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Médecine expérimentale

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Alain Fischer

Médecine expérimentale

Leçon inaugurale prononcée le jeudi 15 mai 2014

Alain Fischer

Texte intégral

1Monsieur l’Administrateur,
Mes chers collègues,
Chers amis,
Mesdames, Messieurs,

2Me retrouver parmi vous aujourd’hui ne peut me laisser indifférent. Je mesure la responsabilité qui m’incombe d’occuper une chaire si prestigieuse, marquée du sceau de Claude Bernard, créateur de la médecine expérimentale. Je remercie Pierre Corvol, le précédent titulaire de cette chaire, d’avoir proposé ma candidature, Philippe Sansonetti de l’avoir si bien défendue, l’ensemble des collègues biologistes ainsi que l’Assemblée des professeurs, de l’avoir adoptée. Si je suis ici ce soir, c’est parce que j’ai pu bénéficier tout au long de mon parcours hospitalo-universitaire, c’est-à-dire de ma formation de médecin et de chercheur, de l’aide de guides et d’inspirateurs. Je voudrais citer, à ce titre : Claude Griscelli, qui a créé en France le champ d’études et de soins des déficits immunitaires – j’y reviendrai –, et qui m’a fait confiance ; les regrettés Pierre Royer, pédiatre, et Maxime Seligmann, immunologiste, tous deux médecins visionnaires et constructeurs de la médecine hospitalo-universitaire française ; Peter Beverley et Marc Feldmann qui, à Londres, m’ont donné accès au plus haut niveau de la recherche anglo-saxonne en immunologie.

3J’eus la chance, très tôt, de travailler avec des médecins, des chercheurs, des médecins-chercheurs, des chercheurs-médecins profondément motivés pour construire un projet commun. Je tiens à citer, parmi beaucoup d’autres : Stéphane Blanche, Marina Cavazzana, Geneviève de Saint Basile, Jean-Pierre de Villartay, Anne Durandy, Sylvain Latour, Capucine Picard et Frédéric Rieux-Laucat, qui ont mobilisé tous leurs efforts pour comprendre et traiter les maladies génétiques du système immunitaire.

  • 1 A. Compagnon, Un été avec Montaigne, Éditions des Équateurs, Paris, 2013, p. 124.

4La médecine expérimentale vient de loin. Dans sa très subtile leçon inaugurale de la chaire de Philosophie des sciences biologiques et médicales, Anne Fagot-Largeault cite le célèbre mathématicien Pierre Simon de Laplace qui, vers 1820, réorganisa l’Académie des sciences et déclara : « Je ne mets pas les médecins à l’Académie des sciences parce qu’ils sont des savants, mais pour qu’ils soient avec des savants. » Il faut reconnaître qu’à l’époque, l’espérance de vie ne dépassait pas 30-35 ans, en particulier à cause du taux élevé de mortalité périnatale et infantile – une espérance de vie qui n’avait guère progressé par rapport à celle des premiers agriculteurs, il y a plus de 10 000 ans… Près de deux cents ans après Pierre Simon de Laplace, notre collègue Antoine Compagnon, dans un petit ouvrage sur Michel de Montaigne, écrit à propos des relations pour le moins conflictuelles qu’entretenait l’auteur des Essais avec ses médecins – il avait en effet beaucoup souffert personnellement, ayant perdu cinq de ses six enfants : « […] nos médecins n’ont plus rien des apprentis sorciers de la Renaissance et nous pouvons, semble-t-il [c’est moi qui souligne], leur faire confiance1 ». Que s’est-il donc passé en deux cents ans ?

  • 2 G. Canguilhem, Le Normal et le Pathologique, Paris, PUF, 1943.
  • 3 C. Salomon-Bayet, « Avant-propos », in Collectif, Claude Bernard. La méthode de la physiologie, Édi (...)

5Les médecins ont appris à observer et à développer des outils pour ce faire en jetant ainsi les bases de ce que l’on appelle la « clinique ». Il me plaît d’évoquer ici René Théophile Marc Hyacinthe Laennec, qui fut professeur au Collège de France entre 1822 et 1826 et qui inventa à l’hôpital Necker-Enfants malades – l’hôpital où j’exerce – le stéthoscope. Puis vint Claude Bernard, qui introduisit la notion de raisonnement médical fondé sur l’expérience et l’esprit critique en médecine. Selon Georges Canguilhem, il « marque le tournant2 » ; et la chercheuse Claire Salomon-Bayet évoque, dans l’avant-propos d’un livre dédié à son œuvre, « le changement d’échelles et le changement d’objets3 » qu’il induisit. « La médecine expérimentale, comme d’ailleurs toutes les sciences expérimentales, […] sera simplement la science qui cherche à remonter aux causes prochaines des phénomènes de la vie à l’état sain et à l’état morbide », écrit Claude Bernard dans L’Introduction à l’étude de la médecine expérimentale en 1865. Sa pensée a orienté de façon décisive la recherche médicale autour de concepts fondateurs : la médecine ne peut être qu’expérimentale, le vivant (végétal et animal) est un objet d’étude qui lui est indissociable, les modèles animaux sont pertinents pour la recherche médicale, la médecine et la biologie requièrent la physique et la chimie. En un sens, Claude Bernard fut le précurseur d’une pratique moderne de la biologie : la biologie dite « des systèmes ». Il fut ainsi un des pionniers de la biologie et de la médecine dans cette seconde moitié du xixe siècle aux côtés de quelques autres géants : Rudolf Virchow, qui comprit le rôle essentiel de la cellule comme unité de base du vivant, omnis cellula e cellula ; Gregor Mendel qui, en croisant des espèces de petits pois, établit les lois de l’hérédité, support un temps oublié de toute la génétique moderne ; Charles Darwin bien sûr, le théoricien inégalé de l’évolution ; enfin Louis Pasteur, puis Robert Koch, les découvreurs des microbes. Claude Bernard penchait davantage pour le rôle du milieu intérieur : « Le milieu est tout, le microbe n’est rien. » Il n’appréciait pas les champs d’étude qu’il considérait comme inaccessibles à l’expérimentation, en accord avec sa vision de la médecine et de la biologie. Mais la génétique, la biologie cellulaire, la microbiologie et l’immunologie ont su peu à peu se plier aux règles expérimentales édictées par Claude Bernard.

6Parmi ses successeurs récents à la chaire de Médecine expérimentale, il convient de rendre hommage à Jean Dausset, prix Nobel de médecine en 1980, qui découvrit les groupes tissulaires d’histocompatibilité dénommés HLA (abréviation de l’anglais human leukocyte antigen). Son intuition, fondée sur l’existence d’une immunisation maternelle contre les cellules fœtales, fut féconde puisqu’elle conduisit à mettre en évidence des anticorps dirigés contre les globules blancs, premiers pas vers l’identification de molécules clés des réponses immunes dites « adaptatives » – j’y reviendrai. La connaissance de ce système a permis de développer les transplantations de moelle osseuse et d’organes.

  • 4 J.-J. Panthier, S. Foote, B. Chambraud, A. D. Strosberg, P. Corvol et F. Rougeon, « Complete amino (...)

7Pierre Corvol, mon prédécesseur, a porté haut les couleurs de la médecine expérimentale, en droite ligne des conceptions de Claude Bernard. Il entreprit une étude moléculaire de la physiologie et de la physiopathologie de la pression sanguine au sein des vaisseaux artériels. Cette notion est un enjeu majeur de santé publique car l’excès de pression artérielle – l’hypertension artérielle –, est un pourvoyeur silencieux mais inévitable d’accidents vasculaires cérébraux et cardiaques. Pierre Corvol a purifié et cloné le gène codant une molécule clé de la régulation de la pression artérielle : la rénine4. Cette prouesse a permis d’affiner la compréhension des mécanismes régulateurs de la pression artérielle (le système rénine-angiotensine-aldostérone) et de ses dysfonctionnements, ouvrant ainsi la voie aux interventions thérapeutiques ciblées. On lui doit aussi d’avoir entrepris l’étude des bases génétiques de l’hypertension artérielle et développé celle de l’angio­genèse, c’est-à-dire de la physiologie du développement des vaisseaux sanguins. J’ajoute que Pierre Corvol s’est beaucoup investi dans la mise en place d’infrastructures dédiées à la recherche clinique en créant des centres d’investigation dans les hôpitaux, au plus près des patients.

