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Les idées reçues sur le cerveau

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Aujourd’hui je vais parler d’un autre sujet qui me tient à coeur: la neuroscience, ou l’étude du cerveau et des neurones. Le cerveau est considéré comme l’organe le plus important de notre corps, et c’est grâce à lui que nous sommes des humains. Mais malheureusement il y a encore beaucoup d’idées reçues sur le cerveau, donc jai décidé d’en parler de certaines aujourd’hui dans le but d’apporter une meilleure compréhension du sujet.

1. On n’utilise que 10% de notre cerveau

Cette idée reçue est la préférée des films. En effet, si on n’utilise que 10% de notre cerveau, que font les autres 90%? Malheureusement, l’utilisation de 100% de notre cerveau ne nous transforme pas en créature surnaturelle, puisque nous le faisons tous les jours. Nous sommes capable de prendre des images en temps réel du cerveau (avec les IRM par exemple), et ces images nous montrent quelles parties du cerveau sont utilisées, et nous avons découvert que la totalité du cerveau est utilisée. Cependant, tout le cerveau n’est pas utilisé en même temps. Par exemple, bouger son doigt utilisera des parties du cerveau que parler n’utilisera pas. Grâce au travail de beaucoup de scientifique, nous savons maintenant la responsabilité de chaque partie du cerveau. En conclusion, on utilise bien 100% de notre cerveau, mais pas tout en même temps [source / source / source / source / source].

2. Cerveau droit ou cerveau gauche?

On trouve beaucoup de quiz en ligne qui vont nous prédire si on utilise plus notre cerveau gauche ou notre cerveau droit. Il a été prouvé que personne n’a de préférence pour un côté du cerveau. Le cerveau est composé de deux hémisphères, un gauche et un droit, et ces deux hémisphères sont liés par ce qu’il s’appelle le corpus callosum. En théorie, les hémisphères sont identiques, et donc sont capables de faire la même chose. Ce n’est pas totalement le cas, car certains comportement n’utilisent qu’un seul hémisphère. C’Est le cas de la parole. La compréhension de la parole se fait par une partie du cerveau appelée l’aire de Wernicke, et la production de la parole est faite avec l’aire de Broca. Ces deux aires se trouvent dans l’hémisphère gauche et pas le droit. Il y a d’autres comportements, comme la recognition faciale, qui n’utilisent qu’un seul hémisphère, mais pour la plupart des comportements, les deux hémisphères sont utilisés. De plus, une étude publiée en 2013 cherchait à savoir si les gens avaient un hémisphère dominant. Pour ce faire, ils ont imagé le cerveau et observé quel hémisphère était le plus utilisé. Ils ont conclus qu’aucun sujet n’avait d’hémisphère dominant. En conclusion. certains comportements vont utilisé un hémisphère plus qu’un autre, mais en général il n’y a pas de dominance chez les hémisphères [source / source / source / source / source / source].

3. Perdre un neurone, c’est pour la vie

On a souvent entendu que si un neurone meurt, il ne peut pas être remplacé. Il est vrai qu’une blessure au cerveau est dangereuse, mais le cerveau est capable de se réparer. D’abord, il peut produire plus de neurones. C’est un procédé appelé neurogénèse, et il est présent toute notre vie. Donc si un neurone meurt, il peut être remplacé. Par contre, il y a des moments ou simplement remplacer un neurone ne suffit pas. Dans ces cas-là, le cerveau va demander à d’autres parties du cerveau d’intervenir et remplacer la partie endommagée. C’est un procédé appelé la plasticité. Ce procédé sera expliqué dans un article prochainement, mais il veut simplement dire que le cerveau s’adapte à son environnement. C’est un procédé essentiel à l’apprentissage, la mémoire, et la réparation. En conclusion, les blessures aux cerveaux sont certes dangereuses, mais on ne perds pas de neurones pour toujours [source / source / source / source / source].

4. Le cerveau contrôle absolument tout

Sans être une idée reçue, cette idée reste un peu fausse. Bien qu’on croît que le cerveau contrôle absolument tout ce qu’il se passe dans notre corps, ce n’est pas totalement vrai. Les protéines fonctionnent sans le cerveau, et les cellules se multiplient sans lui également. Le cerveau contrôle tout le processus de réflexion et cognition, et peut aussi contrôler les organes pour s’assurer qu’ils fonctionnent normalement. Mais il reste un concept plus compliqué: le mouvement. Techniquement, dire que le cerveau contrôle le mouvement est faux. Il est mieux de dire que le système nerveux contrôle le mouvement. Le système nerveux est séparé en deux parties: le système nerveux central (SNC), qui est composé du cerveau et de la moelle épinière, et le système nerveux périphérique (SNP), composé de toutes les autres parties nerveuses du corps. Dans la plupart des cas, le cerveau va initier tous les mouvements du corps, mais certaines exceptions existent, notamment les réflexes. Disons que je touche quelque chose de très chaud. En cas normal, le SNP va informer la moelle épinière que je touche quelque de chaud. Celle-ci va informer le cerveau, qui va décider de bouger ma main. L’information est envoyée à la moelle épinière, puis au SNP qui va enfin bouger ma main. Malheureusement, ce procédé est trop long, et le temps que le cerveau fasse une décision, ma main va être endommagé. Du coup, nous avons les réflexes. En cas de réflexe, le SNP informe la moelle épinière que je touche quelque chose de chaud, et celle-ci va d’abord bouger ma main, puis informer le cerveau de la situation. Dans ce cas-ci ma main n’est pas endommagée et le mouvement n’est pas initié par le cerveau. Il y a d’autres mouvements qui ne demande pas l’utilisation du cerveau; le SNP est responsable du mouvement des intestins, généralement sans que le cerveau intervienne. En général, le cerveau ne contrôle pas tout. En revanche, il PEUT tout contrôler: s’il y a un problème quelconque, le cerveau va tout modifier pour aider au problème. Il est même capable de modifier les battements du coeur et le flux sanguin [source / source / source].

Misconceptions About the Brain

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Today I want to talk about another topic that greatly interests me: neuroscience, or the study of the brain and the neurons. The brain is often considered the most important organ in our body, and the reason why we are human in the first place. However, I still read a lot of misconceptions about the brain nowadays. Therefore, today I will address several of these misconceptions in the hopes of bringing a better understanding of the brain.

1. We only use about 10% of our brain

This is maybe one of the most common misconception I hear, and unfortunately it is widely believed. Oftentimes, movies will expand this misconception by saying that if we were to use 100% of our brain, we would be supernatural creatures. Unfortunately, using 100% of your brain will not grant you access to superpowers, because you are already using all of your brain. We are able to image your brain (using MRI or PET) in real time, which tells us which parts of the brain are used. And in doing so, scientists have seen that the entire brain is used, but not all at the same time. For instance, moving your fingers will use a part of the brain, while speaking uses a different one. Many scientist have managed to map the brain and nowadays we know how every part of the brain influences our behaviour. As a conclusion, you are using all of your brain, just not all at the same time [source / source / source / source / source].

2. Left brain vs. right brain

We often hear that some people have a more dominant left or right brain, or that the left part of the brain is logical and the right one artistic. While we do not know where this myth arose, we know that it is not entirely true. The brain is composed of two hemispheres, left and right, and these two are connected via what is called the corpus callosum. in theory, the left and right hemispheres are identical in structure, and both hemisphere are able to do the same thing. There are however some asymmetry in the brain. The most known one is speech comprehension and production, made by the Wernicke and Broca’s area respectively. These two area of the brain are found only on the left hemisphere and not the right one. Other asymmetrical behaviours include vision or face recognition but in reality, most behaviours use both hemispheres. Further, a specific study wanted to see if people had a dominant hemisphere. To do so, they imaged the brain of many people and looked at which hemisphere was more used. The results showed that there was no hemisphere dominance in any subject. Therefore, we can conclude that some of our actions will trigger one hemisphere preferably over the other, but people do not have a dominant hemisphere [source / source / source / source / source / source].

