INDE Série S - Mars 1996

Durée de l’épreuve : 3 h 30

Coefficient : 6 (enseignement obligatoire) ou 8 (enseignement de spécialité en SVT)

CORRIGE


PARTIE I : (8 points)

Mécanismes de l’immunité

Après avoir précisé les supports moléculaires du soi, vous expliquerez comment les lymphocytes reconnaissent le non-soi au cours de la phase d’induction.

Il sera tenu le plus grand compte de la clarté de l’exposé et de la qualité de l’illustration. Les mécanismes de la réponse immunitaire et l ’acquisition de l’immunocompétence ne sont pas demandés.


Avant de commencer
Revoir les notions de cellule présentatrice d’antigène et de reconnaissance du soi modifié.
Mettre en relation les deux notions (soi et reconnaissance du non-soi).

CORRIGE

Introduction

Chaque individu est génétiquement unique en raison du brassage génétique qui caractérise la reproduction sexuée. Parmi les gènes les plus polymorphes, ceux du Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) définissent le soi, l’identité génétique. Reconnues comme antigènes d’histocompatibilité, c’est à dire susceptibles de déclencher le rejet d’une greffe par le système immunitaire, les protéines HLA sont aussi et même surtout des marqueurs déterminant les capacités de reconnaissance et de neutralisation du système immunitaire vis à vis des divers antigènes, qu’ils proviennent de microorganismes étrangers ou d’autres éléments du non-soi voire du soi-modifié, par mutation ou par des virus.

Ces molécules, associées à des antigènes, sont à la base des mécanismes de reconnaissance des antigènes par les lymphocytes T (LT).

En revanche, les lymphocytes B (LB), munis de récepteurs spécifiques, sont susceptibles de reconnaître du non-soi directement. Il s’agit, dans ce cas d’antigènes circulants. Nous évoquerons donc les supports moléculaires du soi avant d’envisager brièvement, d’une part la phase de reconnaissance par les LB et, d’autre les mécanismes de reconnaissance du non-soi par les LT.

I- Supports moléculaires du soi

Les antigènes majeurs d’histocompatibilité sont des protéines membranaires exprimées par toutes les cellules nucléées de l’organisme.

Elles déterminent une spécificité antigénique, propre à chaque individu, reflet de la combinaison originale de ses gènes du CMH.

Les molécules HLA ont la forme d’une sorte de corbeille, constituée par les chaînes polypeptidiques ancrées dans la membrane cytoplasmique, dont le fond peut être occupé par des peptides du soi ou du non soi selon la nature des cellules portant ces marqueurs. Schéma 1.

Lorsque certaines cellules spécialisées expriment des fragments de non-soi associés à des molécules HLA (on parle alors de soi modifié), une réponse immunitaire spécifique est induite dans certaines conditions. Toutefois, les LB peuvent reconnaître le non-soi sans coopération avec d’autres cellules porteuses de marqueurs du soi.

II- La reconnaissance du non-soi par les LB

Les LB possèdent des anticorps membranaires possédant deux sites de reconnaissance spécifique pour un antigène.

Lorsqu’ils rencontrent cet antigène, celui-ci se fixe à ces récepteurs déclenchant ainsi la phase d’induction des LB et leur transformation en plasmocytes sécréteurs d’anticorps. (schéma 2)

Toutefois, l’induction de la réponse humorale par les LB peut aussi se produire à la suite de la stimulation de LT4 par des mécanismes similaires à ceux étudiés au III et impliquant donc la reconnaissance simultanée du soi.

III- Reconnaissance du non-soi par les LT au cours de la phase d’induction

Lorsqu’un antigène pénètre dans l’organisme, des cellules non spécifiques comme les macrophages les détruisent par phagocytose. Certains produits de dégradation s’associent à des molécules HLA dans les compartiments internes de la cellule et, par exocytose, sont ensuite exprimés avec eux sur la membrane. Le phagocyte devient cellule présentatrice d’antigène (CPA).

