Rôle de la fibre adénovirale dans le tropisme hépatique et la toxicité des vecteurs adénoviraux

Role of the fiber in liver tropism and toxicity of adenoviral vectors

• Auteur / Autrice : Najat Raddi
• Direction : Karim Benihoud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance le 20/06/2014
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé (2000-2015 ; Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Vectorologie et thérapeutiques anti-cancéreuses (Villejuif, Val-de-Marne ; 2010-2019)
• