TS 2013 - Prépa21 - T3A1 - Thème 3A1 : La réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée.

SVT - TS

2012 - 2013

ATTENTION... EN COURS DE MODIFICATION !


RETOUR VERS LE PLAN

• Thème 3A1 - La réaction inflammatoire : un exemple de réponse innée 

• Programme TS - BO spécial n°8 du 13 octobre 20122
  • Toutes les Ressources Eduscol
  • Padmyst - Toutes les Ressources Eduscol et leur PDF
  • Si le Lien ne fonctionne pas : Padmyst Ressources Eduscol sur Google drive
  • Présentation ac-Nantes
  • Présentation ac-Nantes sur Padmyst Google Drive
  • Présentation ac-Rouen sur Padmyst Google Drive
  • Réflexions - Ac Grenoble - Padmyst Google Drive
  • TS 2013 - Logiciel Immunologie - Animation - Le maintien de l'intégrité de l'organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire.
   
• Thème 3A1 - La réaction inflammatoire : un exemple de réponse innée.

1. Programme (BO)
2. Présentation ac-Nantes sur Padmyst Google Drive
3. Présentation ac-Rouen sur Padmyst Google Drive
4. Ressources Eduscol
5. Ressources Eduscol sur Padmyst sur Google drive
6. Thème 3A1 - Ressources - PDF Ressources Eduscol
7. Thème 3A1 - Présentation - Ac Rouen 
8. Thème 3A1 - Présentation - Ac Nantes
9. Réflexions - Ac Grenoble - Padmyst Google Drive
10. TS 2013 - Logiciel Immunologie - Animation - Le maintien de l'intégrité de l'organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire.

Thème 3-A-1 La réaction inflammatoire : un exemple de réponse innée

Intentions, commentaires et limites

Il peut être bon dans cette partie de rappeler le rôle de l'anté-immunité ou « défenses naturelles », constituée de barrières :

• mécaniques (revêtement cutanéo-muqueux, flux d'air et de liquide, péristaltisme intestinal, mouvements ciliaires…),

• physicochimiques (acidité gastrique, certaines enzymes comme la pepsine ou le lysozyme, peptides antibactériens)

• écologiques (flore microbienne commensale, par compétition et par excrétion de substances antimicrobiennes).

L'immunité innée est présente dès la naissance et ne nécessite pas d'apprentissage (d'où le terme d' « innée »). Ses caractères sont hérités génétiquement et elle intervient de façon très rapide lors d'un signal de danger. On traitera uniquement la réaction inflammatoire localisée, sans décrire les effets sur la matrice extracellulaire et son remodelage, ni les mécanismes de régulation de l'inflammation. La réaction inflammatoire aiguë systémique (choc septique, syndrome de défaillance multiviscérale...) et ses mécanismes ne sont pas au programme. L'intérêt des élèves pourra être suscité par l'application des connaissances de l'inflammation à la médecine et à la pharmacologie, en étudiant les modes d'action de médicaments anti-inflammatoires sans rechercher l'exhaustivité.

Avec le souci de placer les élèves dans une démarche d’investigation, on montrera le caractère essentiel de l'immunité innée en s'appuyant par exemple sur les activités proposées. On pourra utiliser comme fil directeur les étapes qui suivent une contamination comme l'exemple de l'intrusion d'une épine.

L'opsonisation et le rôle du complément ne sont pas au programme. Les organes lymphoïdes secondaires pourront être abordés lors de la présentation des antigènes par les cellules dendritiques dans la deuxième partie.

Compléments scientifiques

Ce paragraphe a pour objectif d’apporter des compléments scientifiques au professeur sur certaines thématiques, mais les contenus développés ne sont en aucun cas exigibles de la part des élèves.

A propos des PAMP et des PRR

Suite à une blessure, un pathogène pénètre dans l’organisme via la peau ou les muqueuses. Dès son entrée, il est reconnu par les cellules de l'immunité innée comme les cellules dendritiques, les macrophages, les granulocytes, les mastocytes. Ces cellules sont capables d’identifier les pathogènes, grâce à des récepteurs qui reconnaissent des motifs moléculaires caractéristiques des micro-organismes. En 1989, l'immunologiste Charles Janeway Jr a proposé les termes de PRR (Pattern Recognition Receptor) pour les récepteurs cellulaires capables de reconnaître des motifs moléculaires caractéristiques des pathogènes appelés les PAMP (Pathogen Associated Molecular Pattern).

