Les maladies génétiques du système immunitaire

par Alain Fischer, Faculté de Médecine Paris Descartes, Inserm U768
L’un des domaines phares de la recherche thérapeutique ces dernières années a été l’exploration des défaillances du système immunitaire. Ces recherches ont conduit aux premiers succès mondiaux de thérapie génique, qui concernaient deux déficits immunitaires gravissimes touchant l’enfant. Mais elles ont permis aussi de décrypter un peu plus les interactions d’une extraordinaire complexité entre les différents acteurs de notre immunité. Avec des retombées possibles pour le traitement d’autres pathologies, qu’elles soient cancéreuses, infectieuses ou auto-immunes.

Depuis vingt-cinq ans, l’épidémie du sida due aux deux virus de l’immunodéficience humaine (VIH) a mis en lumière les conséquences désastreuses des dysfonctionnements de notre système immunitaire, qui constitue nos lignes de défense contre les microorganismes pathogènes.
Outre certains agents infectieux, divers facteurs de l’environnement, comme la malnutrition, peuvent causer des déficits de l’immunité, dits secondaires. Il existe aussi des déficiences immunitaires ayant une origine génétique. Ainsi, à ce jour, environ cent quarante maladies de transmission héréditaire caractérisées par un dysfonctionnement du système immunitaire dû à l’altération d’un seul gène ont été décrites. Appelées déficits immunitaires héréditaires (DIH) ou primitifs (DIP), ce sont des maladies rares ; néanmoins en France, environ cinq mille patients en sont atteints.
Les conséquences de ces maladies sont multiples. Elles provoquent une prédisposition à la survenue d’infections, aux manifestations allergiques, aux maladies auto-immunes et parfois aux cancers.
L’étude de ces pathologies a bien sûr un intérêt considérable sur le plan médical, dans la mesure où l’identification précise de leurs manifestations, des marqueurs moléculaires et des gènes responsables permet d’une part de définir de nouveaux outils diagnostiques, d’autre part de mieux apprécier à l’échelle individuelle le pronostic de ces affections et enfin d’ouvrir quelques pistes thérapeutiques. Ainsi, il est possible aujourd’hui d’effectuer un diagnostic moléculaire précis pour plus de cent de ces maladies. Compte tenu de la gravité de beaucoup d’entre elles, qui mettent en jeu le pronostic vital, ces moyens diagnostiques permettent de proposer un conseil génétique et si besoin un diagnostic prénatal dans de bonnes conditions.

Il est remarquable d’observer que le domaine des maladies génétiques du système immunitaire s’est avéré être pionnier dans trois domaines thérapeutiques. Dans l’ordre chronologique : les premiers succès d’allogreffe* de moelle osseuse l’ont été pour deux formes de maladies génétiques du système immunitaire : le déficit immunitaire combiné sévère (DICS)* et le syndrome de Wiskott-Aldrich*. Ces succès ont été rapportés dès 1968, avant que cette forme de thérapeutique soit étendue à des maladies plus fréquentes telles que les hémopathies malignes. L’enzymothérapie substitutive, c’est-à-dire l’administration des enzymes faisant défaut, qui s’est développée au cours des années 1980 et 1990 dans le traitement d’un certain nombre de maladies génétiques telles que la maladie de Gaucher*, a été employée en premier lieu avec succès dans le traitement d’une forme de déficit immunitaire combiné sévère, le déficit en adénosine désaminase (ADA) (1). Enfin, les premiers résultats tangibles de la thérapie génique, à savoir la correction de l’ensemble des manifestations cliniques d’une maladie de façon durable, ont été obtenus dans le traitement de deux formes de déficits immunitaires combinés sévères : le déficit immunitaire combiné sévère lié à l’X (DICS-X) puis le déficit en adénosine désaminase. Ces résultats illustrent le caractère de maladies « modèles » de ces pathologies.

Les maladies génétiques du système immunitaire constituent de plus autant de situations contribuant par défaut à l’analyse du système immunitaire. Toutes les composantes de celui-ci, que ce soit l’immunité innée (impliquant les cellules phagocytaires) et adaptative (impliquant les réponses clonales des lymphocytes T et B dont la production d’anticorps) (Figures 1, 2 et 3) sont concernées. L’analyse moléculaire des différentes pathologies apportent des informations extrêmement précieuses quant aux mécanismes de différenciation des cellules impliquées dans les réponses immunitaires, leurs fonctions effectrices et la régulation de ces fonctions. Elles mettent aussi en exergue des mécanismes mis en jeu in vivo dans le contrôle de tel ou tel pathogène. Les exemples suivants, provenant des travaux de notre laboratoire ont pour but d’illustrer ce concept.

