Un nouveau modèle préclinique et translationnel humanisé de CD3ε destiné à l'étude de l'efficacité des activateurs de lymphocytes T

Modèles murins humanisés destinés à l'évaluation de traitements humains à médiation CD3

Suite au succès clinique des anticorps ciblant les points de contrôle immunitaires PD-1, PD-L1 ou CTLA-4, les « T-cell engagers » (TCE) se sont imposés comme une nouvelle classe d’immunothérapies pour le traitement du cancer. De ce fait, de nombreux TCE font actuellement l'objet d'un développement clinique et préclinique^{.¹ Pour que} les candidats-médicaments TCE^{puissent passer} à^{la phase} des essais cliniques, il est nécessaire d'évaluer leur transposabilité et leur efficacité thérapeutique dans des modèles in vivo : c'est pourquoi des modèles précliniques robustes et transposables sont essentiels au développement et à l'évaluation de nouvelles thérapies^.²

Le CD3 est un complexe de protéines transmembranaires qui s'associe de manière non covalente au récepteur des lymphocytes T (TCR) pour déclencher une cascade de voies de signalisation, conduisant finalement à l'activation, à la prolifération et à la production de cytokines par les lymphocytes T, ainsi qu'à leurs fonctions effectrices.^1,3,4 Le CD3 est constitué de quatre chaînes (CD3δ, CD3ε, CD3γ et CD3ζ) et de trois sous-unités : deux hétérodimères (CD3γε et CD3δε) et un homodimère (CD3ζζ). Des expériences antérieures ont montré que les animaux présentant une inactivation du gène CD3ε présentent un arrêt précoce du développement des lymphocytes T, ce qui suggère que cette chaîne est absolument nécessaire à la formation et à la voie de signalisation du complexe TCR-CD3.^5,6

Compte tenu de son rôle clé dans l’activation des lymphocytes T, plusieurs modèles exprimant le CD3ε humain ont déjà été mis au point afin d’évaluer l’efficacité des traitements ciblant spécifiquement le CD3 humain. L’un des principaux défis liés à la conception de tels modèles consiste toutefois à préserver les interactions complexes entre le CD3ε et les sous-unités CD3δ et CD3γ : si celles-ci sont altérées, la formation et le fonctionnement du complexe TCR-CD3 s’en trouvent compromis. Dans cette optique, la modification de la séquence d'acides aminés ou de la structure tertiaire du CD3ε, par exemple en exprimant un CD3ε entièrement humanisé, empêche l'activation des lymphocytes T.^⁷ De même, des expériences menées sur des lignées indépendantes de souris transgéniques contenant un nombre élevé de copies de hCD3ε démontrent que ces animaux présentent une immunodéficience sévère due à une perte totale de lymphocytes T et de cellules tueuses naturelles, ce qui suggère que le niveau d'expression physiologique du CD3ε est essentiel au maintien de réponses immunitaires normales.^⁸

‍

‍

Ces limites, associées à notre savoir-faire antérieur en matière de développement de modèles murins humanisés, nous ont incités à mettre au point une nouvelle souche de souris (hCD3ε). Plus précisément, ce modèle exprime l’épitope N-terminal humain des chaînes CD3ε ainsi que les domaines extracellulaires murins de CD3ε. De plus, elle possède des domaines transmembranaires et intracellulaires murins, ce qui permet de maintenir les interactions par ponts salins ainsi que l’interaction avec les sous-unités CD3ζ, et de préserver la cascade de signalisation au sein des cellules murines. Il convient de noter que l’épitope N-terminal humain du CD3ε est reconnu par la grande majorité des activateurs de lymphocytes T actuellement disponibles sur le marché (figure 1).