Les PAMP sont des molécules accessibles et souvent très représentées sur les micro-organismes. Ils sont très conservés au cours de l'évolution car indispensables à la survie des micro-organismes et ils n'existent pas sur les cellules humaines saines. Chaque groupe de micro-organismes possède un certain nombre de PAMP caractéristiques. Par exemple, un ARN double brin ou des fragments d’ADN non méthylés sont caractéristiques des virus, les mannanes sont des constituants importants des champignons, le lipopolysaccharide (LPS) est typique des parois des bactéries Gram négatif.

Les PRR sont exprimés par toutes les cellules de l'immunité innée et chaque type cellulaire en possède un certain jeu. Tous les PRR ne sont pas membranaires, certains sont cytoplasmiques, d'autres dans des endosomes. Ces localisations différentes et le nombre important de récepteurs permettent de contrer une grande partie des stratégies d'évitement développées par les micro-organismes. Au niveau fonctionnel, on distingue ceux qui permettent la phagocytose et ceux qui permettent l'activation des cellules. Les PRR sont très divers et on en décrit chaque année de nouveaux. On les réunit en grandes familles comme les récepteurs scavengers, les récepteurs de la famille des lectines, les récepteurs de la famille de pentraxines, les Toll Like Receptor (TLR)...

A propos du lien entre l'immunité innée et adaptative

L’immunité innée et l’immunité adaptative sont intimement liées.

L’activation des cellules de l’immunité innée et surtout des cellules dendritiques par les PRR fournissent au système immunitaire un « signal de danger » qui va induire le développement de la réponse immunitaire adaptative en activant les lymphocytes T. Sans ce signal de danger, la réponse immunitaire ne se met pas en action. Ce système évite, en théorie, toute réaction contre les propres constituants de l’organisme ou contre des molécules qui ne présentent pas de danger pour l’organisme. Ce signal de danger permet de rendre « immunogènes » (c’est-à-dire capable d’induire une réponse immunitaire) les micro-organismes ou molécules pénétrant dans notre organisme. Cette notion sera reprise par la suite (partie 3-A-3) car les adjuvants des vaccins ont pour fonction de mimer ce signal de danger. De plus, l’immunité adaptative utilise les armes de l’immunité innée pour détruire les pathogènes. Par exemple, les anticorps favorisent la phagocytose en se fixant sur les pathogènes (opsonisation) ou activent la voie classique du complément.

A propos des médicaments anti-inflammatoires

L’inflammation a pour but de reconnaitre, détruire et éliminer les pathogènes. Mais parfois la réaction inflammatoire dépasse ses objectifs et produit des effets gênants voir délétères. Lors de l'intrusion de micro-organismes, les macrophages, les cellules dendritiques et les mastocytes produisent de nombreux médiateurs cellulaires pour déclencher et stimuler la réponse inflammatoire, comme l'histamine, les cytokines proinflammatoires (IL-1, IL-6, TNF-α...) et des éicosanoïdes (molécules dérivées de l'oxydation d'acides gras à 20 atomes de carbone, prostaglandines, thromboxane, prostacycline, leucotriènes).

Certains marqueurs biologiques sont utilisés en médecine pour détecter ou suivre une réaction inflammatoire chez un patient comme :

• la vitesse de sédimentation des hématies (VS) : cette vitesse est dépendante, entre autres, de charges négatives à la surface des globules rouges. Certaines protéines de l’inflammation, dont le fibrinogène, inhibent ces charges et favorisent l’agrégation des hématies, augmentant la VS.

• la protéine-C-réactive (CRP) : il s'agit d'une protéine de la réaction inflammatoire d'origine hépatique dont la synthèse est contrôlée par l’IL-6. Lors d'une inflammation la CRP augmente de façon précoce. Sa demi-vie est courte, (8 à 12 h) ce qui permet, par comparaison de la cinétique de la VS et de la CRP, d'apprécier à quel moment de la réaction inflammatoire le patient se situe.

