Les immunoglobulines


Les immunoglobulines sont des protéines donc sont faites d'acide aminé.

Rappel : l’injection, à un animal, d’un antigène va provoquer la fabrication par l'organisme de molécules de nature protéique qui sont capables de se lier spécifiquement à l'antigène qui a provoqué leur synthèse et les protéines qui sont dotées de cette fonction de reconnaissance spécifique sont les anticorps et, de façon plus générale, les immunoglobulines :terme qui n’implique pas que la spécificité soit connue (différence avec le terme d’anticorps). Les immunoglobulines sont diverses par leur fonction, leur spécificité vis-à-vis d’un antigène mais elles possèdent des structures générales communes. A la différence des autres protéines, les immunoglobulines comprennent deux régions distinctes porteuses de deux fonctions différentes :



1) une fonction de reconnaissance de l'antigène qui est exprimée sur une région variable qui diffère d’une immunoglobuline à l’autre et cette région semble pouvoir distinguer un nombre illimité d’antigène.

2) la fonction effectrice exprimée par une région constante indépendante de la fonction de reconnaissance. Cette fonction peut prendre différentes formes comme la fixation du complément, la possibilité ou non du passage transplacentaire ou tout simplement la fixation sur des tissus ou des cellules.



Les immunoglobulines se répartissent en cinq groupes : IgG (gG), IgA (gA), IgM (gM), IgD (gD) et IgE (gE).



Structure générale : étudiée par différentes méthodes chimiques et biochimiques .

L’estimation du nombre de polypeptides par le nombre de groupement NH2 libres, détermination du nombre de S, clivage enzymatique, cristallographie, spéctrophotométrie...



Schéma actuel des immunoglobulines  tétrapolypeptide avec des polypeptides identiques deux à deux. Deux polypeptides légers de poids moléculaire 22 000 Da qui sont toujours identiques pour une même immunoglobuline mais qui peuvent porter deux spécificités antigéniques différentes de type k et l. Il existe deux polypeptides lourds de poids moléculaire compris entre 53 000 et 76 000 toujours identiques pour une même immunoglobuline mais qui peuvent porter cinq spécificités différentes : g , a , m, d, e. ces sont ces spécificités qui déterminent les classes (g pour les IgG, a pour les IgA ....). Les immunoglobulines renferment, en plus, entre 2 et 12 % de glucides et lfétude en acides aminés a pu se faire grâce aux immunoglobulines monoclonales qui sont sécrétées en abondance lors de certains cancers, l'immunoglobuline monoclonale est éliminée dans les urines ce qui permet leur dosage.



1) les immunoglobulines G



Les IgG forment le modèle de base : ce sont les plus importantes (en quantité) dans le sérum normal humain. Elles peuvent représenter jusqu’à 90 % de toutes les immunoglobulines.



Structure des IgG : technique d’étude ( page 1) :



1) par réduction faible au moyen de thiol qui coupe les liaisons S—S qui vont se transformer en SH : avec la coupure en milieu chlorhydrique de pont dissulfure et on obtient deux molécules identiques deux à deux chacune possédant une chaîne lourde et une chaîne légère. Par réduction forte il y a coupure de l'immunoglobuline en quatre molécules : deux grosses molécules identiques et deux petites molécules  présence de chaîne polypeptidique.

2) clivage enzymatique : il se fait au moyen d’enzymes protéolytiques comme la papaïne, la trypsine et la pepsine. Avec la papaïne on obtient trois fragments dont deux sont identiques qu’on appelle les fragments Fab (ils sont encore capable de se fixer à l'antigéne) et un segment isolé : le fragment Fc (cristallisable). Si on poursuit la réduction en présence d’urée 8M  la séparation des fragments Fab  deux chaînes légères et deux fragments identiques : les fragments Fd. Avec toutes ces méthodes d’étude et de coupure, on peut déterminer l’enchaînement en acide aminé  structure générale de l’IgG avec deux chaînes lourdes et deux chaînes légères avec les parties N-term toutes dirigées du même côté et les C-tzerm dirigées du même côté.

Avec la pepsine, on obtient un seul gros fragment capable de fixer et de neutraliser l'antigène. Avec la trypsine on obtient une coupure au niveau de l'arginine ou de la lysine ce qui va provoquer la libération de petits peptides que l'on va pouvoir étudier séparément.



