Exercices: L'immunité innée

Qu'est-ce que l'immunité innée ? Indiquer deux caractéristiques qui la distinguent de l'immunité spécifique (ou adaptative).

Citer trois barrières externes qui gênent l'entrée des agents pathogènes dans l'organisme et expliquer comment agit l'une d'entre elles.

La peau et les muqueuses constituent la première barrière de défense. Indiquer deux mécanismes physiques ou chimiques par lesquels elles gênent les infections.

Citer deux types de leucocytes qui interviennent dans l'immunité innée (neutrophiles, macrophages, cellules NK) et indiquer brièvement le rôle de chacun d'eux.

Qu'est-ce que la phagocytose ? Décrire brièvement ses principales étapes, de la reconnaissance de l'agent pathogène jusqu'à sa digestion à l'intérieur du phagocyte.

Les larmes, la salive et la sueur contiennent du lysozyme. Expliquer ce qu'est le lysozyme et comment il contribue à la défense contre les infections bactériennes.

Qu'est-ce que les cellules NK (natural killer) ? Expliquer quel type de cellules anormales de l'organisme elles détruisent et pourquoi elles sont considérées comme faisant partie de l'immunité innée.

Le mucus et les cils des voies respiratoires forment une barrière de défense. Expliquer le fonctionnement de ce système de nettoyage et justifier pourquoi le tabagisme l'affaiblit.

Expliquer ce qu'est la réaction inflammatoire, quels sont ses quatre signes caractéristiques (rougeur, chaleur, gonflement et douleur) et pourquoi, même si elle est gênante, c'est une réponse bénéfique.

Observer la séquence de la phagocytose réalisée par un macrophage. Décrire ce qui se passe à chacune des étapes numérotées (1 à 3) et expliquer ce qu'est le pus et comment il se forme.

La fièvre est une réponse de l'immunité innée. Expliquer pourquoi une élévation modérée de la température corporelle peut gêner la multiplication des agents pathogènes et stimuler les défenses.

Expliquer ce que sont les interférons, quelles cellules les produisent et comment ils gênent la multiplication des virus dans les cellules voisines, même s'ils n'agissent pas directement sur le virus.

Les macrophages, en plus de phagocyter, agissent comme cellules présentatrices d'antigènes. Expliquer en quoi consiste cette fonction et pourquoi elle fait des macrophages un lien entre l'immunité innée et l'immunité spécifique.

Le microbiote de la peau et de l'intestin gêne la colonisation par les agents pathogènes. Expliquer deux mécanismes par lesquels il y parvient et justifier ce qui peut arriver aux défenses après un traitement prolongé par des antibiotiques à large spectre.

Distinguer les fonctions caractéristiques des leucocytes suivants de l'immunité innée : neutrophiles, monocytes et macrophages, éosinophiles, basophiles et cellules NK.

Après une coupure de la peau, des neutrophiles arrivent rapidement sur la zone et, plus tard, des macrophages. Expliquer le rôle de chaque type cellulaire, pourquoi ils arrivent dans cet ordre et comment les débris cellulaires sont éliminés une fois l'infection maîtrisée.

Un patient sous chimiothérapie présente de la fièvre et une infection bactérienne cutanée aiguë. L'analyse de sang montre 400 neutrophiles/µL (neutropénie sévère ; valeurs normales : 2000-7500/µL), mais ses taux de macrophages tissulaires et de lymphocytes sont normaux. Bien qu'il possède des macrophages viables dans le derme, l'infection progresse rapidement au cours des 24 premières heures.

1. a) Justifier pourquoi la seule présence de macrophages ne suffit pas à contenir l'infection bactérienne aiguë sans le concours des neutrophiles, en considérant l'abondance relative, la cinétique de recrutement (diapédèse) et les mécanismes microbicides des deux types de cellules.
2. b) Si l'on administrait à ce moment-là à ce patient un vaccin bactérien contre l'agent pathogène envahisseur, prévoir en justifiant l'efficacité à court terme de cette mesure pour freiner le processus infectieux en cours.

On analyse deux patients atteints de déficits immunitaires primaires héréditaires : le patient A présente une mutation nulle qui supprime la synthèse du facteur C3 du complément, tandis que le patient B présente une délétion qui l'empêche de synthétiser le facteur C9 (composant du complexe d'attaque membranaire ou CAM).

1. a) Prévoir en justifiant lequel des deux patients sera le plus vulnérable aux infections bactériennes pyogènes généralisées, en justifiant la réponse à partir des voies et des fonctions effectrices du complément qui sont supprimées dans chaque cas.
2. b) Lors d'un essai en laboratoire, on incube Escherichia coli avec des neutrophiles humains normaux et du sérum provenant du patient B. La phagocytose de la bactérie aura-t-elle lieu ? Justifier la réponse en décrivant le mécanisme moléculaire impliqué.

Analyser les deux situations expérimentales suivantes sur des modèles de souris infectées par un micro-organisme pathogène virulent :

• Souris A : mutant dépourvu de phagocytes et de cellules NK (immunité innée cellulaire absente), mais avec des lymphocytes B et T intacts.

• Souris B : mutant athymique avec blocage de la recombinaison V(D)J (immunité adaptative absente : sans lymphocytes fonctionnels), mais avec des phagocytes et des cellules NK intacts.

