Le polynucléaire.

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Jean Goasguen, Université de Rennes1

(Ce cours est destiné aux étudiants en Médecine de DCEM3)
Le polynucléaire est une cellule essentielle de notre organisme car c'est une cellule terminale et effectrice de notre immunité.
En effet, c'est le polynucléaire qui sera chargé de l'élimination des agents bactériens (par exemple) après leur reconnaissance par le système immunitaire lymphoïde. Le poly est donc indispensable à notre équilibre immunitaire. D'ailleurs, les malades ayant un déficit acquis ou constitutionnel en polys présentent des troubles majeurs de leur système de protection. Les déficits complets sont eux-mêmes incompatibles avec la vie.

A - Origine des Polynucléaires.

La moelle osseuse hématopoïétique renferme au sein de ses logettes, les cellules souches de toutes les lignées hématopoïétiques: Erythroblastique, Mégacaryocytaire, Lymphoïde, et Granulo-Monocytaire (dia 2). La lignée Granulo-Monocytaire donne naissance à la lignée granuleuse d'une part, et à la lignée monocytaire d'autre part. Chaque lignée possède ainsi sa propre cellule souche qui effectue sa prolifération puis différenciation sous l'effet des facteurs de croissance qui sont mono ou pluri spécifiques.
Trois sortes de polys sont décrits selon les grains qu'ils contiennent dans le cytoplasme: neutrophiles, eosinophiles, et basophiles. Ces grains sont appelés "secondaires" car ils apparaissent tardivement. On sait aujourd'hui qu'il existe donc trois lignées différentes de maturation des polys selon le type de granulations. Il existe donc une cellule souche à l'origine de chaque lignée: la lignée neutrophile possède sa propre cellule souche, la lignée eosinophile également, tout comme la lignée basophile.
Chaque cellule souche prolifère et se différencie de manière indépendante (dia 3).
La production des cellules matures s'effectue par étapes depuis la cellule souche d'origine. On décrit donc des compartiments successifs: le compartiment des cellules souches, le compartiment des Progéniteurs spécialisés, le compartiment des Précurseurs puis celui des cellules matures. La succession de ces compartiments permet à la cellule granuleuse de passer du stade de cellule souche à celui d'hémoblaste jusqu'au polynucléaire. Cette progression se fait en passant par 2 grands secteurs:
celui des divisions cellulaires puis celui de la maturation sans division. Le secteur des divisions permet la succession de 4 à 5 divisions. La phase de maturation permet ensuite la segmentation du noyau et l'apparition des grains primaires puis secondaires dans le cytoplasme. Cette progression demande environ 7 jours (Dia 4).
Les cellules granuleuses médullaires matures sont douées d'un certain nombre de propriétés pour pouvoir remplir leur rôle.
Elles doivent être déformables pour pouvoir se déplacer et traverser les endothéliums capillaires puis se retrouver dans le courant sanguin. Enfin, elles assument des responsabilités différentes en fonction du capital et de la spécificité des granulations qu'elles possèdent (Dia 5). Nous étudierons d'abord la granulopoièse neutrophile puis les fonctions des neutrophiles. Ensuite nous étudierons les Eosinophiles puis les Basophiles.

B - La Granulopoïèse Neutrophile:

La granulopoièse neutrophile représente 70 % de l'hématopoièse médullaire et les neutrophiles sanguins représentent 40 à 80 pourcent des leucocytes sanguins selon l'âge. La lignée neutrophile est donc majoritaire dans l'organisme ce qui traduit sont rôle majeur.
1-Description de la lignée neutrophile:
a-Hémoblaste granuleux:
Il s'agit d'un blaste sans critère de distinction particulier, mais qui appartient à cette lignée car il porte des antigènes myeloides sur sa membrane et de la peroxydase dans le cytoplasme. Par contre, en morphologie, il n'y a pas de granulations visibles, si bien que cette cellule pourrait être confondue avec n'importe quel autre blaste (simplement sur l'analyse morphologique. La cellule fait environ 18 à 20 microns, le noyau a une chromatine très fine avec un nucléole, le cytoplasme est hyperbasophile sans grains. Une réaction cytochimique des myeloperoxydase montrerait que cette enzyme est présente, consignant l'appartenance à la lignée.
b-Myeloblaste:
C'est une cellule presque identique à la précédente mais qui possède des granulations azurophiles cytoplasmiques. La chromatine est fine et nucléolée. Le noyau reste convexe. Le cytoplasme est uniformément hyperbasophile. Le nombre de grains est variable, mais leur taille reste fine. La myeloperoxydase est présente (révélée par une réaction cytochimique) et les antigènes myeloides sont présents (Dia 8).
c-Promyelocyte:
Il représente 2 à 8 % des cellules médullaires. C'est la plus grosse cellule granuleuse médullaire. Le noyau reste convexe et volumineux. Il est excentré. Sa chromatine reste lâche et présente des débuts de condensation. Le nucléole est encore visible. Les grains azurophiles sont très nombreux, de taille variable, excentrés, regroupés à un rôle de la cellule. Le cytoplasme est encore hyperbasophile, mais laisse voir une zone de clarté juxta-nucléaire qui marque la place du corps de Golgi (activité de synthèse) qui est en pleine expansion dans la cellule. La réaction cytochimique des peroxydase est très positive. Les antigènes myeloides sont présents. Les grains neutrophiles commencent à apparaître. En microscopie électronique on observe 3 sortes de grains: - denses et sphériques. - allongés avec une inclusion cristalline. - très petites contenant la myeloperoxydase (Dia 9).
d-Myelocyte neutrophile:
Cette cellule est plus petite que la précédente car la taille se réduit au fur et à mesure de la maturation. Le cytoplasme est devenu acidophile, hyalin, transparent. Le noyau est convexe mais peut présenter un début de concavité. La chromatine est dense, en blocs, sans nucléole. Les granulations sont de type "secondaires" et donc en l'occurrence "neutrophiles". Les grains azurophiles (primaires) ne sont plus visibles car ils sont enrobés de mucopolysaccharides acides et sont donc non colorables par les colorants usuels (Dia 10). Les granulations neutrophiles ont un contenu enzymatique différent. La myeloperoxydase est présente dans les granulations primaires (azurophiles) mais absente des granulations secondaires. Le tableau donné en annexe rappelle la localisation des principales enzymes (Dia 11).
e-Metamyelocyte neutrophile:
La taille de la cellule continue de se réduire. La forme du noyau poursuit sa segmentation. La chromatine se condense davantage. Le cytoplasme est hyalin. Les granulations sont neutrophiles. En fait, cette cellule est intermédiaire entre le myelocyte (noyau concave) et le polynucléaire qui a un noyau dont la segmentation est presque achevée. Son identification est donc parfois difficile (Dia 12).
f-Polynucléaire neutrophile:
C'est la cellule terminale de cette lignée. C'est celle qui sort de la moelle osseuse pour circuler dans le sang périphérique et jouer son rôle de défense. Elle mesure 12 à 14 microns. Le noyau est segmenté et possède 2 à 5 lobes. La chromatine est condensée, mottée sans nucléole. Le cytoplasme est hyalin translucide. Les granulations sont de type neutrophile. Les grains primaires sont toujours invisibles mais ils sont présents et portent l'activité peroxydasique. Quelques microvacuoles peuvent être présentes (Dia 13). Le nombre de lobes des polynucléaires est en relation avec l'âge. Les polys les plus jeunes n'ont que 2 lobes, puis ce nombre de lobes augmente pour atteindre 4 ou 5 lobes. Un polys d'âge moyen possède 3,2 lobes d'après la courbe d'Arneth (courbe de distribution des polys selon le nombre de lobes) (Dia 14).
2-Marqueurs antigéniques:
L'immunologie permet aujourd'hui d'étudier les antigènes de membrane cytoplasmique par cytométrie de flux. Différents antigènes ont été décrits dans la lignée myeloide (Dia 15).
-Certains de ces antigènes sont présents sur tous les leucocytes. Il s'agit des antigènes panleucocytaires comme le CD43, CD44 (impliqué dans la migration et la phagocytose), du CD45 (ou Leukocyte common antigen) et du CD58 qui joue un rôle dans l'adhésion.
-On trouve aussi des antigènes spécifiques de la lignée myeloide (antigènes pan-myeloides): Le CD13 est une metalloprotéase zinc dépendante. Le CD65 augmente lors de l'activation du poly. Un anticorps anti CD65 bloque le chimiotactisme et la chaine respiratoire.
-D'autres antigènes sont présents sur des cellules qui ont une activité de phagocytose. Certaines ont un récepteur pour le Fc des IgG (Dia 16): Le CD16 est un récepteur du Fc des IgG. Il intervient dans la reconnaissance du signal. Le CD32 est un recepteur des complexes immuns. Il facilite la phagocytose. Le CD14 est présent sur les monocytes et les macrophages qui ont une importante activité de phagocytose, mais aussi sur les polys. D'autres cellules ont des récepteurs pour le complément tels que le CR3, le CR1, et le C5aR qui favorise la phagocytose. Le CD46, le CD55 et le CD59 ont par contre un effet de limitation sur la phagocytose.
-Enfin, d'autres molécules sont impliquées dans l'adhésion (Dia 17). Il s'agit du CD9, du CD53 et du CD82 qui joue un rôle dans l'adhésion des polys à l'endothélium au cours de la diapédèse. Le LFA1 (CD11a/CD18) joue également un rôle prépondérent. Le CD15 intervient dans la phase précoce de l'adhésion. Le CD24 joue un rôle dans la production d'anions superoxydes.
3-Fonctions des Granulocytes neutrophiles:
Le rôle physiologique principal des granulocytes ou polynucléaires neutrophiles (PN) est de détruire et d'éliminer tout agent pathogène qui a pénétré dans l'organisme humain. Le PN assure aussi la destruction et l'élimination des cellules ou molécules devenues anormales. L'efficacité dépend de leur nombre, mais aussi de leurs capacités fonctionnelles. Le PN, après avoir adhéré aux parois des capillaires, les traverse (diapédèse) et quitte le sang pour atteindre dans les tissus, les proies sur lesquelles ses activités tueuses, puis lytiques vont s'exercer. Le plus souvent, le PN englobe sa proie avant de la tuer. Les différentes activités fonctionnelles du PN se déroulent en étapes très imbriquées. Cependant, les activités de déplacement, d'adhérence, d'englobement, tueuses ou dégradatives sont étudiées séparément.
a Déplacement des PN
L'accumulation de PN à l'endroit d'une agression pathogène résulte du déplacement d'une partie des PN du sang qui ont perçu et répondu à une production par la cible de premiers messages. In vitro, placé sur un support solide, le PN s'étale, adhère, puis se déplace sur ce support en effectuant des mouvements amiboïdes. Les caractéristiques du milieu environnant conditionnent la vitesse et la nature, au hasard ou orienté, de ce déplacement. L'orientation est induite par des facteurs chimiotactiques. La vitesse de déplacement du PN peut être augmentée ou diminuée par des facteurs chimio-cinétique.