Figure 1 : structure générale de l'immunoglobuline G



Analyse de la séquence en acides aminés :



L’enchaînement est parfaitement connu grâce à un malade atteint d’une maladie de Waldenström = cancer des cellules sanguines et ces cellules (les plasmocytes) sécrètent une immunoglobuline monoclonale (quantité d’immunoglobuline toujours identique).

Il existe sur chaque chaîne une partie de structure constante et une partie de structure variable. La partie constante est noté C et la partie variable V. pour la chaîne légère, CL et VL et pour les chaînes lourdes CH et VH . On peut être plus précis puisqu’on sait qu’on a deux types de chaînes légères (l et k)  C l et C k , V l et V k .

La chaîne légère comporte 214 acides aminés et la séquence est connue depuis 1965. L’Acide aminé 214 étant une cystéine.. Chez l’homme, le type k représente 65 %. Cette chaîne légère comporte une partie constante : la partie C-term. Elle est composée de 106 à 116 acides aminés. En ce qui concerne la chaîne légère type k, les acides aminés sont toujours les même sauf pour les acides aminés 153 et 191 qui déterminent le caractère Inv spécifique (figure 2). Il existe, en plus, un pont dissulfure intracaténaire (dans la chaîne) qui se situe entre deux cystine en 134 et 194. La présence de ponts dissulfures témoigne de la présence de cystéine. L’Acide aminé est lui aussi une cystéine et c’est lui qui va former le pont dissulfure qui va relier la chaîne légère à la chaîne lourde. On parle alors de ponts intercaténaires.



Pour les chaînes de type l, la partie constante comporte aussi 214 acides aminés, un pont intracaténaire se situe entre les cystéine en 135 et 194 et la liaison intercaténaire se trouve sur l’acide aminé 213. L’Acide aminé 214 étant une sérine. Cette sérine est responsable de la différence d’antigénicité, elle caractérise la différence entre les l et les k. Sur un enchaînement d’une centaine d’acides aminés, une seule différence  changement de spécificité.



La partie variable de ces chaînes légères est une zone très hétérogène mise en évidence par électrophorèse sur gel d’amidon. Il existe une variabilité entre chaque chaîne légère de différentes espèces mais il existe aussi, des différences entre chaînes légères d’un même individu. Cette variabilité n’intéresse pas tous les acides aminés de la chaîne. Certains restent constants quelle que soit l’immunoglobuline. Certains acides aminés ne possèdent que deux possibilités mais il existe des zones hypervariables (surtout trois situés entre les acides aminés 25 à 35, 52 à 55 et 89 à 96)  page 3. La partie variable entière comporte 108 acides aminés, un pont intracaténaire entre l’acide aminé 23 et le 88 pour les chaînes de type k, et un pont intracaténaire entre l’acide aminé 21 et 86 pour les chaînes l.



Les chaînes lourdes des IgG : elles possèdent 440 à 446 acides aminés soit le double des chaînes légères. On y trouve une zone variable N-term et trois zones constantes C-term. La partie constante C-term ( page 4) porte les déterminants antigéniques spécifiques de chaque classe d’immunoglobuline. Pour les IgG, elle comporte la spécificité g. Elle porte aussi les caractères allotypiques. C’est à ce niveau que l’on retrouve les structures qui correspondent aux activités biologiques. Les chaînes lourdes sont reliées entre elles par des ponts dissulfures qui se situent au niveau de la zone charnière et, suivant le nombre de ponts dissulfures intercaténaires on distingue quatre sous classes :



IgG1 avec deux ponts dissulfures.

IgG2 avec 4 ponts dissulfures.

IgG3 avec 5 ponts dissulfures.

IgG4 avec deux ponts dissulfures et deux ponts intracaténaires entre chaîne lourde et chaîne légère (ce qui diffère de l’IgG1).



La partie N-term de l’IgG correspond strictement à la partie variable de la chaîne légère. Les IgG possèdent 2 % de sucres, ce sont principalement des hexoses (galactose, mannose, fucose, glucosamine, acide cyalique). On admet généralement, que les sucres sont portés par la chaîne lourde, il n'y a pas de sucre sur les chaînes légères. Les sucres sont condensés au niveau de la zone charnière (entre C1 et C2).