3. Damage in the brain is permanent

We have all heard that once a neuron dies, it cannot be replaced. While brain damage is extremely dangerous, the brain is surprisingly very good at repairing itself. First, it can make more neurons. This is a process called neurogenesis, and it has been extensively studied, and they have shown that neurogenesis occurs throughout the life of humans, showing that if a neuron dies, it can be replaced. However, sometimes simply replacing a neuron is not enough. In this case, the brain can recruit other parts of the brain to do the jobs of the damaged part. This is a process called plasticity, which means that a neuron is able to modify its function based on its environment. We will talk about plasticity in more detail in later articles, but this process is essential for learning and memory, as well as surviving dangerous brain damage. In conclusion, the brain is able to replace neurons and modify its function, making brain damage not so permanent [source / source / source / source / source].

4. The brain controls everything

This one is not so much a misconception as it is an incomplete information. We often say that the brain is the organ that controls absolutely everything in our body. Well technically that is not true. Proteins function without the brain saying anything, or the cell will multiply by themselves for example. The brain is usually responsible for any cognition, and control organs to make sure that they are working properly. However, there is the complicated topic of movement. It is technically untrue to say that the brain controls our movement, we would rather say that the nervous system controls it. The nervous system is composed of two divisions: the central nervous system (CNS), which comprises the brain and the spinal cord, and the peripheral nervous system (PNS), which is made of all the nervous structure outside of the brain and the spinal cord. In most cases, the brain will initiate any movement that we do, but there are instances where it does not. The main one are the reflexes. Let’s say you are touching something very hot. Under normal conditions, the PNS will indicate to the spinal cord that something is hot, and the spinal cord will tell it to the brain. The brain will then decide to move the hand, and the information goes down the spinal cord onto the hand. This mechanism is too slow and could result in the hand being damaged. To prevent that, we have reflexes: if you touch something hot, the PNS will inform the spinal cord, which will first make the hand move, and then tell the brain what happened. Therefore in this instance, the movement was initiated without the brain input. There are other instances where the brain is not needed for movement: the PNS is mostly responsible for bowel movement, usually without the brain input. In general, the brain does not control everything. However, it CAN control everything, because it is the decision center, and will modify our body function if it believes it is needed [source / source / source].

Comprendre la science: les anticorps

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Cet article marque le début d’une série sur les expériences en science. La plupart du temps, les médias ne montrent pas comment les chercheurs obtiennent les résultats ou les découvertes. Je trouve que comprendre les expériences en science aident à mieux comprendre la science en général, mais cela aide également à développer un esprit critique quand on lit de la vulgarisation scientifique. Aujourd’hui nous allons nous concentrer sur l’utilisation des anticorps dans les labos. Les anticorps sont essentiels pour l’étude des protéines. Nous verrons d’abord comment nous visualisons les protéines avec l’immunohistochimie, ensuite nous verrons comment nous quantifions les protéines avec le Western blot, et enfin nous parlerons de comment nous identifions les cellules avec la cytométrie en flux.

Avant toute chose, nous devons répondre à la question: pourquoi utiliser les anticorps? Comme on l’a vu dans notre série sur le système immunitaire, les anticorps sont capables de se lier à un antigène pendant une attaque immunitaire. Un antigène n’est qu’une partie de protéine pathogénique, du coup les chercheurs ont développé une façon de créer des anticorps spécifique à une protéine d’interêt. De nos jours, nous pouvons obtenir des anticorps spécifiques à n’importe quelle protéine connue. Un autre avantage des anticorps est leur spécificité. En principe, les anticorps ne peuvent s’attacher qu’à la protéine qu’ils reconnaissent et rien d’autre. Ce n’est pas totalement vrai; les macrophages peuvent s’attacher aux anticorps par exemple. Mais nous some capable d’empêcher toutes les liaisons non voulues [source].

Immunohistochimie: Comment voir les protéines

L’immunohistochimie (IHC) est une technique utilisée par la plupart des labos. Pour mieux la comprendre, je vais l’expliquer dans le contexte d’une expérience. Disons que je veux savoir dans quelle partie du cerveau la protéine adrénaline est exprimée le plus. Pour ce faire, je vais prendre un cerveau de souris et le couper en fine lamelle. Ensuite, je vais le bloquer, ce qui veut dire empêcher les interactions non voulue que l’anticorps peut avoir. Ensuite, je vais ajouter mon anticorps contre l’adrénaline. Pour visualiser la protéine, j’ai besoin d’un autre anticorps, mais celui-ci sera spécifique au premier anticorps. Du coup, notre tissus a deux anticorps: l’anticorps primaire spécifique à l’adrénaline, et l’anticorps secondaire spécifique à l’anticorps primaire. L’anticorps secondaire est modifié pour qu’il contienne un marqueur fluorescent, ce qui va nous permettre de voir la protéine. Maintenant que notre expérience est terminée, nous pouvons aller observer notre tissu sous un microscope et voir les protéines (sous la formes de points colorés) [source].

L’IHC offre beaucoup d’avantages, et le principal est la localisation. Dans notre expérience par exemple, je vais pouvoir savoir dans quelle partie exacte du cerveau l’adrénaline est exprimée le plus, et quelle partie en a le moins. De plus, l’IHC est une expérience assez simple et peu chère. De plus, il est possible de quantifier les protéines après un IHC, mais ce n’est pas la meilleure façon de faire. L’IHC a aussi une utilisation clinique. Par exemple, on peut prendre des tissus de patients et déterminer l’avancement du cancer. L’IHC a aussi ses limites. D’abord, nous ne pouvons utiliser qu’un nombre limité d’anticorps, environ 4, ce qui limite le nombre de protéines qu’on peut visualiser en une fois. De plus, le tissu qu’on utilise est mort, du coup nous perdons les mouvements des protéines. Enfin, l’expérience est sensible à la lumière, à cause du marqueur fluorescent. Du coup, si on expose nos tissus à la lumière pour trop longtemps, nous perdrons l’expérience complètement [source / source].

Les Western blots: comment quantifier les protéines

Les western blots sont des expériences phares dans les labos. Encore une fois, nous expliquerons cette technique à travers une expérience. Je veux savoir si stresser un animal va augmenter la production d’adrénaline. Pour cela, je vais prendre une souris et la stresser, puis prendre un peu de ses tissus. Comme groupe témoin, je vais utiliser les tissus d’une souris qui n’a pas été stressée. Je vais ensuite décomposer les tissus pour qu’il n’en reste que les protéines, pour ensuite les séparer par taille. Pour ce faire, je vais faire une électrophorèse par gel. Nous allons créer une membrane spéciale dans laquelle nous mettons nos tissus. Ensuite, nous injectons un courant électrique dans la membrane. Les protéines ont toutes une charge négative et du coup, comme un aimant, elles sont attirées par les charges positives. Du coup nos protéines vont descendre dans la membrane vers le positif. Cependant, notre membrane rend le mouvement très difficile pour les protéines plus lourdes. Du coup notre membrane contient toutes les protéines du tissu, avec les protéines plus légères vers le bas, et les plus lourdes vers le haut. Nous transférons ensuite nos protéines sur une autre membrane plus facile à manipuler et à conserver, encore une fois à l’aide d’un courant électrique. Ensuite nous allons bloquer la membrane comme pour un IHC, et ajouter notre anticorps primaire spécifique à l’adrénaline. Notre anticorps secondaire est différent d’un IHC, car au lieu d’un marqueur fluorescent, il contient une autre protéine appelée peroxydase de raifort (HRP). Cette protéine, quand elle est mise en contact avec une autre protéine appelée substrat d’HRP, nous permet de visualiser notre protéine d’intérêt sous la forme d’une bande noire. Pour ce faire, nous allons mettre le substrat sur la membrane, et y mettre un film spécial. Le film est ensuite exposé dans une machine pour y voir les protéines [source / source].

