B. Épitopes des cellules B
Nous limitons notre discussion aux épitopes des cellules B sur les protéines et les peptides ; les épitopes sur les autres biopolymères et les groupes hapténiques ne sont pas couverts. La première généralisation importante concernant les épitopes des cellules B est qu’ils sont dirigés contre les caractéristiques tridimensionnelles de la surface moléculaire des protéines et des polypeptides. Une topologie tridimensionnelle particulière est une caractéristique des épitopes des lymphocytes B par opposition aux épitopes des lymphocytes T. Il est probable que tout résidu d’acide aminé accessible depuis la surface d’une protéine peut faire partie de l’un ou l’autre épitope de cellule B (Benjamin et al., 1984). Par conséquent, les protéines peuvent contenir un très grand nombre d’épitopes différents bien que, pour des raisons stériques, seul un nombre limité d’anticorps puisse se lier à l’antigène à un moment donné. La réponse des cellules B est stéréospécifique, étant beaucoup plus faible contre les énantiomères d des peptides (Gill et al., 1963) et des protéines (Dintzis et al., 1993), peut-être parce que les protéines d-énantiomères ne sont pas traitées efficacement pour donner des peptides pour l’aide des cellules T.
Auparavant, on pensait que les protéines avaient une structure antigénique bien définie caractérisée par un nombre limité d’épitopes. La connaissance de la nature complexe de la réponse immunitaire des cellules B et de sa régulation, ainsi que de la spécificité des anticorps monoclonaux dirigés contre les protéines, a permis de comprendre qu’une protéine ne possède pas une structure antigénique définie. Il n’est pas possible de définir la « structure antigénique complète » d’une protéine, contrairement à ce qui a été affirmé par certains chercheurs (Atassi et Lee, 1978 ; Atassi, 1984). L’antigénicité d’une protéine est à la fois une propriété de la topographie de la protéine et des mécanismes de régulation du système immunitaire de l’hôte, y compris la tolérance aux structures ressemblant aux protéines de l’hôte, la spécificité de l’aide des cellules T et les réseaux idiotypiques (Benjamin et al., 1984 ; Berzofsky, 1985). Les sites immunodominants, c’est-à-dire les sites vers lesquels sont dirigés la plupart des anticorps de la réponse immunitaire mais pas tous, ne sont pas une propriété intrinsèque en soi de la protéine. Comme d’autres l’ont déjà souligné, les épitopes n’existent pas en tant que tels mais seulement en vertu d’une connexion avec le site complémentaire de liaison des anticorps, appelé paratope (Berzofsky, 1985 ; Van Regenmortel, 1986, 1989). Par conséquent, un épitope est un concept relationnel, et la définition d’un épitope est nécessairement opérationnelle (Van Regenmortel, 1986). En d’autres termes, la définition d’un épitope particulier dépend dans une large mesure de la géométrie moléculaire et de la nature chimique du paratope correspondant et, peut-être plus important encore, de l’approche expérimentale choisie pour cartographier l’épitope.
Cet état de fait peut être illustré par l’exemple du premier complexe protéine-anticorps dont la structure a été résolue par cristallographie aux rayons X (Amit et al., 1986). Dans ce complexe, 16 résidus de lysozyme entrent en contact avec 17 résidus d’un Fab (fragment d’anticorps) monoclonal contre le lysozyme. L’épitope s’étend sur 750 Å2 de la surface du lysozyme. En revanche, la cartographie des épitopes avec une série de lysozymes aviaires liés à la séquence indique que seuls quelques résidus sont importants pour la liaison du lysozyme aux anticorps monoclonaux antilysozyme. La mutation de très peu de résidus peut réduire radicalement la constante d’association du complexe lysozyme-anticorps (Harper et al., 1987). Dans un cas, une seule substitution Arg-Lys a réduit de deux ordres de grandeur l’affinité du lysozyme pour un anticorps monoclonal (Smith-Gill et al., 1982). Des calculs théoriques basés sur les structures cristallines de deux complexes de lysozyme avec des fragments Fab ont démontré que, parmi les nombreux résidus qui définissent l’épitope dans le cristal, seuls quelques-uns contribuent réellement à la stabilité du complexe (Novotny et al., 1989). Sur la base de leurs calculs, Novotny et al. ont fait la distinction entre un épitope énergétique et un épitope passif. L’épitope énergétique englobe les résidus qui contribuent à l’énergie de la liaison. L’épitope passif ne fournit qu’une complémentarité de surface autour des résidus qui forment l’épitope énergétique. Le fait que seules quelques-unes des interactions observées dans la structure cristalline jouent un rôle majeur dans la stabilisation du complexe antigène-anticorps a été confirmé pour la liaison de la neuraminidase du virus de la grippe à un anticorps monoclonal. Dix-neuf résidus de la neuraminidase entrent en contact avec 17 résidus de l’anticorps dans le cristal, mais la mutation site-spécifique de seulement 3 résidus abolit totalement la liaison (Air et al., 1990 ; Nuss et al., 1993).
