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Spécialité SVT 1ʳᵉ

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Immunité adaptative : lymphocytes B et T

Immunité adaptative des vertébrés, antigène et épitope, organes lymphoïdes et cellules présentatrices ; diversité du répertoire par recombinaison de segments de gènes et tolérance du soi ; sélection, amplification et différenciation clonales ; lymphocytes B, plasmocytes, anticorps et complexes immuns ; lymphocytes T CD8 et CD4, coopération cellulaire et mode d’action du VIH ; une infection par le virus de la grippe.

À propos de cette page
Ce cours de SVT de première spécialité explique en six parties l’immunité adaptative : ce qui la distingue de l’immunité innée et où elle se déclenche, la diversité du répertoire (recombinaison des segments V, D, J et tolérance du soi), la sélection, l’amplification et la différenciation clonales, les lymphocytes B et les anticorps avec le test d’Ouchterlony, les lymphocytes T CD8 et CD4 et le VIH, puis l’élimination du virus de la grippe.
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Une défense spécifique qui complète l’immunité innée

Rappel. En 4e, tu as vu que les lymphocytes produisent des anticorps ou détruisent des cellules infectées après un délai de quelques jours (« Défenses immunitaires : réactions et vaccination »). Le chapitre précédent a montré la première ligne de défense, l’immunité innée : réaction inflammatoire et phagocytose (« Immunité innée : barrières et réaction inflammatoire »). Ici, on explique comment fonctionne la seconde, l’immunité adaptative.

Ce qu’il faut savoir — Une défense spécifique propre aux vertébrés. L’immunité adaptative apparaît chez les vertébrés ; elle s’ajoute à l’immunité innée et se combine avec elle, sans la remplacer. Elle agit contre un motif moléculaire précis, porté par un agent infectieux ou une cellule anormale, et réussit le plus souvent, avec l’immunité innée, à éliminer la cause de la réaction.
— Antigène et épitope. Un antigène est une molécule reconnue spécifiquement par le récepteur d’un lymphocyte ou par un anticorps ; la petite partie précise reconnue est un épitope. Une grosse protéine de virus porte plusieurs épitopes.
— Les acteurs. Les lymphocytes B (LB) et les lymphocytes T (LT, CD4 ou CD8), des molécules (les anticorps, ou immunoglobulines), et des cellules présentatrices de l’antigène, surtout les cellules dendritiques issues de l’immunité innée.
— Les organes lymphoïdes. Les lymphocytes naissent dans la moelle osseuse ; les LB y achèvent leur maturation, les LT la font dans le thymus. Les lymphocytes matures circulent ensuite, dans un état dormant, dans le sang et la lymphe, et séjournent dans les ganglions lymphatiques et la rate, où se déclenchent les réponses.
— Le déclenchement. Au lieu de l’infection, les cellules dendritiques capturent l’antigène, puis migrent par la lymphe jusqu’au ganglion le plus proche ; elles y présentent des fragments de l’antigène aux lymphocytes T. La réaction inflammatoire prépare ainsi la réponse adaptative.
— Un système diffus. Le système immunitaire n’est pas un organe isolé : ses cellules sont réparties dans tout le corps et il interagit avec d’autres organes, comme l’intestin ou le cerveau.
Immunité innéeImmunité adaptative
Présencetous les animauxvertébrés seulement
Délaiminutes à heuresplusieurs jours lors d’un premier contact
Reconnaissancemotifs communs à de nombreux microbesun antigène précis (spécifique)
Acteursmacrophages, cellules dendritiques, molécules de l’inflammationLB, LT CD4, LT CD8, anticorps
Après l’infectionrien ne changedes cellules mémoire persistent
Exemples

Suivre un antigène. Une épine souillée de terre pique la plante du pied. Des cellules dendritiques capturent des bactéries dans la peau, gagnent par la lymphe les ganglions de l’aine, et y activent des lymphocytes : ces ganglions grossissent quelques jours plus tard, loin de la plaie.

Antigène ou épitope ? L’hémagglutinine, protéine de l’enveloppe du virus de la grippe, est un antigène ; chacune des petites régions de sa surface reconnues par un anticorps différent est un épitope.

