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Virus et cellules cancéreuses, amis inattendus à la recherche d'anticorps
Les thérapies à base d'anticorps contre les infections, le cancer, les maladies auto-immunes ont augmenté ces dernières années. Mais comment trouver les anticorps qui seront utilisés dans les hôpitaux ? Bien que cela puisse sembler étrange, la réponse est liée aux cellules cancéreuses et aux virus.
Qu'est-ce que et comment sont les anticorps ?
Les anticorps sont l'un des axes des défenses de notre corps, ils reconnaissent l'intrus et marquent pour l'élimination des systèmes immunitaires. Non seulement ils reconnaissent les virus, les bactéries et autres agents infectieux, mais ils sont également capables de diriger le système immunitaire contre les cellules cancéreuses. Ou, s'ils se lient à des structures cellulaires saines, ils peuvent les endommager, ce qui conduit au développement de maladies auto-immunes.
Les lymphocytes B sécrètent des anticorps lorsqu'ils détectent quelque chose qu'ils ne connaissent pas, que nous appelons un antigène. Les lymphocytes B peuvent produire des anticorps contre de nombreux antigènes – nous avons la possibilité de produire des milliards différents ! – où chaque type de cellule B ou clone reconnaît un antigène spécifique. Chaque clone de lymphocytes B produit un seul type d'anticorps, appelés anticorps monoclonaux1.
Du côté de la structure, les anticorps sont constitués de deux unités identiques, deux monomères, chacun avec deux chaînes: une chaîne courte légère et une longue chaîne lourde. Du point de vue de la fonction, nous pouvons diviser ces protéines en deux parties. D'une part, il y a la section qui relie spécifiquement l'antigène, appelé Fab (fragment antigen-binding). D'autre part, la section FC (fragment crystallizable) est associée à d'autres éléments du système immunitaire pour déclencher une réponse immunitaire2 (Figure 1).
Le monde de l'immunothérapie
Supposons que quelqu'un soit incapable de produire une réponse immunitaire forte par lui-même, ou qu'il soit en danger d'être en contact avec un agent pathogène. Des anticorps monoclonaux peuvent être administrés directement par le sang à ces personnes afin d'accélérer la réponse immunitaire, d'activer ou de bloquer différentes voies du système immunitaire, en fonction des besoins du patient. C'est ça, l'immunothérapie. Aujourd'hui, l'immunothérapie anticancéreuse est prédominante, avec 46% des anticorps utilisés en clinique. Cependant, les anticorps pour le traitement des maladies liées au système immunitaire sont également abondants, 27%. Ils sont également utilisés pour le traitement de maladies infectieuses ou cardiovasculaires, entre autres3 (Figure 1).
Les anticorps monoclonaux étant utiles pour diverses maladies, il n'est pas surprenant qu'ils aient suscité l'intérêt de l'industrie pharmaceutique. En fait, bien qu'il ne s'agisse pas d'une nouvelle thérapie, ils figurent parmi les médicaments les plus répandus sur le marché ces dernières années4. La découverte de nouveaux anticorps est donc d'actualité. Mais comment les retrouver ?
On cherche des anticorps
La première des techniques de découverte des anticorps est la technologie hybride (Figure 2). georges JF a été fondée en 1975. Les chercheurs Kohler et César Milstein, et pour le moment la plupart des anticorps utilisés dans les hôpitaux, ont été découverts par cette méthode. Dans cette technique, les animaux de laboratoire, en particulier les souris, sont immunisés avec l'antigène d'intérêt pour déclencher une réponse immunitaire contre lui (image 2A. Oups.) Ensuite, la rate de l'animal est recueillie et isolée des lymphocytes B actifs présents, les cellules qui produisent des anticorps (image 2A 2. Oups.) Les lymphocytes B sont alors cultivés en laboratoire en même temps que les cellules myélomateuses, qui, en tant que cellules cancéreuses, permettent une croissance continue. En raison des conditions de culture cellulaire, la fusion entre les cellules myélomateuses et les lymphocytes B est favorisée par la formation de cellules appelées hybridomes (Figure 2A 3). PROPOSITION XLIV Chaque hybride ne produira qu'un seul type d'anticorps. Enfin, on choisira les hybridomes qui synthétisent les anticorps qui connaissent le mieux l'antigène5 (image 2A 4. Oups.)
