06/01/2011. Anticorps monoclonaux thérapeutiques (AcMor) : structure et mécanismes d action. Immunoglobulines et anticorps

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1 Immunoglobulines et anticorps Anticorps monoclonaux thérapeutiques (AcMor) : structure et mécanismes d action Ig : structure moléculaire Glycoprotéines (5 types chez l homme) constituées de 2 chaînes lourdes et 2 chaînes légères Dualité structurale Ac : Ig spécifique d un antigène (Ag) donné. Spécificité pour un antigène Propriétés effectrices Utilisation thérapeutique des Ig et des Ac Ig polyvalentes ( plasmas humains) Traitements substitutifs (déficits immunitaires) Traitements immuno-modulateurs (autoimmunité) Ac (xénogéniques ou humains) Dépend de l antigène reconnu (ex : serum antivenins de serpents, anti-tétanique, antirhésus ) Ac polyclonaux (immunisation) Ac monoclonaux (immunisation et ingénierie) Les anticorps polyclonaux et monoclonaux Ac polyclonaux : Ac produits par un ensemble de clones de lymphocyte B ayant une affinité pour l Ag : mélange d Ac dirigés contre différents épitopes (cf immunisation) le plus souvent d Ag exogènes Ac monoclonaux : Ac produit par un clone unique de lymphocyte B; une seule espèce moléculaire spécifique d un épitope donné d un Ag le plus souvent humain. Domaines variables d Ig Plan Structure des immunoglobulines (Ig) AcMo murins Production d hybridomes Limites de leur utilisation AcMo humanisés et humains Ac chimériques Ac humanisés Ac fully human Brekke, O.H. and Sandlie, I., Nature, 2002 Mécanismes d action 1

2 Domaine VL FR1 FR2 FR3 FR4 CDR1 CDR2 CDR3 Génétique des chaînes légères Domaine VH IMGT, the international ImMunoGeneTics information system FR1 FR2 FR3 FR4 CDR1 CDR2 CDR3 Génétique des chaînes lourdes Fab ciblage de l Ag Fv Fixation aux FcγRs. Fixation du C1q. Fc Fixation aux FcRn Winter G & Milstein C. Nature : 293 Les sous-classes d IgG IgG1 ~ 60 % IgG2 ~ 25 % Plan Structure des immunoglobulines (Ig) AcMo murins Production d hybridomes Limites de leur utilisation IgG3 ~ 10 % IgG4 ~ 5 % AcMo humanisés et humains Ac chimériques Ac humanisés Ac fully human Mécanismes d action 2

3 Hybridomes Hybridomes 1975, la technique des hybridomes est un outil de science fondamentale Pas de brevet Souris +++ Rat, hamster Essais chez d autres espèces peu concluants Homme : hybridomes sécrétant peu d Ig et instables aminoptérine Criblage Caractérisation Chartrain M et al., 2008 AcMo murins thérapeutiques Muromomab (OKT3 ) Anti-CD3 Transplantation rénale N est plus utilisé car trop immunosuppresseur Acm murins administrés à l Homme Demi-vie courte Immunogènes réponse HAMA Traitement anti-cancéreux chronique : exposition prolongée Mauvais effecteurs Plan Structure des immunoglobulines (Ig) AcMo murins Production d hybridomes Limites de leur utilisation AcMo humanisés et humains Ac chimériques Ac humanisés Ac fully human Mécanismes d action Les AcMo thérapeutiques 29 anticorps utilisés en médecine humaine actuellement......des centaines en développement Acm murins 1975 (m)omab Acm intégralement humains (m)umab Immunogènes (HAMA) Acm chimériques 1984 ximab Acm humanisés zumab Humanisation Moins antigéniques Demi-vie accrue Plus actifs 3