Réflexe — devant une défense, je me demande : est-elle immédiate et la même pour de nombreux microbes (innée), ou retardée et dirigée contre un seul antigène (adaptative) ?

Attention — l’immunité adaptative ne prend pas la place de l’immunité innée : celle-ci agit d’abord seule, déclenche la réponse adaptative, puis continue pendant toute la réaction (c’est elle, par exemple, qui phagocyte les complexes immuns).

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Un répertoire immense : combinatoire et tolérance du soi

Ce qu’il faut savoir — Un récepteur, une spécificité. Chaque lymphocyte porte à sa surface des milliers d’exemplaires d’un seul type de récepteur : le BCR pour un LB (c’est un anticorps ancré dans sa membrane), le TCR pour un LT. Il ne reconnaît donc qu’un seul épitope. L’ensemble des lymphocytes d’un individu forme son répertoire.
— Un paradoxe. Le répertoire doit reconnaître des agents pathogènes immensément divers et qui évoluent ; il faudrait beaucoup plus de gènes que les quelque 20 000 gènes codant des protéines du génome humain.
— La solution : une combinatoire. Un anticorps est fait de deux chaînes lourdes et de deux chaînes légères. Pendant la maturation d’un LB, dans chaque cellule, des segments de gènes sont choisis au hasard et assemblés : un segment V, un D et un J pour la partie variable de la chaîne lourde, un V et un J pour la chaîne légère ; le reste de l’ADN situé entre eux est éliminé. C’est la recombinaison (Hozumi et Tonegawa, 1976 ; prix Nobel de Tonegawa en 1987). Puis une chaîne lourde s’assemble avec une chaîne légère : le nombre de combinaisons se multiplie.
— Calculer. Nombre de chaînes lourdes = V × D × J ; nombre de chaînes légères = V × J (on additionne les deux familles de chaînes légères, κ et λ) ; nombre d’anticorps = chaînes lourdes × chaînes légères. Les jonctions imprécises entre segments multiplient encore cette diversité : en principe, tout antigène possible est reconnaissable. Les TCR des LT sont produits de la même façon.
— Un tirage au hasard, avant tout contact. Le récepteur de chaque lymphocyte est fixé avant toute rencontre avec un antigène : le répertoire existe à l’avance, il n’est pas fabriqué « sur mesure ».
— Première sélection : contre le soi. Le hasard produit aussi des récepteurs qui reconnaissent des molécules de l’organisme. Pendant la maturation (moelle osseuse pour les LB, thymus pour les LT), ces lymphocytes autoréactifs sont éliminés ou rendus inactifs : c’est la tolérance du soi, qui évite des réactions contre les parties saines de l’organisme.
Segments fonctionnels (par génome haploïde, IMGT)VDJ
Chaîne lourde38 à 46236
Chaîne légère κ34 à 38—5
Chaîne légère λ29 à 33—4 à 5

Le nombre exact de segments varie d’une personne à l’autre ; dans les calculs, on prend des valeurs arrondies.

Exemples

Chaînes lourdes. Avec 40 segments V, 23 D et 6 J : 40 × 23 × 6 = 5 520 parties variables de chaîne lourde.

Anticorps. Avec 35 V et 5 J pour κ, 30 V et 4 J pour λ : 35 × 5 + 30 × 4 = 175 + 120 = 295 chaînes légères. Anticorps : 5 520 × 295 = 1 628 400, soit environ 1,6 million, à partir de 40 + 23 + 6 + 35 + 5 + 30 + 4 = 143 segments seulement.

Réflexe — segments d’une même chaîne : je multiplie (V × D × J) ; deux familles de chaînes légères : j’additionne (κ + λ) ; chaîne lourde avec chaîne légère : je multiplie.

Attention — un lymphocyte ne fabrique pas un récepteur adapté à l’antigène qu’il rencontre : son récepteur a été tiré au hasard pendant sa maturation, bien avant le contact. Et additionner les segments (143) au lieu de multiplier les choix donne un nombre de combinaisons très sous-estimé.

