Analyse sanguine de Mme T (sujet national, juin 2016, partie 2, exercice 2)

Énoncé

Le maintien de l'intégrité de l'organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire
Mme T présente une grosseur au niveau du cou et souffre de nombreux maux d'origine métabolique : fatigue, cheveux et ongles cassants, peau sèche, frilosité, rythme cardiaque ralenti. Son médecin lui prescrit des examens approfondis.
Synthèse
À partir de l'exploitation des données et de l'utilisation des connaissances, expliquer les causes de l'affection de Mme T.
Document 1
Analyse sanguine de Mme T
« Mme T manifeste un œdème (gonflement) de la glande thyroïde.
La thyroïde est une glande hormonale située à la base du cou. Elle sécrète des hormones thyroïdiennes dont les actions sont multiples (croissance, métabolisme, température interne…). »

Résultats de dosages hormonaux
Résultats de dosages hormonaux
Hormones thyroïdiennes
Individu sain
Mme T
Triiodothyronine
0,8 à 2,7.10-9 mol.l-1
0,6.10-9 mol.l-1
Thyroxine
11 à 27.10-12 mol.l-1
8.10-12 mol.l-1

Document 2
Structure histologique d'une glande thyroïde normale (en A) et de la glande thyroïde de Mme T (en B)L'observation au microscope de la glande thyroïde montre des cellules sécrétrices ou thyrocytes, organisées en vésicules, qui en coupe, apparaissent circulaires.
Structure histologique d'une glande thyroïde normale (en A) et de la glande thyroïde de Mme T (en B)
D'après biologie TD – Collection Tavernier – 1989.
Document 3
Résultats de cultures cellulaires
« On prélève dans la thyroïde de Mme T, diverses cellules avec lesquelles sont réalisées des cultures. On recherche la présence de plasmocytes, cellules sécrétrices d'immunoglobulines. »


Cellules cultivées en présence de thyrocytes
Plasmocytes présents
Immunoglobulines
ou gamma-globulines
Culture 1
Lymphocytes B
aucun
Pas de
gamma-globulines
« anti-thyroglobuline »
Culture 2
Lymphocytes B
+
Macrophages
aucun
Pas de
gamma-globulines
« anti-thyroglobuline »
Culture 3
Lymphocytes B
+
Macrophages
+
Lymphocytes T CD4
nombreux
Gamma-globulines
« anti-thyroglobuline »
nombreuses

Document 4
Biosynthèse des hormones thyroïdiennes
Biosynthèse des hormones thyroïdiennes
D'après Alain Hamon – université d'Angers - http://slideplayer.fr/slide/1324104/.
« Étape 1 : le thyrocyte fabrique une protéine, la thyroglobuline (molécule précurseur), qui est expulsée par exocytose vers la lumière de la vésicule où elle s'accumule. Le thyrocyte prélève l'iode (I) apporté par l'alimentation dans le sang et le transfère dans la lumière de la vésicule.
Étape 2 : il y a ioduration de la thyroglobuline. Le couplage de la thyroglobuline et de l'iode (I) conduit à la thyroxine et la triiodothyronine.
Étape 3 : il y a endocytose de la thyroxine et triiodothyronine de la part des thyrocytes.
Étape 4 : Les hormones thyroïdiennes sont libérées dans le sang. »