Microbes et immunité

8L’espérance de vie de 30-35 ans en 1820 a bondi à près de 80 ans aujourd’hui dans les pays développés et ne cesse de progresser. L’aspect le plus marquant réside dans la réduction drastique de la mortalité périnatale et infantile. Cette révolution doit beaucoup à la réduction de la mortalité par infections grâce aux progrès de l’hygiène et de la nutrition – inhérents à la progression du niveau de vie –, puis des vaccinations et de l’antibiothérapie. En observant les ravages des épidémies de peste à Athènes, cinq siècles avant notre ère, Thucydide avait compris que les survivants étaient protégés lors de l’épidémie suivante. Il fut ainsi sans doute le premier immunologiste. Au Moyen Âge, des médecins chinois utilisèrent les lésions de vaccine du pis de vache en inoculation comme remède contre la variole. Ils avaient observé en effet la similitude entre les lésions provoquées par le virus de la vaccine de la vache et les lésions de variole. Edward Jenner fut le premier de l’ère moderne, à la fin du xixe siècle, à « vacciner » les patients contre la variole par ce procédé, après avoir observé que les garçons de ferme étaient protégés de la variole. Dès cette époque, la vaccination fit l’objet de violentes attaques, dont nous observons encore aujourd’hui des survivances, tant en France qu’ailleurs dans le monde.

9L’élaboration de la théorie microbienne, vers 1880, fut décisive pour la naissance de l’immunologie. Une cause extérieure aux maladies devait générer une réponse du milieu intérieur – en ce sens, l’immunologie est une science « bernardienne » –, notion objectivée par les résultats spectaculaires obtenus par Louis Pasteur pour la vaccination contre la rage. Dès lors, l’histoire de l’immunologie commence, logiquement, dans les lieux mêmes où la théorie microbienne avait été élaborée, à Paris après Louis Pasteur et à Berlin après Robert Koch : Ilia Metchnikov décrit la phagocytose de bactéries par les cellules – « première constatation d’une immunité cellulaire » – et Paul Ehrlich montre le rôle de facteurs humoraux dans la neutralisation de bactéries – c’est « l’immunité humorale ». L’immunologie est née. Cette science s’attaque à une question consubstantielle du monde vivant : comment coexister avec, comment résister à la myriade d’êtres vivants de toutes natures présents au sein de tous les écosystèmes ? Cette question transcende tout le vivant, de la bactérie à l’homme. À l’échelle humaine, nos « frontières naturelles » visibles avec le milieu extérieur (la peau) couvrent environ 2 m2 ; nos « frontières » invisibles : l’arbre respiratoire 130 m2, le système digestif 300 m2 ! Le défi à relever, pour notre système immunitaire, est donc considérable. Il lui faut patrouiller incessamment dans ces immenses territoires pour nous préserver de la colonisation ou de l’invasion microbienne fatale. Nous savons qu’en fait nous vivons en bonne intelligence avec certains microbes qui résident à la surface de notre peau et dans l’intestin : ils constituent le « microbiote » que notre collègue Philippe Sansonetti étudie. Ce microbiote est notre allié, un allié en nombre : 1014 bactéries environ le constituent alors que notre corps ne comporte que 1013 cellules dont une petite fraction, les globules blancs, est spécialisée dans les réponses immunitaires. L’analyse génétique détaillée de ce microbiote nous apprend qu’il contient au moins 1000 espèces bactériennes distinctes et 3 millions de gènes, à comparer avec nos 22 000 gènes ! Malgré tout, notre système immunitaire tient en respect cette flore microbienne avec laquelle nous vivons habituellement en bonne intelligence, en symbiose.

Une brève description du système immunitaire

10Le système immunitaire peut être représenté comme un système de défense composé de deux armées douées de la capacité intrinsèque de collaborer entre elles.

11Les êtres unicellulaires peuvent phagocyter des particules ou des bactéries, la phagocytose étant non seulement une fonction nutritive mais aussi défensive. Ce fut la première description, par Ilia Metchnikov, de ce que nous appelons aujourd’hui l’« immunité innée » : un système partagé par de nombreuses cellules à la surface ou au sein desquelles sont situés un nombre limité de récepteurs (capteurs) capables de reconnaître des macromolécules présentes chez les procaryotes (bactéries, virus) et quelques eucaryotes (champignons), ou bien des molécules chimiques libérées en situation de danger (mort cellulaire, par exemple). Ces capteurs transmettent des signaux par une cascade d’événements bio­chimiques qui culminent avec l’activation de la transcription de gènes codants pour des protéines pro-inflammatoires et des interférons. Ces protéines favorisent directement ou indirectement la destruction des micro-organismes.

  • 5 B. Lemaître et J. Hoffmann, « The host defense of Drosophila melanogaster », Annual Review of Immun (...)

12Ce système, s’il s’est diversifié au cours de l’évolution, est dans son principe remarquablement conservé, du ver de terre (modèle de Caenorhabditis elegans) à l’homme, en passant par les insectes comme la drosophile5 (travaux de Bruno Lemaître et Jules Hoffmann). La famille de récepteurs la mieux connue est celle des récepteurs de type Toll (toll-like receptors ou TLR en anglais) décrite initialement chez la drosophile (fig. 1).

Figure 1. Conservation à travers les espèces de l’immunité innée, du récepteur aux molécules effectrices.

Figure 1. Conservation à travers les espèces de l’immunité innée, du récepteur aux molécules effectrices.

La drosophile, comme les mammifères, dispose d’un système d’immunité innée caractérisé par un récepteur membranaire (ou intracellulaire, non montré) relié à un système de signalisation intracellulaire qui conduit à la transcription de gènes () et à la production de molécules effectrices anti-microbiennes. Les molécules sont analogues entre espèces (du fait de la conservation de familles géniques), malgré l’éloignement.

Source : C. Léopold Kurz et Jonathan J. Ewbank, « Caenorhabditis elegans: an emerging genetic model for the study of innate immunity », Nature Reviews Genetics, no 4, p. 380-390, mai 2003, doi :10.1038/nrg1067 (reproduit avec l’autorisation de MacMillan Publishers Ltd.).

  • 6 L. Quintana-Murci et A. G. Clark, « Population genetic tools for dissecting innate immunity in huma (...)
  • 7 J.-L. Casanova, L. Abel et L. Quintana-Murci, « Human TLRs and IL-1Rs in host defense: natural insi (...)

13Leur importance est illustrée par la pression de sélection qui s’exerce sur l’élimination de mutations des gènes codant certains d’entre eux, tel que TLR3, au cours de l’évolution de l’espèce humaine, comme l’a montré Lluis Quintana-Murci6. En miroir, les mutations héritées de quelques-uns de ces gènes sont responsables de pathologies infectieuses sévères mais de spectre restreint chez l’homme7. Ces informations issues du croisement de la génétique et de l’immuno­logie humaine sont très précieuses pour apprécier la complexité des fonctions in vivo de ces composants des réponses immunitaires. L’immunité innée s’est diversifiée au cours de l’évolution. Il existe chez les mammifères au moins cinq classes de capteurs situés à la surface de cellules ou en leur sein, capables de détecter directement ou indirectement la présence d’un agent infectieux.

  • 8 F. M. Burnet, « The immunological significance of the thymus: an extension of the clonal selection (...)

14Par contraste, l’immunité adaptative est un jeune produit de l’évolution. Apparue il y a environ 500 millions d’années, elle est présente chez tous les vertébrés, auxquels elle a pu conférer un avantage sélectif déterminant lorsqu’ils sont sortis du monde aquatique. On en retrouve la trace la plus ancienne – dans une version distincte de la nôtre – chez la lamproie, et – dans notre version –, chez le requin. Cette immunité est limitée à deux types cellulaires : les globules blancs dénommés lymphocytes T et B. Elle se caractérise par un système de reconnaissance diversifié, clonal tel que l’a défini Frank Macfarlane Burnet8, capable d’expansion au contact d’un antigène et doté de mémoire (fig. 2).

Figure 2. Principes de l’immunité adaptative.

Figure 2. Principes de l’immunité adaptative.

Le système est dual : les lymphocytes T (immunité cellulaire) reconnaissent des peptides présentés par les molécules d’histocompatibilité (HLA) alors que les lymphocytes B détectent des antigènes protidiques ou sucrés sous forme soluble ou particulaire. La puce (●) symbolise un antigène.

  • 9 S. Tonegawa, « Somatic generation of antibody diversity », Nature, vol. 302, no 5909, 1983, p. 575- (...)

