Distribution et régulation de l’expression des moléculesHLA II

Les molécules de CMH se différencient à plusieurs niveaux : distribution histologique, structure fine et mode de liaison des peptides [Madden, 1995]. Bien que cette partie soit consacrée à la description des seules molécules de classe II, nous présenterons cependant rapidement les molécules de classe I.
Les molécules de HLA I (A, B, C) ont une distribution tissulaire et cellulaire quasi-ubiquitaire puisqu’elles sont exprimées à la surface de presque toutes les cellules nucléées de l’organisme (sauf sur le système nerveux central, le pancréas endocrine et les trophoblastes villeux du placenta).
Les molécules HLA de classe II sont exprimées de façon constitutive, principalement à la membrane d’APCs comme les lymphocytes B et des cellules professionnelles présentatrices telles que les macrophages, les cellules dendritiques intersticielles, les cellules de Langerhans de la peau. Elles sont également présentes à la surface des lymphocytes T activés et des précurseurs érythrocytaires, granulocytaires et monocytaires. Pour les lymphocytes B et T, l’expression du HLA II dépend respectivement de leur état de différenciation et de leur état d’activation. En effet, seules les cellules B matures expriment les molécules de HLA II à la différence des cellules immatures et des plasmocytes, alors que les lymphocytes T doivent être activés pour exprimer ces molécules à leur surface. Dans le thymus, les molécules HLA II sont exprimées sur les cellules épithéliales du cortex et de la médulla ainsi que sur les cellules dendritiques d’origine hématopoïétique. Enfin, certains tissus non lymphoïdes, comme les endothéliums capillaires, de nombreux épithéliums (langue, duodénum, épididyme, sein, trachée, etc.), les glomérules rénaux et la dure-mère, expriment également les produits de classe II. Il semblerait que cette expression soit constitutive [Colombani, 1993].
Les cellules humaines homozygotes pour chaque locus HLA II expriment trois ou quatre molécules HLA II suivant leur haplotype DR : une ou deux molécules DR, une molécule DQ et une molécule DP. Une évaluation très approximative de la part de chaque population de molécules dans l’ensemble des molécules de classe II exprimées sur une cellule B en culture est : 1ère DR = 55%, 2ème DR = 15%, DQ = 15% et DP = 15% [Colombani, 1993].
De nombreux facteurs régulent l’induction ou l’augmentation de l’expression des molécules du CMH de classe II. L’IFN-γ est une cytokine qui induit leur expression sur un grand nombre de cellules. L’IL-4 et l’IL-13 sont également capables d’augmenter leur expression sur certaines cellules. Lors du processus de maturation des cellules dendritiques sous l’action du CD40L, du LPS et/ou du TNF-α les molécules HLAII voient leur expression augmentée. A l’inverse, il existe des facteurs qui régulent négativement l’expression des molécules de classe II : l’IFN-β , le TGF-β et l’IL-10.

Interaction peptide-molécule HLA II

Structure des molécules HLA II

Les molécules de CMH sont des glycoprotéines transmembranaires. Celles de classe I sont des dimères composés d’une chaîne lourde avec trois domaines extracellulaires (notés α1 , α2 , α3 ) et d’une soluble β 2m). Les protéines de classe II forment de façon non covalente un hétérodimère de chaînes α et β pour DP et DQ, et un ou deux hétérodimères pour DR. Chaque chaîne est composée de deux domaines extracellulaires (notés α1 /α2 et β 1 /β 2 ), d’un domaine transmembranaire et d’une courte queue cytoplasmique (12-18 acides aminés [Mcdevitt, 1995](Fig.1.5 1.6). Les domaines proximaux de membrane (α2 et β 2 ) contiennent chacun un pont disulfure interne et sont structurellement semblables aux domaines constants d’immunoglobuline [Kappcs and Strominger, 1988]. Les domaines distaux de membrane (α1 and β 1 ) s’associent pour former la structure qui constitue le site de fixation peptidique. Cette structure ressemble étroitement à celle des molécules de la classe I, qui dans le dernier cas est produite par les deux domaines N-terminal (α1 /α2 ) [Bjorkman et al., 1987, Fremont et al., 1992].
La structure du site de fixation peptidique de HLA II avait été initialement prédite à partir des similitudes de séquence et de l’emplacement des résidus conservés et polymorphes entre les domaines α1 et α2 de la classe I et α1 and β 1 de la classe II(19). L’organisation générale de la structure prédite a été confirmée par l’analyse cristallographique aux rayons X [Brown et al., 1993]. La structure comporte huit feuillet-β anti-parallèles sur lesquels reposent deux hélices-α anti-parallèles. Le sillon situé entre les hélices α constitue le site de fixation des peptides. Quatre des huit brins au feuillets-β et une hélice-α sont dérivés de chaque sous-unité.