L’avantage du Western blot est la possibilité de quantifier les protéines. Plus la bande noire est épaisse, plus il y a de protéine. Dans notre expérience, la souris stressée montrera une bande plus épaisse que la souris non-stressée. Les Western blots sont également très sensibles: ils peuvent détecter une infime quantité de protéine, ce qui nous permet d’étudier des protéines plus rares. Malheureusement, les Western blots ont aussi leurs désavantages, le principal étant leur difficulté. Comme vous avez pu le deviner en lisant le protocole, c’est une expérience très dure à faire, et elle est également très longue. Personnellement, cela me prend deux à trois jours pour finir un Western. C’est aussi une expérience assez chère. Un autre problème est la difficulté à analyser l’expérience.Les Western ont tendance à montrer des résultats incorrects, la plupart du temps à cause d’une erreur pendant la préparation. Malheureusement, il est impossible de savoir si quelque chose s’est mal passé avant la fin de l’expérience [source / source].

Cytométrie en flux: comment identifier les cellules

La cytométrie en flux n’est pas utilisée dans la plupart des labos. C’est une technique essentielle dans les labos d’immunologie, et dans beaucoup d’hôpitaux également. La cytométrie en flux a beaucoup d’utilisations, mais la plus intéressante est l’identification des cellules. Étudions cette technique avec une autre expérience: Je veux savoir si les cellules du système immunitaires sont capables de produire de l’adrénaline. Et si oui, quelle cellules en sont capables. Pour ce faire, je vais prendre le sang d’une souris, et le traiter pour qu’il ne reste que les cellules. Ensuite je vais bloquer mon échantillon et ajouter mes anticorps primaires. Pour cette expérience, j’utiliserais des anticorps primaires spécifiques à l’adrénaline, au CD4, au CD8, et au récepteur de la cellule B. Ensuite, j’ajoute mes anticorps secondaires avec marqueur fluorescent. chaque anticorps primaire est associé à un seul anticorps secondaire, et chaque anticorps secondaire a un marqueur fluorescent différent. Ensuite, nous allons analyser notre échantillon dans une machine appelée un cytomètre. Cette machine analyse les cellules une à la fois, et à l’aide de laser va identifier quels anticorps sont attachés aux cellules [source].

Analyser une expérience de cytométrie en flux est difficile. Pour notre expérience, je vais séparer mes cellules en trois groupes: les cellules avec l’anticorps CD4 sont identifiées comme des lymphocytes T CD4, les cellules avec l’anticorps CD8 sont des lymphocytes T CD8, et les cellules avec l’anticorps récepteur de cellule B sont des lymphocytes B. Ensuite, dans chaque groupe, je vais pouvoir voir si ils ont également l’anticorps adrénaline, et combien de cellules l’exprime. Enfin, le cytomètre me permet de reprendre mon échantillon pour l’étudier encore, mais si je le veux, je peux ne prendre que les cellules qui ont les anticorps pour CD4 et adrénaline, et pas les autres. Comme vous pouvez le voir , la cytométrie en flux permet de faire plein de choses: identifier des cellules, voir quelles cellules expriment quelles protéines, séparer notre échantillon pour qu’il ne contienne que des cellules spécifiques, etc… La cytométrie en flux a d’autres avantages: certains cytomètre permettent d’utiliser plus de 10 anticorps, ce qui permet d’étudier plusieurs protéines en même temps. De plus, puisque le cytomètre analyse les cellules une à la fois, c’est extrêmement spécifique. Mais comme toute expérience, elle a aussi ses limites. D’abord, l’expérience est très difficile, et le cytomètre est une machine extrêmement dure à utiliser. De plus, cette expérience est très chère. nos échantillon perdent leur intégrité, et contrairement à l’IHC, on perd la localisation des protéines [source / source].

Understanding Science: The Antibodies

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Today is the start of a series about scientific experiments. Oftentimes in the public media, scientific discoveries are presented without explaining how scientists got those results. Understanding how experiments work is a great way to understand science in general, and also be able to spot problems or misunderstandings spread by the lay media. Today, I will focus on the use of antibodies in labs. Antibodies are essential for any lab that studies proteins. We will talk about protein visualization through the use of immunohistochemistry, protein quantification via Western blots, and finally, we will see cell identification with flow cytometry.

Before going into the experiments, one question must be answered: why antibodies? As we saw in our series on the immune system, the antibodies are able to bing a specific antigen during an immune attack. An antigen is simply a specific spot on a pathogenic protein. So scientists thought of making antibodies to be specific to a protein of interest, and nowadays, we can get antibodies for virtually any protein in any animal that we want. Another advantage of antibodies is their specificity. Theoretically, they will only bind to the protein they recognize and nothing else. While this is technically not true, as macrophage can bind antibodies for example, any other binding can be prevented during the experiment so that they will only bind the protein of interest [source].

Immunohistochemistry: how scientist see the proteins

Immunohistochemistry (IHC) is a technique that most lab will use. I will explain it through a mock experiment. I want to know where the protein adrenaline is expressed the most in a mouse brain. To do so, I will slice the brain in thin slices, and block them. Blocking is the technique that prevents any non-wanted interaction with your antibody. Then I will put my antibody against adrenaline. Now, to visualize the protein, we need a secondary antibody that is specific to the first one. Thus we have a brain slice with our primary antibody binding adrenaline, and our secondary antibody binding the primary one. Our secondary antibody was modified so that it has a fluorescent tag on it. It’s this tag that will allow us to see the protein. And now the experiment is done, we can go to the fluorescent microscope. On there, we will be able to see the proteins (in the form of coloured dots) [source].

There are many advantages to IHC, and the main one is localization. for example, in our adrenaline experiment, I will be able to see in which specific parts of the brain there is more adrenaline, and which have less. Next, it is a very easy and relatively cheap experiment. Further, we can also quantify how much protein there is by counting the dots, although this is not the best way to quantify proteins. However, the quantification can be region-specific, which is good for some proteins. IHC can also be used in more clinical applications. For example, taking tissue samples of patients, we can use IHC to determine the cancer stage for example. However, IHC also has some limitations. First, we can only use a limited number of antibodies, so we can visualize only about 4 proteins in one tissue. Further, the tissue is dead, thus we lose the protein movements. Lastly, the experiment is very sensitive to light (due to the fluorescent tag). If exposed to light for too long, then the tag will not work anymore and the experiment will be lost [source / source].

Western Blots: how scientists count proteins

Western blots are also a staple in scientific labs. I will explain it through this experiment: I want to know if stressing a mouse will increase the production of adrenaline. To do so, I will stress one mouse, and then take its tissues. I will take the tissues of another mouse that has not been stressed as a control. I will take the tissues and break them down so that we only have the proteins. Now I will separate the proteins based on size. To do so, we will perform a gel electrophoresis. We will create a special membrane in which we will put our samples. Then we will run an electric current through the membrane. Proteins are negatively charged and like a magnet, they are attracted to positive charge. This will allow the proteins to travel down the membrane. However, our membrane makes it harder for heavy proteins to travel. Thus in the end, our membrane will have all of our proteins, with the lighter ones at the bottom of the membrane and the heavier ones at the top. Next, we have to transfer our proteins on another membrane that is easier to work with and that we can keep for a longer time. This is also done with electricity. We will then block the membrane (similar to a IHC), and add the primary antibody against adrenaline, and our secondary antibody. This time however, our secondary does not have a fluorescent tag, instead it has another protein called horseradish peroxidase (HRP). This protein, when in contact with another protein called HRP substrate, will allow us to visualize our protein of interest as a black band. To do so, the substrate will be applied on the membrane, and then a film will be placed on the membrane. The film will then be exposed in a special machine so that the bands will be visible [source / source].

The biggest advantage of Western blotting is the ability to quantify. Basically, the bigger the black band, the more proteins we have. In our adrenaline experiment, the stressed mouse will have a bigger band than the non-stressed mouse. Western blots are also extremely sensitive: they can detect a very small amount of protein, which allows us to study rarer proteins more easily. However, Western blots also come with their disadvantages. The main one is its difficulty. As you may have guessed after reading the protocol, this experiment is very hard to do, and a lot of things can go wrong. It is also a very long experiment (it usually takes me two to three days to finish a blot), and it’s quite expensive as well. Another problem is the difficulty of analyzing the results. Western blots are prone to show wrong or misleading results, either because the experiment was not performed well, or because the primary antibody was not as specific as we thought. Unfortunately, there is no way of knowing what went wrong until the very end of the experiment, making this experiment very demanding [source / source].

