CTLA-4 et PD-1 : des origines - Semantic Scholar · 2018. 12. 2. · CTLA-4 et PD-1 : des origines...

CTLA-4 et PD-1 : des originesaux anticorps

Pour citer cet article : Olive D, Golstein P. CTLA-4 et PD-1 : des origines aux anticorps. Innov Ther Oncol 2017 ; 3 : 121-130.doi : 10.1684/ito.2017.0085

RÉSUMÉ

2017 marque symboliquement le 30e anniversaire de la découverte de CTLA-4 et le 25e anniversaire de celle de PD-1, deux molécules qui ont permis unemodification profonde du traitement des cancers et ouvert des perspectivesvoisines dans les maladies auto-immunes et infectieuses ainsi que les greffesd’organes. Les deux gènes ont été clonés par des stratégies équivalentes en1987 pour CTLA-4 et 1992 pour PD-1. Dans cet article, ces découvertes sontdécrites et replacées dans l’histoire. Les similarités et les différences entre cesdeux points de contrôle immunologique sont présentées, en particulier entermes de distribution tissulaire et mécanismes d’action.

* Mots clés : mort cellulaire ; cytotoxicité ; cancer ; immunothérapie ;anticorps ; CTLA-4 ; PD-1.

ABSTRACT

2017 symbolically marks the 30th anniversary of the discovery of CTLA-4 andthe 25th anniversary of that of PD-1, two molecules that have led to aprofound change in the treatment of cancers and have opened relatedperspectives in auto-immune and infectious diseases as well as organtransplants. The two genes were cloned using similar strategies, in 1987 forCTLA-4 and 1992 for PD-1. In this article, these discoveries are described andput into context. The similarities and differences between these two pointsof immunological control are presented, in particular, in terms of tissuedistribution and mechanisms of action.

* Key words: cell death; cytotoxicity; cancer; immunotherapy; antibody;CTLA-4; PD-1.

AbréviationsCTLA : cytotoxic T-lymphocyte–associated ; SHP2 : SH2 domain-containingtyrosine phosphatase 2 ; PP2A : protein phosphatase 2A ; PD-1 :programmed cell death-1 ; ITIM : immunoreceptor tyrosine-basedinhibitory motif ; ITSM : immunoreceptor tyrosine-based switch motif ;TCR : T-cell receptor ; BCR : B cell receptor ; EST : expressed sequence tags ;IFN : interféron ; RGM1 : repulsive guidance molecule 1 ; CEACAM4 : celladhesion molecule ; LCMV : lymphocytic choriomeningitis virus ; SIV/HIV :virus de l’immunodéficience simienne/humaine ; TFH : T follicular helper ;NK : natural killer ; NKT : natural killer T ; JAK/STAT : Janus kinases/signaltransducers and activators of transcription ; EGFR : epidermal growthfactor receptor ; LKB1 : liver kinase B1 ; PTEN : Phosphatase and TENsinhomolog ; DLBCL de type non-GC : non-germinal center type diffuse largeB-cell lymphoma ; HTLV1 : human T-lymphotropic virus type 1 ; EBV : virusd’Epstein-Barr ; HHV8 : herpès-virus humain type 8.

CTLA-4 and PD-1:from cloning totherapeutic antibodies

Daniel Olive1

Pierre Golstein2

1 Inserm U1068Institut Paoli-Calmettes27, boulevard Lei RoureCS 3005913273 Marseille Cedex 09France<[email protected]>2 Centre d’Immunologie Marseille-LuminyParc Scientifique & Technologique deLuminyCase 90613288 Marseille Cedex 09France<[email protected]>

Remerciements et autres mentions :

Liens d’intérêts : DO est cofondateurd’Imcheck Therapeutics.

Tirés à part : D. Olive

Innovations & Thérapeutiques en Oncologie l vol. 3 – n8 3-4, mai-août 2017 121 doi:10

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mailto:[email protected]

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CTLA-4Les originesLa molécule CTLA-4 a été identifiée dans le cadre d’unerecherche de molécules impliquées dans la fonction cyto-toxique. Une approche faisant le pari d’une corrélation,

même imparfaite, entre expression et fonction a été derechercher des gènes exprimés préférentiellement dansdes cellules T cytotoxiques. Une bibliothèque soustraited’ADN complémentaire (ADNc), dont la construction a étéentreprise à la fin de 1983, a finalement comporté8 300 clones (figure 1). Cette bibliothèque a d’abord été

