sera expliqué dans le chapitre « Les lymphocytes B ».

2) Les clusters de différenciation : CD3, CD4 et CD8

Les clusters de différenciation sont des molécules associées au TCR et ayant des fonctions complètement différentes les uns des autres. Les LT présentent le TCR associé avec le complexe CD3, plus un des deux clusters de différentiation CD4 ou CD8.

a) Le CD3

On a vu précédemment que les chaînes α et β du TCR possèdent une région intra-cytoplasmique très courte ; ceci ne permet donc pas de transmettre le signal secondaire au sein de la cellule. La transmission du signal est donc réalisée par d’autres chaînes possédant des segments intra-cytoplasmiques plus longs, qui font parties du complexe protéique CD3 toujours associé au TCR. Le CD3 est indispensable à l’expression du TCR.

Le complexe CD3 n’est pas polymorphique au sein de l’espèce humaine. Les chaînes du complexe ne possèdent pas de sites de liaisons à un ligand mais jouent simplement comme rôle de transmettre le signal d’activation du TCR lorsque celui-ci rentre en contact avec les peptides antigéniques présentées sur le CMH.

Les chaînes du complexe CD3 sont au nombre de 6 :

• La chaîne γ, la chaîne δ et les deux chaînes ε possèdent chacune un domaine immunoglobuline-like et une région intra-cytoplasmique longue présentant des motifs ITAM (cf. suite du cours). Chacune des chaînes ε s’associent en hétéro-dimères avec les chaînes γ et δ.
• Les deux chaînes ζ (zêta) ont une très grande partie intra-cytoplasmique, possèdent chacune deux motifs ITAM et forment entre elles un homo-dimère.

Les motifs ITAM sont des motifs d’activation présentant des tyrosines. Ces tyrosines vont pouvoir être phosphorylées par des kinases lors de la transmission du signal, afin d’activer le LT.

b) Le CD4

Le CD4 est une protéine monomérique membranaire présentant 4 domaines immunoglobuline-like et associé au TCR.

Le CD4 est exprimé par certains lymphocytes T (LT-CD4), leur permettant de reconnaître les molécules du CMH-II présentent à la surface des cellules présentatrices d’antigène, au niveau de la région immunoglobuline-like formée par les domaines β2-microglobuline et α3 (cf. chapitre Complexe majeur d’histocompatibilité). Il joue donc un rôle dans le renfort de l’interaction entre le LT et la cellule présentatrice d’antigène, ainsi que dans la transmission du signal aux LT.

Attention le CD4, contrairement aux TCR, n’est pas exprimé exclusivement au niveau des lymphocytes mais également au niveau des monocytes, macrophages, cellules microgliales et cellules dendritiques.

c) Le CD8

Le CD8 est une protéine hétéro-dimérique membranaire associé au TCR et dont chacune des chaînes α et β présentent un domaine immunoglobuline-like. Les deux chaînes sont associées l’une à l’autre par un pont disulfure.

Le CD8 est exprimé par certains lymphocytes (LT-CD8), leur permettant de reconnaître les molécules du CMH-I présentent à la surface de cellules cibles, au niveau de la région immunoglobuline-like formée par les domaines α2 et β2 (cf. chapitre Complexe majeur d’histocompatibilité). Il joue ainsi un rôle dans le renfort de l’interaction entre le LT et la cellule cible, ainsi que dans la transmission du signal aux LT.

II) Les différents types de lymphocytes T

On distingue plusieurs types de lymphocytes T qui se distinguent par des marqueurs de surfaces :

• Les LT-CD8 qui ont comme destinée leur évolution en LT cytotoxique et se caractérisent par le cluster de différentiation CD8, ainsi que par le TCR-2.
• Les LT-CD4 qui donneront des LT helper (ou auxiliaires) qui ont un rôle de régulation de la réponse immunitaire adaptative par activation d’autres cellules immunitaires. Ils agissent par interactions cellule-cellules ainsi que par des cytokines. Ils se caractérisent par le cluster de différentiation CD4 et par le TCR-2.
• Les LT-γδ sont des lymphocytes T particuliers caractérisés par l’expression d’un TCR-1 associé à un CD3 mais ne présentant ni CD4, ni CD8. Ils sont beaucoup plus rares que les LT présentant un TCR-2.