Lors de l'inflammation, de l’acide arachidonique est libéré à partir des phospholipides membranaires des cellules inflammatoires sous l’action des phospholipases A2. Deux types d’enzymes interviennent sur le métabolisme de l’acide arachidonique (figure 1) et permettent la formation d'éicosanoïdes :

Schéma à insérer : cf « ressources immuno » p6 du pdf

Figure 1 : Voies de synthèse des éicosanoïdes

(ou : trouver l’équivalent sur internet)

http://eduscol.education.fr/cid60742/ressources-pour-la-classe-terminale-du-lycee-general-et-technologique.html

Lien pdf : http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SVT/03/5/Immunologie_220035.pdf

• les lipo-oxygénases qui induisent la formation des leucotriènes.

• les cyclo-oxygénases (Cox 1 et 2) qui génèrent la formation des prostaglandines et des thromboxanes. Une de ces cyclo-oxygénases, la Cox2, est dite inductible et n’est active que lorsque les phagocytes sont exposés à un processus inflammatoire.

Des substances médicamenteuses ont été mises au point afin de limiter ces effets, ce sont les anti-inflammatoires. Leurs actions permettent de bloquer le déclenchement de la réaction inflammatoire ou de stimuler les mécanismes de rétrocontrôles négatifs.

On distingue principalement :

• les corticoïdes qui inhibent la plupart des phénomènes immunitaires dont la production d'éicosanoïdes par inhibition de la phospholipase A2, des cytokines proinflammatoires, des mastocytes et donc de l'histamine. L’action anti-inflammatoire des glucocorticoïdes a été démontrée pour la première fois en 1948 par R.S. Hench pour le traitement de la polyarthrite rhumatoïde ce qui lui valut, avec le biochimiste E.C. Kendall, le prix Nobel de médecine en 1950. Leurs travaux sur les corticosurrénales a abouti à l'isolement de la cortisone. La corticothérapie repose aujourd’hui sur l’utilisation de dérivés de synthèse de l’hormone naturelle (prednisone, prednisolone, …) permettant d’accroître l’action anti-inflammatoire et de réduire les actions métaboliques.

Les glucocorticoïdes traversent librement les membranes cellulaires et se fixent sur un récepteur cytoplasmique spécifique qui appartient à la superfamille des récepteurs nucléaires aux stéroïdes. Après fixation, le complexe glucocorticoïde-récepteur migre vers le noyau et va agir directement sur l’ADN en se fixant sur des séquences spécifiques, dites GRE (Glucorticoid Response Element), intervenant ainsi dans la régulation de la transcription de certains gènes.

• Les anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) comme l'aspirine et l'ibuprofène mais aussi le naproxène, le ketoprofène, le diclofénac, l'acide niflumique, le tenoxicam... L'utilisation de substances anti-inflammatoires non stéroïdiennes est très ancienne et les grecs utilisaient déjà les feuilles du saule. L’acide salicylique fut utilisé pour la première fois en 1875 dans le traitement du rhumatisme articulaire aigu. D'autres molécules furent ensuite découvertes comme la phénylbutazone en 1946, l’indométacine et ibuprofène dans les années 1960. Leur mode d'action commun repose sur l'inhibition des cyclo-oxygénases et empêchent la formation des prostaglandines. Ces dernières augmentent la sensibilité aux stimuli douloureux et la température de référence dans l'hypothalamus, ce qui explique l'action antalgique et antipyrétique des AINS.

On évitera l’exemple du paracétamol, celui-ci n’étant pas prescrit comme anti-inflammatoire mais uniquement comme antalgique.

Exemples d’activités

 
• Exploiter une description clinique de réaction inflammatoire aiguë localisée, actuelle ou historique comme le célèbre : « rubor et tumor cum calore et dolore » de Cornelius Celsus au Ier siècle, pour définir le tableau des signes caractéristiques de l'inflammation.

• Réaliser un tableau comparatif des caractéristiques anatomiques en dehors et durant une réaction inflammatoire, à partir d'observations de coupes ou de documents histologiques permettant de révéler l'origine, au niveau tissulaire, des symptômes cliniques de la réaction inflammatoire aiguë.