15Cette immunité consiste en un processus de reconnaissance, par des capteurs spécifiques présents à la surface des lymphocytes, d’un composant peptidique ou, plus rarement, d’un motif glycosidique : l’antigène. En première approximation, chaque globule blanc (lymphocyte T ou B) dispose d’un récepteur pour un antigène particulier. Cette faculté repose sur un bricolage génétique ingénieux, à savoir une combinatoire générée par la recombinaison d’éléments de gène disponibles, comme l’a démontré dans les années 1980 Susumu Tonegawa9 (fig. 3).

Figure 3. Génération de la diversité des récepteurs pour l’antigène par recombinaison génique.

Figure 3. Génération de la diversité des récepteurs pour l’antigène par recombinaison génique.

Le gène « primaire » comprend des éléments codants V, D, J et l’élément unique C (constant). Par événements successifs de recombinaison, un segment V, un segment D, un segment J sont juxtaposés dans le gène réarrangé et fonctionnel. Le récepteur T pour l’antigène comprend deux chaînes α et β toutes deux soumises à ces événements.

16L’infinité de combinaisons est telle (environ 1018) qu’elle est potentiellement supérieure au nombre de fragments de molécules susceptibles d’être reconnus. Cette réponse immune adaptative est de ce fait beaucoup plus spécifique que la réponse innée. En effet, même si le nombre de lymphocytes spécifiques d’un microbe donné est faible, l’efficacité de la réponse suppose une amplification du nombre de cellules concernées par la division cellulaire et donc un temps de latence de plusieurs jours (contre quelques heures pour l’immunité innée) avant qu’une réponse immune puisse s’installer. Au terme d’une réponse immunitaire, une petite fraction des lymphocytes spécifiques – une fois l’« envahisseur » éliminé – persiste dans les tissus concernés, ces lymphocytes étant en plus grand nombre qu’initialement et dotés de propriétés particulières : ils confèrent à l’immunité adaptative la propriété de mémoire, principe de base de la vaccination. Une seconde rencontre avec le même microbe provoquera une réponse rapide et immédiatement efficace, prévenant ainsi la survenue d’une nouvelle infection.

17L’immunité adaptative est une condition de la longévité mais elle a un prix : une déficience génétique grave de cette fonction est incompatible avec la vie au-delà de quelques mois. Ce système combinatoire de reconnaissance d’antigènes ne sait pas a priori quel antigène est « pertinent », c’est-à-dire issu d’un microbe que nous souhaitons éliminer, « inutile », c’est-à-dire non présent dans le monde vivant ou « dangereux », parce qu’il est présent comme constituant de notre propre corps : notre « soi ». Comment le système immunitaire trie-t-il le bon grain de l’ivraie ? Cette question est au cœur de la compréhension d’un ensemble de maladies invalidantes : les maladies auto-immunes, provoquées par un défaut de maîtrise des lymphocytes reconnaissant nos propres constituants. Qu’une telle lacune des réponses immunitaires ait pu persister au cours de l’évolution démontre a contrario que cette modalité de réponse immunitaire a procuré une capacité d’adaptation décisive dans l’évolution des vertébrés.

  • 10 Le rôle de ces composants ainsi que la convergence et l’orchestration des réponses immunes innées e (...)

18Le système immunitaire est complexe. Il comporte des cellules, les polynucléaires neutrophiles – capables de phagocytose et de microbicidie –, qui sont entièrement renouvelées à partir de la moelle osseuse, l’hématopoïèse, toutes les 48 heures. À l’opposé, les lymphocytes T responsables de la composante cellulaire de l’immunité adaptative – par opposition aux lymphocytes B, qui produisent des anticorps immuno­globulines – peuvent persister plusieurs dizaines d’années grâce à la mémoire immunitaire et se comporter comme des cellules souches, c’est-à-dire être capables d’auto-renouvellement10.

Immunité et médecine

  • 11 A. C. Allison, « Genetic control of resistance to human malaria », Current Opinion in Immunology, v (...)
  • 12 T. I. Sørensen, G. G. Nielsen, P. K. Andersen et T. W. Teasdale, « Genetic and environmental influe (...)

19L’étude et la compréhension des maladies infectieuses, auto-immunes, inflammatoires et des allergies relèvent au moins en partie de l’immuno­logie. Le défi est gigantesque car leur déterminisme est variable, alliant des composantes héréditaires et environnementales difficiles à reconstituer. La génétique a contribué au progrès récent de l’immuno­logie, en particulier à celui de l’immuno­logie humaine, lui (re)donnant sa place dans la communauté des immuno­logistes jusqu’ici surtout convaincus par les expériences menées chez les rongeurs de laboratoire. Depuis longtemps, il a été observé une variabilité individuelle de la vulnérabilité aux agents infectieux. Dans les années 1950, Anthony Allison démontra le premier qu’un trait génétique pouvait être sélectionné dans l’espèce humaine parce qu’il confère une capacité de résistance à un agent infectieux11. Il observa en effet que les individus porteurs d’une mutation hétérozygote du gène de la chaîne β de l’hémoglobine – mutation responsable à l’état homozygote de l’anémie falciforme – sont protégés contre une forme de paludisme. L’épidémiologie a permis de démontrer avec élégance le poids de l’hérédité dans la survenue des maladies infectieuses : ainsi Thomas Teasdale, il y a vingt-cinq ans, a montré que le risque de mort prématurée provoquée par une infection à l’âge adulte est 5,8 fois supérieur si un parent biologique est lui-même décédé précocement d’infection alors que ce sur-risque n’est pas observé dans le cas d’un décès précoce par infection d’un parent adoptif12. Quel est ce risque, comment l’apprécier ? Que nous apprend sa connaissance ?

20C’est ici qu’entre en scène le champ de la médecine qui est le mien : celui des maladies rares et héréditaires du système immunitaire appelés déficits immunitaires héréditaires (DIH). Il existe toute une série de maladies rares, voire exceptionnelles (1 cas/1 million de naissances, par exemple), au cours desquelles le système immunitaire est altéré, provoquant de façon variable vulnérabilité infectieuse, maladies auto-immunes ou inflammatoires, allergies et parfois cancers. On estime qu’environ 1 individu sur 4 à 5000 naît avec une telle pathologie. On dénombre aujourd’hui environ 250 de ces pathologies. Elles sont provoquées – en première approximation – par un événement unique : la mutation d’un gène responsable de la perte ou, plus rarement, du gain de fonction de la protéine correspondante. Il s’agit d’une hérédité simple telle que la décrivit Mendel lorsqu’il étudia la transmission des caractéristiques lisses ou ridées des petits pois. L’étude de ces DIH – comme de bien d’autres maladies génétiques rares – constitue un observatoire exceptionnel de la biologie humaine et de ses anomalies. Il s’agit bien sûr d’une approche réductionniste : identifier le composant unique dont le défaut provoque une maladie. Cette démarche comporte un triple intérêt : 1) identifier pièce par pièce les éléments clés du système immunitaire nécessaires à son développement, ses fonctions effectrices et sa régulation ; 2) contribuer par ce fait à la compréhension des mécanismes mis en jeu lors du contrôle d’une infection, de la prévention d’une inflammation excessive ou d’une réponse auto-immune ; 3) permettre un diagnostic précis de ces maladies et parfois l’élaboration d’une thérapeutique. Cette approche s’est avérée et s’avère encore féconde. Je vais vous en décrire succinctement quelques exemples issus des travaux de notre laboratoire.

Contribution de l’étude des déficits immunitaires héréditaires à l’immuno­logie et à la médecine

21Nous l’avons vu, la génération de la diversité de reconnaissance d’antigènes par les récepteurs des lymphocytes T et B est fondée sur une stratégie de bricolage génétique propre à ces cellules (fig. 3). L’analyse de pathologies héréditaires rares appelées déficits immunitaires combinés sévères (DICS), au cours desquels le développement des lymphocytes T (dans le thymus) et B (dans la moelle osseuse) est interrompu, a contribué à identifier les mécanismes de génération de cette diversité (fig. 4).

Figure 4. Principes régissant la génération de la diversité de reconnaissance des antigènes et apport de l’étude des pathologies héréditaires chez l’homme.

Figure 4. Principes régissant la génération de la diversité de reconnaissance des antigènes et apport de l’étude des pathologies héréditaires chez l’homme.
  • 13 D. Moshous, R. Callebaut, R. de Chasseval, B. Corneo, M. Cavazzana-Calvo, F. Le Deist, I. Tezcan, O (...)