Nos analyses montrent que l’humanisation de l’épitope N-terminal du CD3ε ne modifie pas la répartition des cellules immunitaires chez les souris hCD3ε (fréquence comparable des cellules T, B et NK, des monocytes et des cellules dendritiques). De plus, nous avons constaté que le complexe TCR chez ces souris est fonctionnel, puisque l’activation des lymphocytes T par un anticorps anti-CD3 humain induit la prolifération des lymphocytes T et la production de cytokines. Par ailleurs, la coopération entre les lymphocytes T et B semble être fonctionnelle. Enfin, nous avons observé que les TCE ciblant à la fois le CD3 humain et un antigène tumoral induisent un effet antitumoral dose-dépendant in vivo (figure 2).⁹

Comme indiqué ci-dessus, ce modèle est physiologique et peut être utilisé pour évaluer les anticorps anti-CD3 humains ciblant l’épitope N-terminal de la sous-unité CD3ε. Afin d’évaluer de nouveaux traitements plus innovants pour les immunothérapies anticancéreuses, un modèle de CD3 humanisé plus polyvalent est actuellement en cours de développement.

‍

Les nouvelles et les anciennes TCE dans l'immunothérapie anticancéreuse

Les premiers TCE à avoir été mis au point étaient des anticorps bispécifiques, ou^BiTEs® (pour « bispecific T-cell engagers »), c'est-à-dire des anticorps présentant une affinité pour deux épitopes différents.¹ Plus précisément,^{les BiTEs® sont}conçus pour reconnaître et relier physiquement un lymphocyte T à une cellule tumorale ; ce qui est rendu possible grâce à leur structure, composée de deux fragments variables à chaîne unique (scFv) issus de deux anticorps différents, l’un ciblant un composant constant des lymphocytes T, tel que le CD3, et l’autre se liant à un antigène associé à la tumeur (TAA) (figure 3).^¹⁰

Dans des conditions physiologiques, le principal médiateur de l’activation des lymphocytes T est le TCR, un complexe protéique qui reconnaît l’antigène présenté par le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) à la surface d’une cellule présentatrice d’antigène (CPA). Les cellules cancéreuses ont toutefois développé plusieurs mécanismes pour affaiblir les barrières immunitaires innées et échapper à la surveillance immunitaire. L’un d’entre eux consiste à réduire l’expression du CMH à la surface cellulaire, ce qui entraîne une diminution de l’activation des lymphocytes T et, par conséquent, une évasion de l’immunité antitumorale.¹¹ Étant donné que^{les BiTEs®} contournent l’interaction physiologique TCR-CMH pour déclencher l’activation des lymphocytes T, ils présentent des avantages importants en tant qu’immunothérapies : ils peuvent induire des réponses polyclonales des lymphocytes T et ne sont pas affectés par la régulation à la baisse du CMH induite par les cellules cancéreuses^.¹²

Ces caractéristiques, associées à leur capacité à cibler les tumeurs, confèrent^{aux BiTEs®} un potentiel clinique exceptionnel pour le traitement de diverses tumeurs, notamment les hémopathies malignes et les cancers solides.^{13,14 À l’heure actuelle}, 57 anticorps bispécifiques destinés à l’oncologie font l’objet d’essais cliniques, dont 38 sont^{des BiTEs®}; il est intéressant de noter que, parmi ces 38, 36 mobilisent les lymphocytes T via le CD3.^¹,³ À ce jour, deux^BiTEs® ont été autorisés par la Food and Drug Administration (FDA) américaine et l’Agence européenne des médicaments (EMA) pour une utilisation chez les patients : le catumaxomab (Removab, Fresenius Biotech) et le blinatumomab (Blincyto, Amgen). Le premier est un anticorps anti-EpCAM/anti-CD3 destiné au traitement intrapéritonéal de l’ascite maligne chez les adultes atteints de carcinomes EpCAM-positifs ; approuvé en 2009, le catumaxomab a été retiré du marché en 2017 à la demande du titulaire de l’autorisation de mise sur le marché^{.¹⁵⁻¹⁸} Le second a été approuvé en 2014 par la FDA, puis en 2015 par l’EMA ; il cible les molécules CD19 et CD3, et est utilisé pour traiter la leucémie lymphoblastique aiguë à cellules B chez les patients chez lesquels des traces de cancer restent détectables après une chimiothérapie^{.¹⁹⁻²¹}