4 «Thérapeutiques ciblées» (cancérologie) Recherche d une spécificité d action qui permette d éviter les dégâts collatéraux Anticorps monoclonaux = extrême spécificité pour un antigène Anticorps = vecteurs - de radioisotopes (ibritumomab tiuxetan, Zevalin ) - d agents cytotoxiques (gemtuzumab ozogamycin, Mylotarg ) Mais aussi anticorps non conjugués anticorps nus Plan Structure des immunoglobulines (Ig) AcMo murins Production d hybridomes Limites de leur utilisation AcMo humanisés et humains Ac chimériques Ac humanisés Ac fully human Mécanismes d action Mécanismes d action des anticorps - antagonisme (neutralisation) - effet agoniste (apoptose ) FcγR -Recrutement d effecteurs du système immunitaire (Ac cytolytiques) Effecteur C1q Neutralisation d Ag solubles/circulants Congy-Jolivet N et al., Crit Rev Oncol Hematol 2007 Exemple du bevacizumab, anti-vegf Mécanisme d action du bevacizumab Site de fixation au VEGF : L épitope étant également le site de liaison du VEGF à VEGFR1 et VEGFR2 Fab Probst A et al. Bull Cancer 2006; HS, (d après PDB 1vpf) Région charnière Fc C H2 C H3 Winter G & Milstein C. Nature : 293 4

5 Neutralisation d Ag solubles/circulants Anti-TNF: Infliximab (Remicade ) Anti-TNF: Adalimumab (Humira ) TNFR-Fc: Etanercept (Embrel ) Anti-IgE: Omalizumab (Xolair ) Crohn, PR Crohn, PR PR Allergie Neutralisation d Ag membranaires Anti-VRS: Palivizumab (Synagis ) VRS Tumeurs solides : antagonisme de récepteurs de facteurs de croissance EGF TGF-α erbb1 EGF TGF-α Prolifération cellulaire induite par l EGF Pas de ligand erbb1 Anti-erbB1 Anti-erbB2 EGF TGF-α Blocage de la fixation de l EGF cétuximab (Erbitux ) panitumumab (Vectibix ) Cancer du colon Cancers ORL Arrêt de prolifération Neutralisation d autres types d Ag membranaires et/ou récepteurs Anti-TNF: Infliximab (Remicade ) Anti-TNF: Adalimumab (Humira ) Anti-CD25: daclizumab(zénapax ) Anti-CD25: basiliximab (Simulect ) Crohn, PR Crohn, PR Transpl. Transpl. erbb2 erbb2 trastuzumab (Herceptin ) Anti-LFA-1: éfalizumab, (Raptiva ) Anti-VLA-4; natalizumab, (Tysabri ) Transpl. SEP Prolifération autonome si surexpression d erbb2 inhibition de prolifération, internalisation Cancer du sein Implication du Fc (souris) Recrutements de fonctions dépendantes de la portion Fc Le fragment F(ab )2 du trastuzumab (dépourvu de portion Fc) est incapable de retarder la croissance des cellules tumorales JIMT-1 (Her2+) contrairement à l Ac complet (IgG1) chez la souris SCID (Barok et al.). 5

6 Exemple d anticorps utilisés en onco-hématologie Modèles animaux rituximab (MabThera, Rituxan ) : pas de ligand, fonction? Antigène exprimé par les Lymphocytes B normaux et tumoraux, mais pas par les précurseurs B ni les plasmocytes rituximab (anti-, MabThera ) - Acm murin 2B8 a été chimérisé en IgG1 et en IgG4 - seule l IgG1 induit une lymphopénie chez les primates, et a été développée sous le nom de rituximab Rituximab : mécanismes d action présumés Activité dépendante du complément rituximab apoptose LYMPHOME B FcγR Effecteur cytotoxique (macrophage, NK) C1q C4b C2a Interaction avec les récepteurs du C3bi sur les cellules immunitaires C3b C2aC4b C3a Chimiotaxie et activation leucocytaires C5b-C8 C5a ADCC C3 CD55 (DAF) convertase CD46 C5 convertase MAC CD59 MAC C9 polymers Complément C1q CDC Podack ER, Kupfer A. Annu Rev Cell Biol. 1991; 7: 479 Arguments en faveur de l activation du complément in vivo Rituximab : mécanismes d action présumés - Augmentation de C3a, C3b/c et C4b/c et diminution de CH50 dans les premières heures après l injection de rituximab, liées au nombre de B circulants, et liées aux effets indésirables Bienvenu J et al. Hematol J. 2001; 2: 378 ; van der Kolk LE et al. Br J Haematol 2001; 115: 807 ; Kennedy AD, et al. Blood. 2003; 101: Fixation du C3bi sur les lymphocytes B circulants dans les minutes après injection de rituximab chez les primates Kennedy AD, et al. Blood. 2003; 101: Souris KO C1q -/- : incapables de guérir d un lymphome disséminé de cellules EL-4 + après ttt par rituximab Di Gaetano N, et al. J Immunol. 2003; 171: rituximab FcγR apoptose LYMPHOME B Complément C1q CDC Effecteur cytotoxique (macrophage, NK) ADCC 6