22Nous avons ainsi montré qu’une variété de DICS se caractérise par la sensibilité accrue des cellules des patients à l’action des radiations ionisantes, propriété révélant un défaut du système de réparation de l’ADN également nécessaire au « bricolage » de l’ADN par les lymphocytes T et B. En 2001, en s’appuyant sur les techniques de cartographie génétique, Jean-Pierre de Villartay identifia le gène responsable et montra que la protéine déficiente – dénommée au laboratoire « Artemis » (déesse protectrice des jeunes enfants) par Despina Moshous, étudiante d’origine grecque – exerce une fonction essentielle dans une voie de réparation des cassures de l’ADN13 appelée « réparation par jonction d’extrémités non homologues (JENH) des cassures double-brin (CDB) ». La recombinaison s’opère d’abord en une étape de cassures ordonnées des brins d’ADN, suivie d’une réparation de ces cassures impliquant Artemis. Plus tard, la même démarche fondée sur l’observation d’une autre forme de DICS conduisit à l’identification d’un autre facteur de la réparation non homologue des cassures d’ADN dénommé « Cernunnos », qui est impliqué dans la phase finale de religation des brins d’ADN.

  • 14 P. Revy, T. Muto, Y. Levy, F. Geissmann, A. Plebani, O. Sanal, N. Catalan, M. Forveille, R. Dufourc (...)
  • 15 M. Muramatsu, K. Kinoshita, S. Fagarasan, S. Yamada, Y. Shinkai et T. Honjo, « Class switch recombi (...)

23Les lymphocytes B produisent les anticorps (immuno­globulines) qui reconnaissent des antigènes par leur région dite « variable » et activent des fonctions cellulaires par leurs régions constantes. Ces immuno­globulines diffusent dans les espaces extra­cellulaires et certaines sont transportées vers la surface des muqueuses. Les régions variables sont générées par le processus de recombinaison génétique décrit plus haut. Les régions constantes de plusieurs types (M, G, A, E) sont dotées de fonctions différentes. Un second processus de recombinaison génétique permet, au cours d’une réponse immunitaire, de modifier une immuno­globuline de telle sorte que : 1) la région constante change de M à G, A, ou E ; 2) la région variable acquière (après sélection) une affinité plus élevée pour l’antigène. Il s’agit respectivement de phénomènes de commutation isotypique des immuno­globulines (CII) et de mutation somatique des régions dites « variables des gènes d’immuno­globulines ». Ces événements propres aux lymphocytes B surviennent dans les organes lymphoïdes secondaires (ganglions lymphatiques, rate) et accroissent la capacité immune des lymphocytes B contre des agents infectieux. Une étude systématique et approfondie de patients atteints d’un DIH caractérisé par un défaut de CII, menée par Anne Durandy14, a permis d’identifier ou de préciser le rôle de molécules essentielles à cette diversification secondaire des réponses immunitaires, en particulier de la molécule AID (activation induced deaminase). Celle-ci induit les modifications de l’ADN responsable de l’initiation du processus de recombinaison (CII) et de mutations somatiques de régions variables des gènes d’immuno­globulines. L’Uracil N-Glycosylase « nettoie » la lésion de l’ADN générée par AID, alors que des enzymes de réparation des mésappariements de l’ADN participent à la génération de ces mutations. La molécule AID, d’abord identifiée par Tasuku Honjo à Kyoto15, et dont l’importance a été révélée par l’étude des pathologies héréditaires humaines, est volontiers appelée le « mutateur » des gènes d’immuno­globulines (fig. 4).

24Ainsi, avec une certaine élégance au cours de l’évolution s’est mis en place un système redoutablement efficace d’immunité fondé sur des principes biologiques simples : une stratégie unique de bricolage génétique, un nombre très limité de gènes clés – les récepteurs/objets du bricolage et les opérateurs du bricolage – et enfin le « recours » à un mécanisme biologique fondamental de réparation de l’ADN présent dans chaque cellule comme système de sauvegarde de réparation du génome (fig. 4).

  • 16 G. de Saint Basile, G. Menasche et A. Fischer, « Molecular mechanisms of biogenesis and exocytosis (...)

25Une des fonctions effectrices des lymphocytes T consiste à détruire d’autres cellules infectées par des micro-organismes (virus notamment) mais aussi des cellules tumorales. Il s’agit des lymphocytes « tueurs ». Ce processus est lié à l’excrétion du contenu de granules cytosoliques dits « sécrétoires », au contact de la cellule cible. Ces protéines (perforine et protéases) provoquent la mort de la cellule cible selon le procédé dit d’« apoptose ». Geneviève de Saint Basile a identifié une série de maladies héréditaires toutes caractérisées par un défaut fonctionnel de la capacité cytotoxique des lymphocytes T16. Ses travaux présentent plusieurs sources d’intérêt. Ils attirent d’abord l’attention sur le fait qu’un défaut de cytotoxicité conduit paradoxalement à une réponse immune exacerbée, comme si les lymphocytes tueurs étaient physiologiquement nécessaires au contrôle de l’amplitude et sans doute à la terminaison d’une réponse immunitaire. Ils ont ensuite permis d’identifier une série de molécules dont la fonction est de permettre l’exocytose des granules cytotoxiques selon un programme ordonné : migration intracellulaire, arrimage à la membrane, activation et fusion membranaire. Enfin, ces travaux ont montré que ce processus, de façon remarquable, présente des analogies moléculaires étonnantes avec celui de l’exocytose des granules, qui contiennent les neuromédiateurs au niveau des synapses entre cellules nerveuses, et ce malgré des différences d’échelle de temps et de taille. Ainsi, une question biologique analogue – l’excrétion régulée de protéines provoquée par le contact entre cellules – a reçu une solution similaire dans deux types cellulaires distincts.

  • 17 F. Rieux-Laucat, F. Le Deist, C. Hivroz, I. A. Roberts, K. M. Debatin, A. Fischer, J.-P. de Villart (...)

26Un autre exemple a trait à la tolérance au soi dont le défaut provoque les maladies auto-immunes. Les lymphocytes T et B réagissant contre nos propres antigènes ne sont pas, normalement, pathogènes. Comment sont-ils effectivement maîtrisés ? La réponse à cette question d’intérêt tant théorique (la « tolérance » au soi) que médicale provient à nouveau, en partie, de l’étude de maladies héréditaires rares responsables d’une susceptibilité à l’auto-immunité. Notre contribution principale, avec Frédéric Rieux-Laucat, a consisté à identifier les anomalies héréditaires du gène codant une protéine appelée FAS chez des patients atteints d’un syndrome lymphoprolifératif avec auto-immunité17. FAS est un récepteur membranaire présent notamment à la surface des lymphocytes T et B. Sa liaison par un ligand, le ligand de FAS, présent à la surface des lymphocytes T activés, provoque la mort des lymphocytes qui sont activés de façon chronique – ce qui est exactement la situation rencontrée pour des lymphocytes spécifiques d’antigènes du soi. Ce système de communication moléculaire, qui peut agir de façon intracellulaire (en cis) ou intercellulaire (en trans), contrôle ainsi l’échappement éventuel de lymphocytes T et B auto-réactifs. Il a également été montré que des mutations somatiques, « acquises », du même gène pouvaient favoriser l’émergence de lymphocytes auto-réactifs et par conséquent de maladies auto-immunes comme l’anémie hémolytique ou la thrombopénie auto-immune puisque de tels lymphocytes acquièrent un avantage sélectif de survie. Cette observation constitue le fondement d’une hypothèse susceptible d’expliquer des maladies auto-immunes courantes : l’accumulation de mutations somatiques de gènes contrôlant la mort ou la division cellulaire au sein des lymphocytes T et/ou B auto-réactifs favoriserait leur échappement et donc l’induction d’une auto-immunité, selon un modèle proche de l’onco­genèse. Cette hypothèse est testable – de fait, elle est actuellement testée –, et elle pourrait permettre d’identifier de nouvelles molécules importantes dans le contrôle de l’auto-immunité.

27Cet exemple introduit bien la question de savoir si l’étude des situations pathologiques à déterminisme rare, monogénique – comme le sont les DIH, parfois dénommés « phénotypes extrêmes » –, peut s’appliquer à des pathologies beaucoup plus courantes et a priori de mécanisme plus complexe. Autrement dit, jusqu’où une approche médicale réductionniste peut-elle contribuer à éclairer les grands enjeux de la physiopathologie des maladies ? Cette question agite notamment beaucoup l’industrie pharmaceutique, dont la perspective est d’identifier ainsi des cibles thérapeutiques.

