Tolérance immunitaire

Modèles animaux de maladies autoimmunes

AS.Korganow, CNRS 9021,Tolérance B lymphocytaire et autoimmunité

Korganow@unistra.fr

Modèles animaux de MAI

2011

Les partenaires de la réponse immunitaire spécifique

1. Les cellules présentatrices d’Ag

macrophages Cellules dendritiques

Lymphocytes B

Modèles animaux de MAI

2011

2. La réponse immunitaire cellulaire

CD4+Reconnaissance de l’Ag dans les molécules de classe II

Profil de cytokines Th1

3. La réponse immunitaire cytotoxique

CD8+

La réponse immunitaire humorale

CD4+ primé Lymphocyte B

Reconnaissance de l’Ag dans les molécules de classe I

Lyse de la cible

Reconnaissance de l’Ag dans les molécules de classe II

Profil de cytokines Th2

Modèles animaux de MAI

2011

2. Les “nouveaux” lymphocytes effecteurs

CD4+

Les lymphocytes régulateurs

Lc T Th17, Th23 ...

Lymphocytes B régulateurs

Modèles animaux de MAI

2011

Les partenaires de la réponse immunitaire innée

Le système phagocytaire

macrophages PNN

Le système du complément

Les Toll récepteurs

TLR1 à TLRn

Molécules exprimées à la surface des cellules du sytème immunitaire et susceptibles d’être activées directement par des motifs des agents pathogènes

Modèles animaux de MAI

2011

Les principes de la tolérance

(régulation des T ou des B générés autoréactifs)

1. Les lymphocytes B

Tolérance centrale ou sélection négative apoptose

dans la MO anergie

récepteur éditing

Tolérance périphérique délétion ou anergie

2.les lymphocytes T

Tolérance centrale ou sélection négative apoptose

Dans le thymus coexpression d’un autre TCR

anergie (rare)

Tolérance périphérique anergie

rare délétion

Modèles animaux de MAI

2011

L’échappement à la tolérance: hypothèses

(« survie » de lymphocytes autoréactifs)

Faiblement autoréactifs, échappant à la tolérance

ex : autoanticorps naturels de faible affinité

Lymphocytes autoréactifs vis à vis d'antigènes cachés

Ag absents du thymus

antigènes apparaissant au cours du dév.

antigènes cryptiques tissulaires

antigènes des sites privilégiés (œil, SNC)

Modèles animaux de MAI

2011

Autoimmunité : Réponse immunitaire adaptative dirigée contre Soi

Mécanismes généraux

Activation de lymphocytes T auto-réactifs à l’encontre d’un auto-antigène

Activation de lymphocytes B auto-réactifs

Notion de rupture de tolérance

Cause inconnue

Intervention facteurs génétiques

facteurs hormonaux

facteurs environnementaux

radiations UV

infectieux

alimentaires

Maladies autoimmunes : pathologie résultant d’un processus autoimmun

Modèles animaux de MAI

2011

Pourquoi des modèles animaux de maladies autoimmunes ?

Variabilité clinique au sein d’une même pathologie

Variabilité génétique ethnique et géographique

Difficulté d’appréhension des facteurs environnementaux

Difficulté de cerner le début de la maladie

Problème d’accès au « matériel « cellulaire ou d’organe

Quels animaux ?

Le plus souvent des souris ou des rats

Le plus petit, le moins de problèmes éthiques

Se reproduisant facilement

Le moins cher

Modèles animaux de MAI

2011

Pour quelles questions ?

De façon générale, deux questions,

La rupture de tolérance lymphocytaire T ou B

Les mécanismes lésionnels : cellulaires, cascade inflammatoire, le rôle des autoanticorps

Sous-tendant

Une analyse génétique

Une analyse des facteurs environnementaux, infectieux en particulier

Une analyse des compartiments lymphocytaires T et B, centraux et périphériques

Une dissection physiopathologique des lésions tissulaires

Modèles animaux de MAI

2011

Quels types de modèles animaux ?

