Le Jeu du hasard et de la complexité
La nouvelle science de l'immunologie
Philippe Kourilsky
Odile Jacob
Préface
9
Introduction
Vivre et survivre
11
Vivre et se reproduire11
Les hasards de la vie12
Vivre ne
suffit pas : il faut survivre14
Survivre face à et grâce à la
complexité15
Questions de langage17
Tableau d'ensemble de l'ouvrage
19
L'indispensable recours à l'évolution (première partie)19
La
modularité des défenses naturelles de l'homme (deuxième partie)22
Synthèses (troisième partie)27
Guide de lecture28
Première partie
Les défenses naturelles dans l'évolution
Chapitre 1
Prédateurs et proies dans l'évolution
33
Quelques bonnes raisons de se pencher sur l'évolution des espèces
33
L'impact du séquençage de l'ADN sur l'étude de l'évolution
34
La coévolution des agents infectieux et des défenses de leurs hôtes
36
Défenses internes et externes de l'organisme : même combat
39
Une innovation de rupture dans l'évolution des défenses naturelles
41
Chapitre 2
Les défenses innées au bas de l'arbre de l'évolution
43
Les enseignements tirés des bactéries
43
Un exemple d'épigénétique44
Gènes viraux, gènes cellulaires et
oncogènes45
Un modèle fructueux : le nématode C. elegans47
Les petits ARN interférents ou régulateurs47
L'apoptose ou la
mort programmée des cellules48
La résurrection de l'immunité innée chez la mouche
49
Les vecteurs de microbes pathogènes
51
La faune aquatique
52
Les sociétés organisées
54
Les défenses des plantes
54
À chacun ses solutions
56
Chapitre 3
La rupture : l'immunité adaptative
59
Un peu d'histoire sur les cellules B et T, les anticorps, le TCR et le
CMH
60
Sur les cellules B et les anticorps60
Sur les cellules T et leur
récepteur (ou TCR)62
Sur le complexe majeur d'histocompatibilité
et le système HLA chez l'homme63
Comment molécules et cellules se reconnaissent et s'associent
64
Que reconnaît le TCR ?64
Le double système de reconnaissance
de l'antigène65
La génération de diversité grâce à des gènes et des protéines
composites
66
Réponses humorales (anticorps) et réponses cellulaires (CTL)
67
Vie et mort des cellules dans les sociétés cellulaires
69
Chapitre 4
L'immunité adaptative dans l'évolution
71
Les gènes «marqueurs» de l'immunité adaptative
72
L'apparition des gènes marqueurs de l'immunité adaptative
74
Après avoir émergé, l'immunité adaptative a continué d'évoluer
75
L'évolution de l'immunité des animaux jusqu'à l'homme
77
L'immunité des marsupiaux à leur naissance78
La souris, proche
ou lointaine de l'homme ?78
L'homme et le «modèle humain»81
Les évolutions anatomiques82
L'improbable n'est pas forcément unique
83
Chapitre 5
La complexité biologique et son évolution
87
Sur la complexité biologique
87
Formaliser la complexité
88
La modularité
90
La complexité appréciée par la contrôlabilité
92
Propriétés des réseaux complexes
93
Pluralité d'états93
Propriétés distribuées94
Robustesse et
fragilité94
Complexité, robustesse et évolution96
Les liens entre complexité et spécificité dans le monde vivant
97
Chapitre 6
Défenses naturelles et robustesse
99
Les ennemis de l'extérieur
99
L'environnement physique99
L'alimentation100
Les autres
causes biologiques102
Les ennemis de l'intérieur
103
Des multitudes de sentinelles et de détecteurs
104
Unicité des défenses et robustesse de l'organisme
107
Deuxième partie
L'organisation des défenses naturelles de l'homme :
des parties vers le tout
Chapitre 7
Molécules et modules moléculaires
113
Les gènes impliqués dans les défenses naturelles
113
Les protéines solubles
115
Les protéines de défense solubles115
Les molécules solubles de
signalisation et de régulation117
Les récepteurs situés à la surface des cellules
118
Les récepteurs «ordinaires»118
Des récepteurs hors du
commun : les molécules du CMH120
Les agrégats organisés ou modules moléculaires
122