C’est la reconnaissance, par un lymphocyte T spécifique (LT) de même HLA, du complexe antigène-HLA présenté à la surface de la CPA qui induit une réponse immunitaire spécifique. En effet, les seuls lymphocytes qui sont stimulés sont ceux dont le récepteur T a une forme complémentaire à la fois, non seulement, du HLA de la CPA, mais aussi de l’antigène qui lui est associé (schéma 3).
 
 







Ainsi, seuls les lymphocytes spécifiques de l’antigène seront activés.

Les LT4, coordonnateurs de la réponse immunitaire, reconnaissent de cette façon un antigène donné et stimulent la différenciation et la prolifération des cellules effectrices. La reconnaissance d’un antigène par les LT8, effecteurs de la réponse cellulaire, et l’induction qui la suit, assurée à la fois par les CPA et les LT4, obéit à des règles similaires. Elle aboutit à la production de LT cytotoxiques spécifiques.

Conclusion

L’induction de la réponse immunitaire spécifique a principalement pour origine la capacité de certaines cellules, les lymphocytes, à reconnaître le non-soi. Cependant, cette capacité est systématiquement liée, chez les LT, à celle de reconnaître simultanément le soi auquel sont associés les épitopes.

Cette capacité assure une sélection fine des clones immunocompétents lors de l’induction mais elle assure aussi la distinction avec le soi.


PARTIE II : (7 points)

Histoire et évolution de la Terre et des êtres vivants







La théorie de l’évolution est l’explication scientifique qui rend compte à la fois de l’unicité et de la diversité du monde vivant actuel. L’évolution implique une filiation entre les formes vivantes.

Exploitez les documents 1 et 2 et montrez qu’ils suggèrent une filiation entre les vertébrés. Précisez, en utilisant vos connaissances et le document 2, quels mécanismes peuvent expliquer cette filiation.

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Avant de commencer
Soyez précis dans l’exploitation des documents. Soyez prudent dans vos interprétations.


CORRIGE

Introduction

Pour reconnaître des filiations entre les vertébrés, divers critères de ressemblance ou de similitude sont utilisés. Les documents nous présentent le développement embryonnaire et des résultats d’analyses moléculaires.

Le document 1 montre que les embryons de vertébrés présentent une morphologie semblable au stade le plus jeune représenté sur le document. Le plan d’organisation est visiblement le même et comporte des poches viscérales à l’origine des branchies chez les poissons et les larves de batraciens.

Un plan d’organisation commun est interprété comme hérité d’un lointain ancêtre commun.

Sur ce plan diverses modifications se sont greffées au cours de l’évolution et ont été à l’origine des diverses lignées de vertébrés.

Ainsi, les branchies disparaissent lors du développement des reptiles, des oiseaux et des mammifères, vertébrés ayant acquis la respiration aérienne. Elles sont incorporées dans la région du cou où elles participent à la formation d’organes différents.. On en déduit que les poissons et les batraciens descendent d’un ancêtre commun à branchies et forment une première branche alors que les autres vertébrés descendent d’un ancêtre les ayant perdues. Cette ancêtre pourrait être un batracien ayant perdu ses branchies.

Les reptiles, oiseaux et mammifères présentent plus de ressemblance entre eux au deuxième stade embryonnaire qu’avec les autres embryons de vertébrés (développement de la tête, des membres, même enroulement du corps). Ceci confirme l’interprétation précédente.

Les données moléculaires du document 2 sont un argument supplémentaire en faveur de cette interprétation.

La séquence polypeptidique des hormones post-hypophysaires vasotocine (AVT), ocytocine (OT) et vasopressine (ADH, hormone antidiurétique) montre de fortes similitudes. Ces trois hormones sont des nonapeptides sécrétés par le même organe. Dans le tableau 1 b, entre AVT et OT, on observe une seule modification d’un acide aminé de la séquence (l’arginine en position 8 de l’AVT est remplacée par une leucine dans l’OT) de même qu’entre ADH et AVT (l’isoleucine en position 3 de l’AVT est remplacée par une phénylalanine dans l’ADH).