Flow Cytometry: how scientist can identify cells

Flow cytometry is a rarer experiment. It is mostly used in immunological labs but other disciplines can also use it. It also has a big use in hospitals. Flow cytometry has many uses, but the most interesting one is to identify cells. Let’s go through it with another experiment: I want to know if immune cells are able to produce adrenaline, and if they are, which one of them are able to do so. For this, I will take a mouse and take some of their blood. I will treat the blood so that only the cells are in the sample. Then I will block it and add my primary antibodies. Here I will add antibodies for adrenaline, CD4, CD8, and B cell receptor. Then I add my secondary antibodies with my fluorescent tag. Each primary antibody has its own secondary antibody, and each secondary antibody has a different fluorescent tag. Then I can go to a machine called a cytometer. This machine will analyze the cells one by one and shine lasers on them to identify which antibody they have. We can then see which cell expresses which antibody [source].

Analyzing a flow cytometry experiment is hard. In our mock experiment, I will separate my cells into three groups: the cells that have the CD4 antibody will be CD4 T lymphocytes, the cells that have the CD8 antibody will be CD8 T lymphocytes, and the cells with the B cell receptor antibody will be B cells. Then, within each group, I can see if they express the adrenaline antibody, and how many cells within each group express it. Finally, the cytometer can allow me to take my sample back for further analysis, but if I want to, I can take only the cells that express both CD4 and adrenaline antibody, and discard the rest. As you can see, many things can be done with flow cytometry: we can identify cells, see which proteins express a specific cell, sort our cell so that our sample only contain specific cells, etc… Flow cytometry has other advantages: with the right cytometer, you can have more than 10 different antibodies, allowing you to have very specific subset of cells. Since the cytometer analyzes the cells one at a time, it is extremely specific. However, just like any experiment, there are some flaws. The biggest one is the difficulty: the experiment is very hard to perform, and the cytometer is extremely hard to use. It is also an extremely expensive experiment. Another problem is that we lose the integrity of the tissue, thus unlike IHC, we lose some of the localization [source / source].

Le système immunitaire IV

Le par julienforsciencedans Immunology / ImmunologieLaisser un commentaire
Quand le système immunitaire va mal

Aujourd’hui, nous finissons enfin notre saga épique sur le système immunitaire. Nous avons vu beaucoup sur le sujet, et on peut conclure que le corps est très efficace quand il faut se protéger. Malheureusement, le système immunitaire n’est pas parfait, et aujourd’hui nous allons voir trois cas où le système immunitaire ne se comporte pas correctement: les allergies, les maladies auto-immunes, et l’immunodéficience.

Les allergies: Quand le corps cherche désespérément des problèmes là où il n’y en a pas

Le concept d’allergie est simple: le corps réagit à un antigène inoffensive et cause une réaction immunitaire trop forte. Dans le cas d’Allergie, les antigènes sont appelés allergènes. Les allergènes les plus communs viennent de la nourriture ou du pollen, mais pratiquement tout peut potentiellement causer une réaction allergique. Une réaction allergique commence comme toute inflammation: l’allergène entre dans le corps, il est attrapé par les cellules dendritiques et présentés aux lymphocytes. Les lymphocytes CD4 se spécialisent ensuite dans une réponse Th2, forçant la grande production d’anticorps contre l’allergène. Cependant, la plupart des anticorps produits sont nommés IgE, et vont aller s’attacher à un globule blanc appelé mastocyte. Ces cellules sont remplis de vésicules pleines de cytokines. Du coup, les mastocytes sont maintenant capables de reconnaître l’allergène. L’allergie est développée, mais nous n’en souffrons pas encore les conséquences. Si l’allergène revient, les mastocytes vont le reconnaître et envoyer toutes leurs cytokines pour commencer une attaque immunitaire. Seulement, il n’y a rien à attaquer. Du coup, on se retrouve avec des symptômes comme des démangeaisons, des éternuements et de la toux. La plupart du temps, les symptômes s’en vont d’eux-mêmes quand l’allergène est sorti du corps. Cependant, en cas d’exposition à l’allergène à long-terme, les effets sont plus dangereux, causant la mort cellulaire, l’irritation des poumons, etc… Enfin, pour des raisons encore inconnues, certaines allergies sont extrêmement mortelles. Elles sont la cause de choc anaphylactique, qui est formé par une éjection immense de cytokines dans tout le corps, menant à une attaque immunitaire dans tout le corps. Normalement, les allergies sont restreintes à une partie du corps, comme la peau ou les poumons, mais en cas de choc anaphylactique, tout le corps est inflammé, ce qui est très dangereux. Les pires effets sont la contractions des muscles du coeur et des poumons, rendant la respiration difficile. De plus, la pression artérielle descend dangereusement. Heureusement, un choc anaphylactique peut être stoppé si on agit rapidement. Il suffit d’utiliser une EpiPen, qui va injecter de l’épinephrine (qu’on connaît sous le nom d’adrénaline), qui va contrer tous les effets du choc [source / source / source / source / source].

Malheureusement, nous ne savons pas tout sur les allergies. On comprends comment elles fonctionnent, mais on ne sait pas pourquoi seulement certains développent des allergies quand d’autres n’en ont pas. Une hypothèse pour expliquer cela et l’hypothèse de l’hygiène. Notre environnement est devenu de plus en plus propre alors que les humains ont évolués, ce qui a réduit les risques d’infection grandement. Malheureusement, cela a aussi réduit l’exposition à certains pathogènes. L’exposition aux pathogènes aident le corps à comprendre ce qui est dangereux et ce qui ne l’est pas, et ce manque pourrait expliquer pourquoi de nos jours il y a de plus en plus d’allergies. Ce n’est cependant qu’une hypothèse pas encore prouvée. Il y aurait également un grand composant génétique dans les allergies, ce qui expliquerait pourquoi certains pays ont plus d’allergies que d’autre [source / source / source].

Les maladies auto-immunes: quand le corps s’en prend à lui-même

Dans mon premier article sur le système immunitaire inné, j’ai mentionné l’importance de la discrimination du soi et du non-soi. Quand cette discrimination ne fonctionne pas, on se retrouve avec une maladie auto-immune. Les personnes atteintes de ces maladies voient leur système immunitaire attaquer leur propre corps. Aujourd’hui je vais parler de deux maladies assez communes: le diabète de type 1 et la sclérose en plaque [source].

Le diabète de type 1 est causé par une attaque immunitaire contre les cellules beta du pancréas, ce qui cause une perte totale d’insuline. L’insuline est une hormone essentielle pour la régulation du glucose. Les sucres que l’on mange sont séparés en plusieurs molécules de glucose qui se retrouvent dans le sang. L’insuline fait en sorte que les cellules puissent absorber le glucose et l’utiliser comme énergie. Dans le cas du diabète de type 1, les cellules ne peuvent pas absorber le glucose, ce qui cause de l’hyperglycémie, soit un fort taux de glucose dans le sang. Les symptômes sont souvent un appétit et une soif intense, et une dangereuse perte de poids. Malheureusement, il n’y a pas de remède contre le diabète de type 1, et on ne sait pas encore pourquoi cette maladie existe. Les personnes avec le diabètes peuvent très bien vivre du moment qu’ils s’injectent de l’insuline [source / source / source / source].