Bibliothèque ordonnée d'ADNc soustrait(8 300 clones en puits de microplaques)

CTL B

ARNm

ssADNc

ARNm(× 20 excès)

HybridationÉlimination de l’ADNc hybridéHydrolyse de l’ARNm

ssADNc soustrait dsADNc

S1 nucléase

Extension par oligo (dC)

dC-dsADNc

Annelage avec pBR322Transformation

Criblage pour recombinants

Figure 1. Première étape vers CTLA-4 : construction d’une banque soustraite d’ADN complémentaire (ADNc).De l’ADNc simple brin préparé à partir d’ARN messager (ARNm) d’un clone de cellules T cytotoxiques (CTL pour cytotoxic T-cell)

(KB5 C20) a été à deux reprises hybridé à un excès d’ARNm extrait d’un lymphome B (M12-4-1) puis fractionné sur colonned’hydroxyapatite. L’ADNc simple brin résultant a ensuite été hybridé à de l’ARNm autologue de KB5 C20. La fraction double-brin

récupérée a ensuite été soumise à une hydrolyse de l’ARNm en condition alcaline. À cette étape, le facteur d’enrichissementcorrigé de l’ADNc simple brin récupéré était autour de 17. Après synthèse du deuxième brin, élongation par S1 nucléase et

extension par oligo dC, la construction dC-dsADNc a été annelée au vecteur pBR322 dG-traité, puis utilisée pour transformationdans Escherichia coli (C600). La bibliothèque obtenue comprenait autour de 8 300 clones recombinants, distribués en autant de

puits de microplaques. Cette figure et la suivante décrivent de façon simplifiée les données expérimentales [1-3, 41].

Figure 1. First stage of cloning CTLA-4 : construction of a complementary DNA (cDNA) subtraction library.Uisng single-stranded cDNA prepared from messenger RNA (mRNA) from a clone from cytotoxic T cells (CTL) (KB5 C20), twohybridisations were prepared with an excess mRNA extract from B lymphocytes (M12-4-1), which were then fractionated via a

hydroxyapatite column. The resulting single-stranded cDNA was then hybridised to autologous mRNA from KB5 C20. The double-stranded fraction was recovered and the mRNA was then subjected to alkaline hydrolysis. During this step, the corrected

enrichment factor for recovered single-stranded cDNA was roughly 17. After second-strand synthesis, with elongation by S1nuclease and extension by oligo dC, the dC-dscDNA was introduced to the dG-treated vector pBR322, and then transformed into

Escherichia coli (C600). The library obtained comprised approximately 8,300 recombinant clones, distributed into microplatewells. This figure and the following outlines the experimental results [1-3, 41].

D. Olive, P. Goldstein

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criblée par des sondes conventionnelles d’ADNc. Celaa conduit à l’identification des granzymes A et B(CTLA-1 et CTLA-3) [1] et de la prorégion inhibitricede cystéine protéase CTLA-2 [2] (figure 2). Cette mêmebibliothèque a ensuite été criblée par des sondes elles-

mêmes soustraites, conduisant en 1987 à la détection,parmi les 8 300 clones de cette librairie, d’un seulclone définissant CTLA-4 [3] (figure 2). Une approchesimilaire a conduit plus tard à l’identification deCTLA-8, maintenant appelée interleukine 17 (IL-17) [4].

CTLA-4

CTLA-3

CTLA-2

CTLA-1

8300

230

58

112

23

CTL-BCTL

CTL-B TM-B

B

++

+

+

-

-

-

+ +-

-

-

Autres

sondes

simples

non-CTL

CTL-TM

CTL-(Th+TM+B)

ConA blasts-(Th+TM+B)

Figure 2. Deuxième étape vers CTLA-4 : représentation simplifiée des criblages différentiels de la banque soustraite d’ADNcomplémentaire (ADNc).