Facteurs extragranulocytaires du déplacement

Pour se déplacer, le PN doit d'abord adhérer à un support solide, telles, in vivo les cellules endothéliales vasculaires, les fibres de collagène, etc. Les chimio-attractants sont dans l'ensemble bien définis. La fraction C5a du complément est un puissant attractant du PN. Elle résulte de l'activation des molécules du système du complément. L'activateur du plasminogène et le fibrinopeptide B, produit au cours de la transformation du fibriniogène en fibrine, ont une activité chimio-attractante. De nombreuses cellules produisent des chimio-attractants : les cellules endothéliales, les lymphocytes stimulés par un antigène spécifique ou par un mitogène, les monocytes (monokines de type IL-8), les PN au cours de la phagocytose et les plaquettes qui contiennent dans leurs a-granules deux chimio-attractants, le facteur 4 et le facteur de croissance plaquettaire. Depuis de nombreuses années, les lipides peroxydés sont considérés comme des chimio-attractants qui jouent un rôle important dans l'épuration de cellules vieillies ou abîmées. Les bactéries, surtout, libèrent des facteurs chimio-attractants, notamment quand elles sont en phase de multiplication. Le N-formyl-méthionyl-leucyl-phenylalanine (FMLP) a été très utilisé pour étudier le déplacement du PN et ses mécanismes. Les inhibiteurs du déplacement. Trois mécanismes d'action ont été reconnus :1/ inactivation de l'attractant, 2/ compétition entre l'inhibiteur et le chimio-attractant pour les récepteurs membranaires du PN (nombre de médicaments, notamment les anti-inflammatoires, ont cet effet), 3/ blocage de la reconnaissance membranaire des attractants, soit en inhibant l'activité motrice ou directionnelle, soit en interférant avec les systèmes de transmission cellulaire. Parmi les inhibiteurs jouant un rôle physiologique, on a décrit une lymphokine, le LIF (Leucocyte Inhibition Factor), et NIF (Neutrophil Immobilizing Factor), (le NIF est spécifique du PN).
Facteurs granulocytaires du déplacement
En présence d'un chimio-attractant, le PN se polarise rapidement par réorientation des éléments de son cytosquelette, induisant la formation d'expansions cytoplasmiques au pôle cellulaire frontal (lamellipode) et souvent au pôle opposé (uropode). Trois régions peuvent être distinguées sur un PN polarisé : la région frontale, la région médiane et l'uropode. i) la région frontale, dans le sens du déplacement, est représentée par une mince couche du cytoplasme (0,2 mm environ) très riche en microfilaments d'actine. ii) La région médiane contient les granulations, les mitochondries, le noyau et le centriole d'où partent, vers l'avant et l'arrière de la cellule, les filaments intermédiaires et les microtubules. iii) L'uropode est une petite protubérance postérieure contenant des filaments d'actine et des granulations. La déformabilité est contrôlée par la teneur en calcium du milieu et surtout par le degré de méthylation des lipides membranaires. Les microfilaments sont une structure complexe faite essentiellement d'actine et de myosine. L'actine soluble dans le PN au repos se polymérise et s'associe au cytosquelette après stimulation par l'attractant. Elle peut alors induire des tensions membranaires responsables d'expansions et de rétractions du cytoplasme périphérique. L'actine polymérisée forme réseau tridimensionnel dans lequel les filaments sont disposés perpandiculaire. Ce type de un branchement, assure l'extensibilité et l'élasticité du manteau cytoplasmique. La contraction de l'actine est sous la dépendance de la myosine (460kDa), protéine contractile dont phosphorylation et la déphosphorylation enzymatique conditionnent l'interaction avec l'actine. Les microtubules sont des fibres creuses qui se forment par polymérisation de tubuline. Le rôle des microtubules dans le déplacement du PN a fait l'objet de nombreux travaux qui ont conduit à des résultats controversés. Il est probable que, la fonction du système microtubulaire soit de maintenir la forme du PN. La reconnaissance des chimio-attractants par le PN se fait par des récepteurs spécifiques exprimés sur la face externe de la membrane cytoplasmique qui induisent un signal de transduction et l'émission de messagers secondaires.
b - Adhérence
L'adhérence est indispensable à presque toutes les activités fonctionnelles du PN. Les facteurs extragranulocytaires de l'adhérence sont des composants reconnus par la surface membranaires, soit de manière non spécifique (surface chargée électriquement), soit de manière plus spécifique (molécules comportant une séquence en acides animés caractéristique). Les facteurs granulocytaires de l'adhérence sont actuellement dominés par le groupe des glycoprotéines membranaires de l'adhérence qui ont été détaillées plus haut
c Activités de phagocytose
La phagocytose comporte deux étapes :
- reconnaissance de la particule
- englobement proprement dit.
Description des étapes de la phagocytose :