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Sélection, amplification et différenciation clonales

Ce qu’il faut savoir — Deuxième sélection : la sélection clonale. Lors d’une première rencontre avec un antigène, seuls les rares lymphocytes dont le récepteur le reconnaît sont activés. Ils existaient avant le contact : l’antigène les choisit, il ne les fabrique pas. Pour un épitope donné, la fréquence des LT CD8 naïfs capables de le reconnaître est de l’ordre de 1 sur 10⁴ à 1 sur 10⁶ selon l’épitope.
— Amplification (ou expansion) clonale. Le lymphocyte sélectionné se multiplie par mitoses successives : chaque division double l’effectif. Il forme un clone, population de cellules génétiquement identiques qui portent le même récepteur, donc la même spécificité. Après n divisions, un lymphocyte donne 2n cellules.
— Différenciation clonale. Les cellules du clone deviennent des cellules effectrices : plasmocytes (issus des LB, ils sécrètent des anticorps), LT cytotoxiques (issus des LT CD8), LT auxiliaires (issus des LT CD4) ; d’autres deviennent des cellules mémoire, à longue durée de vie.
— Le délai. Sélection, amplification et différenciation prennent du temps : la réponse adaptative à un premier contact demande plusieurs jours chez l’être humain. Pendant ce délai, l’immunité innée freine seule l’infection.
— Après l’élimination. La plupart des effecteurs meurent ; les cellules mémoire persistent.
Exemples

Taille d’un clone. Un LT activé se divise toutes les 8 h pendant 80 h : 80 ÷ 8 = 10 divisions ; son clone compte 210 = 1 024 cellules.

Retrouver le nombre de divisions. Un LB a donné 128 cellules : 128 = 27, donc 7 divisions. Si elles ont duré 63 h, un cycle dure 63 ÷ 7 = 9 h.

Réflexe — pour un clone, je compte les divisions (durée ÷ durée d’un cycle), puis j’élève 2 à cette puissance ; et pour un effectif donné, je cherche la puissance de 2 qui l’égale.

Attention — 10 divisions ne donnent pas 2 × 10 = 20 cellules, mais 210 = 1 024 : l’effectif double à chaque division. Et un clone ne contient que des cellules de même spécificité : tous ses lymphocytes reconnaissent le même épitope.

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Lymphocytes B, anticorps et complexes immuns

Ce qu’il faut savoir — Le LB reconnaît l’antigène natif. Grâce à son BCR, un LB reconnaît l’antigène sous sa forme entière (libre, ou à la surface d’un microbe). Sélectionné, et stimulé par les LT CD4 auxiliaires, il se multiplie puis se différencie en plasmocytes : grosses cellules au réticulum endoplasmique très développé, qui sécrètent en grande quantité (de quelques centaines à plusieurs milliers de molécules par seconde) des anticorps de même spécificité que le BCR d’origine.
— L’anticorps (immunoglobuline). Protéine en forme de Y faite de quatre chaînes polypeptidiques : deux chaînes lourdes identiques et deux chaînes légères identiques, reliées par des ponts disulfures. À l’extrémité des deux bras, les régions variables forment deux sites identiques de fixation de l’antigène ; le reste de la molécule forme la région constante.
— Le complexe immun. L’anticorps se fixe sur son épitope par complémentarité de forme : c’est un complexe immun. Il neutralise l’antigène (une toxine ne peut plus agir, un virus ne peut plus entrer dans une cellule) et, grâce aux deux sites, relie plusieurs antigènes en agrégats.
— L’élimination. Les phagocytes portent des récepteurs à la région constante des anticorps : ils phagocytent les complexes immuns. L’anticorps marque et neutralise ; la destruction est assurée par la phagocytose.
— Une réponse dans les liquides. Les anticorps circulent dans le plasma et la lymphe : ils agissent contre les toxines, les bactéries et les virus hors des cellules (réponse dite humorale).
— Mettre les anticorps en évidence. Par immunodiffusion (test d’Ouchterlony, 1948) : un arc de précipitation apparaît dans la gélose là où anticorps et antigène se rencontrent. Par électrophorèse du sérum : Tiselius et Kabat (1939) ont montré que les anticorps d’un lapin immunisé migrent avec les γ-globulines, fraction qui augmente après l’immunisation.
site de fixationde l’antigènerégion variablechaîne légèrechaîne lourderégion constanteponts disulfurespied du Y : reconnu par les récepteurs des phagocytes

Figure 1 — Structure d’une molécule d’anticorps (schéma).