La sclérose en plaque est plus complexe puisqu’elle touche les neurones. Les personnes atteintes ont des attaques immunitaires contre une partie du neurone appelée la myéline. Du coup les neurones deviennent moins efficaces. Cela cause plusieurs symptômes comme des troubles moteurs ou de la vue, des problèmes de balance, et plein d’autre. La sclérose en plaque est unique à chaque individu, ce qui la rend très difficile à traiter. Pire encore, la plupart des cas empire avec le temps: pour chaque attaque immunitaire chez la personne, les symptômes empirent. Malheureusement, il n’y a aucun remèdes, et les traitements aident seulement à calmer les symptômes et empêcher qu’ils empirent. La cause de la sclérose en plaque n’est pas entièrement connue, l’environnement a beaucoup d’influence sur le développement de la maladie. Par exemple fumer, une infection virale, ou une exposition au soleil trop forte pourrait augmenter les chances de développer la sclérose en plaque [source / source / source].

L’immunodéficience: quand il n’y a pas de système immunitaire

Comme son nom l’indique, l’immunodéficience c’est l’absence du système immunitaire. La plupart du temps, c’est l’absence de lymphocyte fonctionnels. Ces maladies sont particulièrement dangereux: la maladie en elle-même n’est pas mortelle, mais une simple infection peut tuer. Les cas d’immunodéficience les plus communs sont le SIDA et le DICS.

Le SIDA, ou syndrome d’immunodéficience acquis, est la forme avancée d’une infection VIH. Quand le virus entre le corps, il va infecter les lymphocytes T CD4 et empêcher leur fonctionnement. Du coup, le système immunitaire ne fonctionne pas correctement. If le VIH persiste et n’est pas éliminé, la personne ne pourra plus former de lymphocyte CD4 du tout. Les raisons de ce changement sont inconnus, mais il en résulte un système immunitaire complètement dysfonctionnel. Comme on le sait, il n’y a aucun remède contre le SIDA, mais si le VIH est repéré tôt, il peut être retiré avant le développement du SIDA. De plus, les personnes diagnostiqués du SIDA peuvent vivre très bien [source / source].

Le DCIS, aussi appelé le déficit immunitaire combiné sévère, est une maladie qui touche les nouveaux-nés, qui empêche la production de lymphocytes. N’importe quelle maladie est maintenant mortelle car le corps ne peut pas se défendre. Il n’y a qu’un remède: un transplant de la moelle osseuse. Cette maladie est devenue plus connue grâce à David Vetter. Il est né avec cette maladie, mais ne pouvait pas avoir de transplant. Du coup, il a vécu dans une bulle plastique dans un hôpital, le protégeant des maladies. Il a survécu 12 ans, ce qui est un exploit. Cette histoire a inspiré le film Bubble Boy [source / source].

Cette article marque la fin de notre série sur le système immunitaire. Bien sûr il y a encore beaucoup de chose à apprendre sur le sujet, mais cette série est un bon début. J’espère avoir rendu le sujet intéressant, et pas d’inquiétude, nous reviendrons sur le système immunitaire très bientôt, quand nous parlerons de la microbiologie.

The Immune System IV

Le par julienforsciencedans Immunology / ImmunologieLaisser un commentaire
When the immune system goes wrong

Today we will finally end our epic journey towards understanding the immune system. We have covered a lot on the subject, and we know that the body is amazing at protecting itself. Unfortunately, the immune system is not prefect, and there are many ways it can go wrong. Today we will review three ways where the immune system is not behaving properly: allergies, autoimmune diseases, and immunodeficiency.

Allergies, or when the body is desperately looking for problems when there are none.

The concept of allergies is simple: the body will react too strongly to a harmless antigen. In cases of allergies, antigens are called allergens. Allergens most often come from food or pollen, but virtually anything could cause an allergic reaction. The development of allergies is similar to any inflammatory reaction: an allergen enters the body and is picked up by dendritic cells to be presented to lymphocytes. Allergens causes the CD4 T cells to develop into a Th2 response, increasing antibody production against the allergens. This time however, a very specific type of antibody, called IgE, will be produced. These IgE will bind to a special type of white blood cell called the mast cells. These cells are loaded with large vesicles containing lots of cytokines. At the end of this phase, the mast cells will have many IgE and will be ready to act the next time the allergen comes. This phase is known as the sensitization. At this point, we have developed an allergy, but we haven’t suffered from it yet. If the allergen comes back, then it will be picked up by the mast cell, which will then unload all of its cytokines, resulting in an immune attack. The problem is, there is nothing to attack. Therefore, you end up with the allergic symptoms (itchiness, sneezing, coughing, etc…) but they usually resolve when the allergen is removed. However, if there is a consistent exposure to the allergen, then more damage will occur: cell death, irritation of the lungs, and many more will occur. Lastly, for still unknown reasons, some allergies are deadly. They lead to what is called an anaphylactic shock, which is due to the massive cytokine release all over the body, leading to a very strong immune response everywhere. Whereas allergies are usually limited to one part of the body, anaphylaxis is on the entire body, making it very dangerous. The most deadly effect is the constriction of heart and lung muscles, which prevent the person from breathing correctly, and the heart may stop. The blood pressure also drops significantly. Fortunately can be stopped if we act fast. The easiest way is using an EpiPen, which injects a hormone called epinephrine (also called adrenaline), which opposes every effects of anaphylaxis: it increases blood pressure, and relaxes muscles [source / source / source / source / source].

Allergies can be very dangerous, but unfortunately we still don’t know everything about them. While we understand how they work, we do not know why certain individual develop allergies while other don’t. We however have many hypotheses, and one of them is the hygiene hypothesis. During evolution, humans have evolved to clean themselves and their environment, which drastically reduced the incidence of diseases. Unfortunately, it also reduced exposure to those diseases. Exposure is what helps the immune system understand what is dangerous and what isn’t. Nowadays, the almost too-clean environment prevents a decent exposure, which makes the body more wary to everything. While this hypothesis is not proven, it is supported by the increase in allergies nowadays. However, the hygiene hypothesis cannot be the only explanation to allergies, and many think that there is a heavy genetic component. It would explain why certain countries are more at risk to allergies than other. In the end, we still need to study allergies to better treat people that suffer from it [source / source / source].

Autoimmune diseases, or the body attacking itself

I mentioned in the article on the innate immune system how essential the self vs. non-self discrimination was. A failure to discriminate both will result in autoimmune diseases. People suffering from these diseases will have their own immune system attacking specific parts of their body. Today I will talk about two common ones: diabetes type I and multiple sclerosis [source].

Type I diabetes is caused by an immune attack against the beta-cells in the pancreas. This results in a complete loss of insulin. Insulin is a hormone essential for glucose control. When you eat something containing carbohydrates, the body will break them down into glucose, and it will go into the blood. Insulin will then make sure that the cell will pick up the glucose to use it as energy. In type I diabetes, the absence of insulin prevents the cell from using glucose, causing hyperglycemia, which means too much glucose in the blood. It causes intense hunger and thirst, and dangerous weight loss. Unfortunately, there is no cure to type I diabetes, and we do not know why the disease occur. There is a treatment however, which is simply to inject insulin to allow the body to use glucose [source / source / source / source].

Multiple sclerosis is a more complicated disease that involves the neurons. People with multiple sclerosis have an immune attack against a part of the neurons called the myelin. It results in neurons being less efficient. It results in many symptoms such as vision or motor problems, balance issues, and more. Multiple sclerosis is unique to every individual, making it very difficult to treat. Worse, many cases worsen over time: for every immune attack, the symptoms get stronger and stronger. Unfortunately, there is no cure for this disease either, and treatment will only prevent the worsening of symptoms. The cause of multiple sclerosis is unclear, but there are evidence of a strong environmental cause such as viral infection or smoking [source / source / source].

Immunodeficiency, or the lack of the immune system

Like the name suggest, immunodeficiency is the absence of an immune system. More commonly, no lymphocytes are present or functional. These disorders are particularly dangerous because while they won’t kill you by themselves, any infection following it will. The two most common cases of immunodeficiency are AIDS and SCID.

AIDS, or Acquired ImmunoDeficiency Syndrome, is the advanced disease caused by the HIV virus. When a person is infected with HIV, the virus will enter CD4 T lymphocyte and prevent their normal function. This will lead to a dysfunctional immune response. If HIV persists and is not removed, some unknown mechanisms cause the complete stop of CD4 T lymphocyte formation, and the immune system is completely inhibited. Again, there are no cure, but if diagnosed soon, living with HIV/AIDS is very manageable. IF the HIV virus is found early on, it can be eliminated, preventing the development of AIDS. [source / source].