Le polymorphisme de HLA II contrôle les motifs de liaison

Le polymorphisme important de HLA II se traduit au niveau fonctionnel par des molécules ayant chacune leurs propres propriétés de liaison (motif de liaison). En effet, le polymorphisme allélique se retrouve concentré dans les régions de la protéine qui correspondent au sillon de liaison des peptides. Des différences de spécificité de liaison sont observées aussi bien entre séries, en particulier DR et DQ, [Raddrizzani et al., 1997], qu’entre molécules d’une même série. Les molécules de la série DRB1 (1ères molécules DR) dont les spécificités sont les mieux décrites illustreront ce paragraphe.
Nous ne parlerons pas ici des motifs de liaison des molécules HLA-DQ et la question des molécules HLA-DP sera abordée plus loin.

Résidus polymorphes et spécificités des molécules HLA-DR

Les acides aminés polymorphes sont principalement localisés sur les deux premiers brins β du feuillet β 1 et sur la première moitié de l’hélice α de ce même domaine. 18 résidus polymorphes participent directement à l’architecture des poches du sillon qui accommodent les chaînes latérales du peptide ligand (Tab. 1.4). Ainsi, ces résidus polymorphes déterminent les caractéristiques physico-chimiques de ces poches et donc les spécificités de liaison des molécules de CMH II. Certains de ces résidus ont à eux seuls un effet drastique sur la spécificité de liaison. Il est ainsi couramment admis que la taille de la poche P1 est sous le contrôle du résidu β 86 où il est observé un dimorphisme glycine/valine [Newton-Nash and Eckels, 1993, Marshall et al., 1994, Davenport et al., 1995]. Lorsqu’il y a une glycine à cette position, la poche accepte des gros résidus aromatiques (tyrosine et tryptophane), ce qui n’est pas le cas lorsqu’il y a une valine. Au niveau de la poche P4, la liaison d’un résidu chargé négativement est favorisée par la présence d’un résidu β 74 avec une charge positive [Ghosh et al., 1995]. Le résidu β 11 contrôle lui la taille et la polarité de la poche P6 [Hammer et al., 1993]. Cependant, c’est principalement une combinaison de résidus polymorphes qui contrôle la spécificité de liaison de chaque poche. Ainsi, pour chaque poche d’une molécule de CMH II donnée, des acides aminés pouvant s’y accommoder ou étant strictement incompatibles, définissent des motifs de liaison qui caractérisent sa spécificité de liaison.

Compartiments cellulaires impliqués dans l’association des molécules de classe II au peptide antigénique

Les molécules de classe II associées à la chaîne invariante sont transportées depuis le réticulum endoplasmique, à travers le réseau golgien, vers la voie endocytique. Cependant, il n’y a pas, à l’heure actuelle, de consensus sur la distribution et le trafic des complexes classe II-chaîne invariante parmi les différents compartiments de la voie endocytique, que constituent schématiquement les endosomes précoces, les endosomes tardifs et les lysosomes [Castellino et al., 1997]. La liaison de peptides aux molécules de classe II a t-elle lieu dans un compartiment unique, ou au contraire dans les différentes vésicules constituant la voie endocytique ?
La notion d’un compartiment endocytique spécialisé dans l’accumulation des molécules de classe II et où aurait lieu leur rencontre avec les peptides antigéniques a été initialement suggérée par une étude morphologique et immunocytochimique d’une lignée Iymphoblastoïde B humaine. Les molécules de classe II ont été révélées dans un compartiment prélysosomal en absence de chaîne invariante, mais elles n’ont pas été détectées dans les endosomes précoces, suggérant un transport direct des molécules de classe II vers cette vésicule. Par ailleurs, les molécules de classe II ont été localisées dans les lysosomes et les phagolysosomes de macrophages ayant capté des bactéries Listeria monocytogenes par phagocytose. Les complexes peptide-classe II ont également été retrouvés au niveau de prélysosomes dans les macrophages.