7 Implication des FcγR chez la souris Les Ac tels que le rituximab sont incapables d éliminer des tumeurs humaines transplantées chez des souris nude x FcR-γ -/- IgG Cg3 Cg2 - D2 hinge D1 FcgR les FcγRs chez l Homme Ravetch JV, Cell, 1994, 78: 553. Rôle probable des récepteurs activateurs, FcγRI, FcγRIII et FcγRIV associés à la chaîne FcR-γ Turner H & Kinet JP, Nature, 1999, 402: B24, modifié Clynes R et al, Proc Natl Acad Sci USA 1998; 95: 652 Clynes RA et al, Nat Med 2000; 6: 443 CD64 FcγRIa/b/c CD32/FcγRII a/c b CD16 / FcγRIII a b Forte affinité / faible affinité Polymorphisme du gène FCGR3A codant FcγRIIIa Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 L1 L2 Exon 5 EC1 Exon 6 EC2 Exon 7 TM+C Rituximab en traitement de 1ère ligne des lymphomes folliculaires : la réponse clinique varie en fonction du polymorphisme FCGR3A-158V/F 1.1 SNP G>T (+559 du cdna) codon 176/158 Phe (F) 0.6 Val (V) 0.4 L allotype FcγRIIIa-158V a une affinité plus grande pour les IgG1 humaines que l allotype 158F Proportion surviving V/V FF + VF Time to progression (months) 50 Okazaki A, et al. J Mol Biol. 2004; 336: Dall Ozzo S, et al. Cancer Res. 2004; 64: Cartron G, et al. Blood. 2002; 99: Radaev S, et al. J Biol Chem. 2001; 276: Association du polymorphisme FCGR3A avec la réponse clinique au rituximab dans d autres indications Polymorphisme et réponses cliniques dans les tumeurs solides Lymphomes (traitement de maintenance) Ghielmini M, et al. Ann Oncol. 2005; 16: Lymphomes (association avec chimiothérapie) Kim DH, et al. Clin Cancer Res 2006; 12: Maladie de Waldenström Treon ST et al. J Clin Oncol. 2005; 23: Lupus érythémateux disséminé Anolik JH, et al. Arthritis Rheum. 2003; 48: Pas d association Leucémie lymphoïde chronique B Farag S, et al. Blood 2004; 103: réponse clinique au trastuzumab dans le cancer du sein (Musolino; V et al.)et au cetuximab dans le cancer du colon (Bibeau et al.). Musolino A et al., J Clin Oncol 2008; Bibeau et al., J Clin Oncol

8 Implications cliniques Ne pas exclure les porteurs F (>80% des patients) d un traitement (rituximab)!! Essais cliniques L efficacité clinique doit être analysée à la lumière du génotype FCGR3A (et des concentrations en anticorps) Un faible taux de réponse pour nouvel Ac dans un groupe de patients peut être dû à la faible fréquence des homozygotes FcγRIIIa-158V dans la population (~17%) Comment améliorer les traitements chez les porteurs de l allèle F? Sur la base d analyses PK et PK-PD, modification des schémas, des doses,... Sur la base d une meilleure compréhension des mécanismes d actions (fonctions dépendantes du FcγRIIIa), ajouter des traitements synergiques (potentialiser l action des effecteurs exprimant FcγRIIIa) Sur la base des analyses d affinité, modifier le médicament lui-même en améliorant l interaction AcMo/FcγRIIIa) 8