Les criblages ont été faits par hybridation de sondes d’ADNc radiomarquées sur “dot blots” correspondant aux clones en puitsde microplaques. Les hybridations détectables sont indiquées par +, l’absence d’hybridation visible par –. Un premier criblage des

8 300 clones par des sondes d’ADNc de cellules T cytotoxiques (CTL pour cytotoxic T-cell) et B a abouti à la sélection de230 clones CTL+, B-. Ceux-ci ont été soumis à des criblages successifs par des sondes, en particulier CTL, Th, Tm, B, ConA blasts,aboutissant à la sélection de 58 clones positifs seulement avec des sondes issues de populations cytotoxiques. Après hybridation

croisée, ces clones ont abouti à la caractérisation de CTLA-1, CTLA-2 et CTLA-3. Dans un deuxième temps, les 8 300 clonesinitiaux ont été criblés de nouveau avec une sonde soustraite (CTL-B), détectant 112 clones qui n’avaient pas été positifs par

sonde CTL simple. Ces 112 clones ont été criblés par une série de sondes soustraites, aboutissant à 23 clones positifs seulementavec des sondes CTL soustraites par ARN messager (ARNm) de diverses populations cellulaires. Après déplétion de clones

appartenant aux familles CTLA-1/2/3 et tests de spécificité par Northern blots, un seul clone persistait, appelé CTLA-4. Sur leschéma, les nombres représentent le nombre de clones donnant le profil indiqué avec les sondes d’ADNc correspondantes

(CTL, clone KB5 C20 ; B, le lymphome B M12-4-1 ; Th, le thymome EL4 ; TM, thymocytes ; ConA blasts, cellules de rates de sourisactivées par concanavaline A).

Figure 2. Second stage of cloning CTLA-4 : simplified representation of differential screening using a complementary DNA(cDNA) subtraction library.

Screening was performed by hybridising cDNA radiolabelled probes using dot blots corresponding to clones in microplate wells.Detected hybridisation is indicated by (+) and absence of hybridisation by (-). A first screening of 8,300 clones using probe fromcytotoxic T cell (CTL) et B cDNA resulted in the selection of 230 CTL+, B- clones. These were subjected to successive screening byprobes from, in particular, CTL, Th, T, B, and ConA blasts, resulting in the selection of 58 positive clones, using probes only fromcytotoxic cell populations. After hybridisation, these clones led to the characterisation of CTLA-1, CTLA-2 and CTLA-3. Secondly,

the initial 8,300 clones were screened again using subtracted probe (CTL-B), leading to the detection of of 112 cloneswhich were negative for CTL probe. These 112 clones were screened using a series of subtracted probes, resulting in only 23

positive clones using the CTL probes subtracted by messenger RNA (mRNA) from diverse cell populations. Having accounted forthe clones belonging to CTLA-1/2/3 families and confirmed by northern blots, a single clone remained, called CTLA-4. In

the figure, the numbers represent the number of clones which correspond to the profile of the corresponding cDNA probes(CTL: clone KB5 C20 ; B: B lymphoma M12-4-1 ; Th: EL4 thymoma; TM: thymocytes; ConA blasts: mouse spleen cells activated by

concanavalin A).

CTLA-4 et PD-1 : des origines aux anticorps

Innovations & Thérapeutiques en Oncologie l vol. 3 – n8 3-4, mai-août 2017 123

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L’ensemble des molécules ainsi identifiées ont éténommées CTLA du fait de leur clonage et de leurcriblage à partir de cellules T cytotoxiques. Les étudesultérieures ont révélé que les CTLA correspondent àcette distribution, mais parfois la débordent de façonvariable. Seules molécules conformes à l’objectif initial,CTLA-1 et CTLA-3 (granzymes A et B) sont impliquéesdans la fonction cytotoxique.

* Structure de CTLA-4

CTLA-4 est un homologue de CD28, tous deux sontmembres de la famille des immunoglobulines (Ig) à unseul domaine V. Les protéines CTLA-4 et CD28 sont deshomodimères à une seule liaison interchaîne. Les gènescorrespondants sont localisés dans les mêmes régionschromosomiques chez la souris et l’homme, distantsd’environ 100 kb dans le génome humain. Ces résultatssuggèrent que les deux gènes sont les produits d’uneduplication pré-spéciation. L’expression de CTLA-4 etCD28 est semblable, principalement restreinte à lamembrane de lymphocytes, toutefois CTLA-4 estexprimé, après activation, par des lymphocytes T effec-teurs, et constitutivement exprimé par des lymphocytesT régulateurs (Treg), tandis que CD28 est égalementexprimé par des lymphocytes au repos. Contrairementà CD28, CTLA-4 est principalement retenu intracellulai-rement dans l’appareil de Golgi ou le comparti-ment post-Golgi et apparaît à la membrane aprèsactivation.

