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Différenciation des lymphocytes B

Introduction

• La différenciation des lymphocytes B a lieu dès l'embryon et se poursuit tout au long de la vie.
  Avant la naissance, le sac vitellin, le foie fœtal et la moelle osseuse sont les sites principaux de la différenciation des lymphocytes B.
  Après la naissance, c'est la moelle osseuse qui est le site principal.
• Après rencontre de l'antigène et activation, une partie des lymphocytes B se différencie en cellules sécrétant des anticorps, les plasmocytes, le reste donne des lymphocytes B mémoires.

Les stades de différenciation peuvent être divisés en 2 phases (figure 1) :

• Une phase indépendante des antigènes qui a lieu dans la moelle osseuse.

  Dans la moelle osseuse, la différenciation de cellules précurseurs hématopoïétiques en cellules B matures immunocompétentes implique une chronologie des réarrangements des gènes des immunoglobulines, d'abord dans le locus IGH (figure 2), un réarrangement D-J, suivi du réarrangement d'un gène V au D-J préalablement réarrangé (synthèse des chaînes lourdes), puis dans le locus IGK, un réarrangement V-J (synthèse des chaînes légères kappa) (figure 3) et, si nécessaire dans le locus IGL, un réarrangement V-J (synthèse des chaînes légères lambda). Ces réarrangements se font au niveau des signaux de recombinaison (figure 4) (voir Génétique moléculaire des immunoglobulines).
  Ces réarrangements séquentiels se produisent en l'absence d'antigène étranger et caractérisent les divers stades de la maturation :

  • Cellule progéniteur pro-B
  • Cellule précurseur pré-B
  • Lymphocyte B immature
  • Lymphocyte B mature immunocompétent qualifié de «vierge» ou «naïf».
• Une phase dépendante des antigènes qui a lieu à la périphérie.

  Un lymphocyte B mature, qui quitte la moelle osseuse, exprime à sa surface des Ig membranaires (mIgM et mIgD) de la même spécificité antigénique. Les domaines variables des chaînes lourdes et des chaînes légères des IgM et des IgD présentes à la surface d'un même lymphocyte B sont codées respectivement par un même réarrangement V-D-J dans le locus IGH et un même réarrangement V-J dans le locus IGK ou IGL.
  Ces lymphocytes B matures circulent dans le sang et la lymphe et sont amenés aux organes lymphoïdes secondaires, en particulier la rate et les ganglions lymphatiques. La phase dépendante des antigènes a lieu dans ces organes.
  Si un lymphocyte B interagit avec un antigène pour lequel l'anticorps membranaire est spécifique, la cellule entreprend une expansion clonale et une différenciation, lesquelles aboutissent à une population de plasmocytes et de cellules B mémoires.

Phase indépendante des antigènes

• La différenciation B commence lorsque des cellules souches s'engagent dans le linéage B et deviennent des cellules pro-B. Les cellules pro-B expriment à leur surface un marqueur spécifique le CD45 (B220 des cellules B murines).
  Les cellules pro-B prolifèrent à l'intérieur de la moelle osseuse et remplissent les espaces extravasculaires entre les sinusoïdes.
• La prolifération et la différenciation des cellules pro-B en cellules pré-B requièrent le microenvironnement produit par les cellules stromales de la moelle osseuse. Les cellules stromales jouent deux rôles importants :
  • elles interagissent directement avec les cellules pro-B et pré-B
  • elles sécrètent des cytokines variées, en particulier IL7.
  L'interaction entre cellules pro-B et cellules stromales se fait par plusieurs molécules d'adhésion, CD44 sur les cellules pro-B et son ligand l'acide hyaluronique sur les cellules stromales.

  Après qu'il y ait eu contact avec la cellule stromale, un récepteur sur la cellule pro-B, le c-kit interagit avec une molécule stromale membranaire, le stem-cell factor (SCF). Cette interaction active le c-kit qui a une activité tyrosine kinase. La cellule pro-B commence alors à se diviser et à se différencier en cellule pré-B qui exprime un récepteur pour IL7 (IL-7R).

  L'IL7 sécrétée par les cellules stromales induit une diminution de l'expression des molécules d'adhésion. Les cellules pré-B prolifèrent et se détachent des cellules stromales. A ce stade, les cellules pré-B n'ont plus besoin du contact direct avec les cellules stromales mais continuent à avoir besoin de l'IL-7 pour leur croissance et leur maturation.