• Identifier les types cellulaires principaux impliqués dans le processus inflammatoire (macrophages, mastocytes, granulocytes, cellules dendritiques) à partir d'observations microscopiques et de documents.

• Recenser quelques médiateurs chimiques de l'inflammation, responsables de l'augmentation de la perméabilité vasculaire, de la vasodilatation, de la fièvre et de la douleur. Devant le grand nombre de médiateurs solubles impliqués dans les réactions inflammatoires, on pourra par exemple citer :

◦ l'histamine, amine stockée dans les granules des mastocytes et vasoactives, dont le nom est connu des élèves car étant la cible des anti-histaminiques, médicaments largement utilisés.

◦ les prostaglandines, médiateurs lipidiques néoformés, libérées par les mastocytes et coresponsables de la vasodilatation, de la fièvre et de la douleur, et cibles des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS).

◦ les cytokines pro-inflammatoires (IL-1, IL-6 et TNF-α), libérées par les mastocytes et les macrophages et qui augmentent le recrutement et la production des cellules et molécules de l'immunité. Leur libération est inhibée par les corticoïdes.

• Exploiter des données cliniques pour découvrir les effets pathogènes ou du moins non souhaitables, de certaines réactions inflammatoires et comprendre l'intérêt de les stopper par voie médicamenteuse.

• Analyser des données sur l'action d'anti-inflammatoires non stéroïdiens (aspirine, ibuprofène) dans la voie de biosynthèse des médiateurs dérivant de l'acide arachidonique (prostaglandines, leucotriènes, thromboxanes) pour comprendre leurs effets. On peut travailler également sur des documents présentant le mode d'action des corticoïdes mais il est plus difficile à comprendre (ils agissent sur l'expression de certains gènes).

• Exploiter un texte relatant l'expérience historique de Metchnikoff (prix Nobel 1908) sur la découverte de la phagocytose, à laquelle on peut ajouter des images en MEB afin de caractériser ce mécanisme. De multiples animations, plus ou moins précises, existent et permettent à l'élève de mieux se représenter la dynamique du phénomène.

• Exploiter des données sur le système immunitaire durant le développement embryonnaire et néonatal (rôle du foie foetal, de l'allaitement...).

• Identifier à partir des travaux de Jules Hoffmann et Butler (prix Nobel 2011) par exemple des points communs entre la réponse immunitaire des insectes et la réponse immunitaire innée humaine.

Article :

www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-jules-hoffmann-medaille-d-or-2011-dua-cnrs-27990.php

• Analyser un texte sur la théorie du danger de Polly Matzinger (scientifique américaine iconoclaste dont les travaux ont contribué à une nouvelle approche du système immunitaire baptisée théorie du danger qui reconsidère le rôle de la reconnaissance du non soi comme fondement de la réponse immunitaire.

• Comparer des séquences génétiques de récepteurs de l'immunité innée tels que les récepteurs Toll (TLR), pour montrer la conservation de mécanismes de reconnaissance et d'action au cours de l'évolution.

Bibliographie, sitographie, ressources (thèmes 3A1)

Ressources générales sur l'immunologie (commun aux thèmes 3A1, 2, 3)

Ouvrages généralistes sur l'immunologie

« Ton étonnant système immunitaire », disponible en téléchargement sur le site de l’ @ssim (association des collèges des enseignants d’immunologie des universités de langue française) – ouvrage de vulgarisation écrit par la société japonaise d’immunologie- agréablement illustré, il s’adresse à un public scolaire :
www.assim.refer.org/portail/portail/nouveaux-liens_files/d91e86f0b0137644fded335e36bf09ef-81.html

-David Male, Yvan Roitt, Johnatan Brostoff et David B Roth - Immunologie - Ed. Elsevier Masson, collection Campus Référence, 2007 - 600 pages

-Eric Espinosa, Pascal Chillet et Salvatore Valitutti - Immunologie - Ed. Ellipses Marketing, collection parcours LMD, 2010 - 510 pages

-Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman - Les bases de l'immunologie fondamentale et clinique – Elsevier Masson, 2008 - 283 pages