À noter

La séquence d’acides aminés du domaine cytoplas-miquede laprotéineCTLA-4 est complètement conser-vée entre homme, souris, rat et lapin, suggérantfortement que cette région a une fonction impor-tante. La queue cytoplasmique de CTLA-4 comprendun site de liaison (-Tyr-Val-Lys-Met-) pour lesdomaines SH2 de la sous-unité p85 de phosphatidy-linositol 3-kinase (PI3K), qui est généralement unélément des voies de transduction intracellulairesdu signal.

CD28 et CTLA-4 partagent les mêmes ligands de lafamille B7, plus précisément CD80 et CD86 ; CTLA-4 s’yassocie avec une avidité beaucoup plus élevée que ne lefait CD28. Une construction hybride soluble CTLA-4–Ig selie à forte avidité à CD80 et CD86 et a des effetsinhibiteurs remarquables sur des fonctions lymphocytai-res, à la fois in vitro et in vivo. Cela indique que lesmolécules liées par les ligands B7 sont impliquées dans cesstimulations lymphocytaires. Cependant, en raison del’implication possible dans ces interactions à la fois deCD28 et de CTLA-4, l’analyse du rôle individuel de CTLA-4a dû attendre la disponibilité de réactifs et/ou deprocédures plus spécifiques.

* Études initiales de la fonction de CTLA-4 paranticorps monoclonaux, souris knock-out et mutantshumains

À retenir

L’addition d’anticorps monoclonaux (AcMo) anti-CTLA-4 à des systèmes modèles in vitro d’activationdes lymphocytes T conduit généralement à uneaugmentation de la prolifération des lymphocytes T,or le mécanisme par lequel cela se produit estcontroversé.

De premières études suggéraient que CTLA-4 était unrécepteur de costimulation, analogue à CD28, mais plusfaible. Alternativement, les anticorps anti-CTLA-4 pour-raient bloquer des interactions CTLA-4–B7 inhibitrices,résultant en une augmentation de l’activation descellules T [5]. Cette interprétation a été renforcée parl’observation que des anticorps anti-CTLA-4 intacts ouréduits à des fragments Fab ont des effets similaires, bienque des fragments Fab soient probablement incapablesde signalisation. Des effets similaires d’anti-CTLA-4 ontégalement été observés dans un modèle in vivo d’expan-sion des lymphocytes T [6].

Il a fallu attendre 1995 pour que deux études décrivant dessouris à gène CTLA-4 invalidé mettent en évidence lafonction inhibitrice de CTLA-4 [7, 8]. Dans ces études, dessouris hétérozygotes (+/–) semblaient en bonne santé, maisdes souris homozygotes pour la mutation CTLA-4 null (–/–)montraient de graves troubles lymphoprolifératifs et unelétalité précoce (dans les 3 à 4 semaines après la naissance).Ces souris présentaient une accumulation de lymphoblas-tes T dans leurs organes lymphoïdes périphériques et uneaugmentation de leur taux d’immunoglobuline sériqueallant jusqu’à un facteur 100 pour certains isotypes. Cessouris souffraient d’infiltration lymphocytaire massive deplusieurs organes internes dont le cœur et le pancréas. Defaçon intéressante, cephénotypechez la souris est voisindecelui de mutants de CTLA-4 chez l’homme [9, 10].

Au total

Tant les souris à gène CTLA-4 invalidé que des mutantsde CTLA-4 chez l’homme, demême que les études avecdes AcMo, suggéraient donc un rôle inhibiteur pourCTLA-4.

Compréhension actuelle de la fonctionde CTLA-4 et des effets des anticorpsmonoclonaux anti-CTLA-4Cette compréhension reste cependant incomplète. Plu-sieurs mécanismes sont encore évoqués pour rendrecompte de l’effet inhibiteur de CTLA-4 (et par voie de



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conséquence de l’effet activateur d’anticorps anti-CTLA-4). Le cœur de cet effet est l’inhibition du signald’amplification des réponses immunes à travers CD28.En effet, les fonctions de CD28 sont de réguler etd’amplifier les réponses immunes médiées par le récep-teur des cellules T. Cette action repose sur sa capacité àêtre stimulée par l’interaction avec ses ligands CD80 etCD86 exprimés par les cellules présentant l’antigène (CPA)activées [11]. CTLA-4 s’exprime après activation deslymphocytes et peut alors empêcher cette fonction decostimulation par compétition pour la fixation de CD80 etCD86 pour lesquelles son affinité est supérieure à celle deCD28 [12]. D’autres mécanismes sont proposés, tels lessignaux négatifs apportés par CTLA-4 aux lymphocytes T àtravers l’activation de SHP2 et PP2A, la transendocytosedes ligands ou des signaux médiés à travers CD80 et CD86aux CPA. Les anticorps anti-CTLA-4 peuvent aussi entraî-ner une déplétion de cellules suppressives à dérivationmyéloïde. Ces mécanismes ne s’excluent pas mutuelle-ment, et il peut y en avoir d’autres.