Méthode — interpréter un test d’Ouchterlony. (1) Identifier le contenu de chaque puits : sérum (source d’anticorps) et antigènes testés. (2) Un arc = un complexe immun insoluble, donc des anticorps spécifiques de cet antigène dans le sérum. (3) Pas d’arc = pas d’anticorps contre cet antigène, ou trop peu pour former un précipité visible. (4) Conclure sur les contacts passés avec l’antigène et, si le sérum est dilué, sur le titre : la plus forte dilution qui donne encore un arc. Une molécule voisine, qui partage une partie des épitopes de l’antigène, peut donner un arc plus faible : c’est une réaction croisée.

Exemples

Lire un test d’Ouchterlony. Le puits central contient le sérum d’un cheval immunisé contre le venin de vipère aspic ; les puits périphériques contiennent du venin d’aspic, du venin de cobra et de l’albumine de cheval. Un arc n’apparaît que face au venin d’aspic : le sérum contient des anticorps anti-venin d’aspic, mais ni anticorps anti-venin de cobra, ni anticorps contre les propres protéines du cheval (tolérance du soi). Ce sérum protège d’une morsure d’aspic, pas d’une morsure de cobra.

Production d’un plasmocyte. À 2 000 molécules par seconde (valeur choisie), un plasmocyte sécrète en une heure 2 000 × 3 600 = 7 200 000 anticorps, soit 7,2 × 10⁶.

Réflexe — pour une cible hors des cellules (toxine, bactérie, virus libre), je pense anticorps → complexe immun → neutralisation → phagocytose.

Attention — « les anticorps détruisent les microbes » est inexact : ils neutralisent et forment des complexes immuns, la destruction est due aux phagocytes. Le LB porte des anticorps membranaires ; c’est le plasmocyte, issu de sa différenciation, qui sécrète massivement des anticorps. Et pas d’arc ne veut pas dire jamais de contact : des anticorps trop dilués ne forment pas de précipité visible.

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Lymphocytes T CD8 et CD4 : la coopération cellulaire

Ce qu’il faut savoir — Le LT ne voit jamais l’antigène libre. Son TCR reconnaît un peptide antigénique (fragment de l’antigène) présenté par une molécule du CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) à la surface d’une cellule : cellule dendritique, cellule infectée ou cellule cancéreuse.
— LT CD8 → LT cytotoxiques. Sélectionnés, amplifiés et différenciés, ils reconnaissent les cellules de l’organisme qui présentent le peptide étranger, s’y accolent et libèrent de la perforine (qui perce la membrane) et des granzymes (qui déclenchent l’apoptose, mort programmée de la cellule). Ils éliminent ainsi les virus à l’intérieur des cellules, où les anticorps n’ont pas accès.
— LT CD4 → LT auxiliaires. Activés par les cellules dendritiques, ils sécrètent des messagers chimiques, les interleukines (par exemple l’interleukine 2), qui stimulent la multiplication et la différenciation des LB et des LT CD8 sélectionnés par le même antigène. C’est la coopération cellulaire : sans LT auxiliaires, ni la production d’anticorps ni la réponse cytotoxique ne sont efficaces.
LymphocyteReconnaîtDevientAction
LBantigène natif (BCR)plasmocytesécrète des anticorps
LT CD8peptide + CMH (TCR)LT cytotoxiquedéclenche l’apoptose des cellules infectées
LT CD4peptide + CMH (TCR)LT auxiliairestimule LB et LT CD8 par des interleukines

Méthode — exploiter une expérience de transfert ou de culture. (1) Repérer le lot témoin et la seule variable qui change entre deux lots. (2) Comparer les lots deux à deux (avec / sans l’élément étudié), en chiffrant l’écart. (3) En déduire l’élément responsable : un sérum transfère des anticorps, des cellules transfèrent des lymphocytes. (4) Vérifier la spécificité grâce au lot confronté à un autre antigène.