SCID, or severe combined immunodeficiency, is a disease affected newborn where they completely lack lymphocytes. Any disease or infection is now deadly. The only cure for SCID is a bone marrow transplant. This syndrome was made famous because of a boy named David Vetter, who suffered from SCID. No transplant was available for him, thus he lived in a bubble in a hospital to protect him from germs. He survived for 12 years, which is very high considering that newborn with SCID at the time died very early. This story influenced the movie Bubble boy [source / source].

This article marks the end of the story on the immune system. There is of course much more to study and understand, but this series is a good start. I hope that I made the topic interesting, and don’t worry, we will come back to the immune system very soon, when we go into microbiology.

Le système immunitaire II

Le par julienforsciencedans Immunology / ImmunologieLaisser un commentaire
Le système immunitaire adaptatif

Nous commençons maintenant notre deuxième épisode sur le système immunitaire. La semaine dernière, nous avions parlé du système immunitaire inné, correspondant à la réponse rapide que le corps possède afin d’éliminer une menace. Aujourd’hui nous allons aborder le système immunitaire adaptatif, qui est une réponse beaucoup plus lente mais bien plus efficace. Les années d’évolution ont permit au système adaptatif de devenir plus spécifique face à la menace présentée, permettant d’attaquer les pathogènes en utilisant leurs faiblesses.

Notre corps allait très mal quand on l’a laissé la semaine dernière: notre peau était compromise et infectée, et les leucocytes étaient incapables de tuer les pathogènes, qui arrivaient dangereusement vers le sang. C’est là que la cellule dendritique est partie chercher du renfort, non sans avoir pris son antigène. Les renforts se trouvent dans des hubs du système immunitaire appelés des ganglions lymphatiques. Ces structures se trouvent partout dans notre corps, et contiennent un type de leucocyte très spécifique: des lymphocytes. Les lymphocytes sont les poids lourds du système immunitaire, mais ils ont besoin d’être activés avant tout. Une fois dans le ganglion lymphatique le plus proche du site d’infection, la cellule dendritique va présenter l’antigène à tous les lymphocytes. La plupart ne vont pas le reconnaître et ne rien faire. Cependant, certains lymphocytes vont être capable de reconnaître l’antigène, ce qui va les activer et les faire se multiplier en grand nombre, ce qui va enfler le ganglion lymphatique. C’est pour cette raison que le docteur palpe la gorge en cas d’angine: les ganglions lymphatiques peuvent être sentis, et s’ils sont enflés cela indique une infection. Les lymphocytes sont maintenant activés et prêt à l’attaque. Pour mieux comprendre le système immunitaire adaptatif, je vais présenter les différents types de lymphocytes un par un et expliquer leurs rôles [source / source / source].

Les lymphocytes B: les tireurs d’élite du système immunitaire

Nous parlerons d’abord des cellules B. Elles possèdent un récepteur appelé le récepteur de cellule B (BCR), qui leur permettent de reconnaître les antigènes. Une fois activées et sur le site d’infection, la cellule B peut faire deux choses: d’abord, elle peut phagocyter le pathogène et comme une cellule dendritique, elle ira vers un autre ganglion lymphatique pour ramener du renfort si besoin est. Mais leur rôle le plus important est de devenir un plasmocyte, capable de produire des anticorps. Les anticorps (aussi appelés immunoglobulines si vous voulez impressionner en soirée) sont des protéines avec la même spécificité que le BCR, ce qui veut dire que les anticorps peuvent s’attacher aux pathogènes. Les plasmocytes vont produire énormément d’anticorps, et ils vont s’attacher aux pathogènes, empêchant leur mouvement, les piégeant sur place. Cela permet aux macrophages de les phagocyter plus facilement. Les anticorps et cellules B s’occupent de l’immunité humorale: ils protègent le sang et les tissus des pathogènes qui n’entrent pas dans les cellules, aussi appelés pathogènes extracellulaires [source / source / source].

Les lymphocytes T CD8: les soldats du système immunitaire

Les lymphocytes sont composés d’une part de cellule B, et d’autre part de cellules T. Celles-ci possèdent le récepteur de cellule T (TCR) qui leur permet de reconnaître l’antigène et de s’activer et se multiplier. Les cellules T ont également un autre récepteur: soit CD8 ou CD4. Nous allons d’Abord parler des lymphocytes T CD8, aussi appelés lymphocytes cytotoxiques. Une fois sur le lieu d’infection, les lymphocytes cytotoxiques vont s’attacher aux cellules infectées, et soit créer des trous dans leur membranes, à la manière des cellules NK, soit forcer un mécanisme appelé l’apoptose, une forme de suicide programmé. Nous parlerons de l’apoptose en plus grand détail dans un autre article, mais le résultat est clair: la cellule infectée va imploser et mourir. Les cellules cytotoxiques s’occupent de l’immunité cellulaire: leur but est de protéger les cellules non-infectées en éliminant les cellules infectées. Elles fonctionnent particulièrement bien contre les pathogènes qui vivent dans les cellules, soit les pathogènes intracellulaires.

Les lymphocytes T CD4: les maîtres tacticiens

Les cellules T CD4, aussi appelées lymphocytes auxiliaires, sont activés de la même façon que les lymphocytes cytotoxiques. Cependant, leur rôle est différent: ce sont des régulateurs de la réponse immunitaire. Une fois activé et sur le lieu d’infection, le lymphocyte auxiliaire est capable de déterminer la meilleure façon d’attaquer le pathogène. Si nous sommes attaqués par un virus par exemple, le lymphocyte auxiliaire va voir que nous sommes attaqués pare un pathogène intracellulaire, et va rendre les lymphocytes cytotoxiques plus fort, alors que les cellules B resteront un peu à l’écart. L’inverse est vrai: en cas d’attaque de pathogène extracellulaire, les lymphocytes cytotoxiques deviendront moins forts alors que les plasmocytes produiront encore plus d’anticorps. Les lymphocytes auxiliaires vont d’abord devenir plus spécifiques: en cas d’attaques de pathogènes extracellulaires, ils deviennent des lymphocytes auxiliaires Th2, et en cas d’attaque de pathogènes intracellulaires, ils deviennent des lymphocytes auxiliaires Th1. Chaque sous-type de lymphocyte auxiliaire va produire des cytokines plus aptes à faire face à la menace. Il existe plein d’autre sous-type de lymphocyte auxiliaire, dont un qui sera mentionné la semaine prochaine. De plus, plusieurs sous-types peuvent exister simultanément, selon le pathogène. Les lymphocytes auxiliaires sont en grande partie responsable de la force de l’immunité adaptative: ils font en sorte que le corps s’adapte à la menace afin de mieux la combattre.

Les systèmes immunitaires inné et adapté sont à la base de toutes les réponses immunitaires, et ils ont chacun des rôles très spécifiques. Le système immunitaire inné est très rapide et stéréotypé, il agit de la même façon quelle que soit la menace, ce qui permet une suppression rapide des pathogènes plus faibles. Le système immunitaire adapté est plus lent, mais spécifique à la menace. Si le pathogène est plus fort, il va s’adapter et trouver ses faiblesses pour mieux le supprimer. Ces deux systèmes sont également interconnectés: la réponse adaptative ne peut pas commencer sans l’aide de la réponse innée, et pendant une réponse adaptative, les acteurs de la réponse innée, notamment les macrophages, sont encore actifs. Malheureusement, ce système n’est pas aussi parfait qu’il ne le semble, sinon personne ne serait malade. Beaucoup de pathogènes sont capables d’utiliser la réponse adaptative à leur avantage, et nous verrons un exemple dans quelques semaines. La semaine prochaine, nous étudierons les conséquences de la réponse immunitaire. Notre corps a gagné et le pathogène est détruit: comment calme-t-on le système immunitaire pour empêcher des dommages? et plus important encore, comment peut-on faire en sorte que la prochaine fois que nous rencontrons ce pathogène, nous le détruirons plus vite?

