Guide : Modèles murins pour l'évaluation des activateurs des lymphocytes T : considérations pratiques pour la recherche translationnelle

Messages clés (résumé)

• La liaison au CD3 constitue le mécanisme d'action principal des activateurs de lymphocytes T (TCE) et doit être pertinente chez l'être humain.
• Les différences entre les espèces au niveau de la séquence et de la structure de la protéine CD3 chez la souris et chez l'homme, ainsi que la réactivité croisée limitée des anticorps, peuvent entraîner des résultats inexacts lorsque l'on utilise des données issues de souris de type sauvage (WT).
• Les modèles murins humanisés exprimant le CD3 permettent d'évaluer les mécanismes d'action, l'efficacité et la sécurité de la TCE.
• Le choix du modèle a une forte incidence sur l'intensité de l'activation des lymphocytes T, la libération de cytokines et la pertinence clinique.
• L'utilisation d'un modèle inadapté peut entraîner des faux négatifs, une évaluation erronée de la toxicité ou un classement trompeur en termes de puissance.

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Introduction / Contexte

Que sont les « T-cell engagers » (TCE) ?

Les « T-cell engagers » sont des produits biologiques bispécifiques ou multispécifiques conçus pour :

• Lier le CD3 aux lymphocytes T
• Se lier simultanément à un antigène cible présent sur des cellules tumorales ou malades
• Déclencher l'activation et la cytotoxicité des lymphocytes T en fonction de la cible

Parmi les formats courants, on trouve :

• Anticorps bispécifiques à base d'IgG (BiTE)
• Anticorps trispécifiques
• Constructions multivalentes ou à Fc modifié

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Quel est le rôle du CD3 ?

Le CD3 est un composant essentiel de la voie de signalisation du complexe du récepteur des cellules T (TCR).‍

• Composé des chaînes CD3ε, CD3δ, CD3γ et CD3ζ
• Transforme la reconnaissance de l'antigène en signaux d'activation intracellulaires
• Mécanismes d'action : activation des lymphocytes T, sécrétion de cytokines, prolifération, fonction cytotoxique

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Quel est le rôle du CD3 dans l'analyse des TCE ?

Pour les TCE, le CD3 est :

• La cible pharmacologique principale
• Principaux facteurs influençant : l'activation des lymphocytes T, la libération de cytokines (y compris le risque de syndrome de libération de cytokines), l'indice thérapeutique (mesure quantitative de la sécurité relative d'un médicament par rapport au risque de surdosage)

‍Implication : l'expression, la structure et la signalisation du CD3 doivent correspondre à la biologie humaine afin de générer des données interprétables et exploitables en clinique.

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Autres types de traitements pouvant être testés sur des souris CD3 humanisées

Au-delà des TCE classiques, les modèles murins humanisés exprimant le CD3 sont pertinents pour :

• Anticorps monoclonaux anti-CD3
• Anticorps anti-CD3 modifiés au niveau du domaine Fc
• Fragments d'anticorps et formats recombinants

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Comment choisir le modèle adapté à une étude

Posez-vous d'abord ces questions :

• Ma molécule se lie-t-elle au CD3 humain ?
• Ai-je besoin d'une activation des lymphocytes T in vivo?
• La libération de cytokines constitue-t-elle un facteur de risque majeur à prendre en compte ?
• Est-ce que j'évalue l'efficacité, la sécurité, ou les deux ?
• Ces données sont-elles utilisées pour classer les candidats ou pour prendre des décisions quant à leur sélection ou leur non-sélection ?

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Comparaison de modèles murins pour l'évaluation du TCE

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Exemples concrets

Que se passe-t-il si je teste un TCE dans un modèle reconstitué à partir de PBMC ?

Effets observés :

• Activation importante et non spécifique des lymphocytes T
• Taux de cytokines de base élevés
• GvHD xénogénique fulminante

Conséquence :

• La libération de cytokines pourrait être sous-estimée en raison de l'absence de cellules myéloïdes humaines
• Il est difficile de distinguer les effets spécifiques au médicament des artefacts liés au modèle

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Quel modèle dois-je utiliser si je dois tester la sécurité d'un TCE ?