Les molécules HLA-DP

Compte tenu de la place privilégiée que tient la molécule HLA-DP4 dans mes travaux, j’ai détaillé dans cette partie les caractéristiques des molécules HLA-DP. En 1980, Shaws et al publient la découverte de cinq nouveaux antigènes d’histocompatibilité codés par la région HLA-D et exprimés à la surface de cellules lymphocytaires B : ils les désignent par le nom SB pour secondary B cells (SB) antigens [Shaw and Johnson, 1980]. Entre 1980 et 1984, de nombreux résultats viennent se greffer à la découverte des molécules SB. Il en ressort que ces dernières correspondent à une nouvelle série allélique de la région HLA-D. Il a été difficile de se produire les réactifs sérologiques spécifiques pour les molécules SB et ces molécules semblent également produire une faible réponse dans la réaction mixte lymphocytaire (MLR) [Termijtelen et al., 1984]. En conséquence, les deux méthodes instrumentales dans la caractérisation initiale du polymorphisme dans les régions DR et le DQ se sont révélées peu efficaces pour caractériser les molécules SB. Par contre, ces molécules stimulent une réponse secondaire forte dans les tests dits de primed lymphocytes T spécifiques [Mawas et al., 1980, Shaw and Johnson, 1980], et en conséquence cette méthode, connue sous le nom de PLT (primed lymphocyte test), est devenue la méthode standard de typage de SB. C’est lors du 9ème atelier international d’histocompatibilité dirigé par E. Albert et W. Mayr en 1984 qu’une vue synthétique de l’ensemble des gènes du CMH et de leurs produits a pu émerger. On connaît dès lors la séquence en acides aminés de la chaîne lourde des antigènes de classe I (HLA-A, B, C) et des chaînes lourdes et légères des antigènes de classe II (DR, DQ, DP). La nouvelle nomenclature WHO renomme les molécules SB : elles portent depuis le nom de DP.

Fonction de HLA-DP

HLA-DP et la transplantation

La transplantation de moelle osseuse d’un frère ou d’une soeur génotypiquement identique a été utilisée avec succès pour traiter des patients atteints de leucémie
ou d’une grande variété de désordres congénitaux de lymphohemotopoïése [Sullivan et al., 1989]. Cependant, moins de 40% de patients éligibles ont un frère ou une soeur de HLA-identique. Des donneurs sans lien de parenté mais phénotypiquement assortis ou partiellement assortis sont devenus un traitement alternatif pour les patients qui n’ont pas un frère ou une soeur génotypiquement identique. Malheureusement, les taux de la maladie aiguë de GVH aiguë sont significativement plus important après la transplantation chez ces receveurs par rapporte aux receveurs qui ont reçu la moelle osseuse d’un frère ou d’une soeur. Il semble que des disparités HLA-DP et HLA I silencieuse sérologiquement pourraient expliquer, au moins en partie ces GVH [Hows et al., 1986, Ash et al., 1990, Mcglave et al., 1990].

HLA-DP et la présentation d’antigène

Comme les autres molécules de HLA II, la fonction biologique de HLA-DP est de présenter des peptides antigéniques exogènes aux lymphocytes T CD4+. Pour la première fois en 1983 Eckels et al décrivent une présentation de peptides issus d’antigènes des virus influenza et herpes simplex aux cellules T restreinte aux molécules HLA-DPw2 [Eckels et al., 1983]. En 1985, Austin et al confirment ce résultat en transfectant les gènes DPw2 dans des fibroblastes de souris et en montrant (1) que les cellules expriment les protéines présentatrices à leur surface et (2) qu’elles sont fonctionnelles car capables d’induire la prolifération spécifique du clone obtenu par Eckels et al en 1983 [Austin et al., 1985].
Depuis, des réponses dirigées contre des antigènes bactériennes, viraux, parasitaires, tumoraux ou contre des allergènes ont été bien décrites démontrant la fonctionnalité des molécules HLA-DP et leur implication dans la réponse immunitaire normale.

