HUMANISATION D’ANTICORPS MONOCLONAUX

Comment humaniser les anticorps monoclonaux murins : méthodes actuelles et limites

Les anticorps monoclonaux murins furent les premiers produits in vitro. Toutefois, leur évaluation clinique a révélé très tôt des effets indésirables – une réponse allergique modérée nommée « réponse HAMA » (anti-murine). Cette découverte a poussé au développement de techniques d’humanisation désormais essentielles pour le développement d’anticorps thérapeutiques d’origine non humaine.

Les anticorps humanisés sont-ils toujours pertinents ?

En février 2020, 82 anticorps thérapeutiques étaient autorisés (FDA ou EMA) aux USA ou dans l’UE. Parmi eux, 39 sont des immunoglobulines humanisées issues de la souris ou du lapin. Cela reflète les avancées récentes du service d’humanisation d’anticorps monoclonaux. De plus, cela prouve que les anticorps humanisés restent aussi efficaces que les anticorps entièrement humains pour l’approbation clinique.
Au fil des années, différents procédés d’humanisation ont été développés. Beaucoup s’appliquent aux anticorps quel que soit l’hôte d’origine, si bien que les méthodes d’humanisation sont appelées à s’élargir à d’autres espèces (lapin, camelidés…).

Principes de l’humanisation d’anticorps monoclonaux

Les immunoglobulines comprennent quatre chaînes – deux lourdes (H) et deux légères (L), identiques entre elles. Chaque chaîne contient un domaine variable (V) et un domaine constant (C), responsables respectivement de l’interaction avec l’antigène ou d’éléments clés du système immunitaire. Dans chaque domaine V (VL et VH), trois boucles CDR (complementarity-determining regions) ou régions hypervariables forment les sites de contact avec l’antigène.
Ainsi, les CDR et régions adjacentes contiennent l’information essentielle à la spécificité antigénique. Ce fait a permis de développer la méthode la plus populaire d’humanisation – le CDR-grafting – qui transplante ces régions dans la charpente d’un anticorps humain, réduisant le risque d’immunogénicité.
La plupart des stratégies débutent par la création d’un anticorps chimérique IgG comportant le domaine V de la molécule xénogénique et le C d’une IgG humaine classique. Après obtention d’une molécule chimérique stable, les efforts d’humanisation se concentrent sur la région variable.

Principes de l’humanisation d’anticorps monoclonaux

CDR-GRAFTING PAR HOMOLOGIE DE RÉGION CHARPENTE (FWR)

Jusqu’à aujourd’hui, le CDR-grafting demeure la méthode privilégiée pour le service d’humanisation d’anticorps monoclonaux. Cette technique requiert un « donneur » contenant les CDR et un « accepteur » humain qui servira de charpente à la molécule hybride. La clé est le choix du « bon accepteur ».

En général, on sélectionne les charpentes humaines ayant la plus grande homologie avec la région correspondante de l’anticorps xénogénique.

Pourtant, les premiers essais de CDR-grafting sur anticorps murins ont mené à une perte marquée d’affinité/spécificité, due à l’annotation approximative des régions CDR, au choix d’une mauvaise charpente humaine ou à une identification erronée des régions homologues entre « donneur » et « accepteur ».

Très vite, il s’est avéré que greffer uniquement les CDR était insuffisant, car des résidus contigus pouvaient aussi influencer le site de liaison à l’antigène. Ces régions clés, situées près des boucles CDR, sont dites « zones Vernier ». Elles influent sur la stabilité et la structure des CDR, donc sur l’affinité et la spécificité. Les protocoles récents de CDR-grafting incluent donc également ces régions complémentaires.

CDR-GRAFTING PAR HOMOLOGIE DE CDR

D’autres chercheurs adoptent une logique opposée pour apparier « accepteur » et « donneur ». Plutôt que de s’appuyer sur l’homologie des régions charpentes FWR, ils recherchent l’appariement entre CDR. Pourquoi ? À cause de l’impact des résidus adjacents sur la structure des anticorps.

Contrairement à la méthode classique, l’humanisation par homologie de CDR ne conserve pas les résidus de la zone Vernier, mais cherche un anticorps IgG humain existant à l’organisation structurelle similaire. On observe ainsi le maintien d’une meilleure affinité comparée à la méthode fondée sur l’homologie FWR.

Ces résultats laissent penser que cette alternative est prometteuse pour le service d’humanisation d’anticorps monoclonaux. Pourtant, cette approche n’est pas aussi adoptée que la précédente pour le développement thérapeutique, possiblement car elle a émergé plus tardivement.

SDR-GRAFTING

Des anticorps issus du CDR-grafting peuvent encore provoquer une réponse immunitaire. Pour limiter celle-ci, les régions greffées peuvent être restreintes aux SDR (specificity-determining residues).

Les SDR représentent les résidus les plus impliqués dans l’interaction avec l’antigène au sein des CDR. En ne transférant que ces résidus, au lieu de l’ensemble des CDR, on vise à réduire la réponse anti-idiotypique (anti-Id). Plusieurs études sur les anticorps murins montrent un maintien de l’affinité et une immunogénicité réduite.

Le SDR-grafting suit les mêmes principes que le CDR-grafting par homologie FWR en matière de choix de charpentes humaines et d’annotation CDR correcte. Cependant, peu d’études existent récemment, ce qui suggère que cette technique reste marginale.

APPROCHE DE RESURFACING

La « resurfacing » des domaines variables a émergé dans les années 1990. Contrairement au CDR ou SDR-grafting, cette méthode adopte une approche globale.

Au lieu de cibler des régions particulières, le resurfacing identifie les résidus de surface susceptibles d’induire une réponse immunitaire, et les remplace par ceux prédominant chez l’être humain au même emplacement. Il s’agit donc de substituer les résidus problématiques des régions charpentes xénogéniques par des résidus communs aux anticorps humains.

Plusieurs études montrent que les anticorps humanisés par resurfacing présentent une meilleure durée de vie, une immunogénicité réduite et une activité in vitro comparable. Mais peu d’anticorps ont suivi cette voie : davantage de données sont nécessaires pour en confirmer le potentiel.

Humanisation basée sur les lignées germinales

Parmi toutes les méthodes actuelles, l’humanisation basée sur les lignées germinales est la plus innovante – mais controversée. L’idée est que les charpentes humaines germinales sont mieux tolérées par le système immunitaire que celles issues d’anticorps IgG arrivés à maturité. Contrairement aux séquences germinales (avant maturation d’affinité), les charpentes IgG subissent de nombreuses hypermutations somatiques lors de la maturation d’affinité. Même les molécules IgG entièrement humaines peuvent déclencher une réaction immunitaire : la réponse « HAHA » (human anti-human antibody).

Certaines études rapportent la conservation de l’efficacité thérapeutique malgré cette stratégie, d’autres non. Des recherches complémentaires sont donc nécessaires pour en comprendre le vrai potentiel.