The Immune System II

Le par julienforsciencedans Immunology / ImmunologieLaisser un commentaire
The adaptive immune system

This is our second episode on the epic saga that is the immune system. Last week, we talked about the innate immune system, or the rapid way our body answers to a threat. Today, we will talk about the adaptive immune system, a response much slower than the innate one but more deadly. It has evolved to be specific to the threat that is presented, allowing it to hone in on the flaws of the pathogen and remove it very fast.

Where we left of, everything was wrong for our body: our skin fortress was down and compromised, and the leukocytes were not able to kill the pathogens. That’s when our messenger the dendritic cell left, but not without taking the antigen. The dendritic cell left to special immune hubs named lymph nodes. These structures are located all around your body and only contain a special kind of leukocyte: the lymphocytes. These lymphocytes are the heavy hitters in the immune system. But first, they need to be activated. Once the dendritic cell arrives at the lymph node closest to the site of infection, it will present its antigen to every lymphocyte present. Many of them will not do anything because they do not have the receptor that recognizes the antigen. However, once a lymphocyte has recognized the antigen, it will get activated and multiply in great number, causing the expansion of the lymph node. This is why for example when you have a sore throat the doctor is touching the side of your throat: we can feel the lymph node expanding, which indicates that there is an infection. Once ready, it will leave the lymph node and prepare for the attack. To better understand the adaptive immune system, I will go through different kind of lymphocytes one by one and present their functions [source / source / source].

The B lymphocytes: the snipers of the immune system

The first lymphocyte is called a B cell. It possesses a receptor conveniently called the B cell receptor (BCR), which recognizes the antigen. Once at the site of infection, it can do two things: first, it can phagocytose a pathogen and act like a dendritic cell, to activate other lymph nodes if needed, but more importantly, it becomes a plasma cell, and produces antibodies. Antibodies (also called immunoglobulins if you want to shine at parties) are proteins that have the same specificity as the BCR, which means that they can bind the pathogen. The plasma cell will produce many antibodies, which will trap the pathogen, preventing it to move. It is then easier for macrophages to phagocytose it and destroy it. Antibodies and plasma cells are key parts of what is called the humoral immunity: they protect the blood and other tissues from pathogens that do not enter cells, the extracellular pathogens [source / source / source].

The CD8 T lymphocytes: the brawlers of the immune system

Other that the B cells, the other type of lymphocytes are the T cells. These have another conveniently named receptor, the T cell receptor (TCR), which recognizes the antigen and allows for activation and multiplication. But T cells also have another receptor, either CD4 or CD8. We will start by talking about CD8 T cells, also called cytotoxic T cells. Once at the site of infection, CD8 T cell will focus on infected cells: they will bind them and either kill them by creating holes through the membrane, just like NK cells, or force a mechanism called apoptosis, a form of programmed cell suicide. We will talk more about apoptosis in upcoming articles, but it overall causes the cell to implode on itself and die. T cells are part of what’s called the cellular immunity: their aim is to protect non-infected cells from infection by targeting infected cells. They work best against pathogens that lives inside cells, the intracellular pathogens [source / source].

The CD4 T lymphocytes: the master tacticians

CD4 T cells, also called helper T cells, are activated the same way as CD8 T cells. However, their function is very different: they act as immune regulator. Upon being activated and by seeing the pathogen in action, the CD4 T cell will be able to determine what is the best attack against the pathogen. For instance, if we are attacked by a virus, the CD4 T cells will see the presence of intracellular pathogens and make the CD8 T cells more active and stronger, while B cells will stay a bit less active. The opposite is true if we encounter an extracellular pathogen: B cells will be stronger and the CD8 T cells will be a bit weaker. They work by first maturing into a specific CD4 subset. In the presence of extracellular pathogens, they become CD4 Th2 cells. In the presence of intracellular pathogens, they become CD4 Th1 cells. Each subset will release specific cytokines that will help overcome the threat. Many other subset exists, one of which we will discover next week, and several subsets can exist simultaneously depending on the pathogen. CD4 T cells are what makes the adaptive immune system so strong: they make the body adapt and evolve directly based on the threat to better fight it [source / source].

The innate and adaptive immune system are the core of any immune response, and each have a very specific role: the former is very fast and stereotypical, acting the same way every time, allowing for a quick removal of weak threat. The latter is slower but very specific. If a threat is strong, it will adapt to its flaws and remove the threat more efficiently. But both immune responses are interconnected: the adaptive response cannot start without the innate, and during an adaptive response, innate players such as macrophages are still actively working to remove the threat. Once again however, this system is not as perfect as it seems, otherwise we would never get very sick. Many pathogens have evolved to use the adaptive immune response to their advantage, and we will see one example in a few weeks. Next week, we will look at the aftermath of an immune response: the body won and the pathogen is destroyed; how do we calm the immune system down to prevent damages? And more importantly, how can we make sure that the next time we encounter this pathogen, it will be destroyed faster?

Le Système Immunitaire I

Le par julienforsciencedans Immunology / ImmunologieLaisser un commentaire
Le système immunitaire inné

Cet article est le début d’une série sur le système immunitaire. C’est un sujet qui m’a fait m’intéresser à la science, et qui est la cause de mon diplôme d’immunologie. Je trouve les mécanismes de l’immunité fascinants: à travers des centaines d’années d’évolution, le système immunitaire s’est adapté à tellement d’environnement qu’il est capable de nous protéger de presque tout. De plus, il a tellement de systèmes de sécurité qu’en théorie il est invincible, bien qu’on verra que ce n’est pas le cas. Mais j’adorais étudier le système immunitaire parce qu’il est souvent présenté comme une bataille épique. Pour moi apprendre l’immonologie c’était équivalent à écouter des contes de fées qui se passaient dans notre corps. L’article d’aujourd’hui va présenter le système immunitaire inné, qui est notre première ligne de défense.

Comme pour toute histoire épique, nous devons d’abord présenter les adversaires: notre corps est l’héros de l’histoire, ou en terme scientifique le soi. Les méchants peuvent être n’importe quel virus, bactérie ou pathogène qui veut nous infecter. Ils constituent le non-soi. La discrimination du soi et du non-soi est la base du système immunitaire: toutes molécules identifiées comme non-soi vont activer le système. À l’inverse, les molécules identifiée comme soi ne seront pas attaquées. La distinction du soi et non-soi est essentielle à notre survie, et nous verrons plus tard que l’échec de distinction mène à des maladies [source].

Quand un pathogène décide de nous attaquer, il doit d’abord passer par notre forteresse. Elle est composée de notre peau, nos intestins, ou n’importe quelle partie du corps qui peut être en contact avec des molécules externes. Mais les pathogènes sont souvent rusés: ils vont essayer de se faire passer pour des molécules de soi pour entrer. C’est là que les cellules de notre forteresse interviennent. Les pathogènes vont interagir avec nos cellules et avec des protéines appelée récepteurs de reconnaissances de motifs moléculaires (RRMM) qui, comme leurs noms l’indiquent, vont juger si la molécule est de soi ou de non-soi basés sur des motifs qu’ils connaissent. Si le pathogène est reconnu comme non-soi, l’alarme est sonnée. Les cellules vont produire des protéines appelées cytokines, qui ont énormément d’effets selon la cytokine produite. L’un de ces effets est d’agir comme messager: Elles vont prévenir le corps de l’attaque et indiquer où elle se passe. Cela va commencer le processus d’inflammation [source / source].

L’inflammation très important pour le système immunitaire. Les cytokines vont augmenter le flux sanguin vers le lieu de l’attaque, ce qui va faire venir des cellules plus compétentes. Une inflammation s’accompagne toujours de ces quatre symptômes: chaleur, enflure, rougeur et douleur. Ces symptômes sont dû au flux sanguin, sauf la douleur, qui est causée par des cytokines qui agissent sur les neurones. Alors que notre forteresse retenait les pathogènes, des cellules plus compétentes sont arrivées sur le lieu de l’infection. Ces cellules sont appelés globules blancs ou leucocytes [source / source].