Photos lymphocytes

Quand les lymphocytes ne se développent plus
Les déficits immunitaires combinés sévères (DICS) représentent une série de pathologies rares dues à l’absence de lymphocytes T, les lymphocytes B étant soit absents, soit non fonctionnels. Ils provoquent spontanément le décès avant l’âge d’un an, en l’absence de traitement. Cette observation illustre le rôle fondamental des lymphocytes T dans le contrôle d’infections par un grand nombre de pathogènes. Si ces maladies sont rares, elles sont diverses puisqu’à ce jour quinze DICS différents ont pu être identifiés. Leur étude a notamment permis d’identifier des molécules clés dans le mécanisme de génération de la diversité de reconnaissance de molécules étrangères (les antigènes) par les lymphocytes T et les lymphocytes B, qui produisent les anticorps. En effet, au cours de la différenciation de ces deux lignées cellulaires, survient un processus de réarrangement des gènes qui codent les récepteurs pour l’antigène selon une combinatoire qui permet à ces cellules de reconnaître n’importe quel antigène. Ce processus de réarrangement génique est très précisément contrôlé et implique en particulier un mécanisme de réparation des cassures d’ADN. Notre laboratoire a identifié deux composantes de ce mécanisme dont la défaillance provoque un DICS. Il s’agit des molécules dénommées Artémis, impliquées dans une étape de clivage de l’ADN au niveau des régions dites « codantes » et Cernunnos, impliquée dans l’étape finale de ligation des extrémités d’ADN codantes (2, 3).
Il existe aussi de très nombreuses anomalies génétiques affectant cette fois uniquement le développement des lymphocytes B et la production des anticorps (immunoglobulines ou Ig), mais pas le développement des lymphocytes T ; la plus connue est le premier DIH découvert, l’agammaglobulinémie liée au X. Nous avons particulièrement étudié une pathologie qui consiste en un défaut de ce que l’on appelle la « commutation isotypique » des immunoglobulines. En effet les lymphocytes B, lors de leur réponse aux antigènes, subissent une modification secondaire des gènes codant les anticorps qui peut induire un changement de production des types d’immunoglobulines : IgM vers IgG, IgA et IgE. En parallèle surviennent des mutations des parties variables des anticorps qui peuvent dans certains cas augmenter leur affinité pour l’antigène. De tels lymphocytes B sont ensuite sélectionnés, et ce processus aboutit à augmenter de façon significative l’efficacité de la réponse immune. Ces modifications surviennent au sein des « centres germinatifs », structures transitoires qui se constituent lors d’une réponse antigénique au sein des organes lymphoïdes secondaires. Or cette maturation des lymphocytes B exige qu’une molécule particulière soit exprimée à la surface de lymphocytes T dits auxiliaires (« Helper »). Il s’agit de la protéine dénommée Ligand de CD40 (4). Son absence cause le syndrome d’hyper-IgM lié à l’X (HIGM)*. De plus, l’induction des cassures de l’ADN au sein des gènes d’immunoglobulines, qui permet la commutation isotypique d’immunoglobulines et les mutations des parties variables des anticorps, est assurée par la protéine appelée AID (Activation Induced déaminase), qui est capable de modifier directement l’ADN (5). Sa déficience provoque une autre forme de syndrome hyper IgM.

L’équilibre lymphocytaire perturbé
Outre l’absence de production des lymphocytes, plusieurs pathologies génétiques du système immunitaire sont responsables d’un désordre profond de l’homéostasie lymphocytaire, c’est-à-dire du contrôle de l’intensité d’une réponse immunitaire et du nombre de cellules mises en jeu.
Les conséquences en sont diverses. Dans un type de pathologie, on observe un syndrome marqué par une prolifération anormale des lymphocytes T et B et, en conséquence, par une augmentation de volume des organes lymphoïdes, associé à une auto-immunité (les lymphocytes en excès s’attaquant aux tissus de l’organisme) ; il s’agit en particulier du syndrome auto-immun lymphoprolifératif (ALPS). Notre équipe a montré, il y a plusieurs années, que ce syndrome est lié à des mutations du gène qui code une protéine membranaire appelée Fas, dont l’interaction avec son ligand est responsable de l’induction de la mort par apoptose des lymphocytes (6). Cette observation met en exergue un rôle fondamental de cette voie inductrice de mort lymphocytaire dans le contrôle des réponses immunitaires et de l’auto-immunité.
Un second exemple de déséquilibre lymphocytaire est apporté par l’étude des syndromes dits « hémophagocytaires » ou d’activation lymphohistiocytaire, comme la lymphohistiocytose familiale. Il s’agit de pathologies caractérisées par une activation et une prolifération des lymphocytes T notamment des lymphocytes T cytotoxiques dits CD8, associée à une activation des macrophages. Ces macrophages détruisent les cellules sanguines et leurs précurseurs dans la moelle osseuse, le foie et les organes lymphoïdes (d’où le terme « hémophagocytaire »). Ces pathologies sont donc très sévères et responsables, en l’absence de traitement, de la mort dans les premières années de vie.
Or des études effectuées au laboratoire ont pu montrer que, de façon étonnante, plusieurs pathologies génétiques dont le point commun est un défaut fonctionnel des lymphocytes cytotoxiques provoquent également un tel syndrome. Ces résultats mettent en évidence la fonction majeure du rôle des lymphocytes cytotoxiques d’une part dans le contrôle d’infections mais aussi dans la régulation de l’ampleur des réponses immunitaires en permettant directement ou indirectement de terminer une réponse immunitaire.
Au-delà de ces données fondamentales, ces dernières informations ont permis également de proposer une thérapeutique adaptée de ces maladies par destruction temporaire des lymphocytes T. L’analyse génétique de plusieurs de ces maladies a permis d’identifier des molécules clés dans le mécanisme intime responsable de la façon dont les lymphocytes cytotoxiques peuvent tuer leur cible (7, 8, 9), et de suggérer un rôle des lymphocytes NKT (natural killers T-cells) dans l’immunité contre le virus d’Epstein-Barr, qui peut provoquer un tel syndrome (10).