28L’approche classique des grandes pathologies repose sur l’épidémiologie, la description approfondie du phénotype (bio­marqueurs, imagerie, etc.) et l’analyse de traits génétiques associés. Les techniques modernes d’analyse du génome permettent en effet d’établir des corrélations entre les variations interindividuelles de séquence du génome et le risque de développer une maladie (maladie auto-immune, cancer, etc.). On peut ainsi mettre en évidence de nombreuses régions du génome, codantes et non codantes, dont les variations induisent un risque relatif face à telle ou telle pathologie. La frustration générée par cette approche est liée au fait que ces régions sont nombreuses : on en compte par exemple 163 pour les maladies inflammatoires du tube digestif (maladie de Crohn et rectocolite hémorragique), et le risque induit par chaque variation ne dépasse pas un facteur de 1,5 à 2 alors que, ensemble, elles ne rendent compte globalement que d’une petite fraction de la variance génétique (moins de 14 % dans le cas des maladies inflammatoires du tube digestif). Cela implique que ces informations n’ont guère d’intérêt à l’échelle de l’individu. Autrement dit, le chercheur est confronté au dilemme décrit par George Bernard Shaw en 1909 dans la préface à sa pièce The Doctor’s Dilemma :

Il est alors facile de prouver que le port de chapeaux hauts de forme et de parapluies élargit le buste, prolonge la vie et garantit une immunité relative contre les maladies ; car les statistiques montrent que les classes sociales qui utilisent ces objets sont de plus grande taille, en meilleure santé, et vivent plus longtemps que celle qui ne rêve jamais de posséder de telles choses. Il ne faut pas beaucoup de perspicacité pour voir que ce qui fait réellement la différence n’est pas le chapeau haut de forme et le parapluie, mais la richesse et l’alimentation dont ils sont les signes, et que l’on pourrait prouver de la même façon qu’une montre en or ou une adhésion à un club de Pall Mall possède les mêmes vertus souveraines.

  • 18 A. Chakravarti, A. G. Clark et V. K. Mootha, « Distilling pathophysiology from complex disease gene (...)

29George Bernard Shaw était perspicace tant en ce qui concerne la mise en évidence des inégalités sociales face à la maladie que sur les risques de confusion entre cause et conséquence, un dilemme clé de l’étude des maladies génétiques complexes. Aravinda Chakravarti, généticien à l’université Johns Hopkins, a récemment essayé de définir les règles qui permettraient d’établir une causalité dans une telle situation complexe18 : après avoir mis en évidence un variant, il s’agirait de démontrer que celui-ci induit expérimentalement un phénotype qui puisse être corrigé par l’introduction d’une séquence génétique normale et non par la séquence variante elle-même – je reviendrai un peu plus loin sur ce défi, goulot d’étranglement sérieux de la recherche médicale actuelle.

30Quid de l’approche réductionniste dans ce contexte ? On peut encore formuler l’hypothèse que la composante génétique de maladies complexes est en partie liée à des variants génétiques à effet important mais dont la fréquence est rare, donc non observable par les approches de liaison génétique au sein de cohortes de patients. Dans ces derniers cas, il faut en effet qu’un variant soit présent chez environ plus de 1 % des patients pour être détectable. Cette discussion est loin d’être sans conséquences pratiques. Identifier des variants rares mais à facteurs de risques très élevés est susceptible d’éclairer la physiopathologie de sous-groupes de maladies fréquentes et, de ce fait, d’ouvrir des pistes thérapeutiques.

  • 19 J.-P. Hugot, M. Chamaillard, H. Zouali, S. Lesage, J.-P. Cezard, J. Belaiche, S. Almer, C. Tysk, C. (...)
  • 20 S. Rigaud, M. C. Fondaneche, N. Lambert, B. Pasquier, V. Mateo, P. Soulas, L. Galicier, F. Le Deist (...)

31Un exemple concerne la maladie de Crohn, maladie inflammatoire chronique et invalidante de l’intestin : Jean-Pierre Hugot, à Paris, a montré il y a plus de dix ans qu’une fraction des patients atteints de cette maladie étaient porteurs de variations d’un gène dénommé NOD2, qui code pour un de ces récepteurs (capteurs) intracellulaires de l’immunité innée évoqués plus haut19. Chez ces patients, le capteur NOD2 est déficient, ce qui induit une moindre mise en jeu des réponses immunes dirigées contre les microbes de la flore intestinale. Plus récemment, dans notre laboratoire, Sylvain Latour a décrit la survenue de la maladie de Crohn chez de rares patients atteints d’une maladie à transmission mendelienne liée au chromosome X, par défaut d’expression d’une protéine appelée XIAP, dont l’une des fonctions est de participer à une voie de signalisation moléculaire induite par le capteur NOD220. En se fondant sur ces observations rares, il devient ainsi progressivement possible de disséquer les voies biologiques mises en jeu dans des maladies complexes.

32Un exemple encore plus spectaculaire est apporté par l’étude du métabolisme du cholestérol et de ses conséquences connues sur le risque majeur de maladies cardiovasculaires. Certes, la façon de se nourrir, la consommation excessive de graisses et la sédentarité augmentent la fréquence des maladies cardiovasculaires. Cependant, il a été observé que les très rares individus porteurs d’une mutation par perte de fonction d’un gène dénommé PCSK9 avaient peu de cholestérol dans le sang et développaient moins de complications vasculaires athéromateuses, et qu’à l’inverse, des mutations (rares) par gain de fonction de PCSK9 provoquaient une hypercholestérolémie. Cette observation a permis de comprendre que cette molécule, une enzyme, dégrade le récepteur membranaire de certaines lipoprotéines plasmatiques nécessaire à leur captation et à leur dégradation. De façon logique, PCSK9 est devenue une cible thérapeutique digne d’intérêt, actuellement testée selon plusieurs stratégies.

33Ces exemples montrent que l’approche la plus simple – réductionniste – d’une molécule, d’un mécanisme, est susceptible de contribuer sans doute pour longtemps encore à la compréhension du mécanisme des maladies. Cela exige du monde médical, d’une part de conserver curiosité et sagacité face à une observation inhabituelle et d’autre part, une organisation ad hoc, j’y reviendrai.

Et la thérapeutique ?

34Le modèle des DIH s’avère à nouveau instructif. Même s’ils n’en conçurent pas l’idée, les immuno­logues américains Robert Good d’abord, Fritz Bach ensuite, furent les premiers à décrire en 1968 le succès de la greffe de moelle osseuse comme traitement de DIH sévères – DICS et syndrome de Wiskott-Aldrich. Ces résultats, rappelons-le, reposent sur la découverte, dix ans plus tôt, des groupes tissulaires d’histocompatibilité HLA par Jean Dausset. Ainsi peuvent être identifiés des donneurs (frère ou sœur) ayant hérité des parents les mêmes groupes HLA, ce qui permet de réaliser cette allogreffe avec un moindre risque de conflit immuno­logique entre donneur et receveur. Ces résultats, rapidement reproduits en Europe par Claude Griscelli et quelques autres, furent à la base de ce qui est aujourd’hui une thérapeutique salvatrice de milliers de patients chaque année en France, qu’ils soient atteints de diverses formes de leucémies ou d’autres pathologies acquises et héréditaires de la moelle osseuse. Cette histoire montre le succès d’une approche thérapeutique pragmatique, scientifiquement fondée : connaissance des cellules souches hématopoïétiques capables de donner naissance aux lymphocytes (fig. 5) et utilisation des groupes tissulaires HLA dans une situation médicale exemplaire de simplicité. En effet, les patients atteints de DIH sévère ne peuvent, du fait de la déficience de leur système immunitaire, rejeter une greffe.

Figure 5. Schéma de l’hématopoïèse : production des cellules sanguines.

Figure 5. Schéma de l’hématopoïèse : production des cellules sanguines.

Les cellules souches hématopoïétiques sont douées d’une capacité d’auto-renouvellement par division asymétrique. Elles donnent naissance à tous les éléments figurés du sang, dont les globules blancs affectés par les déficits immunitaires.

35Le développement de la thérapie génique est susceptible de suivre en partie ce même chemin. Malgré son succès, l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques comporte des limites d’application inhérentes aux risques de complications fatales qui peuvent être trop importantes lorsque le donneur et le receveur ne partagent pas une compatibilité suffisante des groupes tissulaires HLA. La thérapie génique constitue une alternative. Son principe consiste à introduire une copie fonctionnelle du gène muté au sein des cellules souches du système hématopoïétique de telle sorte que les cellules filles portent ce gène « thérapeutique » et soient capables d’exprimer la protéine déficiente chez le patient. Les cellules souches sont modifiées ex vivo à l’aide d’un vecteur viral ou « rétrovirus » dont les caractéristiques permettent l’intégration de son génome au sein du génome cellulaire. Ainsi, le gène thérapeutique est répliqué lors de chaque division cellulaire et la protéine correspondante produite grâce à un système de régulation de son expression ou « transcription » (fig. 6).