A chaque modèle, ses questions et ses réponses …

Les modèles induits

-modèles de transferts de sérums (myasthénie)

-Arthrite au collagène

-L’encéphalite allergique expérimentale

-La kératite herpétique

Les modèles spontanés ou multigéniques

Les modèles congéniques

Les modèles transgéniques/knock-in

Pour un gène (MHC)

Pour un clone lymphocytaire (B ou T)

Pour surexprimer une molécule (TNF)

Les modèles knock-out

Pour une molécule de fonction mal connue

Pour une cytokine

Pour un gène du développement lymphocytaire

Modèles animaux de MAI

2011

Illustration de la multigénicité des maladies autoimmunes

Le modèle de la souris NZB/NZW

explication du principe des souris congéniques

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle de la souris NZB/NZW, modèle spontané de LED

La maladie humaine :

Le lupus érythémateux disséminé ou systémique : MAI relativement fréquente (10 à 65 cas / 100000 habitants)

Maladie inflammatoire chronique évoluant par poussées : atteinte multiorgane (peau, articulations, rein, système nerveux)

Production d’autoanticorps anti-ADN, antinucléaires (ANAs)…

Dépôts pathogènes d’autoanticorps : ex : rein glomérulonéphrite

Concordance chez les jumeaux monozygotes : 24 à 57%

Maladie multigénique

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle NZB/NZW

Croisement (F1) de la souche de souris NZB et de la souche NZW (1963)

Développe des lésions rénales similaires à la glomérulonéphrite lupique, avec des dépôts d’ANAs sous forme de complexes immuns à la surface des glomérules

Production d’autoAC anti-nucléaires culmine à l’age de 9 mois

Défauts intrinsèques des LB : hyper-réactivité

Rôle pathogène des cellules T, CD4+

Modèles animaux de MAI

2011

Intérêt du modèle NZB/NZW :

Détermination des loci de susceptibilité à la maladie

Les souches parentales NZB et NZW ont des génomes différents : elles développent des symptômes autoimmuns différents entre eux et différents de la souche NZB/NZW :

- NZB : anémie hémolytique

- NZW : glomérulonéphrite moins sévère que NZB/NZW

Développement de souches congéniques : par croisement au hasard des souches NZB et NZW ; ex : NZW x NZB/NZW

A permis de développer 27 souches congéniques appelées NZM : chacune représente une combinaison unique des génomes de NZB et NZW

Congenic dissection of NZM2410 strainCongenic dissection of NZM2410 strain In NZM2410 strain: 3 major loci have been associated with disease susceptibility : sle1, sle2, sle3

3 congenic strains have been produced (sle1, sle2, sle3) on C57BL/6 background

Sle miceSle mice

Sle1 Sle2 Sle3

Morel L., J Immunol, 1997, 158, 6019

Sle miceSle mice

Sle1 Sle2 Sle3/5

Morel L., J Immunol, 1997, 158, 6019

Each of the four congenic strains expresses a unique collection of phenotypes None develop severe pathology: individual genes are not sufficient to cause lupus

Sle4

Modèles animaux de MAI

2011

Illustration de la multigénicité des maladies autoimmunes

autres systèmes d'abord :

-création de souris KO pour différents gènes avec obtention d'un même phénotype

-croisement de souris KO pour obtenir un phénotype lupique

-utilisation d'un KO sur un fond génétique particulier, ne donnant pas le même résultat que sur un autre fond (B6, Balbc, 129, DBA2 ...)

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète

La maladie humaine : le diabète

Destruction des cellules des ilôts de Langherans du pancréas

Infiltration CD4 et CD8, de lymphocytes B, de macrophages et de cellules NK

Influence de facteurs génétiques

Gènes de classe II du CMH (DR3, DR4) et autres loci

Influence de facteurs environnementaux

Concordance des jumeaux monozygotes de 36%

Influence migratoire

Rôle du virus cocksackie, de la rubéole congénitale

Modèles animaudx de MAI

2011

Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète

Souche japonaise

26ème génération, 60 à 80% de femelles malades, 10% de males

Insulite vers 4-5 semaines

Diabète entre 12 et 25 semaines de vie

Associé à un diabète, une thyroidite, une sialite

Destruction des cellules des ilôts de Langherans du pancréas

Infiltration CD4 et CD8, de lymphocytes B, de macrophages et de cellules NK

Influence de facteurs génétiques (15 loci ou Idd, sur 11 chromosomes, Idd1 est le CMH)

Influence de facteurs environnementaux : souris NOD en zone SPF

rôle des virus cocsackie, de la rubéole, de la chorioméningite Lc

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle de la souris NOD, modèle spontané de diabète

Le diabète est-il une maladie T dépendante ?