La structure : l’IgG a deux types de fonctions très spécialisées. Une partie se combine avec l’antigène : c’est la partie située sur le fragment Fab et l’autre partie possède les autres propriétés : le fragment Fc.

En ce qui concerne la combinaison avec l’antigène, elle est spécifique et se situe à l’extrémité du fragment Fab. Intervention des acides aminés N-term des chaînes lourdes et légères. Si on sépare les chaînes H et les chaînes L, les chaînes L n’ont plus aucune activité alors que les chaînes H gardent leur activité mais plus réduite. Si on refait les ponts disulfures de la molécule, l’activité réapparaît.

Les activités biologiques du fragment Fc : ce fragment Fc se comporte comme un antigène car il est porteur d’une spécificité g puissante, et possède le site de fixation du complément ; a ce niveau, c’est la fraction C1Q du complément qui permet la fixation de l'anticorps de l'immunoglobuline G. On a pu localiser ce site de fixation au niveau de la zone flexible donc pas loin des sucres. Ce mode de fixation se retrouve sur les IgG1, IgG2, IgG3 mais jamais sur IgG4. La fixation du complément ne se fait que l’immunoglobuline est liée à un antigène (jamais sur une immunoglobuline libre). Ce qui signifie que la fixation de l’antigène au niveau des fragments Fab modifie la structure spatiale de l’immunoglobuline et que cette modification découvre le site de fixation du complément. Autre activité du fragment Fc est le site de passage transplacentaire. Les structures placentaires de certaines espèces laissent passer certaines immunoglobulines par un mécanisme de transport actif. Dans d’autres espèces, les immunoglobulines sont transmises par le coelostrome. Chez l’humain, seules les IgG peuvent traverser le placenta et les IgG2 ne passent jamais. Autre activité physiologique du fragment Fc est le site de fixation sur les tissus (les cellules), les immunoglobulines G2 ne peuvent pas se fixer sur les cellules. Ce phénomène est à la base des réactions allergiques.



Le métabolisme d’une IgG : sa demi-vie est de 24 jours sauf pour l’IgG3 où elle est de 6 jours. Donc pour avoir un taux sanguin à peu près constant, un organisme en synthétise 42 mg/kg/jour.



2. les immunoglobulines A



Ces immunoglobulines sont connues depuis longtemps (1954) mais leur intérêt a pris un essor considérable depuis la découverte des IgA sécrétoire qui ont un rôle prépondérant dans la défense des muqueuses. Les IgA sont divisées en deux groupes : les IgA sériques et les IgA sécrétoires.



a. Les IgA sériques



Les IgA sériques fait appelle à leur solubilité relative en présence d’ions zinc (Zn2+). Ce sont des techniques d’étude couplées à des méthodes de relarguage, chromatographie et électrophorèse sur gel  pureté jamais parfaire contrairement aux IgG (obtenus à partir de malades particuliers). Il y a deux sous d’IgA : les IgA1 et les IgA2. Les IgA1représentent plus de 90% du total, ces immunoglobulines sont constituées de monomères sensiblement équivalent à ceux des IgG. La différence va se situer aux niveau des chaînes lourdes qui possédent une chaine de spécificité a, c’est elle qui va donner les deux sous classes : a1 et a2. Ces chaînes lourdes ont une extrémité C-term qui se termine par une tyrosine, l’acide aminé avant dernier (= subterminal) est une cystéine. Très souvent, la tyrosine est perdue et c’est la cystéine qui devient terminale, elle est capable de faire un pont dissulfure et de se combiner à une autre molécule d’IgA mais aussi avec d’autres protéines comme l’albumine et la mucine (mucus) et donc former des complexes. Schématiquement, IgA est représentée avec des chaînes légères à l’intérieure (=> page 5). Ces chaînes L peuvent prendre deux positions : soit des liaisons intercaténaires, entre chaîne H et chaîne L, soit un pont intercaténaire entre les deux chaînes L. Les IgA ont un poids moléculaire de 72 000.