Les modules intracellulaires «durs»123
Les modules non enveloppés
«mous»125
Les modules enveloppés126
Chapitre 8
Les enchaînements de modules moléculaires
129
Les possibles errances de la modularité
129
Retour sur le système du complément
130
Les cascades de signalisation
132
La présentation des peptides par les molécules du CMH-I
133
La présentation de peptides par les molécules du CMH-II
136
Les deux voies classiques de présentation
137
Les métabolites présentés par les molécules «non classiques» du
CMH
137
Articulations entre voies et cascades
138
Chapitre 9
Cellules et modules cellulaires structurels
141
Les différents types de cellules
141
Les catégories élémentaires141
La bi-appartenance à l'immunité
innée ou adaptative143
Les différents types de modules cellulaires
143
Les modules «durs» et «mous» : tissus, organes et quasi-organes
lymphoïdes
144
L'inflammation locale dans les tissus
145
Les «centres germinatifs» dans les ganglions147
Les plaques de
Peyer dans les intestins149
Les tumeurs, quasi-organes pathologiques150
Chapitre 10
Les enchaînements de modules fonctionnels dans les réactions
de défense
151
Les modules de l'inflammation (A)
152
Module A1 : l'inflammation traumatique (d'ordre zéro)152
Module A2 : l'inflammation locale immédiate (de premier ordre)152
Module A3 : l'inflammation aidée par les cellules T (de
deuxième ordre)153
Module A4 : l'hyperinflammation154
Les modules propres à l'immunité adaptative (B)
154
Module B1 : les anticorps «naturels»154
Module B2 : la production
d'anticorps indépendante des cellules T155
Module B3 :
l'activation des cellules T par les cellules «présentatrices d'antigènes»155
Module B4 : la production primaire d'anticorps spécifiques
dépendante des cellules T156
Module B5 : la production de
cellules tueuses spécifiques ou CTL156
Module B6 : la modulation
par les cellules T régulatrices157
Les modules transversaux (C)
157
Module C1 : les cytokines157
Module C2 : les chémokines158
Module C3 : les petites molécules inflammatoires158
Module C4 : les médiateurs neuroendocriniens158
Module C5 : la
contribution des cellules «naturellement tueuses» ou NK159
Module C6 : les cellules armées par des anticorps159
Module C7 :
la mémoire innée159
Module C8 : la mémoire adaptative160
Module C9 : l'arrêt des réponses immunitaires160
Module C10 :
les dispositifs d'épuration des déchets161
Module C11 : la
réparation des dommages collatéraux161
La combinatoire des modules dans les réactions immunitaires
162
Les phénomènes chroniques
163
L'inscription des défenses immunitaires dans les organes
164
Les organes ordinaires164
Les organes «privilégiés»166
Le foetus et le placenta166
Chapitre 11
Nécessaires mais improbables rencontres
169
Rencontres entre macromolécules à l'intérieur des cellules
170
La régulation de la transcription171
La transduction des signaux172
Reconnaissance spécifique entre deux cellules
172
Rencontres entre cellules dans les ganglions
173
Reconnaissances cellulaires dans le thymus
176
Chapitre 12
Vers une médecine plus personnalisée
179
Les mêmes approches nourrissent la complexité et la diversité
179
Les anticorps monoclonaux
180
Les techniques analytiques
181
L'analyse de l'ADN et de l'ARN181
Protéome, lipidome, métabolome,
etc.182
L'imagerie et le tri cellulaire183
L'intégration des données
184
La mutualisation des données scientifiques
185
L'analyse, la prévention et l'émergence d'une médecine personnalisée
186
Quelques considérations heuristiques
188
Troisième partie
Les défenses naturelles de l'homme dans leur globalité
Chapitre 13
La fonction de surveillance
193
La surveillance de l'ADN et du génome
193
Les mutations ponctuelles et les autres193
Les «éléments
sauteurs»194
La surveillance de l'état individuel des cellules
195
Combien de maladies sont prévenues par les dispositifs de
surveillance ?