Une distinction opérationnelle plus généralement applicable des épitopes est celle entre un épitope de contact et un épitope fonctionnel. L’épitope de contact concerne les informations obtenues à partir de la structure tridimensionnelle du complexe antigène-anticorps ; l’épitope fonctionnel concerne les informations provenant de procédures de cartographie non cristallographique, y compris la cartographie des épitopes avec des peptides. Un épitope de contact est représenté par une correspondance entre de grandes surfaces complémentaires de l’antigène et de l’anticorps, comme on le voit dans plusieurs structures radiographiques de complexes protéine-anticorps (Davies et Padlan, 1990 ; Wilson et Stanfield, 1994 ; Braden et Poljak, 1995). Les épitopes de contact couvrent plusieurs centaines d’angströms carrés de surface moléculaire. L’épitope fonctionnel définit les résidus qui semblent significatifs pour la liaison des anticorps et dont la mutation peut réduire ou abolir totalement la liaison. L’épitope fonctionnel peut ne comprendre que 2 à 3 résidus, comme dans les exemples du lysozyme et de la neuraminidase mentionnés ci-dessus. Il n’est pas possible de déduire l’épitope de contact de l’épitope fonctionnel. De même, l’épitope de contact ne révèle pas à lui seul l’épitope fonctionnel. Du côté de l’anticorps, on peut également différencier deux types de paratopes : un paratope fonctionnel et un paratope de contact. Ceci découle de l’analyse thermodynamique des régions déterminant la complémentarité d’un anticorps monoclonal (Kelley et O’Connell, 1993).
La double nature d’un épitope révélée par les techniques de cartographie cristallographique et non cristallographique reflète deux modèles différents de reconnaissance moléculaire. Considérée de cette manière, la difficulté à définir la nature des épitopes est déplacée au niveau d’une difficulté épistémologique : comment modéliser la réalité par les moyens expérimentaux restreints dont nous disposons ? Nous garderons ces limites à l’esprit lorsque nous aborderons la cartographie des épitopes par les peptides.
Il faut ici mentionner la classification conceptuelle connue de longue date des épitopes des cellules B en séquentiels et conformationnels (Sela et al., 1967 ; Sela, 1969 ; Atassi et Smith, 1978). Un épitope est dit séquentiel ou continu s’il peut être représenté par une série de résidus contigus d’une chaîne polypeptidique. On dit qu’un anticorps reconnaît un épitope séquentiel s’il réagit avec un peptide court et flexible ou avec la chaîne polypeptidique dénaturée et dépliée. Un épitope conformationnel, également appelé discontinu, topographique ou assemblé, est construit à partir de parties non contiguës de la séquence d’acides aminés par le repliement de la chaîne polypeptidique dans la protéine native. On dit qu’un anticorps reconnaît un épitope conformationnel s’il réagit avec une protéine native et non avec la chaîne polypeptidique dépliée, ou s’il réagit avec un peptide de conformation unique, par exemple une hélice, mais pas avec un peptide à bobine aléatoire.
La distinction entre épitopes séquentiels et conformationnels est quelque peu arbitraire et peut être trompeuse. Comme chaque paratope a une structure tridimensionnelle bien définie, l’interaction entre le paratope et l’épitope est toujours un ajustement des structures dans l’espace tridimensionnel. Cela s’applique aussi bien à un épitope sur une protéine globulaire bien ordonnée qu’à un épitope sur un peptide court et flexible. Dans ce dernier cas, le peptide doit également adopter une conformation unique lorsqu’il se lie à l’anticorps ; par conséquent, un épitope continu est également « conformationnel ». La conformation de liaison préexiste ou est induite par le paratope (voir les sections V,B et V,C).
Dans le cas des anticorps dirigés contre des protéines natives, il a été avancé que la plupart des épitopes, voire tous, sont discontinus (Barlow et al., 1986). En raison de la grande taille d’un épitope de contact typique dans un cristal antigène-anticorps, il est en effet peu probable qu’un anticorps se lie exclusivement à un tronçon contigu de la chaîne polypeptidique et non également à des résidus de contact éloignés dans la séquence mais proches dans l’espace. Les modèles de remplissage d’espace des protéines montrent peu de tronçons linéaires de plus de 4 à 5 résidus en liaison peptidique directe accessibles à la surface de la molécule. Cela ne veut pas dire qu’un anticorps dirigé contre un épitope assemblé à la surface d’une protéine ne peut pas avoir une réaction croisée également avec un peptide correspondant à un segment de la protéine.
En conclusion de notre aperçu de la nature des épitopes des cellules B, nous soulignons une fois de plus la difficulté même de donner une définition générale du terme « épitope ». Un recours pragmatique à des définitions opérationnelles peut ne pas plaire aux puristes, mais les définitions opérationnelles peuvent être utiles pour répondre aux questions sur le caractère d’une interaction antigène-anticorps particulière.
La définition de l’épitope est un élément essentiel de l’étude de la nature de l’épitope.