b. Les IgA sécrétoire



Ils sont identifiées dans le lait, le colestrum, la sa****, les larmes, dans les sécrétions nasales, bronchiales, génitales et gastro-intestinales et dans la bile. L'isolement et la purification se fait selon le même principe que les IgA sériques mais c’est un peu plus simple car dans les sécrétions, on ne retrouve pratiquement que des IgA sécrétoires. Ce sont des molécules beaucoup plus grosses : poids moléculaire souvent supérieur 400 000. Il s’agit de dimère (= association de deux immunoglobulines A sériques) reliées entre eux par une pièce sécrétoire de nature protéique. On peut retrouver des dimères formés de deux types d’IgA c’est-à-dire (A1,A1 et A2, A2 : ce sont des homodimères), on ne retrouve jamais A1,A2. On pensait au départ qu’il existait une liaison entre deux radicaux SH de chaînes lourdes des cystéines terminale mais en réalité, il existe la pièce J (jonction) située entre les deux immunoglobulines A par leur fragment Fc pour les relier entre elles.



Analyse de la séquence en acide aminé : la chaîne légère des IgA est peu différente de celle des IgG. Deux molécules formant le dimère portent le même type de spécificité : soit k, soit l , il n’y a jamais de mélange. La synthèse se fait à l’état de dimère et non pas d'unité séparée. En ce qui concerne la chaîne lourde, elle porte des sucres : elles peuvent être de deux types : a1 ou a2 et son poids moléculaire total est d’environ 65 000 Da. Si on retire les glucides son poids moléculaire passe à 52 000. Les chaînes lourdes possèdent aussi quatre zones :

une variable

trois constantes.

Le type a1 possède16 ou 17 cystéines donc 7 sont facilement hydrolysé, le type a2 seulement 14 à 16 et 5 sont facilement hydrolisable, on retrouve comme sucre le glucosamine. La disposition de ponts intracaténaires est la même que chez les IgG et la disposition des ponts intercaténaires, chez les IgA a1, est la même que chez les IgG2,3 et 4 mais le peptide charniere est plus long de 10 acides aminés que celui des a2. Les glucide sont fixés par l'intermédiaire des groupement hydroxyle des sérines et thréonine.



La pièce sécrétoire : c'est une glycoprotéine que l’on retrouve dans les sécrétions externes soit à l’état libre, soit à l’état lié aux IgA sécretoire. Cette pièce est responsable de la majorité des déterminants antigéniques des IgA sécrétoires. 60 000 80 000. Elle possède 9 % de glucides et c’est une chaîne polypeptidique qui se retrouve aussi bien, sous forme liée que libre. Cette chaîne possède des déterminants antigéniques A1 et A2, aussi bien sous la forme liée que sous la forme libre. Il existe un autre déterminant C (pour configuration) présent sur l’IgA sécrétoire et non pas sur la pièce sécrétoire libre. L'interet physiologique de la piéce sécrétoire est de rendre l'immunoglobuline A beaucoup plus resistant à la protéolyse.

La piéce J n’est retrouvée que dans les polymères d’IgA sécrétoire et IgM, jamais sur les autres immunoglobulines, ni sur les formes libres. Elle a facilement été mise en évidence par l’électrophorèse. Elle a un poids moléculaire compris entre 23 000 et 26 000. il y a une seule piéce J par molécule d'immunoglobuline A et elle est de même composition chimique et antigénique chez les IgA et les IgM. On a montré qu’elles ne possèdent pas de tryptophane, mais elle est riche en cystéine.



Comment sont formées ces IgA sécrétoires ? Page 4. Ces IgA sont sécrétées par le plasmocyte directement sous forme de dimère et ces plasmocytes sont ceux des régions sous muqueuses.

Toutes les immunoglobulines sont fabriquées par les plasmocytes.

Les IgA seraient sécrétées dans les cellules et traverseraient les membrane basale ; elles prennent leur pièce sécrétoire au passage, donc les pièces sont synthétisées au niveau des cellules muqueuses et des sous muqueuses. Si les cellules muqueuses ont un taux de pièces sécrétoires trop fort, ça explique le fait qu’on les retrouve à l’état libre dans les sécrétions. On ne retrouve jamais de jonction dans les sécrétions à l’état libre.