Figure 6. Principe de thérapie génique du DICS lié au chromosome X.

Figure 6. Principe de thérapie génique du DICS lié au chromosome X.

Un rétrovirus contenant une copie normale du gène muté dans le DICS lié à l’X, γc, est utilisé pour infecter des cellules progénitrices de la moelle osseuse. L’ARN viral est copié en ADN, qui s’intègre au sein d’un chromosome. Le gène γc peut-être transcrit en ARN messager, lui-même traduit en protéine qui s’exprime à la surface de la cellule. L’expression de cette protéine rétablit la fonction : réception de message d’une cytokine qui induit des signaux de survie et prolifération.

  • 21 M. Cavazzana-Calvo*, S. Hacein-Bey*, G. de Saint Basile, F. Gross, E. Yvon, P. Nusbaum, F. Selz, C. (...)

36La première application que nous avons développée avec Marina Cavazzana et Salima Hacein-Bey-Abina fut le traitement du DICS lié à l’X21. Nous avions au préalable consacré avec Geneviève de Saint Basile beaucoup d’efforts à la caractérisation génétique et moléculaire de cette maladie responsable d’un défaut complet de développement des lymphocytes T et des lymphocytes NK (abréviation de l’anglais natural killer). Nous avions situé le locus du gène sur le chromosome X en 1984 et surtout observé chez un enfant une amélioration spontanée partielle de cette pathologie grave, liée à la survenue d’un « révertant ». Ce phénomène est la conséquence d’un événement de mutation somatique apparu par chance dans une cellule précurseur de lymphocytes T qui a entraîné la correction de la mutation héritée et, par sélection, la différenciation de lymphocytes T. Grâce à cette observation, on a pu estimer le nombre de lymphocytes T susceptibles d’être générés à partir d’une seule cellule précurseur. Elle a également constitué l’élément clé du raisonnement qui a permis d’élaborer une thérapie génique de cette maladie : une seule cellule, en se divisant un grand nombre de fois, peut générer un très grand nombre de lymphocytes T. Nous avons considéré qu’une forme de thérapie génique « naturelle » avait ainsi en partie corrigé le DICS de cet enfant.

  • 22 Ces développements feront l’objet d’un séminaire organisé conjointement avec Jean-Louis Mandel en a (...)

37Cette observation illustre comment l’analyse détaillée d’une situation exceptionnelle peut contribuer à comprendre la physiologie – ici la dynamique de développement des lymphocytes T – et à élaborer une nouvelle thérapeutique. Cette approche s’est avérée fructueuse puisque, pour la première fois, il a été possible de corriger, de façon stable au cours du temps, les manifestations d’une maladie par thérapie génique. Dix malades ont été traités, d’abord à Paris, puis à Londres, dix-sept d’entre eux vivant aujourd’hui dans de bonnes conditions avec un système immunitaire fonctionnel et un recul médian de douze ans. Néanmoins, ce succès fut tempéré par la survenue de cas de leucémies (5 cas sur 20) consécutifs à la dérégulation aberrante d’oncogènes à proximité du site d’intégration du rétrovirus. Bien que ces leucémies aient été guéries dans 4 cas sur 5, leur survenue a entraîné un arrêt de ces essais cliniques, une pause mise à profit pour comprendre le mécanisme de cet effet oncogénique. Celui-ci est aujourd’hui identifié : il est lié à la capacité d’un élément régulateur du vecteur viral de transactiver de façon permanente un gène à côté duquel le virus s’est intégré. Si ce gène est un oncogène, son expression aberrante rend compte du risque de leucémie. Ces travaux ont permis, dans un effort de collaboration internationale, de mettre au point des vecteurs modifiés dans lesquels l’élément transactivateur a été retiré. L’efficacité de tels vecteurs a été démontrée expérimentalement et ils sont testés depuis sept ans dans le cadre de nouveaux essais cliniques consacrés au traitement de plusieurs maladies : adrénoleucodystrophie, DICS, syndrome de Wiskott-Aldrich. Les résultats, observés à ce jour chez plus de trente patients, sont encourageants, même si la prudence s’impose encore. Il est vraisemblable que l’utilisation de cette technologie s’étende au traitement de maladies plus complexes du système hématopoïétique, comme les maladies de l’hémoglobine (thalassémie, drépanocytose). À l’aide de vecteurs distincts, plusieurs groupes ont obtenu des résultats tangibles par thérapie génique in vivo pour traiter d’autres maladies héréditaires comme l’hémophilie ou certaines rétinopathies pigmentaires22.

Vers une approche systémique

38Malgré mon plaidoyer en faveur d’une approche réductionniste, presque élémentaire, des questions de biologie soulevées par la médecine, il me faut convenir des limites d’une telle vision. La complexité de la biologie humaine peut se traduire en quelques ordres de grandeur : un peu plus de 20 000 gènes, 1 million d’éléments régulateurs appelés enhancers, 5000-8000 gènes actifs dans une cellule à un temps donné, plus de 40 000 acides ribonucléiques (ARN) appartenant à 11 classes différentes (des ARN messagers, de transfert et ribosomaux connus depuis longtemps aux ARN régulateurs « micro », « petits interférents », « longs non codants » dont les fonctions sont encore mal connues), au moins 100 000 protéines issues d’un épissage alternatif des ARN messagers et de modifications secondaires. Décrire l’état d’une cellule ou d’un tissu devient possible grâce à la capacité de générer massivement des données concernant l’expression des gènes ARN messagers (transcriptome), des protéines (protéome), leurs modifications fonctionnelles (phosphorylation notamment), ainsi que de multiples métabolites (métabolome). L’intégration de ces « omics », pourvu que nous sachions traiter la manne considérable d’informations produites, commence à bouleverser nos connaissances de la physio(patho)logie et donc de la pratique médicale (fig. 7).

Figure 7. Schéma de l’innovation médicale.

Figure 7. Schéma de l’innovation médicale.

39Le domaine des maladies infectieuses virales en apporte des illustrations convaincantes fondées sur la capacité de disséquer entièrement les composants viraux et leurs relations avec l’hôte cellulaire. Voici deux exemples spectaculaires : la transmission materno-fœtale du virus du sida (VIH) et l’infection par le virus de l’hépatite C. Le risque de transmission du VIH de la mère à l’enfant au cours de la grossesse est de l’ordre de 30 % en l’absence d’intervention médicale. En quelques années, l’identification du virus (1983), la génération de médicaments capables d’agir sur des étapes clés de la biologie de l’infection virale – ce qui impliquait de les caractériser (années 1990) – et l’utilisation combinée de ces médicaments ont permis de réduire pratiquement à zéro le risque de transmission du VIH de la mère à l’enfant (2010). Le virus de l’hépatite C infecte des centaines de millions d’individus dans le monde. Il est responsable du cancer du foie de par sa persistance. L’analyse détaillée de l’interaction du virus de l’hépatite C avec sa cible cellulaire a permis d’identifier une série de cibles qui peuvent être neutralisées par des molécules chimiques, ainsi qu’un micro-ARN de la cellule hépatique qui stabilise le génome viral. Le ciblage de ce micro-ARN par oligonucléotide de synthèse « anti-sens » qui le neutralise au sein de la cellule hépatique entraîne la dégradation du virus. Un tel traitement administré à dose optimale réduit la quantité de virus de l’hépatite C d’un facteur 1000 en 12 semaines. Il s’agit là d’un résultat remarquable susceptible d’être appliqué à d’autres domaines de la pathologie médicale.

  • 23 La réponse est sans doute positive. Pour en savoir plus, consulter les enregistrements audio-vidéo (...)

40Cependant, la biologie des virus est infiniment plus simple que la biologie humaine évoquée précédemment. Le défi à relever est immense. Une question en apparence simple en immunologie peut être formulée ainsi : comment mesurer les capacités du système immunitaire d’un individu ? Nous n’y offrons que des réponses insatisfaisantes. Or, cette question est pertinente. Cette connaissance permettrait de mieux comprendre le comportement de chaque individu face à une infection, surtout de prédire l’efficacité et la toxicité des traitements utilisés pour moduler la réponse immunitaire ou, mieux encore, de prédire l’efficacité des vaccins et donc d’adapter ces derniers. Les bio­marqueurs à notre disposition dans les meilleurs laboratoires d’immunologie ne nous apportent pas de réponses en dehors de situations extrêmes et, heureusement, rares, de graves déficiences. Pouvons-nous envisager aujourd’hui de voir évoluer cet état de fait23 ? Voici quelques pistes de réflexion.