Ouvrages généralistes sur l'immunologie, de plus haut niveau

-Charles Janeway, Paul Travers, Kenneth Murphy et Mark Walport - Immunobiologie - Ed. De Boeck 3^ème édition 2009 - 890 pages

-Thomas J. Kindt, Richard A. Goldsby, Barbara A. Osborne et Catherine Fridman Immunologie - Le cours de Janis Kuby - Ed. Dunod 6ème édition 2008 - 684 pages

-Abul K Abbas, Andrew H Lichtman, Shiv Pillai - Cellular and molecular immunology - Elsevier 6ème édition, 2010  566 pages

Revues généralistes

-Dossier Pour la Science : Les défenses de l’organisme, pp. 8-12, octobre-décembre 2000

Sites généralistes

-Site de l'ASSIM : www.assim.refer.org

C'est le site de l'association des collèges d'enseignants d'immunologie d'universités de langue française. On y trouve des cours d'immunologie de niveau universitaire, de nombreux liens, un onglet lycée qui contient des documents utilisables en classe, des exemples de progression d'enseignants de lycée.

Ressources pour le thème 3-A-1 : la réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée

Ouvrages et articles

Extraits de livres :

-Cadet Rémi. - L'invention de la physiologie, Bibliothèque scientifique, Belin - Pour la Science Ed. 2008

Chapitre sur la défense de l'organisme : présentation de quelques découvertes scientifiques historiques comme la découverte de la phagocytose page 215 mais aussi les débuts de la vaccination où la mise en évidence des anticorps.

Articles de revues scientifiques :

-Dossier PLS : L'immunité innée - Pour la Science, juin 2008, n°368

Le dossier propose une série d'articles sur le sujet : Les lymphocytes γδ , Les récepteurs de l'immunité innée, Des cellules nées pour tuer et Les sentinelles de la peau, Immunité innée : un code ancestral.

-Luke 0'Neill, L'immunité innée : une alerte précoce, Pour la Science, octobre 2005, n° 336

-S. Ugolini et É. Vivier, Les tueuses de l’immunité innée, Pour la Science, juin 2003, n° 308

-D. Ferrandon, C. Hetru, J.-M. Reichhart et J. Hoffmann, L’immunité acquise : de la drosophile à l’homme,

-Dossier Pour la Science Les défenses de l’organisme, octobre-décembre 2000, pp. 8-12

-Viviane Thivent, Cocktail d'insectes sur ordonnance, La Recherche, avril 2005, n°385

L'article présente l'histoire d'Entomed, entreprise créée par Jules Hoffmann et qui cherche des peptides antimicrobiens d'insectes d'intérêt thérapeutiques.

-Loïc Mangin « Jules Hoffmann, médaille d'or 2011 du CNRS » (et prix Nobel)
www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-jules-hoffmann-medaille-d-or-2011-dua-cnrs-27990.php

L'article présente une courte biographie et un résumé de ses recherches sur l'immunité innée. Deux documents peuvent illustrer le cours : une image 3D d'un récepteur TLR humain et la comparaison entre les voies de l’immunité innée de la drosophile et de la souris utilisant la voie TLR.

-Jean-Jacques Perrier « Un filet d'ADN pour des cellules kamikazes »
www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-un-filet-d-adn-pour-des-cellules-kamikazes-26057.php

Des granulocytes neutrophiles explosent pour emprisonner d'un filet d'ADN et de protéines les microbes pathogènes. Le mécanisme en jeu est résumé dans l'article.

Principaux sites

-Cours : l'immunité innée :
www.cours-pharmacie.com/immunologie/limmunite-innee.html

Cours de niveau universitaire sur le sujet, relativement concis.

-Cours : Réaction inflammatoire : aspects biologiques et cliniques
www.medecine.ups-tlse.fr/DCEM2/module8/item112/texteI1.htm

Cours de médecine sur la réaction inflammatoire, les cellules et molécules impliquées ainsi que sur les principes généraux du fonctionnement des anti-inflammatoires (corticoïdes et AINS)

Autres Divers :

• TS 2013 - Logiciel Immunologie - Animation - Le maintien de l'intégrité de l'organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire.
• TS 2013 - Protocoles expérimentaux : très nombreux TP à découvrir (Didier Pol)  
•