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L’utilisation des anticorps dans les maladies infectieuses
Historique
Les premiers essais d’immunothérapie passive à base d’anticorps pour le traitement des maladies infectieuses remontent à la fin du 19e siècle. A l’origine, on utilisait le sérum d’animaux immunisés contre l’agent infectieux pour traiter les patients infectés. Ces thérapies à base de sérum d’animaux ont été mises en œuvre pour la première fois dans les années 1890 et ont été utilisées jusque dans les années 1940. L’apparition des antibiotiques a rapidement conduit à l’abandon de ces thérapies.
De nombreux types d’infections bactériennes ont donné lieu au développement d’anti-sérum animaux ou humains, notamment celles causées par : Corynebacterium diphteriae, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitides, Haemophilus influenzae et Clostridium tetani . Au début des années 1890, Von Behring et Shibasaburo Kitasato ont généré un sérum animal capable de neutraliser l’effet des toxines produites par Corynebacterium diphteriae et Clostridium tetani . Behring a d’ailleurs reçu le Prix Nobel en 1901 pour avoir mis au point ce traitement efficace contre la diphtérie. Pendant la même période, Klemperer a montré l’efficacité des sérums dans les modèles d’infection par Streptococcus pneumoniae chez le lapin . Ces résultats ont permis le développement d’un traitement similaire pour l’homme. Ces premières preuves de concept ont ouvert la voie à l’apparition de traitements à base de sérum pour les maladies causées par Neisseria meningitides, Haemophilus influenzae et les streptocoques du groupe A . L’efficacité de ces traitements a été évaluée par des études cliniques jusque dans les années 1930 . Par exemple, les traitements à base de sérum permettaient de faire chuter la mortalité de 30,7% à 20,6% chez les patients traités contre la pneumonie à pneumocoques. Pour la méningite à méningocoques, le taux de mortalité moyen sans traitement était situé entre 68% et 85% et entre 26% et 64% grâce à la thérapie sérique. Cependant, les effets secondaires associés à ce type de traitement, qui nécessite l’injection de sérum animal contenant de grandes quantités de protéines animales étaient très importants.
Après la découverte de la pénicilline par Fleming en 1928 et l’introduction des antibiotiques à partir des années 1930, la thérapie sérique a été largement abandonnée en l’espace de 10 ans . Cette disparition est due à l’efficacité plus importante de ces nouveaux traitements à base d’antibiotiques ainsi qu’à leur coût et leurs faibles effets secondaires. Aujourd’hui encore, l’utilisation des thérapies sériques est limitée par le coût de fabrication de ces médicaments, leur faible reproductivité entre lots, la faible spécificité du traitement et les effets secondaires liés au traitement.
Malgré l’amélioration des processus de purification des anticorps et la réduction des effets secondaires constatés, les immunothérapies passives sont principalement restreintes à l’utilisation des anticorps dirigés contre lestoxines de venins, les toxines bactériennes et les virus pour lesquels les antibiotiques sont sans effet . Aujourd’hui, les thérapies sériques consistent en des anticorps ou des fragments d’anticorps purifiés à partir de sérums de donneurs ou d’animaux ayant été préalablement exposés à des virus (virus de l’hépatite B, virus de la rage, virus respiratoire syncytial humain, virus de la vaccine, les echovirus et les entérovirus) ou à des toxines (venins, toxine tétanique, toxine botulique) .
L’utilisation massive des antibiotiques dans le monde a conduit à l’apparition de souches bactériennes gram(-) ou gram(+) résistantes aux antibiotiques voire multi-résistantes comme c’est le cas par exemple de Klebsiella pneumoniae ou Staphylococcus aureus (Staphylocoque doré). Ce phénomène est reconnu depuis des années par les autorités comme un problème de santé publique majeur . Au-delà du champ des maladies infectieuses, les thérapies à base d’anticorps connaissent un fort succès depuis la fin des années 1990 sous la forme des anticorps monoclonaux. Les immunothérapies sont en effet de plus en plus utilisées, notamment pour le traitement de nombreuses maladies inflammatoires et différents cancers .
