Une nouvelle famille prometteuse de petites molécules régulant la voie de signalisation PD-L1/PD-1

Le ciblage thérapeutique du blocage PD-1/PD-L1 par de nouveaux inhibiteurs à petites molécules entraîne la migration de lymphocytes T cytotoxiques dans le microenvironnement des tumeurs solides

Rita C. Acúrcio et al. J Immunother Cancer. Juillet 2022‍

La thérapie par blocage des points de contrôle immunitaires a révolutionné le traitement du cancer. L’inhibition de la protéine 1 de mort cellulaire programmée (PD-1) ou du ligand 1 de PD (PD-L1) a donné lieu à des résultats cliniques prometteurs dans divers cancers humains. Cependant, seuls les anticorps monoclonaux ont été approuvés pour le blocage des points de contrôle immunitaires ciblant l’axe PD-1, et ces traitements coûteux sont financièrement inaccessibles pour beaucoup. Dans une étude publiée dans le *Journal for Immunotherapy of Cancer*, Rita C. Acurcio et ses collaborateurs ont identifié une nouvelle classe de régulateurs de la voie de signalisation PD-L1/PD-1 qui favorisent une infiltration massive de lymphocytes T CD8 effecteurs dans le microenvironnement tumoral.

Bien que l’on observe d’énormes bénéfices cliniques chez les patients qui répondent aux anticorps monoclonaux (mAb), la méconnaissance des mécanismes régissant cette voie de contrôle immunitaire se traduit par de faibles taux de réponse, l’absence de rémission à long terme et des événements indésirables graves d’origine immunitaire (IRAE), qui s’ajoutent au coût de production très élevé des mAb. Dans cette étude, Rita C. Acurcio et ses collaborateurs se sont intéressés à l’identification et à la validation d’inhibiteurs à petites molécules comme approche alternative pour cibler thérapeutiquement le PD-L1 ou le PD-1. Les petites molécules peuvent en effet offrir une biodisponibilité orale accrue, une meilleure efficacité biologique et une demi-vie courte, ce qui est particulièrement pertinent dans le cas des IRAE.

Identification in silico d'inhibiteurs de PD-1/PD-L1 sous forme de petites molécules

Les auteurs ont suivi une stratégie translationnelle qui a débuté par le développement d’une approche computationnelle visant à identifier des candidats inhibiteurs de petite taille. Près de 900 000 composés ont été criblés à partir de bibliothèques de composés synthétiques telles que celles du National Cancer Institute, d’Enamine, de Specs, de Mu.Ta.Lig Chemoteca, de MMV et de bases de données internes. Une campagne de criblage virtuel basée sur la structure a été menée, en utilisant l’ancrage moléculaire au niveau du site de liaison du PD-L1. Les composés les mieux classés ont ensuite fait l’objet d’analyses de docking exhaustives qui ont permis de prédire avec une plus grande précision la conformation de liaison correspondante et les interactions au sein de la poche de liaison au récepteur. Enfin, l’ensemble des composés sélectionnés a été filtré en appliquant les cinq critères de Lipinski visant à améliorer les propriétés pharmacologiques ; seuls ont été retenus les composés présentant des conformations de liaison favorables et une complémentarité de surface avec le récepteur, ainsi que des interactions significatives avec les résidus clés de la poche de liaison.

Cette approche a permis d'identifier 95 molécules susceptibles de se lier au PD-L1, présentant des structures chimiques variées.

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Tests fonctionnels in vitro visant à inhiber l'interaction PD-1/PD-L1

The authors tested them afterward for their capacity to inhibit the PD-1/PD-L1 interaction using in vitro functional assays with homogeneous time-resolved fluorescence (HTRF). The results show that out of the 95 compounds tested, 16 (17%) chemically diverse compounds were able to lead to a 50% reduction of the HTRF signal, thus indicating a significant effect on the PD-1/PD-L1 inhibition (p<0.001). Among the 16 compounds, 12 revealed dose-response effect and were further analyzed for their ability to bind to PD-L1.

Sélection de composés améliorant la stabilité thermique du PD-L1

En examinant leur raisonnement, les auteurs s’attendaient à ce que les molécules identifiées se lient au PD-L1 de manière similaire aux inhibiteurs de BMS. Pour tester leur hypothèse, ils ont déterminé la transition thermique du PD-L1 dans le cadre de tests de dénaturation thermique par fluorimétrie à balayage différentiel (DSF) et ont vérifié s’il y avait un décalage de la Tm de la protéine en présence des candidats inhibiteurs du PD-L1. Il est à noter qu’un décalage thermique a été observé pour toutes les molécules. L’inhibiteur à petite molécule le plus prometteur était le composé 69, pour lequel une expérience RMN WaterLOGSY a été menée (afin de confirmer l’effet stabilisateur observé par DSF).

Effet des composés ciblés sur la viabilité cellulaire et la modulation de l'interaction PD-1/PD-L1

Les auteurs ont ensuite décidé d’évaluer plus en détail l’activité de ces composés à l’aide de modèles en 2D et en 3D basés sur des cellules exprimant naturellement le PD-L1. Deux types différents de lignées cellulaires cancéreuses humaines (le cancer du sein MDA-MB-231 et le mélanome A375) ont été sélectionnés pour mener des études in vitro. Les auteurs ont constaté que leurs petites molécules se liant au PD-L1 avaient un impact considérable sur les niveaux de PD-L1 dans ces deux lignées cellulaires cancéreuses.

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Afin d'approfondir l'étude du rôle ultime du composé 69, ils ont mené des études de co-culture en 2D et en 3D associant des paires de cellules tumorales et de cellules mononucléaires du sang périphérique (PBMC) provenant de patients et appariées, et ont constaté que les échantillons traités avec leur inhibiteur PD-1/PD-L1 le plus prometteur pouvaient activer les lymphocytes T en inhibant cette voie.

Stimulation de l'infiltration des lymphocytes T ex vivo et in vivo

Par ailleurs, la co-culture de sphéroïdes de mélanome en 3D et de PBMC a démontré la capacité des petites molécules à favoriser l'infiltration des lymphocytes T.

Enfin, afin d’étendre la pertinence clinique de leurs résultats ex vivo, les auteurs ont testé l’inhibiteur à petites molécules à l’aide d’un modèle in vivo pertinent pour l’homme. Il convient de noter que ce modèle était constitué de souris PD-1 humanisées, développées par genOway en insérant un PD-1 chimérique doté d’un domaine extracellulaire humain dans le locus PD-1 de la souris. Ces souris ont reçu une implantation de cellules MC38 de cancer colorectal exprimant le PD-L1 humain, également créées par genOway. Cette étude a montré que le composé 69 inhibe l’interaction PD-1/PD-L1, entraîne l’activation de la fonction des lymphocytes T et, in fine, recrute des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) dans le microenvironnement tumoral (TME), ce qui a permis de contrôler efficacement la croissance tumorale.

En conclusion, Rita C. Acurcio et ses collaborateurs ont identifié une nouvelle famille prometteuse de petites molécules candidates, moins coûteuses, qui régulent la voie de signalisation PD-1/PD-L1 et favorisent une infiltration massive de lymphocytes T CD8 effecteurs dans le microenvironnement tumoral. Des produits prêts à l'emploi susceptibles d'améliorer les résultats cliniques des traitements ciblant les points de contrôle immunitaires !

Références :

1. Acúrcio RC, et al. J Immunother Cancer 2022 ; 10 : e004695. doi : 10.1136/jitc-2022-004695.