* Anticorps monoclonaux anti-CTLA-4 et immunitéantitumorale

Une première étude a examiné les effets d’AcMo anti-CTLA-4 sur l’immunité antitumorale [13]. L’administrationd’anticorps anti-CTLA-4 à des animaux portant unetumeur a conduit à la régression de la tumeur et à uneimmunité lors de sa réadministration. Ces effets étaientobservés même lorsque les animaux traités avec desanticorps anti-CTLA-4 portaient des tumeurs établies.Comme avec les études antérieures des effets d’AcMoanti-CTLA-4, cet effet aurait pu résulter de la stimulationdirecte de lymphocytes T spécifiques d’antigènes tumo-raux ou du blocage d’effets négatifs de CTLA-4 surl’activation des lymphocytes T. Quel qu’en soit le méca-nisme, cette étude établissait clairement l’intérêt d’AcMoanti-CTLA-4 pour la stimulation d’une immunité anti-tumorale. Chez l’homme, des AcMo anti-CTLA-4 (ipilimu-mab, Yervoy1) ont ainsi été utilisés avec succès enthérapeutique antitumorale. Ce point essentiel seradéveloppé dans d’autres articles de ce numéro.

* CTLA-4–Fc contre maladies auto-immunes et rejetde greffe

Symétriquement à l’activation des cellules T par desanticorps anti-CTLA-4, il était concevable que desmolécules CTLA-4 « solubles », en fait des constructionsCTLA-4–Fc, pourraient se lier à haute affinité auxrécepteurs B7, ce qui bloquerait la voie CD28 de costi-mulation et ainsi préviendrait l’activation des cellules T.CTLA-4–Fc, sous le nom d’abatacept (Orencia1) s’est avéréeffectivement efficace dans le traitement de maladiesauto-immunes tel le rhumatisme articulaire aigu (revuedans [14]). De façon probablement similaire, une cons-truction de CTLA-4–Fc très voisine de la précédente(belatacept, Nulogix1) a montré son efficacité dans laprévention de rejet de greffe, en particulier rénale (revuedans [15]).

PD-1Découverte et premières étapes

Le gène PDCD1 code la protéine PD-1 (ou CD279) quipossède, de même que CTLA-4, un domaine de type IgVappartenant à la superfamille des immunoglobulines. Lenom de la protéine découle de la stratégie d’identifica-tion d’Ishida et al. [16] par hybridations soustractives àpartir d’hybridomes T murins et de cellules hématopoïé-tiques mourant par apoptose. L’expression de ce gènes’est révélée commune aux deux types cellulaires. Sonexpression a été étendue aux thymocytes puis auxprécurseurs B. Dès cette publication, deux séquencesintracytoplasmiques de type ITIM et ITSM ont étéidentifiées, qui servent de base moléculaire à l’ensembledes fonctions inhibitrices des réponses immunes discutéesci-dessous. Cependant, bien que l’expression de PDCD1 aitété initialement associée au processus apoptotique,l’équipe de Honjo n’excluait pas une simple corrélationd’expression sans rôle formel dans le processus apopto-tique. L’obtention du premier AcMo J43 a permisd’affiner la distribution tissulaire de PD-1, qui apparaîtdès lors comme une molécule de surface des lymphocytesT, thymocytes et lymphocytes B après activation induitepar le récepteur des cellules T (TCR) ou celui des cellules B(BCR) [17]. À la différence de CTLA-4, PD-1 était exprimépar les cellules lymphoïdes et myéloïdes. Les premièresdonnées fonctionnelles furent obtenues par Nishimuraet al. à travers la génération de souris PDCD1–/–. Lesanomalies observées consistaient en une splénomégalieassociée à une augmentation des populations lymphoïdesetmyéloïdes. Les fonctions de prolifération lymphocytaireT étaient intactes alors qu’une augmentation de laprolifération B ainsi que des anomalies de commutationisotypique étaient observées. Ces données ont fait entrerPD-1 dans l’identification de sa fonction inhibitrice. Lerôle princeps de PD-1 dans les mécanismes de tolérancepériphérique fut identifié dès 1999 par Nishimura et al.[18-20] qui montrèrent que les souris PDCD1–/– dévelop-paient des maladies auto-immunes sous la forme deglomérulonéphrites de type lupique, arthrites et cardio-myopathies. Ces résultats apportaient pour la premièrefois la démonstration de la perte de tolérance T associée àces maladies auto-immunes. Les lymphocytes étaientdotés de prolifération exacerbée, d’un phénotypemémoire et de la propension à infiltrer les tissus encréant des lésions de type réaction chronique du greffoncontre l’hôte. Dès lors l’hypothèse d’une moléculeinhibitrice des lymphocytes T reconnaissant des ligandspotentiels sur les CPA était proposée.