Comprendre la question
Cet exercice porte sur la recherche des causes d'une affection d'une patiente, Mme T, qui présente plusieurs symptômes. Il s'agit de construire une démarche cohérente à partir des documents proposés pour identifier l'origine des symptômes. Chez Mme T, l'analyse sanguine et la structure histologique de la thyroïde mettent en évidence des anomalies de structure et de fonctionnement de la glande thyroïde. L'étude de résultats de culture de cellules de la thyroïde de Mme T permet d'identifier l'origine de cette anomalie : dans la thyroïde de Mme T, des plasmocytes secrètent des anticorps dirigés contre une molécule produite par cette glande. Mme T est donc atteinte d'une maladie auto-immune. Cet exercice nécessite l'exploitation et la mise en relation des informations issues des documents, en lien avec des connaissances sur la formation et les fonctions des cellules immunitaires. Aucune connaissance sur la thyroïde n'est nécessaire : sa structure et son fonctionnement sont présentés dans le dernier document. La réponse attendue contient une introduction exposant la problématique, puis une argumentation structurée exploitant les documents et les connaissances, et enfin une conclusion répondant à la problématique. Aucun schéma n'est exigé par l'énoncé.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue.
2e étape : extraire des documents les informations en rapport avec le problème scientifique.
3e étape : construire une réponse structurée mettant en relation les informations issues des documents et des connaissances.
Le tableau suivant présente un exemple de démarche construite au brouillon :
Parties du problème
Éléments issus des documents
Éléments issus des connaissances
Introduction : Quelles sont les causes de l'affection de Mme T, caractérisée par les symptômes suivants : grosseur au niveau du cou, fatigue, cheveux et ongles cassants, sécheresse de la peau, frilosité et ralentissement du rythme cardiaque ?
Mise en évidence d'une anomalie du fonctionnement de la thyroïde chez Mme T
Document 1. Gonflement de la glande thyroïde de Mme T.
Analyse sanguine de Mme T : faible concentration en hormones thyroïdiennes (comparé au témoin).
Documents 2 et 4. Étude histologique de la glande thyroïde.
Mme T : réduction de la lumière des vésicules et envahissement du tissu thyroïdien par des cellules immunitaires (comparé au témoin).
Bilan. Anomalies de la structure et du fonctionnement de la thyroïde de Mme T.

Origine de l'anomalie thyroïdienne de Mme T
Document 3. Recherche de plasmocytes et d'anticorps anti-thyroglobuline dans les cultures de cellules de la thyroïde de Mme T :
seule la présence conjointe de lymphocytes B, macrophages et lymphocytes T CD4 entraîne une forte présence de plasmocytes et d'anticorps anti-thyroglobuline.
Document 4. La thyroglobuline est un précurseur des hormones thyroïdiennes.
Bilan. Chez Mme T, présence des cellules immunitaires dans la thyroïde : formation de plasmocytes sécrétant des anticorps anti-thyroglobuline, empêchant le production hormones thyroïdiennes.
Les lymphocytes spécifiques d'un antigène donné subissent une sélection clonale en présence de cet antigène, puis ils prolifèrent et se différencient en cellules effectrices : les lymphocytes B se différencient en plasmocytes et les lymphocytes T CD4 se différencient en lymphocytes T auxiliaires sécréteurs d'interleukines.
La présence d'interleukines est indispensable à la prolifération et la différenciation des lymphocytes.
Les anticorps se fixent spécifiquement à l'antigène correspondant.
Conclusion