  • 24 I. De Vlaminck, K. K. Khush, C. Strehl, B. Kohli, H. Luikart, N. F. Neff, J. Okamoto, T. M. Snyder, (...)

41Le sang constitue la face émergée de l’« iceberg » du système immunitaire. L’analyse des cellules circulantes dans le sang – globules blancs – apporte des informations dignes d’intérêt. Depuis le début des années 1980, à l’aide d’anticorps monoclonaux conjugués à des substances fluorescentes (fluorochrome), il est possible d’analyser des marqueurs membranaires ou intracellulaires des lymphocytes grâce à la détection par cytométrie de flux des rayonnements émis par les fluorochromes. Jusqu’à récemment limitée à un petit nombre d’analyses simultanées possibles en raison du chevauchement du spectre des fluorochromes, cette technologie évolue rapidement grâce à deux avancées : d’une part, la déconvolution spectrale, qui autorise l’utilisation simultanée d’un bien plus grand nombre de fluorochromes, et, d’autre part, la cytométrie de masse, où intervient la quantification par spectrométrie de métaux conjugués aux anticorps. L’utilisation – encore délicate – de ces technologies démultiplie les capacités d’analyse – jusqu’à 120 marqueurs simultanément. Ainsi, une description fine des spécificités antigéniques reconnues par les lymphocytes T au cours d’une vaccination contre le rotavirus – première cause de mortalité infantile par diarrhée – a pu être accomplie. Une façon indirecte de mesurer l’« état de santé » du système immunitaire consiste à rechercher systématiquement la présence d’ADN microbien chez l’individu examiné. Un très beau travail récemment publié par Stephen Quake relate ainsi la détection systématique des virus, « le virome », dans le plasma de patients immuno­déprimés après une greffe d’organes24. La composition du virome (qualitati­vement et quantitati­vement) corrèle avec l’importance du traitement immuno­suppresseur et le risque de rejet de greffe. Ces résultats encore préliminaires indiquent qu’une approche systématique est possible grâce aux moyens de séquençage à haut débit de l’ADN et apparaissent comme une première photographie de l’« état de santé » de notre système immunitaire.

42L’analyse à haut débit des variations du génome, couplée avec la détermination du niveau d’expression des ARN messagers et des protéines correspondantes au sein d’une population de cellules immuno­compétentes données, dans un contexte défini (stimulation par un antigène), constitue une approche susceptible de décrire l’« architecture » génomique qui gouverne les variations individuelles des réponses immunitaires au cours d’une infection ou au décours d’une vaccination. Les prochaines années devraient être riches de contributions, d’abord descriptives, puis sans doute intégratives de ces données. Cela implique non seulement une interaction active entre médecins, immunologistes et bio-informaticiens, mais aussi la formation urgente d’une nouvelle génération de chercheurs aptes à intégrer cette double approche – triple si on y ajoute celle de la médecine.

43Sur un terrain distinct, l’étude du passé, c’est-à-dire de l’évolution du système immunitaire au cours de la diversification des espèces et au sein de l’espèce humaine – rendue possible par le séquençage à haut débit des génomes –, est riche en informations. En voici deux brèves illustrations, dans le monde animal et chez l’homme.

  • 25 L. Quintana-Murci et A. G. Clark, « Population genetic tools for dissecting innate immunity in huma (...)

44Le séquençage récent du génome du requin-éléphant, le plus ancien des requins vivants, poisson cartilagineux qui précède l’émergence des vertébrés osseux, montre que celui-ci possède un système d’immunité adaptative primitif : il lui manque un grand nombre de gènes (et de protéines) nécessaires à l’immunité T des lymphocytes CD4. L’étude comparée de ce génome avec celui des espèces proches et d’apparition plus récente devrait permettre de comprendre l’origine et les modalités de formation de l’immunité adaptative. Au sein de l’espèce humaine, l’histoire de la variabilité des séquences des gènes (ou génétique évolutionniste) des réponses immunitaires montre comment les processus de sélection inhérents aux co-infections de l’homme ont façonné son système immunitaire et quels en sont les éléments clés. De tels travaux ont été entrepris notamment par Lluis Quintana-Murci à l’Institut Pasteur25, et leur champ d’étude devrait être élargi à l’ensemble des composants du système immunitaire.

La médecine expérimentale en France

45Je voudrais terminer cette leçon inaugurale en évoquant brièvement ce qui, à mon sens, constitue le contexte requis pour pratiquer la médecine expérimentale moderne. Claude Bernard s’était prêté à cet exercice en 1867, ce qui lui avait valu la construction d’un nouveau laboratoire et un poste de sénateur à vie – c’était un autre temps... La création des centres hospitalo-universitaires en 1958 selon la recommandation de Robert Debré, qui avait eu la bonne idée d’avoir un fils Premier ministre, concourut à l’éclosion simultanée d’une médecine de qualité et à l’émergence d’une recherche médicale moderne dont témoignent la création de l’Inserm quelques années plus tard et la présence d’un grand nombre de ses laboratoires au sein des campus hospitalo-universitaires. Ce modèle fondé sur l’unité de lieu garde sa force malgré la complexité croissante des pratiques cliniques et de recherche. J’ai la chance de pratiquer mon métier sur un site qui rassemble l’accueil des patients et les instruments modernes de recherche, et où a été ouvert en 2014 un nouvel institut, Imagine. Cette chance n’est pas assez partagée aujourd’hui en France. Nos entités institutionnelles (hôpitaux publics, universités, établissements publics à caractère scientifique et technologique comme l’Inserm et le CNRS), dont dépend la triple mission des centres hospitaliers universitaires (CHU) de soins, de recherche et d’enseignement, ont beaucoup de difficultés à faire converger leurs actions. Cette situation est à l’origine d’une grande complexité organisationnelle, de la création de multiples strates et d’une perte d’efficacité. Je rêve de voir appliquer en France une réforme telle qu’elle a été élaborée aux Pays-Bas il y a plus de quinze ans, et aujourd’hui reprise par un certain nombre d’hôpitaux universitaires européens. Elle a consisté à fusionner les trois entités sus-citées au sein de chaque CHU. Le résultat est remarquable. Claude Bernard aurait peut-être, s’il avait été notre contemporain, émigré aux Pays-Bas, le pays de Spinoza. Sans suivre cette idée, je suggère à tous les décideurs concernés de prendre le Thalys et d’aller voir sur place ! Notre médecine et notre recherche médicale en valent la peine.

46J’indiquais au début de ma leçon qu’Antoine Compagnon avait écrit : « […] nos médecins n’ont plus rien des apprentis sorciers de la Renaissance et nous pouvons, semble-t-il, leur faire confiance ». Espérons que les avancées médicales sauront le convaincre de supprimer, dans une prochaine édition de son ouvrage, cette réserve.

47Enfin, je voudrais saluer tous ceux que je n’ai pu citer, avec lesquels j’ai appris et travaillé, ainsi que ma famille, Anne-Marie et les enfants, mes soutiens constants. Et surtout, je voudrais rendre hommage aux patients et à leurs familles dont le courage, la force de vie, la détermination à comprendre leurs maladies et à contribuer à la recherche nous obligent. Notre objectif est de faire avancer les connaissances indispensables aux progrès de la médecine, et notre responsabilité, de faire en sorte que les soins innovants deviennent accessibles à tous.

Notes

1 A. Compagnon, Un été avec Montaigne, Éditions des Équateurs, Paris, 2013, p. 124.

2 G. Canguilhem, Le Normal et le Pathologique, Paris, PUF, 1943.

3 C. Salomon-Bayet, « Avant-propos », in Collectif, Claude Bernard. La méthode de la physiologie, Éditions Rue d’Ulm, 2013.

4 J.-J. Panthier, S. Foote, B. Chambraud, A. D. Strosberg, P. Corvol et F. Rougeon, « Complete amino acid sequence and maturation of the mouse submaxillary gland renin precursor », Nature, 1982, vol. 298, no 5869, p. 90-92, DOI : 10.1038/298090a0.

5 B. Lemaître et J. Hoffmann, « The host defense of Drosophila melanogaster », Annual Review of Immunology, vol. 25, 2007, p. 697-743, DOI : 10.1146/annurev.immunol.25.022106.141615.

6 L. Quintana-Murci et A. G. Clark, « Population genetic tools for dissecting innate immunity in humans », Nature Reviews Immunology, no 13, vol. 4, 2013, p. 280-293, DOI : 10.1038/nri3421.