Les ligands de PD-1

Deux ligands principaux ont été étudiés, PD-L1 et PD-L2(figure 3).



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Le premier ligand PD-L1 (CD274) a été identifié en 1999chez la souris (B7H1) puis chez l’homme en 2000 parFreeman et al. [21]. Cet article confirma l’hypothèse deNishimura en identifiant PD-L1 à la surface des CPA.

PD-L1 appartient aussi à la superfamille des immuno-globulines. Il est doté de deux domaines conservés IgVet IgC comme CD80 et CD86. L’hypothèse de travailreposait sur une identité de séquence de 23 % entre PD-1

DC, macrophages, MDSCCellules stromales

Cellules endothélialesCancers

CMH-peptide

TCR

PD-L2PD-L1

64 KDa 64 KDa

55 KDa

PD-1

LT, LB, cellules myéloïdes activées

CD80

C

V V

V

C

Monocytes,macrophages, DC

DC : cellules dentritiques ; MDSC : myeloid derived suppressor cells ; CMH : complexe majeur d’histocompatibilité ;TCR : T-cell receptor ; V et C : domaines d’immunoglobulines V et C.

Figure 3. Représentation schématique de cellules exprimant PD-1 et ses ligands.PD-1 est exprimé sur les lymphocytes T (LT), les lymphocytes B (LB) et les cellules myéloïdes activées. Les ligands PD-L1 et PD-L2sont exprimés respectivement, pour PD-L1 sur les cellules présentatrices d’antigène (CPA), cellules endothéliales, fibroblastes et

cancers, et pour PD-L2 sur les CPA.

Figure 3. Schematic representation of cells expressing PD-1 and its ligands.PD-1 is expressed in T lymphocytes, B lymphocytes, and activated myeloid cells. The ligand PD-L1 is expressed on antigen-

presenting cells, endothelial cells, fibroblasts, and cancer cells, and PD-L2 is expressed on antigen-presenting cells.



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et CTLA-4 et leur rôle immunorégulateur. Des séquencesidentiques à CD80 et CD86 ont été retrouvées dans lesbanques d’EST. Le gène PD-L1 candidat a été testé poursa capacité à interagir avec une protéine recombinantechimérique exprimant le domaine extracellulaire dePD-1 et la partie Fc d’une Ig humaine. Le gène s’estrévélé coder une protéine transmembranaire de type 1possédant 21 % d’identité avec CD80. Son expressionétait retrouvée sur les CPA de type monocytes, B etcellules dendritiques mais après induction par descytokines inflammatoires (IFN-g) et des lipopolysaccha-rides. L’interaction entre PDL-L1 et PD-1 inhibait laprolifération des lymphocytes T médiée par le TCR. Deuxinformations relatives à la fonction potentielle de PD-1étaient déjà apportées par cette publication : l’interac-tion PD-1–PD-L1 inhibe la prolifération T mais unique-ment pour des niveaux d’activation du TCR sub-optimaux et pour des niveaux de costimulation apportéspar des anti-CD28 faibles. Cette idée sera suivie pard’autres travaux qui indiquent un rôle de PD-1 commemolécule immunorégulatrice contrôlant la réactivité duTCR dans les conditions physiologiques et pathologiquespar régulation de son seuil de réponse. Au-delà des CPA,l’expression du transcrit de PD-L1 était trouvée dansles tissus non lymphoïdes, en particulier cœur, foie,poumon, muscle ainsi que dans des lignées tumorales.Cette publication anticipait deux axes qui serontdéveloppés ci-dessous : son rôle dans la tolérancepériphérique et le contrôle de l’homéostasie tissulaireet les mécanismes d’échappement des cancers auxcellules immunes.