  • Les réarrangements IGH D-J ont lieu au stade pro-B, suivis des réarrangements V-D-J au stade pré-B.
  • Les complexes enzymatiques de la recombinaison, RAG1 et RAG2, qui sont requis pour les réarrangement des chaînes lourdes et légères, sont exprimés aux stades pro-B et pré-B.
  • L'enzyme Terminal deoxyribonucleotidyl Transférase TdT est active pendant ces stades et permet l'addition de nucléotides N aux jonctions D-J et V-(D)-J du locus IGH («N-diversité») des chaînes lourdes.
  • Le lymphocyte pré-B exprime la chaîne mu membranaire associée à une chaîne légère inhabituelle appelée pseudo-chaîne légère (psiL,« surrogate light chain »). Cette chaîne comprend en fait deux polypeptides associés de manière non covalente : un polypeptide de type V (appelé V pré-B) et un polypeptide de type C (appelé lambda5 chez la souris, lambda-like chez l'homme).

    Le complexe mu-psiL est associé à l'hétérodimère CD79a (Igalpha, mb-1) et CD79b (Igbeta, B29) pour former le récepteur pré-B (figure 5).
    La fonction du récepteur pré-B pourrait être de reconnaître un ligand sur les cellules stromales, ceci génèrerait un signal qui témoignerait que la cellule pré-B a synthétisé une chaîne mu fonctionnelle. Ce signal empêcherait un second réarrangement V-D-J sur l'autre locus IGH (exclusion allélique) et induirait les réarrangements du locus IGK pour synthétiser une chaîne légère.

    Le rôle critique du récepteur pré-B a été démontré dans des souris K-O dans lequel le gène lambda5 a été supprimé. La différenciation de la lignée B dans ces souris est bloquée au stade pré-B.
    Ceci suggère qu'un signal via le récepteur pré-B est nécessaire pour que la différenciation se poursuive du stade pré-B au stade B immature.

    Le développement d'une cellule pré-B en lymphocyte B immature nécessite le réarrangement productif des gènes d'une chaîne légère. Un seul isotype est exprimé à la membrane d'un lymphocyte B. Le réarrangement commence avec le locus IGK. Si le premier réarrangement IGK V-J est productif, les réarrangements des gènes des autres locus de chaînes légères (autre locus IGK, les deux locus IGL) sont bloqués. Si le réarrangement des 2 locus IGK est non productif, le(s) locus IGL réarrange(nt) à leur tour. L'expression d'une chaîne lourde et d'une chaîne légère confère à la cellule une spécificité donnée.

    Comme les lymphocytes B immatures sont produits à l'intérieur de la moelle osseuse, ils sont sujets à un processus de sélection négative où les lymphocytes B possédant des immunoglobulines membranaires spécifiques pour les antigènes du soi sont éliminés par apoptose.
    La différenciation des lymphocytes B immatures se poursuit. La coexpression d'immunoglobulines IgD et IgM membranaires caractérise les lymphocytes B matures.
    Ces lymphocytes B matures immunocompétents, dits «vierges» ou «naïfs», sont exportés de la moelle osseuse vers les organes lymphoïdes périphériques.

Phase dépendante des antigènes

Les étapes ultérieures de la différenciation des lymphocytes B matures se produisent dans les organes lymphoïdes périphériques et requièrent la reconnaissance d'un antigène étranger.

Au niveau de la zone sombre des ganglions lymphatiques des mutations somatiques apparaissent au niveau des gènes variables réarrangés des lymphocytes B activés. Au niveau de la zone claire basale et en l'absence de reconnaissance d'un antigène étranger, les lymphocytes B matures meurent au bout de quelques jours par apoptose.

Les lymphocytes B ayant reconnu un antigène étranger reçoivent un signal de survie et progressent vers la zone claire apicale. Les lymphocytes B activés subissent le phénomène de la commutation de classe qui permet l'expression d'isotypes autres que IgM et IgD (figure 6). Cette commutation de classe a lieu à la suite d'une coopération cellulaire entre lymphocytes B et lymphocytes T CD4 auxiliaires, qui résulte d'une reconnaissance du CD40 du lymphocyte B et du CD40L du lymphocyte T, et s'effectue en présence d' interleukines et grâce à l'action d'une cytidine déaminase spécifique des lymphocytes B activés. La différenciation conduit à des plasmocytes sécrétant des IgG, IgA et IgE, et à des lymphocytes B mémoires.

Les lymphocytes B mémoires ont une durée de vie plus longue que celle des lymphocytes B naïfs et l'affinité de leurs anticorps membranaires est plus importante, par suite de la sélection des mutations somatiques. Les lymphocytes mémoires expriment le plus souvent des IgG (figure 7), IgA ou IgE membranaires.

Les plasmocytes n'ont pas d'Ig membranaires mais sécrètent (figure 8) de grandes quantités d'anticorps :

• Lors du réarrangement, la distance entre les promoteurs des gènes variables et les activateurs («enhancers») des gènes d'Ig est diminuée. Ceci permet l'interaction de facteurs de transcription avec pour résultat des taux élevés de transcription observés dans les plasmocytes.
• Cette augmentation de la transcription doit être coordonnée pour les gènes de la chaîne lourde et ceux de la chaîne légère et met donc en jeu des mécanismes de régulation.

Transcription factors regulating B cell maturation and activation (IMGT Lexique)

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