Exemples

Le mode d’action du VIH. Le VIH se fixe sur la molécule CD4, infecte les LT CD4 et entraîne leur destruction. Sans LT auxiliaires, ni les LB ni les LT CD8 ne sont correctement amplifiés : toute l’immunité adaptative s’effondre. Une personne en bonne santé a de 500 à 1 500 LT CD4 par mm³ de sang ; en dessous de 200, des infections dites opportunistes, exceptionnelles quand l’immunité fonctionne, deviennent graves : c’est le stade sida (seuil retenu aux États-Unis ; en Europe, on retient surtout l’apparition d’une de ces infections).

Comparer deux lots. Après injection d’une même protéine étrangère, des souris sans thymus, donc sans LT, produisent 8 unités d’anticorps contre 320 chez des souris normales (valeurs choisies) : 320 ÷ 8 = 40 fois moins. Les LB sont présents mais, sans l’aide des LT, ils ne donnent presque pas de plasmocytes.

Réflexe — antigène libre → LB ; peptide présenté par le CMH d’une cellule infectée → LT CD8 ; « aide », interleukines → LT CD4.

Attention — les LT CD4 ne tuent pas et les LT CD8 ne sécrètent pas d’anticorps. Et le CMH n’est pas l’antigène : c’est la molécule de la cellule qui présente le peptide au TCR.

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Une infection virale : la grippe, de l’entrée du virus à son élimination

Ce qu’il faut savoir — L’entrée du virus. Le virus de la grippe infecte les cellules de l’épithélium des voies respiratoires et s’y multiplie. Chez des volontaires infectés, l’excrétion de virus augmente fortement dès le premier jour et culmine vers le 2e jour ; elle dure en moyenne environ 5 jours.
— Les premières heures : l’immunité innée seule. Réaction inflammatoire, phagocytose ; les cellules dendritiques capturent des virus et des débris de cellules infectées, puis gagnent les ganglions du cou et du thorax.
— Dans le ganglion. Les cellules dendritiques présentent des peptides viraux associés au CMH aux LT CD4 et CD8 ; les LB reconnaissent les protéines virales entières (comme l’hémagglutinine). Les lymphocytes sélectionnés sont amplifiés puis différenciés ; les LT auxiliaires stimulent les LB et les LT CD8 par leurs interleukines.
— L’élimination, après plusieurs jours. Les LT cytotoxiques gagnent le poumon et détruisent les cellules infectées, qui fabriquent les virus ; les anticorps neutralisent les virus libres, qui ne peuvent plus infecter de nouvelles cellules, et les complexes immuns sont phagocytés. Les deux réponses sont complémentaires.
— Et après. Des cellules mémoire persistent. Le virus de la grippe change ses antigènes d’une année à l’autre, ce qui permet des réinfections.
Moment (première infection)Ce qui se passe
premières heuresinfection de l’épithélium respiratoire ; inflammation, phagocytose ; capture du virus par les cellules dendritiques
1er à 3e jourmultiplication du virus (pic d’excrétion vers le 2e jour) ; présentation dans les ganglions, sélection clonale
jours suivantsamplification et différenciation clonales ; arrivée des LT cytotoxiques, puis des anticorps
fin de la maladievirus éliminé ; mort de la plupart des effecteurs ; cellules mémoire
Exemples

Qui fait quoi ? Une cellule de l’épithélium du nez fabrique des virus : seul un LT cytotoxique, qui reconnaît un peptide viral présenté par son CMH, peut l’éliminer. Un virus libéré dans le mucus est accessible aux anticorps anti-hémagglutinine, qui l’empêchent d’entrer dans une nouvelle cellule.

Un transfert de cellules. Des souris reçoivent des LT CD8 prélevés sur une souris de même lignée guérie de la grippe : elles éliminent le virus grippal en quelques jours. Avec des LT CD8 d’une souris jamais infectée, elles ne le contrôlent pas, et les LT CD8 « anti-grippe » ne protègent pas contre un autre virus : la protection est due à des LT CD8 spécifiques du virus grippal, déjà sélectionnés et amplifiés.

Réflexe — pour une infection virale, je sépare deux cibles : le virus libre (anticorps) et la cellule infectée (LT cytotoxiques), et je situe chaque étape dans le temps.