Mais la méthode présente plusieurs inconvénients. Par exemple, les anticorps qui sont produits sont d'origine souris. Des stratégies ont donc été mises au point pour humaniser ces anticorps, comme l'utilisation de souris transgéniques dotées d'un système immunitaire humanisé6. En tout état de cause, le processus de génération d'hybridomes est long et à très faible rendement, avec seulement 1 % d'hybridomes vivants5. En tenant compte des limites et de l'approche éthique, des méthodes ont été mises au point pour éviter l'utilisation d'animaux de laboratoire. Le plus remarquable d'entre eux est celui qui est basé sur la présentation de la grande collection d'anticorps sur la surface des virus: phage display (Figure 2).
Virus présentant des anticorps
La technologie Phage Display n'est pas nouvelle, puisqu'elle a été créée dans les années 80. Le noyau de cette technique est le bactériophage M13, un virus qui infecte les bactéries. Ce phage contient à sa surface une protéine appelée pIII. Si nous attachons au gène de cette protéine le gène d'une protéine de notre intérêt, pIII et notre protéine s'exprimeront ensemble sans nuire à la capacité d'infection à l'extérieur du virus. Par conséquent, nous pouvons créer une collection de phages qui présentent différents anticorps, parmi lesquels nous choisirons ceux qui sont capables de détecter l'antigène qui nous intéresse. Mais d'où viennent ces anticorps ?
Sources des bibliothèques d'anticorps
L’une des stratégies est centrée sur les personnes vaccinées avec un antigène spécifique, par exemple celles qui ont été infectées par le COVID-19 ou qui ont été vaccinées. Une fois la réponse antigénique obtenue, recevoir les lymphocytes B activés (2B image 1. étape) à partir d'un échantillon de sang, et la séquence spécifique d'anticorps monoclonal produite par chaque clone est obtenue par PCR. Toutes les séquences sont ensuite regroupées de façon aléatoire dans le gène pIII de la protéine, qui est une molécule d'anticorps pIII de chaque séquence d'anticorps. Enfin, la collection de séquences pIII-anticorps est incluse dans les bactéries avec les autres gènes nécessaires à la production de phages, c’est-à-dire que nous «infectons artificiellement» les bactéries. Les bactéries «infectées» produiront alors des phages avec un anticorps pIII connu à la surface (image 2B 2. Oups.) Ce type de bibliothèque d'anticorps est connu sous le nom de bibliothèque immunitaire, et chaque antigène pertinent est constitué d'une bibliothèque1,6.
Contrairement aux bibliothèques qui sont produites contre un antigène spécifique, les bibliothèques naïves sont produites à partir de lymphocytes B d'êtres humains en bonne santé ou sans maladie déterminée. C'est-à-dire que dans ce type de bibliothèque, la réponse immunitaire contre l'antigène unique ne prévaut pas, ils sont plus polyvalents1,6. En tout état de cause, c'est précisément parce que la réponse à un antigène spécifique n'a pas été développée que les anticorps obtenus à partir de bibliothèques naïves ont généralement une affinité plus faible que ceux obtenus à partir de bibliothèques immunitaires. Par la suite, des stratégies sont utilisées pour améliorer l'affinité8.
Plus la bibliothèque d'anticorps est diversifiée, plus il y a de chances que nous trouvions un antigène qui nous intéresse. Cette idée a donné naissance à des bibliothèques synthétiques. Dans ce cas, le nombre de types d'anticorps monoclonaux dans une bibliothèque augmente artificiellement. Pour ce faire, les séquences des champs responsables de la reconnaissance de l'antigène sont modifiées de manière aléatoire en laboratoire ou pour répondre à des caractéristiques spécifiques, et des anticorps qui n'existent pas naturellement dans la nature6 peuvent être obtenus.