La portion de membrane où est accolé la particule s'invagine car ses parties adjacentes enveloppent la particule. Les parties adjacentes fusionnent (double feuillet membranaire reconstitué) enfermant la particule dans une vacuole appelée phagosome. Le phagosome se détache de la membrane tandis que l'on observe une dégranulation : les granulations migrent vers le phagosome et fusionnent avec lui. Les enzymes contenues dans les granulations peuvent dès lors lyser les substances à dégrader.
Facteurs extragranulocytaires de la phagocytose : les opsonines
Les opsonines sont des molécules qui relient particules et PN sur la membrane du PN, en effet, des récepteurs spécifiques des opsonines sont exprimés sur la membrane. Les opsonines les plus importantes sont les immunoglobulines et les fractions C3b et C3bi du complément.
Facteurs granulocytaires
Les facteurs granulocytaires de la phagocytose comprennent :
-Les éléments membranaires de reconnaissance des opsonines
-Les systèmes de transduction
-Les systèmes effecteurs de l'englobement
Les récepteurs membranaires des opsonines sont ceux de la partie Fc des immunoglobulines et ceux des fractions C3b et C3bi du complément. Le récepteur CR3 (glycoprotéine appelée Mo1) et deux autres glycoprotéines, LFZ-1 et gp 150, 95, font partie d'une famille de glycoprotéines membranaires regroupées sous le terme de protéines de l'adhérence. La phosphorylation des récepteurs est nécessaire et est induite par des protéines kinases. Les systèmes effecteurs de l'englobement sont en partie similaires à ceux du déplacement ; ils comportent les microfilaments d'actine et de myosine, et, vraisemblablement, le système microtubulaire. La phagocytose consomme de l'énergie et, comme le déplacement, repose donc sur la production et l'utilisation d'ATP.
d Activités tueuses du PN
Le PN qui a englobé des particules vivantes les tuent. Il agit de même sur celles qui lui sont accolées et qu'il n'a pas englobées. La diffusion extragranulocytaire des molécules tueuses peut même léser des cellules présentes au voisinage du champ d'action du PN. Les activités tueuses du PN sont, pour les unes, sous la dépendance de l'oxygène et, pour les autres, indépendantes de lui. La synergie entre les deux systèmes est très importante.
- Systèmes tueurs dépendants de l'oxygène
Il comporte schématiquement deux étapes :
explosion oxydative : production de peroxyde d'hydrogène (H2O2) utilisation de (H2O2) par une enzyme, la myéloperoxydase, en présence d'halogénures.
Explosion oxydative
Production d'anion superoxyde (oxygène réduit de manière monovalente), d'H2O2, de radical hydroxyle (HO) et singulet d'oxygène (02).
Les mécanismes d'oxydation sont induits par des facteurs extra-granulocytaires de type particulaire ou moléculaire (bactéries, virus, surfaces ou débris cellulaires, agrégats moléculaires, etc.). Le système effecteur de l'oxydation est celui de la NADPH oxydase. Il produit des anions superoxydes à partir de l'oxygène et du NADPH. Il n'est actif que si le PN est stimulé.
Myéloperoxydase
La deuxième étape de l'explosion oxydative résulte de la transformation en H2O2 de l'anion superoxyde libéré dans le phagosome ou le milieu extracellulaire. L'H2O2 peut réagir avec un métal et donner naissance à des formes activées très oxydantes de l'oxygène. Il peut être catalysé en eau par la catalase ou la glutathion peroxydase. En fait, en présence d'halogénures et de myéloperoxydases, provenant des granulations azurophiles, il produira de nombreuses substances toxiques : singulets d'oxygène, acides hypochloriques (ClOH), aldéhydes, chloramines et enfin du chlore et de l'iode qui vont halogéner des protéines cibles.
- Systèmes tueurs indépendants de l'oxygène
Ces système, dans le PN au repos, sont enfermés dans les granulations. Le PN possède au moins deux types de granulations cytoplasmiques : les granulations primaires ou azurophiles et les granulations secondaires ou spécifiques.
e Activités dégradatives
La dégradation des constituants de l'agent agresseur englobé dans le phagosome ou au contact de la membrane externe du PN se fait en synergie avec l'activité tueuse, notamment en ce qui concerne l'activité du lysozyme. L'activité dégradative est contenue dans les granulations des PN et, ce contenu se déverse sur les cibles, au cours de l'englobement.
La dégradation des constituants de l'agent pathogène est le fait d'un certain nombre d'enzymes. Le lysozyme, ou muramidase, est une aminopolysaccharidase qui amorce la dégradation de la membrane de l'agent pathogène et ouvre une brèche qui permet l'attaque par d'autres enzymes. Les phospholipases dégradent les phospholipides ; la collagénase, les fibrilles de cathepsines, les protéines et les fibres élastiques. De nombreuses autres enzymes dégradatives, comme la b-glucuronidase et les phosphatases, ont été isolées à partir des granulations des PN. Dans la majorité des cas, le processus dégradatif assuré par les PN est incomplet et ce sont surtout les monocytes et les macrophages qui le mèneront à son terme.