Approche privilégiée

Souris « knock-in » humanisées exprimant le CD3 (genO-panhCD3) présentant :

• Expression physiologique du CD3
• Développement endogène des lymphocytes T
• Architecture immunitaire préservée

Pourquoi :

• Permet une activation du CD3 dépendante de la dose
• Permet d'établir un profil cytokinique pertinent
• Évite les artefacts immunitaires xénogéniques

Autre approche

Souris genO-BRGSF-HIS dotées d'un système immunitaire humain :

• Compartiments myéloïdes et lymphoïdes fonctionnels chez l'être humain
• Présence de lymphocytes T humains
• Expression physiologique du CD3

Pourquoi :

• Peut être greffé avec un PDX, ce qui permet l'expression d'antigènes associés à des tumeurs humaines
• Permet une activation du CD3 dépendante de la dose
• Permet d'établir un profil cytokinique pertinent

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FAQ

Quel modèle de CD3 est le plus adapté aux études sur les activateurs de lymphocytes T ?

Le modèle murin CD3 le plus approprié pour les études sur les « T-cell engagers » est celui qui exprime des sous-unités CD3 humaines sous contrôle régulateur physiologique, tel que le genO-panhCD3, car cela permet une interaction avec le CD3 similaire à celle observée chez l’homme, préserve le développement natif des lymphocytes T et favorise une activation des lymphocytes T et des réponses cytokiniques in vivo interprétables, qui sont des déterminants essentiels de l’efficacité et de la sécurité des TCE (Smith-Garvin et al., 2009 ; Labrijn et al., 2019).

Quelles sont les différences entre les modèles murins CD3 ?

Les modèles murins CD3 se distinguent principalement par les sous-unités CD3 humanisées, par le mode de régulation de leur expression et par le fait que les lymphocytes T se développent de manière endogène ou sont introduits de manière exogène (par exemple, souris reconstituées à partir de PBMC) ; l’humanisation partielle (par exemple, le CD3ε seul) permet la liaison à la cible mais ne parvient souvent pas à reproduire fidèlement l’ensemble de la signalisation TCR-CD3, tandis que l’humanisation de plusieurs sous-unités améliore la pertinence de la signalisation mais nécessite tout de même une validation fonctionnelle minutieuse (Goebeler et Bargou, 2020).

Les modèles CD3 favorisent-ils l'activation des lymphocytes T in vivo?

Les modèles murins humanisés exprimant le CD3 favorisent l'activation des lymphocytes T in vivo, à condition que le CD3 humain soit exprimé à des niveaux physiologiques au sein d'un complexe TCR intact, ce qui permet la liaison du CD3 aux TCE et déclenche ainsi la signalisation en aval, la prolifération, la cytotoxicité et la libération de cytokines de manière dose-dépendante, reflétant ainsi les aspects clés de la biologie des lymphocytes T humains (Smith-Garvin et al., 2009).

Comment optimiser l'activité des molécules ciblant le CD3 afin de réduire la libération de cytokines ?

L'activité des molécules ciblant le CD3 peut être optimisée afin de réduire la libération de cytokines en modulant l'affinité de liaison au CD3, la géométrie et la valence, car une signalisation CD3 excessive ou non physiologique est un facteur majeur du syndrome de libération de cytokines ; des études précliniques ont en effet démontré qu'une liaison au CD3 à faible affinité ou à activation conditionnelle améliore l'indice thérapeutique sans compromettre totalement l'efficacité antitumorale.

Comment les souris humanisées pour le CD3 réagissent-elles à une stimulation du CD3 ?

Les souris humanisées pour le CD3 réagissent à la stimulation du CD3 par une activation robuste des lymphocytes T, caractérisée par une régulation à la hausse des marqueurs d’activation précoces et par des profils de sécrétion de cytokines plus contrôlés et plus proches de ceux observés chez l’homme que ceux observés dans les modèles xénogéniques basés sur les PBMC, qui ont tendance à présenter une activation exagérée et non spécifique à la cible, induite par l’incompatibilité hôte-greffe (Shultz et al., 2012 ; Walsh et al., 2017).