1. a) Prévoir en justifiant l'évolution de la charge bactérienne et l'issue probable chez les deux souris pendant la première semaine après l'infection.
2. b) À partir des résultats déduits, réfuter avec des arguments biologiques l'affirmation suivante : « Puisque l'immunité adaptative est beaucoup plus spécifique et possède une mémoire immunitaire, l'immunité innée est un mécanisme rudimentaire et dont on peut se passer chez les vertébrés supérieurs ».

Un patient atteint de brûlures thermiques au troisième degré sur 40 % de son corps est admis dans un état critique. Quelques jours plus tard, il développe une infection systémique grave due à des bactéries opportunistes habituelles de l'environnement.

1. a) Justifier pourquoi la destruction de l'épiderme n'annule pas seulement une barrière mécanique, mais neutralise deux composants chimiques et un composant biologique propres aux défenses innées cutanées, qui empêchent activement la colonisation microbienne sur une peau intacte.
2. b) Dans la zone brûlée se produit une libération massive d'histamine et de facteur de nécrose tumorale (TNF-α). Expliquer la relation physiologique de cause à effet entre ces médiateurs locaux, l'hypovolémie (perte de volume intravasculaire vers l'interstitium) et la facilité avec laquelle une colonisation superficielle évolue rapidement vers une bactériémie ou une septicémie.

Dans un laboratoire, on étudie la phagocytose de Streptococcus pneumoniae par des macrophages humains cultivés in vitro. On compare deux souches : la souche sauvage S (encapsulée) et la souche mutante R (qui ne synthétise pas de capsule), soumises à trois conditions expérimentales préalables :

1. Préincubation dans un milieu de culture stérile (sans sérum).

2. Préincubation avec du sérum frais d'un individu sain jamais exposé à l'agent pathogène ni vacciné.

3. Préincubation avec du sérum frais d'un individu ayant récemment guéri d'une pneumonie à pneumocoque.

1. a) Prévoir et justifier dans quelles conditions (1, 2 ou 3) aura lieu la phagocytose massive de la souche S, en détaillant le rôle moléculaire complémentaire des opsonines innées et acquises.
2. b) La souche R est phagocytée de façon appréciable même dans la condition 1, alors que la souche S ne l'est pas. Justifier, au niveau moléculaire et de la surface cellulaire, pourquoi la capsule polysaccharidique empêche la reconnaissance directe par les récepteurs des phagocytes.

Lors de la formation de la plaque d'athérome, le dépôt de lipoprotéines oxydées (LDLox) dans l'intima artérielle attire des monocytes qui se différencient en macrophages tissulaires. En phagocytant les LDLox sans parvenir à les métaboliser complètement, ils se transforment en cellules spumeuses.

1. a) Expliquer comment un ensemble de réponses initialement adaptatives et protectrices de l'immunité innée (la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires, d'espèces réactives de l'oxygène et de métalloprotéases matricielles) déclenche à long terme la déstabilisation et la rupture de la plaque d'athérome.
2. b) Un élève raisonne : « Si l'inflammation est une défense innée conçue pour réparer les tissus, induire une inflammation chronique de faible intensité dans les vaisseaux devrait maintenir le système immunitaire en alerte et protéger les artères ». Réfuter son hypothèse en justifiant pourquoi la chronicité altère la réversibilité et la résolution du processus inflammatoire.

Le cytomégalovirus (CMV) induit la dégradation du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CMH-I) dans la cellule hôte. Cependant, le virus synthétise aussi une protéine virale propre (UL18) qui s'insère dans la membrane plasmique en imitant la conformation tridimensionnelle du CMH-I, bien qu'elle soit incapable de présenter des peptides.

1. a) Justifier l'avantage sélectif que représente pour le virus cette double stratégie, en déduisant quel serait le sort de la cellule infectée si le virus se limitait à éliminer le CMH-I sans exprimer le leurre UL18, lors de l'interaction avec les lymphocytes T cytotoxiques (CD8+) et avec les cellules natural killer (NK).
2. b) Si l'on concevait une souche de CMV portant une mutation avec perte de fonction dans le gène de la protéine UL18, prévoir quelle population du système immunitaire inné éliminera sélectivement ces cellules infectées et par quel équilibre de signaux de surface son mécanisme lytique sera activé.

Lors du choc septique provoqué par des bactéries à Gram négatif, le lipopolysaccharide (LPS) active massivement les récepteurs de type Toll (TLR-4) des macrophages intravasculaires et tissulaires, déclenchant une sécrétion incontrôlée de TNF-α, d'interleukine 1 (IL-1) et de monoxyde d'azote dans la circulation générale.

1. a) Analyser le paradoxe physiologique : pourquoi la vasodilatation et l'augmentation de la perméabilité endothéliale, très efficaces pour éradiquer une infection bactérienne au niveau local, provoquent-elles une hypoxie cellulaire généralisée, une acidose lactique et une défaillance multiviscérale lorsqu'elles surviennent de manière systémique ?
2. b) Lors d'un essai préclinique, on administre à des animaux atteints de sepsis un médicament inhibiteur irréversible de la NO synthase inductible (iNOS). Prévoir en justifiant l'effet de ce médicament sur la pression artérielle moyenne et justifier pourquoi cette intervention seule ne garantit ni la survie du tissu ni le rétablissement de la perfusion capillaire.