Compte tenu que l’AVT est la seule présente chez tous les vertébrés considérés dans le tableau 1a on peut la considérer comme plus ancienne. On constate alors que l’OT est apparue chez les poissons à branchies et à poumons et s’est maintenue chez les autres vertébrés apparus plus tardivement. De même, l’ADH n’existe que chez les mammifères, les derniers apparus.

Quels sont les mécanismes responsables de cette filiation ?

Si on se limite aux données moléculaires, l’évolution de ces hormones est donc parallèle à celle des vertébrés. Compte tenu de la grande similitude entre les séquences d’ADN codant ces peptides, on peut penser qu’à partir d’un gène ancestral présent chez les poissons osseux à branchies, une première duplication du gène de l’AVT, contemporaine de l’apparition des poissons à branchies et à poumons, il y a 380 Ma a permis de donner naissance à l’OT suite à une mutation du gène dupliqué. L’OT étant présente chez les amphibiens, ils peuvent provenir de certains poissons à poumons. De la même façon, une autre duplication suivie d’une autre mutation a pu intervenir dans la branche à l’origine des mammifères.

Ces événements peuvent être grossièrement datés par les fossiles des premiers représentants de ces organismes.

Les données moléculaires présentées permettent donc de suivre la phylogénie des vertébrés même si les caractéristiques de ces hormones ne rendent pas vraiment compte des transformations majeures qui se sont produites dans cette lignée. Toutefois, des mécanismes du même ordre agissant sur des gènes " sratégiques " en terme de développement ont pu conduire aux acquisitions anatomiques et physiologiques rendant compte de la phylogénie des vertébrés.


PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)

Fonctionnement d’un système de régulation







Chez la femme, les possibilités d’avoir un enfant sont limitées à une période de la vie qui s’étend de la puberté à la ménopause (vers 45-50 ans). Cette dernière se manifeste par des modifications physiologiques. Nous nous proposons d’étudier celles qui concernent l’activité ovarienne.

Des coupes d’ovaires effectuées chez des femmes de 50 ans ne présentent aucun follicule mûr ; les follicules primordiaux sont dégénérescents et l’ovaire est envahi par du tissu conjonctif (tissu de remplissage).

On cherche à savoir si la dégénérescence des follicules primordiaux chez la femme ménopausée est due à l’arrêt de la stimulation des structures ovariennes par le complexe hypothalamo-hypophysaire, ou bien au vieillissement de l’ovaire lui-même.

Exploitez les documents proposés pour montrer comment on peut choisir entre les deux hypothèses.

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Avant de commencer
Revoyez les interactions ovaires - complexe hypothalamo-hypophysaire : l’exploitation des documents suppose une bonne connaissance de la régulation des hormones sexuelles.
Réfléchissez aux conséquences de l’arrêt du fonctionnement d’un des maillons sur le reste du système.

CORRIGE

Le document 1 présente les profils hormonaux moyens de femmes de 25 ans et de femmes de 50 ans.

La sécrétion des hormones ovariennes chez les femmes de 50 ans a perdu tout caractère cyclique et les concentrations sont très basses (50 pg.mL-1 pour l’oestradiol, 3 ng.mL-1 pour la progestérone, les valeurs minimales observées au cours d’un cycle normal).

La chute de sécrétion des ces hormones s’explique par l’état de l’ovaire : envahi de tissu conjonctif et ne présentant plus de follicules mûrs, les cellules endocrines des follicules ne se développent pas et l’oestradiol reste très faible. L’absence de formation de corps jaune ne permet pas la production de progestérone assurée avant la ménopause par les cellules lutéales. Mais l’absence de développement des follicules est-il dû à une absence de stimulation par les gonadostimulines ?

Chez la guenon ovariectomisée, on observe que le taux de LH est très élevé, 4 à 5 fois le taux de base d’une guenon normale. On sait que la disparition des hormones ovariennes lève le " frein " qu’elles exercent habituellement sur le complexe hyopothalamo-hypophysaire ce qui a pour conséquence d’augmenter la sécrétion de LH comme on l’observe chez la guenon castrée.