Corrigé

Synthèse
Une patiente, Mme T, présente plusieurs symptômes : grosseur au niveau du cou, fatigue, cheveux et ongles cassants, sécheresse de la peau, frilosité et ralentissement du rythme cardiaque. En visite chez son médecin, celui-ci lui prescrit différents examens pour identifier l'origine de ses symptômes. Quelles sont donc les causes de l'affection de Mme T ? Pour répondre à cette problématique, nous allons d'abord étudier les résultats des dosages sanguins des hormones thyroïdiennes de Mme T, puis nous étudierons la structure de sa glande thyroïde observée au microscope électronique, comparée à celle d'un témoin sain. Enfin nous mettrons en relation la voie normale de biosynthèse des hormones thyroïdiennes avec le résultat de cultures de cellules prélevées dans la thyroïde de Mme T pour identifier l'origine de ses symptômes.
Mme T présente un gonflement au niveau de sa glande thyroïde (document 1). Son médecin lui a prescrit des analyses sanguines pour connaître la concentration sanguine de ses deux hormones thyroïdiennes : la triiodothyronine et la thyroxine. Ainsi, d'après le document 1, la concentration en triiodothyronine de Mme T est inférieure à celle d'un individu sain (0,6.10−9 mol.L−1 chez Mme T pour 0,8 à 2,7.10−9 mol.L−1 chez le témoin). De même, la concentration en thyroxine de Mme T est inférieure à celle d'un individu sain ( 8.10−12 mol.L−1 chez Mme T pour 11 à 27.10−12 mol.L−1 chez le témoin). Comparée à un individu sain, Mme T présente donc un déficit en hormones thyroïdiennes.
Le document 2 présente la comparaison de l'histologie de la glande thyroïde de Mme T avec celle d'un individu sain. Chez ce témoin, le tissu thyroïdien est organisé en vésicules dont la périphérie est constituée de cellules thyroïdiennes appelées thyrocytes. Les thyrocytes réalisent la synthèse protéique du précurseur des hormones thyroïdiennes, la thyroglobuline, qui est alors sécrétée dans la lumière des vésicules et s'y accumule (documents 2 et 4). Chez Mme T, la lumière des vésicules est réduite par rapport à celles du témoin et une partie du tissu thyroïdien est envahi par des cellules immunitaires (nombreux lymphocytes, plasmocytes et macrophages) (document 2). Ainsi, le tissu thyroïdien de Mme T présente une structure anormale, avec une forte présence de cellules immunitaires. Quelle est l'origine de l'anomalie de la structure de la thyroïde et de la faible sécrétion des hormones thyroïdiennes chez Mme T ?
Différentes cellules présentes dans la thyroïde de Mme T sont prélevées puis mises en culture. On recherche alors dans ces cultures la présence de plasmocytes (cellules différenciées à partir des lymphocytes B et sécrétant des anticorps) et la présence d'anticorps ou d'immunoglobulines anti-thyroglobuline (document 3). On observe qu'en présence de lymphocytes B, avec ou sans macrophages, les plasmocytes et les anticorps anti-thyroglobuline sont absents de la culture. Par contre, en présence de lymphocytes B, de macrophages et de lymphocytes T CD4, de nombreux plasmocytes et de nombreux anticorps anti-thyroglobuline sont détectés dans la culture. Or, on sait que les lymphocytes B sélectionnés par leur antigène spécifique sont capables de proliférer et de se différencier en plasmocytes sécréteurs d'anticorps. Ces étapes de prolifération et de différenciation des lymphocytes nécessitent la présence d'interleukines secrétées par des lymphocytes T CD4 activés par le même antigène. Ainsi, on peut en déduire que dans la thyroïde de Mme T, des lymphocytes B sont activés par la thyroglobuline, qui est donc reconnue comme un antigène. De même, des lymphocytes T CD4 sont activés par la thyroglobuline, entraînant leur prolifération puis leur différenciation en lymphocytes T CD4 auxiliaires, sécréteurs d'interleukines. Ces interleukines activent alors la prolifération et la différenciation des lymphocytes B, qui se transforment en plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-thyroglobuline. Ces anticorps se fixent spécifiquement à la thyroglobuline, présente dans la lumière des vésicules de la thyroïde. Or, la thyroglobuline se combine normalement à l'iode dans la lumière des vésicules pour former de la triiodothyronine et de la thyroxine, qui traversent alors les thyrocytes pour rejoindre la circulation sanguine (document 4). Chez Mme T, la thyroglobuline fixée à ses anticorps ne peut être transformée en hormones thyroïdiennes (triiodothyronine et thyroxine). La production de ces hormones est donc moins importante chez Mme T que chez un individu sain, expliquant sa faible concentration sanguine en hormones thyroïdiennes mise en évidence par les analyses sanguines. Or, les hormones thyroïdiennes ont de nombreuses actions sur l'organisme : croissance, métabolisme, température interne (document 1). La faible concentration sanguine en hormones thyroïdiennes est donc responsable des symptômes observés chez Mme T : fatigue, cheveux et ongles cassants, sécheresse de la peau, frilosité et ralentissement du rythme cardiaque.
Ainsi, les symptômes de Mme T ont pour origine une faible production d'hormones thyroïdiennes. Cette faible production d'hormones thyroïdiennes est la conséquence de la présence de cellules immunitaires dans sa thyroïde. Parmi les cellules immunitaires présentes, des plasmocytes sécrètent des anticorps dirigés contre le précurseur des hormones thyroïdiennes, la thyroglobuline, empêchant sa transformation en hormones thyroïdiennes. Le système immunitaire de Mme T produit des anticorps dirigés contre des molécules normales de son organisme, qui ne devraient pas être reconnues comme antigéniques : Mme T est donc atteinte d'une maladie auto-immune.