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

Six problèmes sur documents : la coopération entre LB et LT CD4 chez des souris irradiées, un test d’Ouchterlony sur l’albumine humaine, l’électrophorèse du sérum d’un lapin immunisé, l’élimination du virus de la grippe chez la souris, l’évolution d’une infection par le VIH, et la taille du répertoire des récepteurs T.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : sa nature (protocole, tableau de lots, test d’Ouchterlony, électrophorèse, suivi d’un patient, données chiffrées), si les valeurs sont réelles ou choisies, et les unités.
Je repère le lot témoin et la seule variable qui change entre deux lots : cellules injectées, antigène, présence ou absence d’un type de lymphocyte.
Je calcule dans l’ordre des questions : rapports et pourcentages, titre d’un sérum, produits de combinaisons (V × D × J), puissances de 2 pour un clone.
J’interprète avec le vocabulaire du cours : sélection, amplification et différenciation clonales, complexe immun, LT cytotoxiques, LT auxiliaires, spécificité.
Je conclus par une phrase qui répond au titre du problème, en citant les valeurs des documents.

Problème 1 · Une coopération entre lymphocytes★★★Facile

Document 1 — Le protocole. Des souris sont irradiées, ce qui détruit leurs lymphocytes. On leur injecte différentes populations de lymphocytes prélevées sur des souris de même lignée, puis un antigène. Neuf jours plus tard, on mesure dans leur sérum les anticorps dirigés contre les globules rouges de mouton (anticorps anti-GRM). Ce protocole s’inspire des expériences de Claman (1966), qui associait des cellules du thymus et de la moelle osseuse.

Document 2 — Résultats (valeurs choisies pour l’exercice).

Lot	Cellules injectées	Antigène injecté	Anticorps anti-GRM (unités arbitraires)
A	aucune	GRM	0
B	LB	GRM	3
C	LT CD4	GRM	0
D	LB + LT CD4	GRM	410
E	LB + LT CD8	GRM	5
F	LB + LT CD4	globules rouges de poulet	0

1. Le lot qui montre que, sans lymphocytes injectés, la souris irradiée ne produit aucun anticorps est le lot .
Le lot A : l’irradiation a bien détruit les lymphocytes du receveur ; seules les cellules injectées peuvent répondre.
2. Les donneurs sont de même lignée : ils ont les mêmes molécules du que les receveurs, et les cellules injectées ne sont pas rejetées.
Les mêmes molécules du CMH.
3. Avec LB + LT CD4 (lot D), la production d’anticorps est fois plus forte qu’avec les LB seuls (lot B), à l’unité.
410 ÷ 3 ≈ 136,7, soit environ 137 fois plus.
4. Le lot C (LT CD4 seuls : 0) montre que les anticorps sont produits par les , différenciés en plasmocytes.
Par les LB : les LT ne produisent pas d’anticorps. Mais sans LT CD4 (lot B), les LB en produisent très peu : c’est une coopération.
5. Le lot E (5 unités, du même ordre que le lot B) montre que les LT ne peuvent pas remplacer les LT CD4.
Les LT CD8 : l’aide aux LB est propre aux LT CD4.
6. Le lot F reçoit les mêmes cellules que le lot D, mais un autre antigène, et ne produit aucun anticorps anti-GRM : la réponse est .
La réponse est spécifique : sans GRM, les LB anti-GRM ne sont pas sélectionnés.
7. Activés par les cellules dendritiques, les LT CD4 stimulent la multiplication des LB anti-GRM par des messagers chimiques, les .
Les interleukines, sécrétées par les LT CD4 devenus auxiliaires.

Problème 2 · Un test d’Ouchterlony et le titre d’un sérum★★★Moyen

Document 1 — Le principe. Dans une gélose, on creuse des puits. Les molécules déposées diffusent ; là où des anticorps rencontrent leur antigène en proportions convenables, un arc blanchâtre de précipitation apparaît.

Document 2 — Test 1. Un lapin est immunisé contre l’albumine humaine (protéine du sang). Trois semaines plus tard, son sérum pur est placé dans le puits central. Puits périphériques : albumine humaine (1), albumine de chimpanzé (2), albumine de bœuf (3), sérum d’un lapin non immunisé (4). Résultats (choisis pour l’exercice) : arc net face au puits 1, arc plus faible face au puits 2, rien face aux puits 3 et 4.

Document 3 — Test 2. Puits central : albumine humaine. Puits périphériques : sérum du lapin dilué au 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 et 1/128. Des arcs apparaissent face aux dilutions 1/2 à 1/32 seulement.