L’intérêt des molécules HLA-DP4 pour la vaccination peptidique

Les atouts majeurs d’un vaccin peptidique sont la spécificité de la réponse induite et le faible niveau de risque comparé aux vaccins composés de virus inactivés ou atténués. Cependant, la diversité et le polymorphisme des molécules HLA II constituent les limites les plus importantes à la caractérisation et l’utilisation des épitopes T.
On connaît plus de 200 allèles pour les molécules HLA-DR suggérant qu’un nombre important de peptides est susceptible de les lier. Pour qu’un épitope peptidique soit intéressant pour les études cliniques, il est nécessaire soit qu’il se lie à plusieurs molécules HLA DR, soit qu’il soit présenté par une molécule HLA très représentée dans la population. D’importants efforts ont été effectués en matière de rechercher des peptides universels qui peuvent être présentés par plusieurs molécules HLA-DR. Par exemple, NY-ESO-1 119-143 peut se lier à 8 molécules HLA-DR [Zarour et al., 2002] ; MAGE-A3 267-282 lie les molécules HLA-DR1, DR11 et DR15 avec une forte affinité [Zhang et al., 2003]. Bien évidemment ce sont ces peptides qui sont les meilleurs candidats pour l’immunothérapie.
Une alternative aux molécules HLA-DR est celle des molécules HLA-DP4. La large représentation de fréquences géniques dans la population européenne fait des deux molécules HLA-DP401 et HLA-DP402 une cible pour la recherche d’épitopes.
De nombreuses études ont montré que les molécules HLA-DP4 sont parfaitement aptes à présenter des peptides aux lymphocytes T. Plusieurs clones T ont été en effet isolés d’antigènes très variés tels que la toxine tétanique [Wyss-Coray et al., 1992] le virus de l’hépatite B [Celis and Karr, 1989], le virus de la rage [Celis et al., 1990], le bacille de la tuberculose [Gaston et al., 1991] et l’allergène majeur de Dermatophagoïde pteronissimus [Higgins et al., 1992]. Dans le cas des antigènes tumoraux, deux épitopes restreints par DP4 ont été découverts respectivement dans MAGE-A3 et NY-ESO-1 par l’équipe de Pierre van den Bruggen du laboratoire de Thierry Boon (Bruxelles, Belgique) et l’équipe de Steven Rosenberg (New York, USA). Plusieurs études cliniques ont été lancées pour évaluer d’intérêt immuno de ces peptides.