Une recherche hospitalo-universitaire
Les résultats précédents témoignent d’un type d’activité de recherche particulier, qui associe intimement services cliniques et laboratoires de recherche. Il nécessite une organisation particulière qui ne peut être mise en place que dans un contexte de centre hospitalo-universitaire.
Dans notre cas (Figure 4), quatre entités contribuent à cette activité : une unité clinique spécialisée dans la prise en charge chez l’enfant des pathologies génétiques du système immunitaire, en relation avec un centre de référence de maladies mares dédié à ces pathologies et organisé à l’échelle nationale (le CEREDIH) ; ainsi ce centre « expert » peut recruter des patients et les prendre en charge dans les meilleures conditions.
La deuxième entité consiste en un laboratoire spécialisé permettant la réalisation des tests immunologiques et génétiques nécessaires au diagnostic précis des pathologies ; la troisième entité consiste en une unité de recherche dont les objectifs sont la compréhension des mécanismes de ces pathologies avec le double but décrit plus haut de tirer avantage de ces modèles comme outil d’analyse du système immunitaire et le développement d’applications diagnostiques et thérapeutiques. Ce laboratoire travaille aussi bien sur des lignées cellulaires que sur des modèles animaux de certaines de ces pathologies qui peuvent être générées par inactivation génique ou introduction d’une mutation particulière (souris « KO » ou « knock-in »).
Enfin, une unité hospitalière destinée au développement des biothérapies permet la mise en place des essais thérapeutiques dans les domaines de la thérapie cellulaire et de la thérapie génique à partir des travaux de recherche (voir l’annexe). La participation croisée à ces ensembles des médecins et chercheurs, leur interaction permanente est une nécessité absolue pour que la recherche porte ses fruits aux bénéfices des patients. C’est par ailleurs un lieu d’enseignement des médecins chercheurs français et étrangers particulièrement adapté. Ces exemples, je pense, illustrent bien la nécessité de défendre « becs et ongles » le modèle hospitalo-universitaire réunissant en un même site les structures de soins, d’enseignement et de recherche.

REFERENCES :
1. M Cavazzana-Calvo et al. (2005) Annu Rev Med 56 : 585-602.
2. D Moshous et al. (2001) Cell 105 : 177-86.
3. D Buck et al. 2006) Cell 124 : 287-99.
4. J Disanto et al. (1993) Nature 361 : 541-543.
5. P Revy et al. (2000) Cell 102 : 565-575.
6. F Rieux-Laucat et al. (1995) Science 268 : 1347-49.
7. G Ménasché et al. (2000) Nature Genet 25 : 173-176.
8. J Feldmann et al. (2003) Cell 115 : 461-73
9. MM Menager et al. (2007) Nat Immunol 8 : 257-267.
10. S Rigaud et al. (2006) Nature 444 : 110-4.

Alain Fischer
Faculté de Médecine René Descartes, Inserm U768,
Unité d’Immunologie et d’Hématologie pédiatrique
Hôpital Necker-Enfants Malades
149, Rue de Sèvres
75743 PARIS CEDEX 15

alain.fischer@inserm.fr.fr

Pour en savoir plus :
Centre de référence des déficits immunitaires héréditaires (CEREDIH)
http://www.ceredih.fr/

Immune Deficiency Foundation
http://www.primaryimmune.org/

International Patient Organisation for Primary Immunodeficiencies (IPOPI)
http://www.ipopi.org/

European Society for Immunodeficiencies (ESID)
http://www.esid.org/

Association IRIS
http://www.associationiris.org/


Annexe Fischer
Fischer figure 1
Fischer figure 3
Fischer figure 2
Fischer lymphocytes

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