Le succès croissant des^BiTEs® a stimulé le développement d’une nouvelle génération de TCE, offrant une efficacité accrue et une activation systémique réduite des lymphocytes T, comme celui récemment mis au point par Panchal et ses collaborateurs, conçu pour ne devenir un anticorps actif qu’une fois parvenu dans le microenvironnement tumoral, ou encore l’anticorps trispécifique développé par Wu et al. ciblant une cellule cancéreuse, un récepteur qui active les lymphocytes T et une protéine des lymphocytes T qui favorise une activité durable de ces derniers contre la cellule cancéreuse.^22,23

En résumé, les TCE peuvent révolutionner les traitements anticancéreux en offrant aux patients des alternatives valables aux traitements existants. Néanmoins, de nombreux traitements à base de TCE n’ont pas pu faire l’objet d’essais cliniques en raison de problèmes liés à la sécurité et à l’efficacité. Il est donc nécessaire de disposer de modèles animaux plus fiables et plus transposables afin d’améliorer en permanence la conception et l’efficacité de ces molécules, dans le but d’apporter des bénéfices thérapeutiques significatifs aux patients.

Références :

1. Suurs FV, Lub-de Hooge MN, de Vries EGE, de Groot DJA. Une revue des anticorps bispécifiques et des constructions d'anticorps en oncologie, ainsi que des défis cliniques associés. Pharmacol Ther.2019 ; 201 : 103-119. doi : 10.1016/j.pharmthera.2019.04.006
2. Voynov V, Adam PJ, Nixon AE, Scheer JM. Stratégies de découverte visant à optimiser le potentiel clinique des anticorps ciblant les lymphocytes T pour le traitement des tumeurs solides. Antibodies (Bâle). 2020 ; 9(4). doi : 10.3390/antib9040065
3. Zhang H, Lim H-S, Knapp B, et al. Contribution des interactions avec le complexe majeur d'histocompatibilité à l'affinité et à la cinétique de la liaison du récepteur des lymphocytes T. Sci Rep. 2016 ; 6 : 35326. doi : 10.1038/srep35326
4. Dong D, Zheng L, Lin J, et al. Fondements structurels de l'assemblage du complexe récepteur des lymphocytes T humains-CD3. Nature. 2019 ; 573(7775) : 546-552. doi : 10.1038/s41586-019-1537-0
5. Ueda O, Wada NA, Kinoshita Y, et al. Souris humanisées exprimant les gènes complets CD3ε, δ et γ pour l'évaluation de traitements thérapeutiques à médiation CD3 chez l'homme. Sci Rep. 2017 ; 7 : 45839. doi : 10.1038/srep45839
6. DeJarnette JB, Sommers CL, Huang K, et al. Rôle indispensable du CD3epsilon dans le développement des lymphocytes T. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998 ; 95(25) : 14909-14914. doi : 10.1073/pnas.95.25.14909
7. Martínez-Martín N, Risueño RM, Morreale A, et al. Coopérativité entre les complexes de récepteurs des lymphocytes T mise en évidence par des mutants conformationnels de CD3epsilon. Sci Signal.2009 ; 2(83) : ra43. doi : 10.1126/scisignal.2000402
8. Wang B, Biron C, She J, et al. Un blocage du développement tant des lymphocytes T précoces que des cellules tueuses naturelles chez des souris transgéniques présentant un nombre élevé de copies du gène CD3E humain. Proc Natl Acad Sci U S A . 1994 ; 91(20) : 9402-9406. doi : 10.1073/pnas.91.20.9402
9. Martin, Gaëlle, Sônego, Fabiane, Beringer, Audrey, et al. « 14 nouveaux modèles d’épitopes N-terminaux humanisés de la sous-unité epsilon de la protéine CD3 pour l’évaluation de l’efficacité des activateurs de lymphocytes T ». Dans : ; 2020. https://jitc.bmj.com/content/8/Suppl_3/A7.3.info