Comment l'expression du CD3 est-elle validée dans les modèles murins humanisés ?

L'expression du CD3 dans les modèles murins humanisés est validée par une analyse par cytométrie en flux des sous-populations de lymphocytes T, par la comparaison des niveaux d'expression du CD3 en surface avec ceux des lymphocytes T du sang périphérique humain ou des souris de type sauvage (WT), ainsi que par des tests fonctionnels confirmant que la liaison au CD3 induit des réponses canoniques de signalisation et d'activation en aval, garantissant ainsi que l'effet pharmacologique observé reflète bien la biologie de la cible plutôt que des artefacts d'expression anormaux (Smith-Garvin et al., 2009 ; Labrijn et al., 2019).

Qu'est-ce que le CD3 et quel est son rôle dans l'activation des lymphocytes T ?

Le CD3 est un complexe de signalisation composé de plusieurs sous-unités qui s’associe au récepteur des lymphocytes T et transmet la reconnaissance de l’antigène sous forme de signal intracellulaire par le biais des motifs d’activation à base de tyrosine des immunorécepteurs (ITAM), contrôlant ainsi l’activation, la prolifération, la fonction effectrice et la production de cytokines des lymphocytes T, autant de mécanismes directement exploités par les anticorps thérapeutiques ciblant le CD3 (Smith-Garvin et al., 2009).

Quelle est la structure et la fonction du complexe TCR-CD3 ?

Le complexe TCR-CD3 est constitué d’un hétérodimère TCRαβ se liant à l’antigène, associé de manière non covalente à des dimères de signalisation CD3εδ, CD3εγ et CD3ζζ ; l’activation efficace des lymphocytes T nécessite un couplage structurel précis entre ces sous-unités afin de garantir une transduction correcte du signal lors de la liaison à des complexes peptide-CMH ou à des produits biologiques ciblant le CD3 (Smith-Garvin et al., 2009 ; Courtney et al., 2018).

Qu'est-ce qu'un modèle murin humanisé CD3εδγ ?

Un modèle murin humanisé CD3εδγ est une souris génétiquement modifiée chez laquelle les chaînes CD3ε, CD3δ et CD3γ sont remplacées par leurs orthologues humains, ce qui permet une interaction spécifique avec le CD3 humain tout en préservant le développement endogène des lymphocytes T et en offrant une plateforme plus fidèle pour évaluer la pharmacologie des agents de liaison aux lymphocytes T, notamment la force d’activation et le profil cytokinique, que les modèles à sous-unité unique ou xénogéniques (Goebeler et Bargou, 2020 ; Labrijn et al., 2019).

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Références

1. Courtney, A. H., Lo, W. L. et Weiss, A. (2018). Signalisation du TCR : mécanismes d'initiation et de propagation. Trends in Biochemical Sciences, 43(2), 108-123.
2. Goebeler, M.-E., & Bargou, R. C. (2020). Thérapies ciblant les lymphocytes T — Les BiTE et au-delà. Nature Reviews Drug Discovery, 19, 418–442.
3. Labrijn, A. F., Janmaat, M. L., Reichert, J. M., & Parren, P. W. H. I. (2019). Les anticorps bispécifiques : une revue mécanistique des projets en cours de développement. *Nature Reviews Drug Discovery*, 18, 585–608.
4. Shultz, L. D., Brehm, M. A., Garcia-Martinez, J. V. et Greiner, D. L. (2012). Les souris humanisées pour l’étude du système immunitaire : progrès, perspectives et défis. *Nature Reviews Immunology*, 12, 786–798.
5. Smith-Garvin, J. E., Koretzky, G. A. et Jordan, M. S. (2009). Activation des lymphocytes T. Annual Review of Immunology, 27, 591-619.
6. Walsh, N. C., Kenney, L. L., Jangalwe, S., et al. (2017). Modèles murins humanisés de maladies cliniques. mAbs, 9(1), 33–44.

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