Le ganglion lymphatique et le réseau social des cellules immunitaires

La réponse du système immunitaire à une agression périphérique s’initie dans de petits organes de moins d’un centimètre, les ganglions lymphatiques. On en constate les effets quand le ganglion impliqué est situé dans un endroit accessible au toucher : il grossit et devient douloureux. C’est le signe qu’une intense activité est en marche, faite d’innombrables interactions entre les cellules qui préparent la réponse à l’agression.

Grâce à la génétique et des modèles en trois dimensions dynamiques et colorés l’équipe de Marc Bajénoff tente de comprendre comment l’anatomie de réseaux cellulaires régule les mouvements et les fonctions des cellules immunitaires, dans les ganglions lymphatiques et sur leurs sites d’action.

 

Les ganglions lymphatiques possèdent une structure complexe : leur densité ne laisse place à aucun espace libre et les globules blancs (cellules dendritiques, lymphocytes B et T) se pressent le long d’un réseau hautement organisé, le stroma. L’architecture construite par les cellules stromales n’est pas inerte mais participe activement à la logistique du système immunitaire en organisant ses mouvements, ses échanges d’informations et son alimentation en facteurs de survie.

« Nous cherchons à isoler les cellules stromales afin d’établir leur signature génétique, c’est-à-dire la cartographie de l’ensemble des gènes qui y sont allumés, de façon à mieux les caractériser. Comme elles ne représentent qu’une toute petite fraction de l’ensemble des cellules d’un ganglion, c’est assez compliqué » commente Marc Bajénoff. « Nous étudions aussi la dynamique du stroma lors de la mise en place d’une réponse immune en observant le comportement des cellules contenues dans des ganglions de souris. Nous combinons donc une approche génétique avec une approche d’imagerie par microscopie sur des animaux vivants ».

De la microscopie multicolore pour suivre
chaque cellule immunitaire

Dans cet amas organisé de cellules stromales, de lymphocytes et de cellules dendritiques présentatrices d’antigènes, comment repérer qui fait quoi ?
Pour résoudre ce problème, l’équipe tire partie de la résistance des cellules stromales aux irradiations, de la sensibilité des cellules immunitaires à ces mêmes rayonnements et joue avec les couleurs.

Images de microscopie biphotonique illustrant la motilité des thymocytes (en bleu) et des cellules dendritiques (en rouge) en comparaison du réseau des cellules stromales (en jaune) à l'intérieur du thymus d'une souris.
Copyright : Marc Bajenoff CIML.

Par une manipulation génétique simple, ils peuvent ainsi faire exprimer dans toutes les cellules d’une souris une protéine vert fluorescent. L’irradiation de la souris cause alors la destruction de l’ensemble de son système immunitaire, mais le stroma reste intact. « On reconstitue alors le système immunitaire en greffant à la souris « verte » de la moelle osseuse d’une souris donneuse normale. On obtient ainsi une souris chimère, dont le ganglion présente un stroma de couleur verte, habité de cellules immunitaires incolores » explique Marc Bajénoff. « Par exemple, si l’on souhaite étudier les mouvements des lymphocytes T, il suffit d’en isoler quelques millions, de les charger avec un marqueur fluorescent rouge, de les ré-injecter dans la souris chimère puis d’observer par microscopie les déplacements des cellules rouges dans le ganglion (les lymphocytes endogènes sont non fluorescents donc invisibles). On se rend compte ainsi que les lymphocytes sont extrêmement mobiles à l’intérieur d’un ganglion ».

"Pour découvrir quelles molécules contrôlent le système,
la réponse est plutôt apportée par l’étude génétique des cellules"

Les objectifs de l’équipe de Marc Bajénoff sont multiples. Il s’agit d’abord de comprendre comment les ganglions se remodèlent en réponse à une inflammation : ces organes peuvent doubler de volume en 24h ce qui implique une logistique de remodelage extrêmement rapide. Est-ce le fruit de la maturation de précurseurs qu’ils contiennent à l’origine, ou bien des cellules sont-elles recrutées ailleurs pour remodeler le ganglion ?

« Pour répondre à cette première question, les études d’imagerie dynamique sont les plus pertinentes » commente Marc Bajénoff. « En revanche, pour découvrir quelles molécules contrôlent le système, c’est-à-dire quels agents orchestrent l’adhésion et le déplacement des cellules immunes sur les « routes » formées par le stroma, la réponse est plutôt apportée par l’étude génétique des cellules ».
En pratique, c’est grâce à l’imagerie par microscopie à fluorescence que les cellules stromales (dont la silhouette est tout à fait caractéristique) sont disséquées une à une à l’aide d’un laser dans les ganglions chimères pour subir les analyses globales d’expression des gènes. Marc Bajénoff insiste aussi sur le fait que le rôle joué par l’architecture dans la fonction de l’organe lymphoïde est retrouvé selon les mêmes principes universels dans le fonctionnement de la rate, la moelle osseuse ou le thymus.

Enfin, l’équipe de Marc Bajénoff a aussi en projet l’étude plus vaste des mouvements des lymphocytes une fois qu’ils ont quitté le ganglion : ce type de cellules stromales, si important à l’initiation de la réponse immune n’est présent que dans les organes lymphoïdes, or les cellules du système immunitaire doivent ensuite migrer vers d’autres sites.
« Par exemple, pour répondre à une blessure ou une infection, les lymphocytes doivent quitter les ganglions pour infiltrer la peau, où ces cellules stromales si particulières ne sont pas présentes pour guider leurs déplacements et leurs actions » explique Marc Bajénoff.
« Nous cherchons donc le(s) type(s) cellulaire(s) qui pourraient jouer pour les lymphocytes un rôle équivalent en dehors des ganglions. Cette question est plus compliquée à adresser avec des souris chimères (toutes les cellules de la peau sont résistantes aux irradiations, on ne peut donc pas en détruire préférentiellement certaines) mais nous travaillons sur des systèmes différents pour visualiser des réseaux de cellules stromales, à partir de greffe de tumeurs ».