10. Huehls AM, Coupet TA, Sentman CL. Molécules bispécifiques ciblant les lymphocytes T pour l'immunothérapie anticancéreuse. Immunol Cell Biol. 2015 ; 93(3) : 290-296. doi : 10.1038/icb.2014.93
11. Cornel AM, Mimpen IL, Nierkens S. Régulation à la baisse du CMH de classe I dans le cancer : mécanismes sous-jacents et cibles potentielles pour l'immunothérapie anticancéreuse. Cancers (Bâle). 2020 ; 12(7). doi : 10.3390/cancers12071760
12. Ellerman D. « Bispecific T-cell engagers : vers une meilleure compréhension des variables influençant la puissance in vitro et la sélectivité tumorale, ainsi que leur modulation pour améliorer leur efficacité et leur sécurité ». Methods. 2019 ; 154 : 102-117. doi : 10.1016/j.ymeth.2018.10.026
13. Velasquez MP, Bonifant CL, Gottschalk S. Réorientation des lymphocytes T vers les hémopathies malignes à l'aide d'anticorps bispécifiques. Blood. 2018 ; 131(1) : 30-38. doi : 10.1182/blood-2017-06-741058
14. Yu S, Li A, Liu Q, et al. Progrès récents concernant les anticorps bispécifiques dans le traitement des tumeurs solides. J Hematol Oncol. 2017 ; 10(1) : 155. doi : 10.1186/s13045-017-0522-z
15. Fresenius Biotech obtient l'autorisation de mise sur le marché de Removab® de la part de la Commission européenne – premier médicament au monde destiné au traitement de l'ascite maligne. Consulté le 2 février 2021. https://www.fresenius.com/1930
16. Linke R, Klein A, Seimetz D. Catumaxomab : développement clinique et perspectives d'avenir. MAbs. 2010 ; 2(2) : 129-136. doi:10.4161/mabs.2.2.11221
17. Krishnamurthy A, Jimeno A. Les anticorps bispécifiques dans le traitement du cancer : une revue de la littérature. Pharmacology & Therapeutics. 2018 ; 185 : 122-134. doi : 10.1016/j.pharmthera.2017.12.002
18. Heiss MM, Murawa P, Koralewski P, et al. Le catumaxomab, un anticorps trifonctionnel, dans le traitement de l'ascite maligne due à un cancer épithélial : résultats d'un essai prospectif randomisé de phase II/III. Int J Cancer. 2010 ; 127(9) : 2209-2221. doi:10.1002/ijc.25423
19. Sigmund A, Sahasrabudhe K, Bhatnagar B. Évaluation du blinatumomab dans le traitement de la LAL récidivante ou réfractaire : conception, développement et place dans la prise en charge thérapeutique. BLCTT. 2020 ; volume 10 : 7-20. doi:10.2147/BLCTT.S223894
20. Pulte ED, Vallejo J, Przepiorka D, et al. Autorisation complémentaire de la FDA : le blinatumomab dans le traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë à cellules B précurseurs récidivante et réfractaire.The Oncol. 2018 ; 23(11) : 1366-1371. doi:10.1634/theoncologist.2018-0179
21. Topp MS, Gökbuget N, Stein AS, et al. Innocuité et efficacité du blinatumomab chez les patients adultes atteints d’une leucémie lymphoblastique aiguë de type précurseur B récidivante ou réfractaire : une étude multicentrique de phase II à bras unique. The Lancet Oncology. 2015 ; 16(1) : 57-66. doi:10.1016/S1470-2045(14)71170-2
22. Panchal A, Seto P, Wall R, et al. COBRATM : un activateur de lymphocytes T hautement puissant et à action conditionnelle, conçu pour le traitement des tumeurs solides. MAbs. 2020 ; 12(1) : 1792130. doi : 10.1080/19420862.2020.1792130
23. Wu L, Seung E, Xu L, et al. Les anticorps trispécifiques renforcent l'efficacité thérapeutique des lymphocytes T ciblant les tumeurs grâce à la co-stimulation du récepteur des lymphocytes T. Nat Cancer. 2020 ; 1(1) : 86-98. doi : 10.1038/s43018-019-0004-z