C GRANULOCYTES EOSINOPHILES

La grande majorité (90%) des polynucléaires sont neutrophiles et leur fonction est orientée vers la défense de l'organisme à travers la phagocytose. Il existe deux autres catégories de polynucléaires : Eosinophiles et basophiles, ayant chacun des fonctions propres.
1 Description de la lignée Eosinophile:
Les cellules naissent dans la moelle osseuse à partir d'un progéniteur spécifique eosinophile qui assure sa différenciation sous l'effet de l'IL5 (Interleukine 5).
Promyélocyte Eosino : Myélocyte Eosino : Polynucléaire Eo :
2 - Granulations Eosinophiles:
Activité peroxydasique spécifique (Perox Eo : résistance à inhibiteurs, méthanol et cyanure)
Nombreuses autres enzymes comme dans tout lysosome, mais aryl-sulfatase 8 fois plus concentrée
Protéine cationique (ERCP) : constitutive du cristal.
Cristaux de Charcot-Leyden observés dans conditions pathologiques = lysophospholipase.
Microscopie Electronique :
3 - Récepteurs membrane :
4 - Fonctions :
Eo produisent explosion oxydative
Formation O2 et H2O2
Mais cette activité reste inférieure à celle des Polys neutro.

D - GRANULOCYTES BASOPHILES:

Ces cellules sont les plus rares : taux de basophiles dans le sang inférieur à 1%. Ils proviennent d'un progéniteur spécifique dans la moelle osseuse et assurent leur différenciation par IL3-IL4 (temps de maturation = 7 jours) Durée de vie courte : 3 à 4 jours. Ils sont la principale source d'histamine du sang.
1 - Morphologie
Myeloblaste Basophile, Promyelocyte et Myelocytes Basophiles ne sont observés dans le sang que dans des conditions pathologiques (syndromes myeloprolifératifs).
Polynucléaires basophiles: les grains basophiles cachent la morphologie du noyau.
2 - Granulations:
Présence de grosses granulations métachromatiques (violet foncé) hétérogènes recouvrant le noyau. Les granulations hydrosolubles peuvent être lysées ou dissoutes lors du MGG et remplacées par des vacuoles claires.
Microscopie Eelectronique :
3 - Activité des granulations baso :
  • histamine
  • mucopolysaccarides sulfatés (pH acide).
  • 4 - Rôle des Polys basophiles :

    Décharge du contenu granulaire dans l'espace extra-cellulaire
    Récepteurs de membrane : Fc IgE (distribution variable capping possible)
    Liaison IgE à récepteur membranaire provoque la dégranulation. Il se produit un relargage d' HISTAMINE qui déclenche l'ANAPHYLAXIE.

     

     

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