Lorsqu'il y a sécrétion, il y a des IgA et des IgG, si on prend le serum sanguin comme référence, on a IgA/IgG =1/6

sécrétions de type 1 : ayant un rapport trés élévés ne possédant presque pas IgG => sa****, sécrétion respiratoire

sécrétions de type 2 : avec une prédominance IgA => bile, suc intestinal

sécrétions de type 3 : avec un rapport identique à celui du sérum => sécrétions vaginales, prostatiques, humeur aqueuse, liquide synovial, liquide lacrimal.

sécrétions de type 4 : tres peu ou pas d'immunoglobuline A => liquidde amniotique



c. Activité biologique des IgA



anticorps, antigène. Les IgA ne fixent pas le complément,ne se fixe pas sur les tissus ,ne traversent pas la barrière placentaire et la demi-vie sanguine est de 6 jours le taux moyen est de 1.71 mg.mL-1 de sang. 50 à 100 mg d'immunoglobuline A par kilo et par jour sont produit par un organisme.



3. les immunoglobulines M



Les IgM sont des globulines dont le poids moléculaire varie entre 800 000 et un million d'où le nom de macroglobuline.

Son étude est identique à celle des autres immunoglobulines : méthode de réduction et de clivage. La réduction faible  libération de cinq sous unités identiques de poids moléculaire 185 000. Cette IgM est un polymére constituée de cinq unités de base unies pour former un polymère. Si on fait une réduction forte en présence d'un agent alkylant, on brise les ponts dissulfures intercaténaires et on obtient les chaînes lourdes (PM=70 000) et légères

(PM=22 000) constitutives de ces unités : elles de type chaînes lourdes qui possèdent une spécificité m et des chaînes légères avec des spécificités l et k. parmi les µ, il y en a deux types : µ1 et µ2. Si la réduction est plus forte, on va scinder les ponts intercaténaires on met en évidence 5 boucles sur la chaîne lourde (1 variable et 4 constantes).

On peut faire un clivage enzymatique, avec la papaïne on obtient deux fragments de deux types différents principalement par leur taille : on obtient 10 fragments (par molécule compléte) Fab µ de poids moléculaire 60 000 qui est constituée d’une chaîne légère et d’un fragment d’une chaîne lourde et on obtient un fragment plus volumineux Fc µ5, de poids moléculaire 320 000 sur lequel sont fixés les sucres. Si on réduit ce fragment Fc µ5, on obtient cinq morceaux de fragments Fc de type µ. Si on utilise la pepsine, elle va agir en deux étapes : en premier lieu, elle scinde l’IgM en cinq fragments de grande tailles identiques qui correspondent à deux fragments Fab et des résidu de nombreux petit peptide. Et Dans un second temps, coupure au dessus des ponts dissulfures et on obtient 10 fragments de Fab µ.



La séquence en acides aminés : les chaînes légères sont identiques à celles des autres immunoglobulines. Elles possèdent une région N-term et une région C-term et chaque région possède une boucle et ces chaîne sont soit de type l, soit de type k. elles ont 542 acide aminé au lieu de 446 chez les autres. On y trouve cinq ponts intracaténaires  possession, ainsi, d’un domaine supplémentaire par rapport à la chaîne g. Les deux chaînes lourdes possèdent entre elles, deux ponts intercaténaires , l’un situé au milieu de la chaîne et l’autre situé en bout de chaîne. Au niveau de la partie constante n°3, il existe une cystéine qui va pouvoir former un pont dissulfure soit directement avec un autre monomère d'immunoglobuline, soit avec un autre monomère par l’intermédiaire d’une pièce J de jonction (la meme que celle des immunoglobuline sécrétoires). Quelle va être la configuration de cette immunoglobuline M?

En ce qui concerne L’immunoglobuline libre, quand il n’a pas fixé l’antigène, c’est une structure à extrémité amiboïde : les bras font environ 90 angström avec la papaïne les bras raccourcissent de 20 angström.