Table des matières
Remerciements 
Résumé 
Liste des tableaux
Table des figures
Liste des symboles 
I Contextes Scientifiques 
0 Introduction générale
1 Le système HLA II et la présentation de l’antigène
1.1 Généralité
1.2 La région HLA de classe II
1.2.1 Structure générale du complexe HLA
1.2.2 Le polymorphisme allélique et haplotypique dans la région HLA II
1.2.3 Distribution et régulation de l’expression des molécules HLA II
1.3 Interaction peptide-molécule HLA II
1.3.1 Structure des molécules HLA II
1.3.2 Structure du complexe CMH-peptide
1.3.3 Le polymorphisme de HLA II contrôle les motifs de liaison
1.4 La présentation de l’antigène
1.4.1 Dégradation des protéines en fragments peptidiques
1.4.2 Transport des molécules de classe II et fonction de la chaîne invariante
1.4.3 Compartiments cellulaires impliqués dans l’association des molécules de classe II au peptide antigénique
1.4.4 Les cellules spécialisées dans la présentation de l’antigène restreinte par les molécules de classe II
1.5 Les molécules HLA-DP
1.5.1 Organisation de la région génomique HLA-DP
1.5.2 Structure, polymorphisme, et fréquences géniques de HLA-DP
1.5.3 Liaison des peptides aux molécules HLA-DP
1.5.4 Fonction de HLA-DP
1.5.5 Maladies associées aux molécules HLA-DP
1.5.6 L’intérêt des molécules HLA-DP4 pour la vaccination peptidique
2 Immunité antitumorale 
2.1 Immunité innée antitumorale
2.1.1 Reconnaissance des cellules tumorales par les cellules NK
2.1.2 Les cellules NKT se présentent comme des effecteurs anti-tumoraux
2.2 Immunité adaptative antitumorale
2.2.1 L’interaction TCR/HLA-peptide
2.2.2 Molécules de co-stimulation
2.2.3 La synapse immunologique
2.2.4 Les lymphocytes T CD8+ et leurs mécanismes de cytotoxixité
2.2.5 La présentation des antigènes tumoraux aux lymphocytes TCD8+
2.2.6 Fonction des lymphocytes T CD4+ dans l’immunité anti-tumorale 68
2.2.7 La présentation des antigènes tumoraux aux lymphocytes T CD4+
2.2.8 Expression des molécules HLA II par les tumeur
2.3 Les antigènes tumoraux
2.3.1 Les stratégies d’identification des antigènes tumoraux
2.3.2 Classification des antigènes tumoraux
2.3.3 Échappement des tumeurs aux réactions immunes
3 Vaccination antitumorale 
3.1 Vaccins à base de peptides
3.1.1 Identification de peptides appropriés
3.1.2 Les essais cliniques de vaccins peptidiques
3.1.3 Amélioration de l’immunogénicité d’épitopes
3.2 Vaccins à base de protéines
3.3 Vaccins à base de vecteurs viraux
3.4 Vaccins à base d’ADN nu
3.5 Vaccins à base de cellules
3.5.1 Vaccins utilisant des cellules tumorales entières
3.5.2 Les vaccins utilisant des cellules tumorales génétiquement modifiées
3.5.3 Vaccins à base des DCs
3.6 Vaccins basés sur d’autres stratégies
3.6.1 Vaccins utilisant des protéines HSP
3.6.2 La stratégie prime-boost
II Résultats 
4 Identification d’épitopes T CD4+ dans Trag-3 
4.1 Objectif de travail
4.2 Présentation de l’article
5 Survivine : une cible pour les nouvelles thérapies anti-cancéreuses 
5.1 Notions générales relatives à la Survivine
5.2 Rôle de la Survivine dans la division cellulaire
5.3 Rôle de la Survivine dans l’apoptose
5.4 Expression de la Survivine et résistance aux agents anticancereux
5.5 Signification pronostique et diagnostique de la Survivine
5.6 Intérêt thérapeutique de la Survivine
5.7 Intérêt de la Survivine pour l’immunothérapie anti-cancéreuse
5.8 Notre objectif
5.9 Résultats
5.9.1 Tests de liaison des peptides de la Survivine aux molécules du HLA II (DP, DR)
5.9.2 Génération de lignées de lymphocytes T CD4+ contre les peptides de la Survivine
5.9.3 Caractérisations de lignées de lymphocytes T CD4+ induites par les peptides
5.9.4 Discussion
6 Prédiction d’épitopes T CD4+ restreints au HLA-DP4 
6.1 Approches algorithmique utilisées dans la prédiction d’épitopes T CD4+
6.2 Présentation de l’article
7 Identification Sélective d’épitopes T CD4+ restreints aux molécules HLA-DP4 dans les antigènes tumoraux MAGE-A 
7.1 Les antigènes MAGE-A
7.1.1 Nature des gènes et expression
7.1.2 Immunothérapie anticancéreuse basée sur MAGE-A
7.1.3 Détection des antigènes MAGE-A et surveillance de la maladie
7.2 Présentation de l’article
8 Discussions générales et conclusions 
8.1 L’efficacité de nos stratégies de recherche des épitopes T
8.2 L’importance du répertoire en lymphocytes T dans la réponse contre les peptides
8.3 Immunodominance et immunoprévalence des épitopes T CD4+
8.4 Le choix de la molécule HLA II dans la stratégie de sélection des peptides
8.5 Utilisation des épitopes T dans les essais cliniques
8.6 Conclusions
Annexe 1
Bibliographie