1. Un arc est un précipité de complexes insolubles.
De complexes immuns : chaque anticorps, avec ses deux sites, relie deux molécules d’antigène, d’où un réseau insoluble.
2. Puits 1 : le sérum contient des anticorps dirigés contre l’albumine .
Contre l’albumine humaine, produits par les plasmocytes du lapin après l’immunisation.
3. Puits 3 : aucun arc face à l’albumine de bœuf ; ces anticorps sont de l’albumine humaine.
Ils sont spécifiques : ils ne reconnaissent pas les épitopes d’une albumine trop différente.
4. Puits 4 : aucun arc face aux protéines d’un lapin ; le lapin ne produit pas d’anticorps contre ses propres molécules, c’est la tolérance du .
La tolérance du soi ; ce puits sert aussi de témoin : l’arc du puits 1 n’est pas une réaction quelconque entre protéines.
5. Puits 2 : l’albumine de chimpanzé, très proche de l’humaine, partage une partie de ses épitopes ; l’arc plus faible traduit une réaction .
Une réaction croisée : une partie seulement des anticorps reconnaît l’albumine de chimpanzé.
6. Titre du sérum :
La plus forte dilution qui donne encore un arc : 1/32.
7. Un second lapin, immunisé moins longtemps, a un titre de 1/4 : son sérum contient environ fois moins d’anticorps anti-albumine humaine.
Il faut diluer 32 fois le premier sérum et 4 fois le second pour atteindre le seuil : 32 ÷ 4 = 8 fois moins.

Problème 3 · Les anticorps dans le sérum : l’électrophorèse★★★Moyen

Document 1 — Le principe. Dans un champ électrique, les protéines du sérum migrent à des vitesses différentes et se séparent en fractions : albumine, α-globulines, β-globulines et γ-globulines. En 1939, Tiselius et Kabat ont ainsi étudié le sérum de lapins immunisés contre l’ovalbumine (protéine du blanc d’œuf).

Document 2 — Concentration des fractions dans le sérum d’un lapin (g/L, valeurs choisies pour l’exercice).

Sérum	albumine	α	β	γ
avant immunisation	36	7	9	8
après immunisation	36	7	9	20
après immunisation, mélangé à de l’ovalbumine puis débarrassé du précipité formé	36	7	9	9

1. Après immunisation, la seule fraction qui augmente est celle des -globulines.
Les γ-globulines.
2. Elle passe de 8 à 20 g/L : elle est multipliée par .
20 ÷ 8 = 2,5.
3. Après mélange avec l’ovalbumine, g/L de γ-globulines ont précipité avec elle.
20 − 9 = 11 g/L ont formé des complexes immuns insolubles avec l’ovalbumine.
4. Ces protéines qui précipitent avec l’antigène sont des anti-ovalbumine.
Des anticorps (immunoglobulines) : ils se fixent spécifiquement sur l’ovalbumine.
5. Part des γ-globulines du sérum immun qui ont précipité avec l’ovalbumine : %
11 ÷ 20 = 0,55 = 55 %.
6. Ces protéines ont été sécrétées par des , issus des LB sélectionnés par l’ovalbumine.
Par des plasmocytes.
7. Il reste 9 g/L de γ-globulines, contre 8 avant l’immunisation ; ces γ-globulines restantes ne précipitent pas avec l’ovalbumine, car elles sont dirigées contre d’ antigènes.
D’autres antigènes : chaque anticorps est spécifique d’un épitope ; ceux qui ne reconnaissent pas l’ovalbumine restent dans le sérum.

Problème 4 · La grippe chez la souris : qui élimine le virus ?★★★Moyen

Document 1 — Le protocole. Quatre lots de souris sont infectés par le même virus grippal : souris normales (lot 1), souris privées de LT CD8 (lot 2), souris sans LB, donc sans anticorps (lot 3), souris privées à la fois de LT CD8 et de LB (lot 4). On mesure la quantité de virus dans les poumons.

Document 2 — Quantité de virus dans les poumons (unités arbitraires, valeurs choisies pour l’exercice).

Lot	3^e jour	10^e jour
1 — souris normales	50 000	0
2 — sans LT CD8	50 000	4 500
3 — sans LB	50 000	300
4 — sans LT CD8 ni LB	50 000	60 000

1. Au 3e jour, les quatre lots ont la même quantité de virus : à ce stade, seule l’immunité agit.
L’immunité innée : la réponse adaptative n’est pas encore en place, ses effecteurs ne changent rien.
2. Le lot qui sert de témoin est le lot .
Le lot 1, aux défenses complètes.
3. Au 10e jour, sans LT CD8, il reste fois plus de virus que sans LB.
4 500 ÷ 300 = 15 : les LT CD8 jouent le rôle principal dans l’élimination du virus.
4. Les LT CD8 éliminent le virus en détruisant les cellules infectées, après leur différenciation en LT .
En LT cytotoxiques (perforine, granzymes, apoptose).
5. Sans LB, le virus est éliminé des cellules, mais les virus sont moins bien neutralisés (300 unités au 10e jour).
Les virus libres, que seuls les anticorps neutralisent.
6. Sans LT CD8 ni LB, le virus continue d’augmenter (60 000) : les actions des anticorps et des LT CD8 sont .
Elles sont complémentaires : chacune compense en partie l’absence de l’autre (lots 2 et 3), et sans les deux le virus n’est plus contrôlé (lot 4).

