Exercice — Immunité de l'organisme (7 points), dans l'esprit des sessions de contrôle 2015 et 2020 et des sessions principales 2021 et 2024 (Sciences expérimentales)
Deuxième partie — I. Immunité de l'organisme (7 points)
On se propose d'étudier quelques aspects de la réponse immunitaire dirigée contre un virus V, qui se multiplie à l'intérieur des cellules de l'hôte. Sauf indication contraire, toutes les souris utilisées sont de la même lignée L₁ : elles sont histocompatibles.
Expérience 1 — Une souris S₁ a reçu, trois semaines auparavant, une dose non mortelle du virus V. On prélève son sérum, que l'on injecte à une souris S₂, et ses lymphocytes, que l'on injecte à une souris S₃ ; une souris S₄ reçoit de l'eau physiologique. Le lendemain (jour 0), on injecte la même dose de V aux souris S₂, S₃ et S₄, puis on suit chez chacune le taux de virus libres dans le sang et le nombre de cellules infectées (document 1).
1. Exploitez le document 1 afin : a. de comparer les résultats obtenus chez S₂ et chez S₃ à ceux de la souris témoin S₄ ; b. de déduire la nature de la réponse immunitaire dirigée contre V et la cible de chacune de ses composantes.
Expérience 2 — On injecte V à une souris neuve S₅ au jour 0 ; au jour 30, on lui injecte de nouveau V ainsi qu'un virus W qu'elle n'a jamais rencontré. On dose ses anticorps anti-V et anti-W (document 2).
2. Comparez les réponses anti-V après la première et après la deuxième injection de V, puis la réponse anti-W, afin de dégager deux propriétés de la réponse immunitaire.
Expérience 3 — Des souris S₆ à S₉ sont thymectomisées puis irradiées : l'irradiation détruit les cellules de la moelle osseuse et les lymphocytes, mais épargne les macrophages déjà présents dans les tissus. Elles reçoivent des cellules prélevées chez une souris normale de même lignée, puis le virus V. Quatorze jours plus tard, on dose leurs anticorps anti-V et on recherche des LTc anti-V (document 3).
| Souris | Cellules reçues | Anticorps anti-V (UA) | LTc anti-V |
|---|---|---|---|
| S₆ | aucune | 0 | absents |
| S₇ | cellules du thymus | 0 | présents |
| S₈ | cellules de la moelle osseuse | 1 | absents |
| S₉ | cellules du thymus + cellules de la moelle osseuse | 12 | présents |
Document 3 — réponses de souris thymectomisées et irradiées, reconstituées.
3. Exploitez le document 3 afin : a. d'identifier les cellules immunitaires apportées par chaque type de greffe et le lieu de maturation de chacune ; b. de dégager la condition d'une production importante d'anticorps anti-V.
Expérience 4 — Quinze jours après l'injection de V à une souris S₁₀ de lignée L₁, on isole ses LTc anti-V. On les met en présence de cellules cibles préalablement chargées en chrome radioactif (⁵¹Cr), dans six conditions. Le ⁵¹Cr passe dans le milieu quand les cellules cibles sont lysées ; au-dessous de 10 %, il ne traduit qu'une fuite spontanée par des cellules intactes (document 4).
| Culture | Cellules cibles | Ions Ca²⁺ | Contact LTc – cible | ⁵¹Cr libéré (%) |
|---|---|---|---|---|
| a | L₁ infectées par V | présents | direct | 68 |
| b | L₁ infectées par W | présents | direct | 7 |
| c | L₂ infectées par V | présents | direct | 8 |
| d | L₁ infectées par V | absents | direct | 6 |
| e | L₁ infectées par V | présents | membrane perméable aux molécules | 7 |
| f | L₁ non infectées | présents | direct | 6 |
Document 4 — lyse de cellules cibles par les LTc de S₁₀ (L₂ : cellules d'une autre lignée).
4. Analysez les résultats du document 4 afin : a. de dégager les conditions nécessaires à la lyse des cellules cibles par les LTc ; b. d'expliquer le mécanisme de la lyse dans la culture a.
5. En intégrant les informations tirées des documents 1 à 4 et vos connaissances, représentez, par un schéma fonctionnel, les phases d'induction et d'amplification (multiplication clonale et différenciation) de la réponse immunitaire dirigée contre V.