On peut supposer que puisque, l’immunoglobuline a 5 bras, donc 10 parties anticorps, on s’attend à trouver une dizaines de molécules d’antigènes fixés. En réalité, la plupart du temps, on n’en trouve que cinq qui correspondent à des sites très actifs. Les 5 autres ne se retrouvent pas car ils sont moins actifs. Autre hypothèse : du fait du repliement de l’IgM, il apparaît un encombrement stérique. Les deux solutions agissent en même temps.



Activité biologique : 80% des IgM se retrouvent dans le systéme circulant. Les IgM ont une activité anticorps très forte vis-à-vis des antigènes figurés comme les hématies et les bactéries. Cette activité des IgM est 150 fois plus forte que celle des IgG. Les IgM ont une activité antigénique à cause de leur fragment Fc. Les IgM fixent le complément mais uniquement quand les l’antigène est fixé à l'anticoprs. Si, une cellule et un seul globule rouge est fixé sur l’IgM, le fait qu’il y ait un globule rouge fixé va activer le complément  lyse et destruction de l’hématie. Les IgM ne se fixent pas sur les tissus, ne traversent pas la barrière placentaire et les IgM sont les premières immunoglobulines a être synthétisées pour luter contre une agression. Si on ne retrouve que l’IgG, l’affection est ancienne. La concentration sérique se situe entre 0.6 et 3 mg/ml. Cette distinction est importante pour le dépistage de la rubéole, toxoplasmose chez la femme enceinte.



4. les immunoglobulines D





Les IgD sont une nouvelle classe d’immunoglobuline découverte chez un malade atteint d’un mélanome. Cette immunoglobuline ne réagissait avec aucune des autres méthodes qui caractérisent les IgA, IgG, IgM. Cette classe se retrouve au niveau des plasmocytes . Le taux sérique est très faible : 3,4 mg/mL. Ce taux sérique est exprimé par, d’une part, une faible synthèse mais surtout par une très large diffusion dans tous les espaces lacunaires de l’organisme et, d’autre part, la demi-vie est courte puisqu’elle est inférieur à trois jours.

La structure de la chaîne légère est identique à celle les immunoglobulines G. La structure de la chaîne lourde est identique à celle des monomères de l’IgM. Seule la spécificité antigénique est différente, elle est de type d. Ce sont des spécificités antigéniques instables qui se coupent spontanément au dessus des ponts dissulfures en libérant deux fragments Fab et un fragment Fc.



Propriétés biologiques : leur rôle d’anticorps mis en doute malgré sa structure et, on a toujours pas la preuve formelle de l’intervention de ces IgD dans les phénomènes immunologiques. On peut voir une augmentation anormale de l’IgD, chez un cas de lèpre, tuberculose et d'ostéomyélite. Peu à peu, on retrouvé des IgD dirigé contre le lait de vache chez un patient allergique au lait de vache. Elle on une action antigène donc elles ne fixent pas le complément, ne se fixe pas aux tissus et ne traverse pas la membrane placentaire.









5. les immunoglobulines E.



Les IgE ont ete decouverte en 1866, ont un poids moléculaire de 90 000. Elles possèdent 12 % de sucres. Les chaînes légères sont de types l ou k comme chez les IgG, les chaînes lourdes sont de type e. Elles ont un poids moléculaire de 76 000 et compte 550 acides aminés. Elles possèdent cinq ponts intracaténaires donc 7 domaines : un domaine variable et 6 constants. La partie Fc est donc beaucoup plus longue que chez les autres immunoglobulines. Cfest une molécule riche en cystéine (on en compte 40),dont 19 sont regroupées dans des ponts dissulfures. Sur le plan biologique, ce sont des molécules douées de propriétés anticorps, antigène, ne fixent pas le complément, ne traversent pas les barrières placentaires mais par contre se fixent sur les tissus. Ceci fest là leur principale propriété : ce sont des anticorps homocytotrope avec une fixation très forte sur les basophiles et les mastocytes.

La fixation est tellement forte que la majorité de ces IgE sont fixées sur les tissus donc ne circule pas (0,25 mg/ml dans le sang => taux faible). Une fois fixées sur les cellules, la fixation de l’antigène va provoquer une dégranulation des cellules avec libération massive d'histamine dans la circulation ce qui est le produits chimiques à l’origine de réactions allergiques. Les IgE sont donc des témoins des états allergiques, ils sont responsible des fortes reactions allergique.