Le deuxième ligand PD-L2 présente 38 % d’identité avecPD-L1. Les deux gènes sont localisés sur le chromosome9p24.1 [22]. De même que PD-L1, PD-L2 s’exprime dans lesCPA, où il est régulé par les cytokines inflammatoires maisaussi dans les tissus normaux. À la différence de PD-L1, sonexpression de surface est faible dans ces tissus évoquantun contrôle post-transcriptionnel important. De façonsynthétique, PD-L1 est retrouvé sur les tissus périphéri-ques et les CPA tandis que PD-L2 est essentiellementretrouvé à la surface des CPA et de leur contrepartiepathologique, les lymphomes. Le rôle inhibiteur de PD-L2est équivalent à celui de PD-L1, en effet l’interaction PD-L2–PD-1 inhibe les fonctions immunes induites par lastimulation du TCR.

De façon intéressante, au-delà des identités entre PD-L1et CD80, une interaction physique a été identifiée entrePD-L1 et B7.1 par Butte et al. [23, 24], d’une affinité de1,4 mM. PD-L1 et CD80 interagissent et deux types dedomaines de PD-L1 interagissant avec PD-1 et CD80ou PD-1 ou CD80 sont identifiables par l’utilisationd’AcMo anti-PD-L1. PD-L2 possède au moins deuxrécepteurs supplémentaires : RGM1, retrouvée sur lesmacrophages et inhibitrice et CEACAM4, portée par leslymphocytes T. Cette dernière co-active les lymphocytesT. Pour conclure, ce système complexe relie les voiesCD28–CTLA-4 et PD-1 par l’intermédiaire de CD80(figure 4).

PD-1, PDL-L1, PD-L2 et cancer

Point clé

Le rôle de PD-1 dans les mécanismes de tolérancepériphérique en a fait un candidat important pourparticiper au contrôle des cancers. Dès 2002, lesacteurs contrôlant la voie PD-1 et, de ce fait, laréponse antitumorale étaient connus. Iwai et al.[25, 26] ont révélé l’importance de l’expression dePD-1 pour contrôler l’évolution des métastases demélanomes et cancers du côlon ainsi que les tumeurshématopoïétiques chez la souris. Ils apportaientainsi la démonstration que la transfection detumeurs par PD-L1 était associée à un contrôledéficient des réponses antitumorales, restauré parl’utilisation d’AcMo anti-PD-L1. Dong et al. ontobservé l’expression de PD-L1 dans de nombreuxcancers. Leurs travaux montraient aussi un rôle dePD-L1 pour induire l’apoptose des cellules T anti-tumorales qui n’a pas été retrouvé dans les étudesultérieures [27].

* PD-1 et maladies infectieuses

Dès 2003, Iwai et al. [28] ont mis en évidence le rôle del’expression de PD-1 dans l’inhibition des lymphocytes Tantiviraux pour contrôler l’hépatite à adénovirus. Lesmodèles murins d’infections virales chroniques ont permisde proposer un rôle complémentaire de PD-1 et d’autresmolécules dites « associées à l’épuisement immun » dansles fonctions immunes antivirales, en particulier chroni-ques, et leur capacité à être réactivées par l’utilisationd’anticorps antagonistes [29, 30]. Le modèle princepschez la souris était l’infection par LCMV, mais cespopulations T CD8 dysfonctionnelles ont été retrouvéesdans les infections virales chroniques chez l’homme etl’infection par SIV chez le singe. À côté des T CD8, PD-1 estretrouvé sur une population de lymphocytes T CD4présents dans les organes lymphoïdes secondaires, les Tauxiliaires folliculaires (TFH). Ces cellules régulent ladifférenciation et la production d’Ig. Ces cellulessont dérégulées dans les infections, en particulier parVIH, et PD-1 est une molécule clé contrôlant leursfonctions [31].

* Régulation de l’expression des ligands de PD-1

L’expression des ligands de PD-1 est ciblée par aumoins sixmécanismes :

� l’expression de PD-L1 est induite par l’inflamma-tion, et en particulier les IFN de type / mais aussi, doncà la fois dans l’immunité innée, via des CPA etcellules NK, NKT et T, et dans l’immunité adaptativepar les lymphocytes T effecteurs recrutés dans lestissus ;� une dérégulation de la pharmacologie cellulaire estassociée aux cancers, riche de voies qui vont



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CMH

IgC-like domain

IgV-like domain

Tyr-X-X-Met

ITIM

Co-inhibition

Costimulation

ITSM

B7-2 B7-1PD-L1

PD-L1

CTLA-4

↑IL-2

BCL-XL

mTOR

CD28TCR

PD-L2

PD-1

Arrêt cyclecellulaire

Arrêt cyclecellulaire

Cellule TCroissance cellulaire

CMH : complexe majeur d’histocompatibilité ; IL : interleukine ; mTOR : mammalian target of rapamycin.