Problème 5 · Le VIH et l’effondrement de l’immunité★★★Difficile

Document 1 — Suivi d’une personne infectée par le VIH, sans traitement (valeurs représentatives d’une évolution sans traitement).

Temps après la contamination	0	6 semaines	1 an	4 ans	7 ans	9 ans
LT CD4 (par mm³ de sang)	950	640	720	480	310	170
Charge virale (copies d’ARN viral par mL)	moins de 50	3 000 000	20 000	45 000	180 000	900 000
Anticorps anti-VIH	non détectés	détectés	détectés	détectés	détectés	détectés

Document 2 — Le virus. Le VIH se fixe sur la molécule CD4, pénètre dans les LT CD4, s’y multiplie et entraîne leur destruction. Une personne en bonne santé a de 500 à 1 500 LT CD4 par mm³ de sang. En dessous de 200 par mm³, on parle de stade sida (seuil retenu aux États-Unis) : apparaissent des infections opportunistes (tuberculose, pneumocystose…), exceptionnelles quand le système immunitaire fonctionne normalement.

1. Entre 6 semaines et 1 an, la charge virale est divisée par .
3 000 000 ÷ 20 000 = 150.
2. Cette baisse est due aux anticorps, qui neutralisent les virus libres, et aux LT , qui détruisent les LT CD4 infectés.
Aux LT cytotoxiques, issus des LT CD8 anti-VIH sélectionnés : ils suppriment des lieux de multiplication du virus.
3. Malgré les anticorps, le virus persiste : il se multiplie à l’intérieur des , hors de leur atteinte.
À l’intérieur des LT CD4 : les anticorps ne traversent pas la membrane, et une partie des cellules infectées échappe aux LT cytotoxiques.
4. De 1 an à 9 ans, les LT CD4 passent de 720 à 170 par mm³ : ils diminuent de % (à l’unité).
720 − 170 = 550 ; 550 ÷ 720 ≈ 0,764, soit 76 %.
5. À 9 ans, avec 170 LT CD4 par mm³, la personne est au stade .
Au stade sida : 170 est inférieur au seuil de 200 par mm³.
6. Sans LT auxiliaires, ni les LB ni les LT CD8 ne sont stimulés ; des microbes habituellement contrôlés provoquent des infections .
Des infections opportunistes : la personne ne meurt pas du VIH lui-même, mais de la perte de ses défenses adaptatives.
7. Entre 1 an et 9 ans, la charge virale est multipliée par .
900 000 ÷ 20 000 = 45 : sans LT auxiliaires, la réponse contre le VIH lui-même s’effondre aussi.

Problème 6 · Un répertoire assez grand pour tous les antigènes ?★★★Difficile

Document 1 — Les segments de gènes du TCR humain (IMGT, valeurs arrondies). Chaîne α : 44 segments V et 50 segments J. Chaîne β : 44 segments V, 2 segments D et 12 segments J. Un TCR associe une chaîne α et une chaîne β.

Document 2 — Le nombre de cellules immunitaires (Sender et collaborateurs, 2023). Le corps d’un homme de 73 kg compte environ 1,8 × 10¹² cellules immunitaires, dont 40 % de lymphocytes, surtout dans les ganglions et la rate.

Document 3 — Des lymphocytes rares. Pour un épitope donné, on suppose qu’un LT naïf sur 100 000 le reconnaît ; un LT activé se divise toutes les 6 h.

1. Nombre de chaînes α possibles (sans compter les jonctions) :
44 × 50 = 2 200.
2. Nombre de chaînes β possibles :
44 × 2 × 12 = 1 056.
3. Nombre de TCR différents par combinatoire seule :
2 200 × 1 056 = 2 323 200, environ 2,3 millions, à partir de 44 + 50 + 44 + 2 + 12 = 152 segments.
4. Nombre de lymphocytes du corps : × 10¹¹
40 % de 1,8 × 10¹² : 0,4 × 1,8 × 10¹² = 0,72 × 10¹² = 7,2 × 10¹¹.
5. Si les jonctions multiplient la diversité par 10⁶ (hypothèse), on obtient environ × 10¹² TCR possibles (au dixième).
2 323 200 × 10⁶ = 2,323 2 × 10¹² ≈ 2,3 × 10¹² : environ 3 fois plus de récepteurs possibles que les 7,2 × 10¹¹ lymphocytes du corps. Chaque personne n’en porte donc qu’une partie, et chaque spécificité n’est portée que par très peu de cellules.
6. Nombre minimal de divisions pour qu’un seul LT sélectionné donne au moins 10 000 cellules :
2¹³ = 8 192 < 10 000 ≤ 2¹⁴ = 16 384 : 14 divisions.
7. À une division toutes les 6 h, cette amplification dure au minimum h.
14 × 6 = 84 h, soit 3,5 jours : la rareté des lymphocytes spécifiques explique le délai de la réponse adaptative.

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