Les différents mécanismes de protection
Neutralisation
Neutralisation des toxines
De nombreuses bactéries pathogènes sécrètent des toxines qui sont la cause principale des symptômes (botulisme, tétanos, anthrax, …). Les anticorps thérapeutiques monoclonaux ou polyclonaux provenant de patients immunisés contre la toxine peuvent alors être la solution thérapeutique classique pour le traitement de ces maladies . Par exemple, pour le traitement de l’anthrax causé par des toxines sécrétées par Bacillus anthracis [PA (Protective Antigen), qui s’associe soit à EF (Edema Factor) ou LF (Lethal Factor)], deux anticorps monoclonaux sont disponibles ainsi qu’une solution d’anticorps polyclonaux provenant de donneurs ayant été immunisés grâce à un vaccin contre l’anthrax (Anthrasil). Des expériences in vitro ont montré que des anticorps monoclonaux dirigés contre PA bloquent l’interaction de la toxine avec les récepteurs membranaires et sont donc neutralisants. Ces anticorps sont également protecteurs lorsque la toxine est injectée chez l’animal . Des essais mettant en œuvre seulement la partie Fab d’anticorps protecteurs contre B. anthracis ont montré des résultats de protection similaires au traitement par les immunoglobulines complètes. Ceci démontre que le mécanisme de protection est bien de la neutralisation, les fragments Fab étant incapables de recruter les effecteurs du système immunitaire .
Neutralisation de l’entrée des pathogènes et de leur réplication
Les anticorps peuvent empêcher l’entrée des pathogènes, leur réplication et leur dissémination. La localisation intracellulaire de certains pathogènes pourrait laisser penser qu’ils seraient protégés des anticorps qui eux resteraient à l’extérieur de la cellule. En réalité, l’entrée du pathogène dans les cellules humaines peut être bloquée en utilisant des anticorps dirigés contre un antigène de surface de ce dernier. C’est le cas par exemple de différents anticorps dirigés contre le HIV , le virus de l’hépatite C , le virus Zika , la dengue et le paludisme.
D’autre part, des protéines présentes à la surface des cellules ciblées par les pathogènes sont utilisées pour médier leur internalisation. De ce fait, ces protéines ayant un rôle clé dans l’infection, elles représentent également une cible intéressante pour bloquer l’entrée des pathogènes dans la cellule.
La cinétique de l’infection peut également être ralentie en ciblant les mécanismes de prolifération intracellulaire. Certains anticorps sont connus pour interférer avec les mécanismes de transport de l’ADN viral du papillomavirus humain (HPV) vers le noyau des cellules cibles . Un autre anticorps bloque la machinerie de transcription du rotavirus et un dernier inhibe la réplication de bactéries comme Listeria monocytogenes au sein des endosomes . Dans ces exemples, la pénétration de l’anticorps à l’intérieur des cellules est assurée de différentes façons: il peut rentrer en même temps que le virus s’il est spécifique d’un antigène à sa surface (HPV), utiliser la capacité de transcytose du format IgA (rotavirus) ou entrer dans les endosomes grâce à l’endocytose constitutive ou la phagocytose (Listeria monocytogenes).
Neutralisation des facteurs de virulence microbiens
Les anticorps thérapeutiques peuvent également moduler la prolifération des pathogènes en neutralisant leurs facteurs de virulence. Pour de nombreux microorganismes pathogènes, une étape préalable à l’infection est l’adhérence aux surfaces mucosales de l’hôte. Aussi, les anticorps peuvent jouer un rôle neutralisant en interférant avec les mécanismes permettant aux bactéries d’adhérer aux cellules de l’hôte, aux muqueuses ou en empêchant la formation de biofilms.
Par exemple, un anticorps polyclonal dirigé contre les protéines de surface de Streptococcus pneumoniae empêche l’adhérence de la bactérie aux muqueuses des voies aériennes . Les biofilms sont des communautés de microorganismes qui adhèrent entre eux en formant une structure plus ou moins complexe. Les biofilms permettent aux microorganismes qui sont situés à l’intérieur d’être moins exposés aux éventuelles substances antimicrobiennes qui seraient utilisées contre eux. Il a également été montré que certains anticorps dirigés contre une protéine de surface de Staphylococcus aureus et Staphylococcus epidermidis sont capables d’inhiber la formation de biofilms in vitro .