Or, chez la femme de 50 ans, on observe une augmentation du taux moyen de LH autour de 50 ans (document 3).

On en déduit que c’est l’ovaire qui subit un phénomène de vieillissement : l’arrêt du fonctionnement ovarien ayant les mêmes conséquences que l’ovariectomie chez la guenon. La ménopause constitue une ovariectomie physiologique. Le taux de LH reste d’ailleurs élevé après la ménopause confirmant ce point de vue puisqu’il indique que le complexe hypothalamo-hypophysaire reste fonctionnel même après l’arrêt de l’ovaire et continue à envoyer ses messages hormonaux stimulateurs vers l’ovaire en raison de l’arrêt de la rétroaction négative..


PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)

Fonctionnement d’un système de régulation







On étudie les conséquences d’une hémorragie sur le fonctionnement cardiaque.

Exploitez les documents 1 à 4 et mettez-les en relation pour proposer des explications au problème posé. Vous présenterez un bilan sous forme d’un schéma fonctionnel en vous limitant strictement aux informations fournies dans ce sujet.

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Avant de commencer
Analysez les données sans faire de paraphrase.
Faites ressortir les résultats précis qui permettent de relier les différents documents et de construire un schéma fonctionnel simple.
Ne débordez pas les limites imposées.

CORRIGE

Introduction

Lors d’une hémorragie, le volume sanguine diminue brusquement. Quelles en sont les conséquences sur le fonctionnement du coeur ?

Le document 1 montre qu’à la suite d’une hémorragie la pression artérielle chute passant de 125/75 mm de mercure à 80/55 : la pression systolique (PS) et la pression diastolique (PD) sont toutes deux affectées. On constate que parallèlement, le volume éjecté à chaque systole est passé de 75 mL à 40 mL. La fréquence cardiaque n’est pas modifiée.

5 minutes après l’hémorragie, la pression artérielle est remontée même si la PS reste inférieure de 10 mm à la pression initiale.

Cette augmentation de pression peut être corrélée à l’augmentation de l’activité cardiaque dont la fréquence passe de 70 à 90 et le volume systolique de 40 à 53 mL.

Le coeur a donc réagi à la chute de pression artérielle en augmentant son activité ce qui a pour conséquence de ramener la pression à une valeur convenable.

Les expériences présentées permettent de proposer une explication à la réaction du coeur.

La section des nerfs pneumogastriques et de Héring montrent qu’ils interviennent en permanence pour ralentir le coeur. Les expériences de stimulation prouvent que le nerf de Héring est sensitif et le pneumogastrique effecteur de l’inhibition.

Les expériences similaires menées sur les nerfs orthosympathiques montrent qu’ils ont un rôle inverse, stimulateur. Dans tous les cas, les changements de la pression artérielle sont parallèles aux changements de fréquence cardiaque confirmant ainsi que l’activité cardiaque participe de façon importante au réglage de la pression artérielle..

L’expérience du document 4 permet d’expliquer la relation entre pression artérielle et activité cardiaque.

Lorsque l’on provoque une surpression dans le sinus carotidien, il se produit une accélération de l’activité nerveuse propagée le long du nerf de Héring, proportionnelle à la pression. Ainsi lorsque la pression passe de 100 mm à 140 mm, la fréquence des potentiels enregistrés est doublée. Elle est multipliée par 4 à 180 mm. La baisse de la fréquence cardiaque qui en résulte est due à l’activation du nerf pneumogastrique en relation avec le nerf de Héring au niveau du bulbe rachidien.

On en déduit que lors d’une hémorragie, la chute de pression dans le réseau vasculaire a pour conséquence une diminution de l’activité du nerf de Héring et donc du nerf pneumogastrique. L’équilibre entre l’action inhibitrice du pneumogastrique et l’action stimulatrice de l’orthosympathique est rompu au profit de ce dernier. La fréquence cardiaque augmente alors permettant ainsi la remontée de la pression artérielle.

Le schéma ci-dessous résume ce mécanisme.