Reconnaissance cellulaire dans la membrane plasmique
Pour comprendre plus en détail le fonctionnement de la reconnaissance cellulaire, il faut revenir sur la structure de la membrane cellulaire. Chaque cellule possède une membrane bicouche phospholipidique qui renferme les organites et le matériel génétique de la cellule. À l'intérieur de cette bicouche phospholipidique, des molécules sont nécessaires au fonctionnement de la cellule, notamment des protéines de canal qui permettent aux substances de passer à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, et du cholestérol, qui réduit la perméabilité de la bicouche pour créer un gradient de concentration plus fort entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.
Chaque membrane cellulaire contient également des molécules d'identification cellulaire, qui se trouvent à l'extérieur de la membrane phospholipidique et qui s'étendent dans l'espace extracellulaire, c'est-à-dire l'espace situé à l'extérieur des cellules. Ces molécules d'identification sont souvent appelées glucides membranaires. C'est lorsque les glucides sont liés à des molécules présentes dans la bicouche phospholipidique. Ce sont ces molécules de glucides qui s'étendent vers l'extérieur, dans l'espace extracellulaire.
Figure 1. La membrane cellulaire, Wikimedia Commons.
Les glucides dans la reconnaissance cellulaire
Les membranes cellulaires contiennent des glucides, des protéines et des lipides. Les glucides peuvent être liés de façon covalente aux protéines de la membrane cellulaire, formant ainsi des glycoprotéines, ou aux lipides, pour former des glycolipides. C'est ce qu'on appelle les glucides membranaires. Ces molécules sont le plus souvent tournées vers l'extérieur de la cellule et s'étendent dans l'espace extracellulaire. Les glucides membranaires jouent un rôle important dans la reconnaissance des cellules.
Le préfixe glyco signifie sucre, ce qui indique la présence de molécules de glucides dans la molécule.
La liaison des glucides forme des glycolipides sur la bicouche lipidique de la membrane cellulaire. Une liaison glycosidique, covalente, relie les molécules de glucides et de lipides. Les glycolipides servent de sites spécifiques pour la reconnaissance des cellules en dehors de la membrane de la surface cellulaire.
Les glycolipides sont principalement impliqués dans les interactions entre cellules, où la molécule se lie à un hydrate de carbone complémentaire spécifique ou à une protéine de liaison aux hydrates de carbone sur les cellules voisines . Les glycolipides sont également importants dans la reconnaissance des cellules de l'hôte par les virus.
Les protéines membranaires dans la reconnaissance cellulaire
Les glycoprotéines sont formées lorsqu'une molécule d'hydrate de carbone se lie à une molécule de protéine. La liaison dans cette molécule est covalente. Les glycoprotéines sont les glucides membranaires les plus courants, presque toutes les protéines membranaires étant liées à des glucides.
Une liaison covalente fait référence à deux atomes qui partagent des électrons.
Ces molécules ont de nombreuses fonctions dans l'organisme. Dans la reconnaissance cellulaire, elles protègent la cellule de la fixation d'agents pathogènes tels qu'un virus, une bactérie ou des toxines. Elles permettent également des interactions avec d'autres cellules du corps par la liaison de molécules. Les glycoprotéines peuvent également servir de marqueurs aux virus pour identifier les cellules hôtes.
Un exemple est laglycoprotéine CD4 que l'on trouve sur les cellules T et à laquelle le VIH se lie spécifiquement.
La structure d'une glycoprotéine
Reconnaissance des cellules et système immunitaire
La reconnaissance cellulaire est un élément crucial du fonctionnement du système immunitaire. Les cellules de l'organisme impliquées dans la réponse immunitaire, telles que les phagocytes et les lymphocytes, doivent identifier la présence d'agents pathogènes pour défendre l'organisme contre eux. L'organisme dispose de mécanismes de défense non spécifiques, comme l'action des phagocytes contre les agents pathogènes, et de mécanismes de défense spécifiques, comme l'action des lymphocytes T et des lymphocytes B. Ces deux mécanismes de défense utilisent la reconnaissance cellulaire.
Phagocytes: Type de cellule non spécifique qui peut engloutir et digérer des particules étrangères.
Lymphocytes: Un globule blanc qui fait partie du système immunitaire.
Pathogènes : Sont des organismes qui causent des maladies.
Lymphocytes
Les lymphocytes sont un type de globules blancs qui jouent un rôle clé dans la réponse immunitaire de l'organisme. Il y a environ 10 millions de lymphocytes présents dans le corps, chacun ayant à sa surface différentes protéines qui sont complémentaires des protéines présentes sur différents agents pathogènes ; cela leur permet de reconnaître la présence d'un agent pathogène dans le corps.
Les lymphocytes ne réagissent qu'aux antigènes du non-soi. En effet, les lymphocytes dotés de récepteurs complémentaires aux cellules de l'organisme meurent ou sont supprimés lorsque la personne est encore un fœtus.