Figure 4. Expression et fonctions de CTLA-4 et PD-1 et leurs ligands sur les cellules lymphocytaires T.Les fonctions sont figurées en vert pour l’activation induite par le récepteur des cellules T (TCR) et CD28 et en rouge

pour l’inhibition par CTLA-4 et PD-1. Les ligands de CTLA-4 et PD-1 sont indiqués sur les cellules présentatricesd’antigène (CPA) ou sur les cellules tumorales.

Figure 4. Expression of CTLA-4 and PD-1 and their ligands and effect on lymphocytic T cells.Induced activation by T cell receptor (TCR) and CD28 is presented in green, and inhibition by CTLA-4 and PD-1 is presented in

red. The ligands of CTLA-4 and PD-1 are indicated on antigen-presenting cells or on tumoural cells.



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augmenter l’expression de PD-L1 telles que JAK/STAT,EGFR ou l’inactivation des gènes LKB1 et PTEN ;� l’amplification des gènes PDL1 et PDL2 dans larégion chromosomique 9.24.1 est retrouvée dans leslymphomes, en particulier hodgkiniens [32] mais aussidiffus à grandes cellules (DLBCL de type non-GC) [33],et dans certains cancers du sein et gastriques ;� les modifications génétiques associées à la délétionde la partie 3’ non traduite de l’ARNmessager de PD-1sontassociéesà l’augmentationdesonexpressiondansles leucémies HTLV1+ [34] ;� il y a augmentation de leur expression sousl’influence de l’infection virale (EBV, HHV8) etrétrovirale [35, 36] ;� les chimiothérapies de type cisplatine/carboplatine,paclitaxel et 5-fluoro-uracile (5-FU) augmententl’expression de PD-L1, au moins dans le cadre delignées cancéreuses.

* Expression des ligands de PD-1 et pronosticen cancérologie

Ces données ont incité à vérifier si l’expression de PD-L1par les tumeurs était associée au pronostic chez lespatients atteints de cancer. Des études ont consisté àanalyser l’expression des transcrits de PD-L1 ainsique l’expression au niveau protéique détectée parimmuno-histochimie (IHC). Cette dernière stratégie aété plus difficile à établir du fait de l’absence d’excellentsAcMo anti-PD-L1 utilisables en IHC [37]. Cette limitationreste très présentemalgré les essais d’études de consensusréalisés au cours des deux dernières années. Dansl’ensemble, l’expression de PD-L1 est associée à unpronostic défavorable, en particulier dans les cancers durein, mélanomes et cancers gynécologiques tel le cancerde l’ovaire [38, 39]. Cependant, ces résultats sont difficilesà systématiser du fait des seuils d’expression à valider ainsique des populations exprimant PD-L1 dans le micro-environnement tumoral : tumeur, cellules T, macropha-ges, endothélium, fibroblastes.

Résistance aux anti-PD-1

Les tumeurs résistantes aux anti-PD-1 peuvent êtrecaractérisées par des profils de transition épithélio-mésenchymateuse, avec immunosuppression (IL-10),angiogenèse et chimiokines associées au recrutementdesmonocytes etmacrophages.Unautremécanismederésistance correspond aux altérations des voies impli-quées dans l’expressionde PD-L1, telles que JAK1/2 [40].

ConclusionsCes aventures croisées débouchent actuellement, d’unepart, sur des thérapies combinant les anticorps anti-CTLA-4 et anti-PD-1 et, d’autre part, sur la recherche et desessais cliniques d’anticorps contre d’autres molécules decontrôle immunologique. Les résultats décrits ici nous

permettent d’anticiper d’autres résultats fondamentauxet cliniques, continuant à faire bénéficier les patientsde façon parfois spectaculaire de telles modulationsdélibérées de l’immunorégulation.

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CTLA-4 et PD-1 : des origines - Semantic Scholar · 2018. 12. 2. · CTLA-4 et PD-1 : des origines...

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