Dans l'un ou l'autre cas, les anticorps se présentent à la surface du phage. La collection de phages est mise en contact avec l'antigène cible et les phages qui y sont associés sont sélectionnés (2B image 3. Oups.) Ce processus est répété trois ou quatre fois, avec des exigences de fusion de plus en plus strictes. Cela permet d'identifier uniquement les anticorps spécifiques ayant une forte affinité avec l'antigène, qui connaissent le mieux l'antigène (image 2B 4. pas)1,2,6,7.
Un anticorps, des dizaines de formes
Lorsque nous pensons aux anticorps, nous pensons généralement aux protéines en forme de Y. Et même si c'est le cas pour la plupart des anticorps humains, comme les IgG (Figure 1), ces molécules sont trop complexes pour être présentées à la surface des phages. En fait, les bactéries qui produisent des phages ne peuvent pas produire des molécules complexes comme les IgG. Par conséquent, certaines parties des IgGen ne sont utilisées que sur le phage display. L'un d'eux est la section qui connaît l'antigène, à savoir le Fab. Les fab sont constitués de deux chaînes dans lesquelles chaque chaîne a une section constante et une section variable (figure 1). Mais pour faciliter la production de bibliothèques d'anticorps, des formats à chaîne unique ont été obtenus. Seules les parties variables des deux chaînes, appelées single-chain fragment variable (scFv), sont interconnectées1,9,10 (fig. 1). Cependant, de nombreux autres formats sont utilisés, tels que les petits morceaux curieux d'anticorps obtenus à partir de camélidés, les nanobody, entre autres11.
Au-delà du phage display
La technologie Phage display présente certaines limitations qui peuvent entraîner la défaite de certains anticorps sélectionnés. D'une part, au début du processus, on travaille généralement dans les formats scFv ou Fab, qui sont produits dans les bactéries. Mais les anticorps sont généralement utilisés en clinique sous forme d'IgG, ce sont ceux qui sont produits dans les cellules de mammifères. Par conséquent, il est nécessaire de modifier le format et le mode de production, qui peuvent être nocifs pour la structure et les caractéristiques des anticorps.
Il a été proposé de remplacer les phages par des organismes plus complexes, tels que les levures (yeast display), capables de présenter des IgG entières. Cependant, par rapport au phage display, le rendement du procédé est plus faible et les bibliothèques d'anticorps sont moins variées12. Une autre option est d'utiliser directement des cellules de mammifères (mammalian display). Mais bien qu'il soit possible de constituer des collections de cellules présentant des IgG appropriées, les IgG actuels sont de petite taille et le processus pour cela est très coûteux et difficile12.
D'autre part, la capacité de reconnaître l'antigène n'est prise en compte que dans le phage display lors du choix des anticorps, sans tenir compte d'autres caractéristiques, telles que la stabilité13. Au cours des dernières années, de nombreux outils informatiques ont été créés pour prédire les caractéristiques des anticorps. Ils peuvent donc aider à choisir les anticorps les plus appropriés14.
Ainsi, bien que nous ayons toujours considéré les virus et les cellules cancéreuses comme des ennemis, pendant 40 ans, ils ont été des contributeurs indispensables à la découverte de nouveaux anticorps.
Bibliographie et sources
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11. Khodabakhsh F., Behdani M., Rami A. et Kazemi-Lomedasht F. 2018. " Single-Domain Antibodies or Nanobodies : A Class of Next-Generation Antibodies. Int. Rév. Immunol. 37, 316, 322.
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13. Kasana A., Kapoor K. et Verma V. 2025. "From Phage Surface to Bedside: Development of therapeutic monoclonal antibodies using phage display. Curr. Pharmacol... Rép. 11, 54.
14. Zheng J., Wang Y Liang Q., Cui L. et Wang L. 2024. The Application of Machine Learning on Antibody Discovery and Optimization. Molecules 29, 5923.
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