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CONTEXTE SCIENTIFIQUE
Chapitre 1 : L’utilisation des anticorps dans les maladies infectieuses
I. Historique
II. Les différents mécanismes de protection
A. Neutralisation
1. Neutralisation des toxines
2. Neutralisation de l’entrée des pathogènes et de leur réplication
3. Neutralisation des facteurs de virulence microbiens
B. Recrutement des cellules effectrices du système immunitaire
1. Activation du complément
2. Antibody dependent cellular toxicity (ADCC)
3. Antibody-dependent cellular phagocytosis (ADCP)
III. Les anticorps monoclonaux sur le marché pour le traitement des maladies infectieuses
Chapitre 2 : Infections par les Shigelles et les Salmonelles : Epidémiologie, mécanismes de pathogénicité et solutions thérapeutiques
A. Les bactéries entéropathogènes du genre Salmonella et Shigella
1. Données épidémiologiques (généralités)
2. Espèces, sous-espèces et nomenclatures
B. Mécanismes de virulence des Shigelles et des Salmonelles
1. Les gènes impliqués dans la pathogénèse
2. Le système de sécrétion de type 3
i. Structure générale
ii. Assemblage de la coiffe de l’aiguille d’injection
C. La vaccination
D. L’immunothérapie passive : les anticorps dirigés contre le SST3
Chapitre 3 : L’immunogénicité des anticorps thérapeutiques
I. Les anticorps thérapeutiques : structure et modes de production
A. Structure et fonction des IgG
1. Généralités
2. Structure des IgG
i. Les domaines variables
3. Propriétés particulières des IgG
B. La production des anticorps recombinants
II. Mécanisme : La réponse cellulaire adaptative et la génération d’anti-drug antibodies (ADA)
A. Mécanisme général aboutissant à la sécrétion d’ADA
B. Les cellules dendritiques
1. Internalisation
2. L’apprêtement de l’antigène
3. Présentation de l’antigène
i. Les molécules HLA de classe II : structure et génétique
ii. Les molécules HLA de classe II : interaction HLA-II/peptide
iii. Apprêtement des peptides sur les molécules HLA-II
C. Les lymphocytes T et la sélection thymique
1. Le TCR
2. La sélection thymique
D. Les lymphocytes B et la différenciation en plasmocytes
1. Génération des B-cell Receptors (BCR)
2. Activation des lymphocytes B
III. Détection des ADA et données sur les anticorps thérapeutiques
A. Les tests de détection des ADA
B. Résumé des données sur les anticorps thérapeutiques
IV. Conséquences et facteurs
A. Conséquences sur le traitement et effets secondaires
1. Altération de la pharmacocinétique et pharmacodynamique
2. Neutralisation du traitement
3. Risques pour le patient
B. Les facteurs de l’immunogénicité
1. Facteurs liés au produit
2. Facteurs liés au traitement
3. Facteurs liés au patient
V. Prédiction de l’immunogénicité
A. La prédiction in silico de la liaison aux molécules HLA-II
1. Les algorithmes de prédiction de la liaison aux molécules HLA-II
i. Les bases de données sur la liaison aux molécules HLA-II
ii. Les algorithmes de prédiction principaux
iii. Le choix des sets de molécules HLA pour la prédiction
2. Les paramètres de sortie de la prédiction
B. In vitro
1. Tests biochimiques
i. Le test de liaison (ELISA)
ii. Le MAPPS
2. Test de stimulation des lymphocytes T
VI. Dé-immunisation de protéines thérapeutiques
A. Humanisation
1. Historique
2. CDR grafting
3. Resurfacing
4. Human string content (HSC) optimization
B. Dé-immunisation
1. Suppression des épitopes T
i. Les exemples à bas débit (alanine scanning)
ii. Les exemples à haut débit (criblage in silico ou in vitro)
2. B-cell epitope removal
Chapitre 4 : Les méthodes de display pour l’ingénierie et l’étude des interactions antigène-anticorps
I. Les technologies de display
A. Phage Display
B. Autres méthodes de display
1. Les systèmes cellulaires : mammalian, yeast et bacterial display
2. Les systèmes acellulaires : mRNA, ribosome et DNA display
II. Le Yeast Surface Display (YSD) et ses applications
A. Historique et principe
B. Application à l’affichage d’anticorps
1. Les plasmides d’expression
2. Les formats d’anticorps
3. Génération et criblage des banques
C. Applications du Yeast Surface Display à l’ingénierie des anticorps
1. La mesure d’affinité à l’équilibre
2. Le criblage de banques naïves et immunes
3. La maturation d’affinité
4. Ingénierie des propriétés autres que l’affinité
III. Les apports du séquençage à haut débit pour l’ingénierie des anticorps
A. Principe du séquençage à haut débit, le cas d’Illumina
B. Apport du séquençage à haut débit pour l’ingénierie des anticorps
C. Deep Mutational Scanning
1. Principe
2. Exemples d’applications
i. Epitope mapping
ii. Maturation d’affinité
iii. Ingénierie de la sélectivité
RESULTATS
Partie 1 : Détermination de l’épitope d’un anticorps protecteur anti-Salmonelle/Shigelle
I. Introduction de l’article
II. Résultats additionnels et conclusion
Partie 2 : Etude du format d’expression des anticorps à la surface de la levure
I. Introduction de l’article
II. Résultats additionnels et conclusion
Partie 3 : Ingénierie de l’anticorps 318 : humanisation et dé-immunisation
I. Mise en place de Dezimulab : une plateforme de dé-immunisation in silico
II. Evaluation in silico de l’immunogénicité des parties variables de l’anticorps IpaD-318
III. Mise en place du DMS et application à l’anticorps 318
IV. Humanisation de l’anticorps 318
V. Dé-immunisation
VI. Evaluation in vitro préliminaire de l’immunogénicité
Matériel et méthodes
CONCLUSION