Les LT-CD8 et LT-CD4 peuvent après rencontre avec l’Ag,, en plus de leur destiné à action immédiate (respectivement LT cytotoxique et LT helper), se transformer en cellules dites « mémoires ». Ces cellules vivent très longtemps et permettent une réponse beaucoup plus rapide et beaucoup plus forte à l’Ag.

III) Ontogénie des lymphocytes T

L’ontogénie des lymphocytes T correspond d’une part au développement de ceux-ci, à leur maturation et enfin à l’acquisition de la tolérance au soi. Globalement on peut considérer que la maturation des lymphocytes correspond à l’acquisition de leur TCR associé au CD3, plus au CD4 ou au CD8, et que l’acquisition de la tolérance au soi correspond aux phénomènes de sélections qui sont mis en place pour ne pas que la réaction immunitaire de s’attaque au soi.

1) De la moelle osseuse au thymus

Les progéniteurs, ou pro-thymocytes proviennent de la moelle osseuse (cf. cours d’hématologie) et vont gagner le thymus par la circulation sanguine. Ils se logeront dans la trame épithéliale après avoir traversé l’endothélium par diapédèse. A ce stade, ils peuvent encore donner des LT, des LB ou des cellules NK. Au thymus ils vont alors recevoir un signal qui va les orienter vers la lignée T, on parlera alors de thymocytes. Ce signal leurs est donné par le récepteur Notch.

Dans le thymus on observera également une forte prolifération de ces thymocytes, mais la grande majorité d’entre eux mourra suite aux sélections mises en place, qui permettront l’acquisition de la tolérance au soi indispensable à une réaction immunitaire dirigée vers les éléments pathogènes exogènes, autrement dit les éléments du non-soi.

La différenciation se fera en plusieurs étapes et prendra en compte le réarrangement des gènes codant le TCR afin de permettre son expression.

2) Maturation des thymocytes et acquisition de la tolérance au soi

Les progéniteurs rentrant dans le thymus sont au premier stade, appelé « stade double négatif » qui est caractérisé par une absence de CD4, de CD8, de CD3 et de TCR. Ces cellules constituent environ 5% de la population totale du thymus.

a) Choix du lignage

Le choix du lignage correspond à un réarrangement de gène qui déterminera la lignée que prendra la cellule considérée, autrement dit soit en LT-αβ, soit en LT-γδ soit en cellule NKT. De cette manière, sur la population de thymocytes au stade double négatif :

• 20% va réarranger les gènes γ et δ pour donner des LT-γδ qui exprimeront un TCR-1 associé au CD3, mais sans CD4, ni CD8.
• 20% va réarranger les gènes α et β pour donner des cellules NKT qui exprimeront un TCR-2 associé au CD3 mais sans CD4, ni CD8.
• 60% va réarranger les gènes α et β pour donner LT-αβ qui exprimeront un TCR-2 associé au CD3, plus aux deux clusters de différenciation CD4 et CD8. On dira alors que ces thymocytes sont au stade « double positif » et ce sont les seuls qui poursuivront la différenciation.

De cette manière 60% des thymocytes au stade double négatif vont commencer à se multiplier, et à réarranger la chaîne β du TCR. Cette chaîne β va être exprimée en surface, associé à un bout de chaîne α constante ; on est alors face à un TCR incomplet. Si ce réarrangement est productif, la cellule reçoit un signal de survie, grâce à l’expression du CD3. Ces cellules se multiplient alors fortement. Elles vont passer à un « stade double positif » au cours duquel elles réarrangent la chaîne α, qui va s’associer à la chaîne β ; on est face à un TCR α-β complet associé au CD3, au CD4 et au CD8.