-infiltration histologique par des lymphocytes T CD4 et CD8 (insulite)

-Traitements par des anticorps monoclonaux anti-CD4 et CD8

-Introduction d’une déficience T (souris nude, TCRKO)

-Thymectomie néonatale

-Transferts de clones de cellules T, issus des ilôts de souris diabétiques

-Souris transgéniques pour un récepteur de cellule T « diabétogène »

Modèles animaux de MAI

2011

Modèles animaux de MAI

2011

N.Engl.J.Med. 2009

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

La maladie humaine : la polyarthrite rhumatoide

Infiltration inflammatoire de la synoviale articulaire et pannus destructeur

Existence d’autoAc (FR et anti-peptides citrullinés)

Rôle du TNF

Influence génétique : allèles DRB1 du groupe d’allèles DR4 (QKRAA, QRRAA ou RRRAA)

Influence environnementale (concordance des jumeaux monozygotes)

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

Validation d’un modèle de PR

KRN : modèle trangénique pour un TCRF1, KRN x NOD : descendance du croisement souris KRN et NOD

Polyarthrite érosive à 5 semaines

Infiltration de la synoviale articulaire

Existence d’autoanticorps

Influence génétique (molécules de classe II de NOD)

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

Exploitation d’un modèle de PR

Traitement par anti-CD4 : les lymphocytes T sont indispensables à l’arthrite

Croisements avec des souris mt : les lymphocytes B sont également indispensables

Transferts de sérums de souris arthritiques : le sérum transfert l’arthrite

Transferts d’IgG purifiées de souris arthritiques : ce sont les auto-Ac qui sont nécessaires

Analyse de la spécificité des Ac par Western Blott : Ag ubiquitaire, la GPI

Croisements avec des souris déficientes pour des fractions du complément : activation du complément dans l’articulation

Modèles animaudx de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

Exploitation d’un modèle de PR : rôle des autoAc

Modèles animaudx de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

Exploitation d’un modèle de PR : rôle des lymphocytes T et B

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

Modèles animaux de MAI

2011

Le modèle KRN x NOD

Modèles animaux de MAI

2009

Modèles animaux de MAI

2011

Recherche thérapeutique sur la PR

Utilisation du modèle murin d'arthrite au collagène

Recherche sur une thérapie locale, en remplacement

de l'anti-TNF systémique

= délivrance intra-articulaire d'un rAAV5 virus,

contenant un anti-TNF shRNA

Modèles animaux de MAI

2011

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique

Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Récepteurs Toll ou Toll-R : récepteurs présents à la surface ou dans les endosomes de différents types cellulaires (lymphocytes T ou B, cellules dendritiques)

Susceptibles d’être directement activés par des composants bactériens

TLR-4 : LPS

TLR-9 : CpG bactériens

TLR-2 : protéines OspA de Borrélia

TLR-5 : flagelline bactérienne

TLR-7 : RNA viral

avec activation de la cellule en aval

Modèles animaux de MAI

2011

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique

Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Modèles animaux de MAI

2011

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique

Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Modèles animaux de MAI

2011

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique

Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Modèle de Leadbetter

Utilise des souris avec des lymphocytes B tg pour un BCR FR (fragement Fc des IgG)

Les lymphocytes B ne sont pas activés directement par des IgG

Mais par un pontage des récepteurs du BCR (FR) et des TLR-9

Par des complexes IgG-nucléosome-CpG

Modèles animaux de MAI

2011

Coopération des shémas de l’immunité innée et spécifique

Rôle potentiel des TLRs dans l’autoimmunité

Modèles animaux de MAI

2011

Conclusion

Modèles animaux de MAI

Explorent peu à peu les lésions physiopathologiques des maladies dites autoimmunes

Amènent sans cesse de nouvelles hypothèses étiologiques

Reste le problème philosophique de la correspondance « homme »-animal …