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Barème indicatif (non officiel) : 1) 1,5 pt ; 2) 1,25 pt ; 3) 1,5 pt ; 4) 1,5 pt ; 5) 1,25 pt.
1.a Idée : chaque souris receveuse se compare au témoin S₄, qui montre ce que fait le virus sans immunité transférée ; on lit les deux graphes, car le sérum et les lymphocytes n'agissent pas sur la même forme du virus.
D'après le document 1, au jour 0 les trois souris ont le même taux de virus libres (≈ 2 UA) et presque aucune cellule infectée.
- Chez le témoin S₄, les virus libres augmentent fortement (≈ 94 UA au jour 8) et les cellules infectées aussi (≈ 88 × 10³ par g au jour 8) : sans immunité préalable, V se multiplie librement.
- Chez S₂ (sérum de S₁), les virus libres chutent aussitôt (moins de 1 UA du jour 1 au jour 3) puis ne remontent que lentement (≈ 5 UA au jour 8 contre 94 chez S₄) ; mais les cellules infectées augmentent quand même, moins vite que chez S₄ (≈ 50 × 10³ par g au jour 8 contre 88) : le sérum limite les virus libres sans arrêter l'infection.
- Chez S₃ (lymphocytes de S₁), virus libres et cellules infectées augmentent d'abord un peu, en restant sous les valeurs du témoin (≈ 8 UA et ≈ 7 × 10³ par g vers le jour 2), puis s'annulent vers les jours 4 à 5 alors qu'ils explosent chez S₄ : la protection est complète après un court délai.
1.b Idée : le sérum transfère des molécules solubles, les anticorps ; les lymphocytes transfèrent des cellules capables de détruire les cellules infectées.
Le sérum de S₁ contient des anticorps anti-V : ils neutralisent les virus libres du sang, mais n'atteignent pas le virus qui se multiplie à l'intérieur des cellules — c'est une réponse immunitaire à médiation humorale (RIMH), dirigée contre la forme libre de V. Les lymphocytes de S₁ transfèrent une protection totale : parmi eux, des lymphocytes spécifiques de V (lymphocytes mémoire et LTc déjà formés) fournissent très vite des LTc qui détruisent les cellules infectées, sources des nouveaux virus — c'est une réponse immunitaire à médiation cellulaire (RIMC), dirigée contre les cellules infectées. La réponse contre V est donc mixte. Le court délai observé chez S₃ est le temps nécessaire aux lymphocytes transférés pour produire LTc et anticorps, alors que les anticorps du sérum agissent immédiatement.
2. Idée : la mémoire se lit en comparant les deux réponses anti-V (délai, maximum) ; la spécificité, en comparant la réponse anti-W, déclenchée au même moment que la deuxième réponse anti-V.
- Première injection de V : anticorps anti-V indétectables pendant ≈ 5 jours (temps de latence), maximum ≈ 8 UA vers le 12e jour, puis lente diminution (≈ 4 UA au jour 30).
- Deuxième injection de V (jour 30) : les anticorps anti-V augmentent dès ≈ 2 jours et atteignent ≈ 83 UA vers le 40e jour, soit environ 10 fois plus, et restent élevés.
- Anticorps anti-W : latence ≈ 5 jours, maximum ≈ 8 UA vers le 42e jour — exactement l'allure de la première réponse anti-V.
Première propriété, la mémoire immunitaire : un deuxième contact avec le même antigène déclenche une réponse secondaire plus rapide, plus ample et plus durable, grâce aux lymphocytes mémoire formés lors du premier contact. Deuxième propriété, la spécificité : cette mémoire ne vaut que pour V ; injecté le même jour, W, jamais rencontré, ne provoque qu'une réponse primaire, et les anticorps anti-V ne sont pas dirigés contre W.
3.a Idée : une souris thymectomisée et irradiée n'a plus de lymphocytes et ne peut plus fabriquer de LT ; chaque greffe apporte donc ses propres cellules, et le résultat dit lesquelles.
- S₆ (aucune cellule) : ni anticorps ni LTc — c'est le témoin : thymectomie et irradiation suppriment toute réponse spécifique.