Les TCR qui sont alors formés ont la capacité de reconnaître n’importe quel peptide qu’il soit du soi ou du non-soi, et présentés par n’importe quelle molécule du CMH qu’elle soit du soi ou du non-soi. Il est donc indispensable de mettre en place des phénomènes de « sélections » qui sélectionneront les thymocytes qui reconnaîtront les peptides du non-soi présentés par les molécules du CMH du soi.

b) Sélection positive au niveau du cortex

Pour acquérir la tolérance au soi, le thymus met tout d’abord en place une sélection vis-à-vis du CMH dite « sélection positive », qui se réalise au niveau du cortex. En effet le thymus possède des cellules épithéliales qui présentent les molécules du CMH du soi. De cette manière, les interactions entre les molécules du CMH des cellules épithéliales et le TCR des thymocytes au stade double positif seront responsables de cette sélection positive ; on est face à trois possibilités :

• Soit le thymocyte est capable de reconnaître la molécule du CMH avec une faible affinité, il sera alors considéré comme acceptable et sera sélectionné positivement en recevant un signal de survie.
• Soit le thymocyte est capable de reconnaître la molécule du CMH avec une forte affinité, il sera alors considéré comme délétère pour le soi, ne recevant pas le signal de survie et il mourra donc.
• Soit le thymocyte ne reconnait aucunes molécules du CMH, il ne pourra donc pas recevoir de signal de survie et mourra de ce fait.

c) Choix du cluster de différenciation

Les thymocytes au stade double positif ayant été sélectionnés positivement au niveau du cortex devront ensuite se délester d’un cluster de différenciation afin de n’en exprimer plus qu’un seul et ainsi passer au stade « simple positif ». Le choix de cluster dépendra de la molécule de CMH que le TCR reconnaîtra :

• Si le TCR se lie à une molécule de classe 1 du CMH, il diminuera l’expression du CD4 et augmentera l’expression du CD8.
• Si par contre il interagit avec une molécule de classe 2 du CMH, il diminuera l’expression du CD8 et augmentera l’expression du CD4.

d) Sélection négative au niveau de la médulla

Les thymocytes simples positifs reconnaissent alors encore les molécules du soi comme les molécules du non-soi. Ils vont donc ensuite migrer vers la médulla au niveau de laquelle ils continueront leurs maturations et subiront la sélection vis-à-vis du peptide dite « sélection négative ». Cette dernière utilisera la caractéristique des cellules dendritiques à exprimer un facteur de transcription appelé AIRE (pour Auto-Immune-Regulator-Element) qui lui-même permet l’expression de peptides du soi de tissus n’ayant aucun rapport avec le thymus, eux-mêmes présentés par des molécules du CMH du soi ; ces cellules sont dites auto-réactives.

Ici ce sera donc les interactions entre les peptides du soi présentés par les molécules du CMH du soi exprimés à la surface des cellules dendritiques et le TCR des thymocytes au stade simple positif qui seront responsables de cette sélection négative ; on est à nouveau face à trois possibilités :

• Soit le thymocyte est capable de reconnaître le peptide présenté par les molécules du CMH avec une forte affinité, il sera alors considéré comme délétère pour le soi et sera sélectionné négativement en recevant un signal de mort.
• Soit le thymocyte est capable de reconnaître le peptide présenté par les molécules du CMH avec une faible affinité, il sera alors considéré comme acceptable et ne recevra pas de signal de mort.
• Soit le thymocyte n’interagit pas, il recevra alors un signal de mort.

Il est important de préciser que malgré la sélection positive et la sélection négative il reste toujours encore certains LT auto-réactifs qui sont dus au fait que le facteur de transcription AIRE ne permet pas l’expression de TOUS les peptides du soi, mais ceux-ci sont maintenus silencieux par des mécanismes de tolérance périphérique.