197
La prévention naturelle des maladies infectieuses
199
La prévention naturelle des cancers
200
Chapitre 14
Les défenses en action contre les agents infectieux
203
Typologie des réactions immunitaires en réponse aux agents
infectieux
203
Typologie des agents infectieux204
Typologie des réponses
adaptées aux agents infectieux205
Quelques exemples206
Réponses locales et réponses systémiques207
La lutte contre les agents infectieux constants
208
Les agents infectieux variables
211
Infections fulminantes et infections chroniques
213
Les défenses artificielles : antibiotiques, antiviraux et vaccins
214
La vaccinologie, domaine particulier de la science
216
La couverture vaccinale
218
Les vaccins qui font défaut
220
Chapitre 15
Désordres internes et défenses naturelles
223
Défenses naturelles et cancers
224
Les grandes caractéristiques du développement des cancers224
La mobilisation immunitaire226
Sur les défenses artificielles contre les cancers
227
Les dommages collatéraux des réactions de défense
230
Les pathologies auto-immunes
231
Les origines infectieuses possibles232
L'élargissement accidentel
de la réponse immunitaire233
Le cas particulier des allergies
234
Les variations individuelles
236
Les prédispositions génétiques236
Les variations physiologiques237
Chapitre 16
Propriétés et fonctions globales
239
La spécificité des reconnaissances moléculaires
239
Les anticorps240
Les récepteurs des cellules T240
La
spécificité d'autres récepteurs et modules moléculaires241
Les
trois stratégies de la spécificité242
Les équilibres et l'homéostasie
244
Les équilibres réglés par des molécules244
Les équilibres réglés
par des cellules245
De grands équilibres méconnus245
La robustesse du système de défense
246
La mémoire
248
La mémoire des macromolécules et des cellules isolées248
La
mémoire de long terme250
Les compartiments mémoire251
Chapitre 17
L'inclusion des défenses dans l'organisme
253
Quelle est la place du système de défense dans l'organisme ?
253
La cartographie du corps humain253
Les territoires immunitaires
et la notion de «champ»254
Les territoires infectés et
l'hypothèse hygiéniste256
La flore intestinale : un organe de plus
256
Le métabolisme omniprésent
258
Les rythmes circadiens
259
L'interface avec le système neuroendocrinien
261
Chapitre 18
La discrimination entre le soi et le non-soi
265
Une question toujours pertinente
265
Qu'est-ce que le soi ?
267
La diversité des mécanismes de discrimination entre soi et non-soi
269
Discriminations physiques et biochimiques269
La tolérance
adaptative au soi270
L'éducation des cellules T dans le thymus271
Vers d'autres théories
272
À quoi bon théoriser ?272
Retour sur la notion fondamentale de
concentration273
Inventorier le soi dans la logique des systèmes
complexes274
Bienvenue dans le monde des règles
274
Retour sur le CMH275
Les règles qui gouvernent les interactions
entre cellules275
Les automates cellulaires «intelligents»
276
Une cellule est un automate intelligent276
L'exemple des cellules
T277
La possible extension à d'autres cellules immunitaires278
Les deux types de cellules intelligentes
279
Une théorie dynamique de la discrimination entre soi et non-soi
280
Chapitre 19
Les logiques du vivant
283
La physiologie de la survie
283
Pour 900 centimètres cubes de plus
284
La pluralité des logiques du vivant
285
Sur le hasard
285
L'omniprésence du hasard285
Les deux espaces du hasard286
Sur la complexité
287
L'hypercomplexité et la logique des 80 %287
La modularité288
Le réel et le virtuel, les éléments et les règles288
La
robustesse289
Sur les dimensions du temps et de l'espace
289
Les morts et les naissances289
La spécificité dans l'espace et le
temps290
Le temps long et la logique de l'évolution291
Sur l'intelligence du vivant
292
Les automates cellulaires intelligents et l'intelligence cellulaire collective292
La logique du «probablement approximativement correct»293
Sur la dimension de l'énergie et de l'économie du vivant
294
De la biologie classique à une «biologie des quanta» ?
296
Conclusion
297
Glossaire
301
Notes et références bibliographiques
311
Remerciements
325