7 J.-L. Casanova, L. Abel et L. Quintana-Murci, « Human TLRs and IL-1Rs in host defense: natural insights from evolutionary, epidemiological, and clinical genetics », Annual Review of Immunology, vol. 29, 2011, p. 447-491, DOI : 10.1146/annurev-immunol-030409-101335.

8 F. M. Burnet, « The immunological significance of the thymus: an extension of the clonal selection theory of immunity », Australasian Annals of Medicine, vol. 11, 1962, p. 79-91.

9 S. Tonegawa, « Somatic generation of antibody diversity », Nature, vol. 302, no 5909, 1983, p. 575-581, DOI : 10.1038/302575a0.

10 Le rôle de ces composants ainsi que la convergence et l’orchestration des réponses immunes innées et adaptatives ont été abordés dans le cours de l’année académique 2013-2014 : http://www.college-de-france.fr/site/alain-fischer/course-2013-2014.htm

11 A. C. Allison, « Genetic control of resistance to human malaria », Current Opinion in Immunology, vol. 21, no 5, 2009, p. 499-505, DOI : 10.1016/j.coi.2009.04.001.

12 T. I. Sørensen, G. G. Nielsen, P. K. Andersen et T. W. Teasdale, « Genetic and environmental influences on premature death in adult adoptees », The New England Journal of Medicine, vol. 318, no 12, 1988, p. 727-732, DOI : 10.1056/NEJM198803243181202.

13 D. Moshous, R. Callebaut, R. de Chasseval, B. Corneo, M. Cavazzana-Calvo, F. Le Deist, I. Tezcan, O. Sanal, Y. Bertrand, N. Philippe, A. Fischer et J.-P. de Villartay, « Artemis, a novel DNA double-strand break repair/V(D)J recombination protein is mutated in human severe combined immune deficiency », Cell, vol. 105, no 2, 2001, p. 177-186, DOI : 10.1016/S0092-8674(01)00309-9.

14 P. Revy, T. Muto, Y. Levy, F. Geissmann, A. Plebani, O. Sanal, N. Catalan, M. Forveille, R. Dufourcq-Lagelouse, A. Gennery et al., « Activation-Induced Cytidine Deaminase (AID) deficiency causes the autosomal recessive form of the Hyper-IgM syndrome (HIGM2) », Cell, vol. 102, no 5, 2000, p. 565-575, DOI : 10.1016/S0092-8674(00)00079-9.

15 M. Muramatsu, K. Kinoshita, S. Fagarasan, S. Yamada, Y. Shinkai et T. Honjo, « Class switch recombination and hypermutation require activation-induced cytidine deaminase (AID), a potential RNA editing enzyme », Cell, vol. 102, no 5, 2000, p. 553-563, DOI : 10.1016/S0092-8674(00)00078-7.

16 G. de Saint Basile, G. Menasche et A. Fischer, « Molecular mechanisms of biogenesis and exocytosis of cytotoxic granules », Nature Reviews Immunology, 2010, vol. 10, no 8, 2010, p. 568-579, DOI : 10.1038/nri2803.

17 F. Rieux-Laucat, F. Le Deist, C. Hivroz, I. A. Roberts, K. M. Debatin, A. Fischer, J.-P. de Villartay, « Mutations in Fas associated with human lymphoproliferative syndrome and autoimmunity », Science, vol. 268, no 5215, 1995, p. 1347-1349, DOI : 10.1126/science.7539157.

18 A. Chakravarti, A. G. Clark et V. K. Mootha, « Distilling pathophysiology from complex disease genetics », Cell, vol. 155, no 1, 2013, p. 21-26, DOI : 10.1016/j.cell.2013.09.001.

19 J.-P. Hugot, M. Chamaillard, H. Zouali, S. Lesage, J.-P. Cezard, J. Belaiche, S. Almer, C. Tysk, C. A. O’Morain, M. Gassull et al., « Association of NOD2 leucine-rich repeat variants with susceptibility to Crohn’s disease », Nature, vol. 411, no 6837, 2001, p. 599-603, DOI : 10.1038/35079107.

20 S. Rigaud, M. C. Fondaneche, N. Lambert, B. Pasquier, V. Mateo, P. Soulas, L. Galicier, F. Le Deist, F. Rieux-Laucat, P. Revy et al., « XIAP deficiency in humans causes an X-linked lymphoproliferative syndrome », Nature, vol. 444, no 7115, 2006, p. 110-114, DOI : 10.1038/nature05257.

21 M. Cavazzana-Calvo*, S. Hacein-Bey*, G. de Saint Basile, F. Gross, E. Yvon, P. Nusbaum, F. Selz, C. Hue, S. Certain, J.-L. Casanova et al. (*contribution égale), « Gene therapy of human severe combined immunodeficiency (SCID)-X1 disease », Science, vol. 288, no 5466, 2000, p. 669-672, DOI : 10.1126/science.288.5466.669.

22 Ces développements feront l’objet d’un séminaire organisé conjointement avec Jean-Louis Mandel en avril 2015.

23 La réponse est sans doute positive. Pour en savoir plus, consulter les enregistrements audio-vidéo du cours : http://www.college-de-france.fr/site/alain-fischer/course-2013-2014.htm

24 I. De Vlaminck, K. K. Khush, C. Strehl, B. Kohli, H. Luikart, N. F. Neff, J. Okamoto, T. M. Snyder, D. N. Cornfield, M. R. Nicolls et al., « Temporal response of the human virome to immunosuppression and antiviral therapy », Cell, vol. 155, no 5, 2013, p. 1178-1187, DOI : 10.1016/j.cell.2013.10.034.

25 L. Quintana-Murci et A. G. Clark, « Population genetic tools for dissecting innate immunity in humans », op. cit.

Table des illustrations

Titre Figure 1. Conservation à travers les espèces de l’immunité innée, du récepteur aux molécules effectrices.
Légende La drosophile, comme les mammifères, dispose d’un système d’immunité innée caractérisé par un récepteur membranaire (ou intracellulaire, non montré) relié à un système de signalisation intracellulaire qui conduit à la transcription de gènes () et à la production de molécules effectrices anti-microbiennes. Les molécules sont analogues entre espèces (du fait de la conservation de familles géniques), malgré l’éloignement.
Crédits Source : C. Léopold Kurz et Jonathan J. Ewbank, « Caenorhabditis elegans: an emerging genetic model for the study of innate immunity », Nature Reviews Genetics, no 4, p. 380-390, mai 2003, doi :10.1038/nrg1067 (reproduit avec l’autorisation de MacMillan Publishers Ltd.).
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 135k
Titre Figure 2. Principes de l’immunité adaptative.
Légende Le système est dual : les lymphocytes T (immunité cellulaire) reconnaissent des peptides présentés par les molécules d’histocompatibilité (HLA) alors que les lymphocytes B détectent des antigènes protidiques ou sucrés sous forme soluble ou particulaire. La puce (●) symbolise un antigène.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 88k
Titre Figure 3. Génération de la diversité des récepteurs pour l’antigène par recombinaison génique.
Légende Le gène « primaire » comprend des éléments codants V, D, J et l’élément unique C (constant). Par événements successifs de recombinaison, un segment V, un segment D, un segment J sont juxtaposés dans le gène réarrangé et fonctionnel. Le récepteur T pour l’antigène comprend deux chaînes α et β toutes deux soumises à ces événements.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-3.png
Fichier image/png, 67k
Titre Figure 4. Principes régissant la génération de la diversité de reconnaissance des antigènes et apport de l’étude des pathologies héréditaires chez l’homme.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-4.png
Fichier image/png, 85k
Titre Figure 5. Schéma de l’hématopoïèse : production des cellules sanguines.
Légende Les cellules souches hématopoïétiques sont douées d’une capacité d’auto-renouvellement par division asymétrique. Elles donnent naissance à tous les éléments figurés du sang, dont les globules blancs affectés par les déficits immunitaires.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-5.png
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Titre Figure 6. Principe de thérapie génique du DICS lié au chromosome X.
Légende Un rétrovirus contenant une copie normale du gène muté dans le DICS lié à l’X, γc, est utilisé pour infecter des cellules progénitrices de la moelle osseuse. L’ARN viral est copié en ADN, qui s’intègre au sein d’un chromosome. Le gène γc peut-être transcrit en ARN messager, lui-même traduit en protéine qui s’exprime à la surface de la cellule. L’expression de cette protéine rétablit la fonction : réception de message d’une cytokine qui induit des signaux de survie et prolifération.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-6.png
Fichier image/png, 537k
Titre Figure 7. Schéma de l’innovation médicale.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/3705/img-7.png
Fichier image/png, 33k

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