Chez le fœtus, les lymphocytes se heurtent presque exclusivement au matériel du soi, car le corps est protégé des infections par le placenta. Certains de ces lymphocytes auront des récepteurs complémentaires aux cellules du corps, et ces lymphocytes sont supprimés. Par conséquent, il ne reste dans l'organisme que les lymphocytes susceptibles de compléter le matériel du non-soi.
Dans le corps adulte, certains lymphocytes, les cellules B pour être exact, sont produits dans la moelle osseuse. Ces lymphocytes n'entrent initialement en contact qu'avec des antigènes du soi. Comme chez le fœtus, tous les lymphocytes qui présentent une réponse immunitaire lorsqu'ils rencontrent des auto-antigènes subissent l'apoptose, une mort cellulaire programmée. Par conséquent, aucun clone de ces lymphocytes B anti-soi n'apparaîtra dans le sang ; seuls les lymphocytes B susceptibles de répondre à des antigènes étrangers seront présents.
Cellules présentatrices d'antigènes
Les cellules présentatrices d'antigènes sont des cellules qui affichent des antigènes étrangers sur leur surface cellulaire. Les phagocytes constituent un exemple important de cellules présentatrices d'antigènes.
Les phagocytes sont un autre type de globules blancs impliqués dans la réponse immunitaire. Ces cellules engloutissent et digèrent les agents pathogènes à l'aide d'enzymes hydrolytiques appelées lysozymes. Ces enzymes décomposent les parties de l'agent pathogène, qui peuvent ensuite être absorbées dans le cytoplasme du phagocyte. Les phagocytes peuvent prélever les antigènes de l'agent pathogène décomposé et les afficher sur leur surface cellulaire.
Ce processus est crucial pour déclencher la réponse immunitaire à médiation cellulaire. Les lymphocytes T, qui effectuent la réponse à médiation cellulaire, ne répondent qu'aux antigènes présentés sur une cellule du corps, c'est pourquoi on parle de réponse à médiation cellulaire ou cellulaire. Les phagocytes jouent donc un rôle crucial dans le déclenchement de la réponse immunitaire à médiation cellulaire, où les lymphocytes T complémentaires peuvent se lier aux agents pathogènes présentés sous forme d'antigène.
Exemple de reconnaissance de cellule à cellule : les greffes d'organes
L'idée de la reconnaissance cellulaire est importante pour comprendre les risques associés aux greffes d'organes chez l'homme. Les greffes d'organes sont prélevées sur des donneurs sélectionnés et sont ensuite administrées aux patients. Cependant, comme les organes transplantés proviennent d'un corps différent, les antigènes présents à la surface des cellules du nouvel organe seront différents des antigènes présents sur les cellules du corps. Cela peut amener le système immunitaire à attaquer l'organe transplanté et à le détruire, tout comme il réagirait à un agent pathogène. En d'autres termes, la greffe sera rejetée.
Pour éviter cela, les médecins tentent de "faire correspondre" les donneurs d'organes avec les patients de façon à ce que leurs tissus et leurs antigènes soient aussi similaires que possible. Souvent, cela signifie qu'il faut sélectionner des donneurs qui sont génétiquement similaires au receveur - les meilleures correspondances proviennent souvent de parents. Les receveurs se voient également prescrire des médicaments immunosuppresseurs, qui aident à empêcher le système immunitaire de réagir contre la greffe.
Reconnaissance des cellules - Principaux enseignements
- La reconnaissance cellulaire est la façon dont les cellules du corps communiquent pour se reconnaître entre elles ou reconnaître des matières étrangères dans le corps.
- Cette reconnaissance se fait par la présence de molécules d'identification sur la membrane de surface de la cellule. Ces molécules ont des formes 3D spécifiques qui identifient la cellule, la toxine ou la particule virale.
- Ces molécules d'identification sont généralement des glucides membranaires ; ce sont des molécules que l'on trouve dans la membrane cellulaire où un glucide s'est lié à des protéines ou à des lipides de la membrane cellulaire.
- Les glycoprotéines sont la forme la plus courante de glucides membranaires et sont créées lorsqu'un glucide est lié de façon covalente à une protéine membranaire. Les glycolipides sont formés lorsqu'un glucide est lié de façon covalente à un lipide dans la bicouche phospholipidique de la membrane cellulaire.
Les protéines sont particulièrement utiles pour identifier les molécules en raison de leur structure 3D complexe, formant des formes très spécifiques.
La reconnaissance des cellules est essentielle au fonctionnement du système immunitaire. Les lymphocytes peuvent reconnaître la présence de matériel non-soi dans le corps grâce aux récepteurs présents sur leur surface cellulaire. Les phagocytes peuvent présenter les antigènes des agents pathogènes à leur surface cellulaire, déclenchant ainsi la réponse à médiation cellulaire lorsque les cellules T interagissent avec eux.
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