- S₇ (cellules du thymus) : des LTc mais pas d'anticorps (0 UA) : le thymus apporte des lymphocytes T (LT4 et LT8), capables de donner des LTc, mais aucune cellule productrice d'anticorps.
- S₈ (cellules de la moelle osseuse) : très peu d'anticorps (1 UA) et pas de LTc : la moelle apporte des lymphocytes B, qui donnent quelques plasmocytes ; ses précurseurs de LT ne peuvent pas devenir des LT, faute de thymus.
- S₉ (thymus et moelle) : beaucoup d'anticorps (12 UA) et des LTc.
Lieux de maturation : les LB acquièrent leurs récepteurs (immunoglobulines membranaires) dans la moelle osseuse ; les LT acquièrent leur récepteur T (TCR) dans le thymus.
3.b Une production importante d'anticorps (12 UA chez S₉ contre 1 UA chez S₈) exige la présence simultanée des LB, venus de la moelle, et des LT, venus du thymus : c'est la coopération cellulaire entre LB et LT4. Activés par les macrophages qui leur présentent l'antigène, les LT4 sécrètent des interleukines qui déclenchent la multiplication des LB sélectionnés et leur différenciation en plasmocytes.
4.a Idée : a est la seule culture lysée ; chaque autre culture n'en diffère que par un facteur, qui devient une condition nécessaire.
Le ⁵¹Cr libéré n'est élevé que dans la culture a (68 %) : les LTc lysent les cellules L₁ infectées par V. Dans toutes les autres cultures, il reste entre 6 et 8 %, au niveau de la fuite spontanée : aucune lyse.
- b (cellules infectées par W) : pas de lyse → la cible doit porter l'antigène de V, contre lequel les LTc ont été produits (spécificité) ;
- c (cellules L₂ infectées par V) : pas de lyse → la cible doit porter les mêmes molécules du CMH (CMH I) que le LTc : il reconnaît à la fois le peptide viral et le CMH du soi (double reconnaissance) ;
- d (sans Ca²⁺) : pas de lyse → la présence d'ions Ca²⁺ est nécessaire ;
- e (membrane perméable aux molécules) : pas de lyse → un contact direct entre le LTc et sa cible est nécessaire ; la lyse n'est pas due à une substance soluble qui diffuserait ;
- f (cellules non infectées) : pas de lyse → le LTc épargne les cellules saines du soi.
4.b Idée : raconter dans l'ordre — reconnaissance, contact, exocytose, pores, lyse. Dans la culture a, le récepteur T du LTc reconnaît le peptide de V associé à une molécule du CMH I (HLA I chez l'Homme) à la surface de la cellule infectée : cette double reconnaissance établit un contact étroit. Le LTc déverse alors par exocytose, au niveau du contact, le contenu de ses granules : les perforines se polymérisent en présence de Ca²⁺ dans la membrane de la cible et y forment des pores. L'eau et les ions entrent massivement, la cellule gonfle et éclate (lyse osmotique), libérant son ⁵¹Cr ; des enzymes entrées par les pores (granzymes) participent à sa destruction. Le LTc se détache intact et peut attaquer une autre cellule infectée.
5. Idée : un schéma fonctionnel montre des cellules, des molécules et des flèches légendées, sans phrases ; il s'arrête aux cellules effectrices et mémoire — la phase effectrice n'est pas demandée.
- Induction : le macrophage (cellule présentatrice) phagocyte V, l'apprête et présente ses peptides associés aux molécules du CMH II (au LT4) et du CMH I (au LT8) ; il sécrète l'interleukine 1. Le LB reconnaît directement V par ses immunoglobulines membranaires. Les LT4 et les LT8 spécifiques reconnaissent peptide et CMH (double reconnaissance) : ils sont sélectionnés et activés ; le LT4 activé sécrète l'interleukine 2.
- Amplification : sous l'action de l'IL2, les LB, les LT4 et les LT8 sélectionnés se multiplient par mitoses : chacun donne un clone.
- Différenciation : les LB donnent des plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-V et des LB mémoire ; les LT8, des LTc et des LT8 mémoire ; les LT4, des LT4 auxiliaires et des LT4 mémoire.