C’est maintenant que la vraie bataille commence: la forteresse est tombée et les pathogènes sont entrés. De plus, il y a un nouveau problème: Beaucoup de pathogènes se cachent ou se reproduisent à l’intérieur de nos cellules, surtout les virus. Du coup, les cellules de notre forteresses sont probablement compromises. Les cellules infectées sont dangereuses: en cas d’infection virale par exemple, les cellules infectées ont de l’ADN our de l’ARN viral et vont l’exprimer, ce qui va soit produire plus de virus, ou empêcher les leucocytes de fonctionner. Ainsi, les leucocytes doivent se battre contre les cellules infectées, et faire en sorte que les pathogènes n’entrent pas dans le sang. Un pathogène qui entre dans le sang peut se propager dans tout le corps et causer beaucoup de dommages. Les leucocytes ont beaucoup d’outils pour empêcher ça, mais je n’en mentionnerais que deux. Le premier est la phagocytose, qui se traduit par manger les cellules. Certains leucocytes ont des capacités phagocytiques, notamment les macrophages. Ils sont capables d’absorber des pathogènes qui ne sont pas dans les cellules, comme les bactéries par exemple, et les détruire une fois absorbé. Ils peuvent aussi absorber les débris cellulaires qui contiennent des molécules pathogéniques dangereuses. Le deuxième est une façon de tuer les cellules infectées. Puisque les cellules infectées produisent des protéines pathogéniques, elles peuvent être reconnues par les leucocytes. C’est le cas du lymphocyte NK, ou natural killer (tueuses naturelles). Ces cellules sont capables de s’attacher à des cellules infectées et elles vont envoyer des protéines capable de perforer la cellule infectée. Celle-ci va ensuite se vider de l’intérieur et mourir. Les macrophages peuvent ensuite ramasser les débris et les détruire. Il y a plein d’autres moyens de protéger les corps, mais ces deux exemples sont les plus communs [source / source / source].

Jusque-là, cette bataille peut avoir deux résultats: soit les leucocytes gagnent, et le corps est protégé, soit les pathogènes gagnent, et là le corps a besoin d’aide. Pour cela, un leucocyte appelé cellule dendritique va jouer le rôle de messager: il va phagocyter un des pathogène et en garder un petit morceau, qui s’appelle un antigène. Il va ensuite partir du site de l’infection pour aller activer la deuxième partie du système immunitaire: l’immunité adaptée [source / source].

Ceci marque la fin de notre premier « épisode » sur le système immunitaire. Le système immunitaire inné est une partie essentielle de notre défense: il est rapide et efficace. Il est tellement efficace que tous les vertébrés ont presque le même système immunitaire inné, et même la mouche en a un très similaire [source]. Ses mécanismes se sont adaptés à travers les ages afin de nous offrir la meilleure protection possible. Mais il y a un envers à ce bénéfice: les pathogènes se sont aussi adaptés à nous. Tous les mécanismes que j’ai mentionnés peuvent être neutralisés, empêchés, ou esquivés par certains pathogènes. C’est aussi pour ca que j’aime étudier le système immunitaire: cette constante lutte acharnée entre notre corps et les pathogènes nous rends toujours plus fort, mais la capacité à étudier cette lutte nous permet d’aider notre corps à mieux se défendre. La semaine prochaine, nous continuerons l’histoire le la cellule dendritique, en voyant comment elle peut recruter de l’aide.

The Immune System I

Le par julienforsciencedans Immunology / ImmunologieLaisser un commentaire
The innate immune system

This article will start a series of article on the immune system. This topic is what made me go into science, and get my degree in immunology. First, I found it fascinating how well « thought-out » the immune system is: through centuries of evolution, the immune system adapted to so many different environments that it is able to protect us from virtually anything. It also have many failsafe mechanisms that in theory, it is an invincible system. However, we will see that it is not the case. I also loved the immune system because it is often presented like an epic battle. Learning immunology was more like listening to fairytales that were happening within our own bodies. This specific article will talk about the innate immune system. This is the first line of defense our body has.

Like any epic stories, we first need to introduce the opponents: our body is the good guy, or in scientific terms, the self. The bad guys can be any viruses, bacteria or pathogen that want to infect us. We call them the nonself. The self vs nonself discrimination is at the core of the immune system: any molecule identified as nonself will trigger the immune system. On the contrary, molecules that are from our body will not be attacked. This differentiation is essential for our survival and in later articles we will see that failure to differentiate self and nonself leads to diseases. [source].

When the pathogen decides to attack us, it has to go through our fortress first. It is composed of our skin, our intestines, or any part of our body that can be in contact with outside molecules. However, the pathogen is tricky: it will try to disguise itself to enter the cells. That’s when the cells in our fortress intervene: when the pathogen interacts with the cells, it will bind to proteins called pattern recognition receptors (PRR), and as their name suggest, they try to estimate whether the molecule is self or nonself based on patterns they already know. If the pathogen is recognized as nonself, the alarm is rung. The cells will produce a bunch of proteins to start the immune attack. These proteins are called cytokines, which have various effects depending on the cytokine produced. One of them is to act like messengers. They will tell the body where it is attacked and start a process called inflammation [source / source].

Inflammation is one of the biggest reaction during the immune attack. The release of cytokines will increase the blood flow towards the site of attack. This will help the attacking cells to come for help. Inflammation is always accompanied with these four symptoms: heat, swelling, redness, and pain. Most of these are caused by the influx of blood, except pain, which is due to cytokines activating neurons. While our fortress was holding off the pathogen, more competent cells have arrived at the site of infection. These cells are collectively known as white blood cells, or leukocytes [source / source].

Now the real fight is starting: The fortress was not able to hold off the pathogen, and there is a new problem: most pathogen either hide or reproduce within our own cells, especially viruses. Therefore, cells in our fortress are likely compromised. Infected cells are dangerous: in cases of viruses for example, infected cell will have viral DNA or RNA and express it, which can either cause many other viruses to be produced or kill off leukocytes. Leukocytes now have to fight infected cells and prevent the pathogen to enter the bloodstream. If it does, it will be able to spread in the entire body and cause massive damage. Leukocytes have many ways of preventing this, but I will only mention two. The first one if phagocytosis. Phagocytosis simply means eating cells. Several leukocyte have phagocytotic activities. One of them is the macrophage. It is able to eat pathogens that do not enter cells, like bacteria, and destroy them. It can also eat cellular debris, which contain dangerous pathogenic material. The second one is a way to kill infected cells. Since these cells express proteins from the pathogens, they can be recognized by leukocytes. One such leukocyte is accurately named the natural killer cell, or NK cell. These cells will attach to infected cells and release proteins to perforate the cell. And like a balloon, these cells will lose everything that is inside them and die. The macrophages then pick up the debris to finish up. There are many other ways the leukocytes work but these are the most common ways. [source / source / source].

At this point, this battle can have two outcomes. Either the leukocytes win, and the body is protected. If the pathogen wins, then the body requires more help. For this, a leukocyte named dendritic cell will act as a messenger: they will phagocytose a pathogen and keep a tiny piece of it, called an antigen. It will then exit the infection site and activate the second part of the immune system: the adaptive immunity [source / source].

This is the end of our first « episode » on the immune system. The innate immune system is an essential part of our defense: it is fast, and it is very efficient. It is so efficient that the innate immune system is almost the same in every vertebrate, and even the fly has a very similar innate immune system [source]. Its mechanisms have adapted through the years to offer us a great protection. But there is a flip side to this coin: the pathogens have also adapted to us. Every single event I have mentioned today can be neutralized, blocked, or evaded by some pathogens. Even the self vs nonself discrimination can be tricked. This is also why I love studying the immune system: there is an eternal tug of war between our body and the pathogens, and it will only make us stronger, but being able to study it can make the body even better at protecting itself. Next week, we will continue to follow our dendritic cell and see how it can bring more help.