Attention — les anticorps seuls ne guérissent pas une infection virale : ils n’atteignent pas les virus déjà entrés dans les cellules, qui continuent d’en produire tant que les LT cytotoxiques ne les ont pas détruites.

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Pour aller plus loin

Ces notions prolongent le chapitre, mais elles sont traitées dans d’autres chapitres.

À retenir
  • L’immunité adaptative, propre aux vertébrés, s’ajoute à l’immunité innée : spécifique d’un antigène (épitope), elle met en jeu LB, LT et anticorps ; les cellules dendritiques déclenchent la réponse dans les ganglions.
  • Chaque lymphocyte porte un seul type de récepteur (BCR ou TCR) ; la recombinaison aléatoire de segments V, D, J et l’assemblage chaînes lourdes × chaînes légères créent un répertoire immense ; les lymphocytes dirigés contre le soi sont éliminés (tolérance).
  • Sélection clonale (l’antigène choisit des lymphocytes préexistants), amplification par mitoses (2ⁿ cellules après n divisions), différenciation en effecteurs et cellules mémoire : d’où un délai de plusieurs jours.
  • Les plasmocytes, issus des LB, sécrètent des anticorps en Y (2 chaînes lourdes, 2 légères, 2 sites identiques) ; le complexe immun neutralise l’antigène, la phagocytose l’élimine.
  • Les LT reconnaissent un peptide présenté par le CMH : LT CD8 → LT cytotoxiques (perforine, granzymes, apoptose des cellules infectées) ; LT CD4 → LT auxiliaires (interleukines) qui stimulent LB et LT CD8 ; le VIH détruit les LT CD4.
  • Contre un virus, anticorps (virus libres) et LT cytotoxiques (cellules infectées) sont complémentaires.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre immunité innée et immunité adaptative ?

L’immunité innée, présente chez tous les animaux, agit en quelques minutes à quelques heures contre des motifs communs à de nombreux microbes. L’immunité adaptative, propre aux vertébrés, s’y ajoute : elle met plusieurs jours à se mettre en place lors d’un premier contact, est spécifique d’un antigène, repose sur les lymphocytes B et T et laisse des cellules mémoire.

Comment le système immunitaire peut-il reconnaître autant d’antigènes avec si peu de gènes ?

Pendant la maturation de chaque lymphocyte, des segments de gènes (V, D et J) sont choisis au hasard et assemblés, puis une chaîne lourde s’associe à une chaîne légère. Les choix se multiplient : quelques centaines de segments donnent des millions de récepteurs différents. Les lymphocytes dirigés contre le soi sont éliminés pendant leur maturation.

Qu’est-ce que la sélection clonale ?

C’est l’activation, par un antigène, des seuls lymphocytes dont le récepteur le reconnaît, parmi un immense répertoire qui existait avant le contact. Ces lymphocytes se multiplient par mitoses (amplification clonale), puis se différencient en cellules effectrices et en cellules mémoire, ce qui prend plusieurs jours.

Comment les anticorps éliminent-ils un antigène ?

Sécrétés par les plasmocytes, les anticorps se fixent sur l’antigène par complémentarité de forme et forment des complexes immuns : l’antigène est neutralisé et agglutiné. Les phagocytes, qui reconnaissent la région constante des anticorps, détruisent ensuite ces complexes par phagocytose.

Quel est le rôle des lymphocytes T CD4 et CD8 ?

Les LT CD8 deviennent des LT cytotoxiques : ils reconnaissent un peptide étranger présenté par le CMH d’une cellule infectée et déclenchent son apoptose. Les LT CD4 deviennent des LT auxiliaires qui sécrètent des interleukines stimulant les LB et les LT CD8 ; le VIH, qui détruit les LT CD4, fait ainsi s’effondrer toute l’immunité adaptative.

Comment l’organisme élimine-t-il le virus de la grippe ?

L’immunité innée freine d’abord seule le virus, dont l’excrétion culmine vers le 2e jour. Les cellules dendritiques déclenchent dans les ganglions la sélection, l’amplification et la différenciation des lymphocytes. Après plusieurs jours, les LT cytotoxiques détruisent les cellules infectées et les anticorps neutralisent les virus libres.

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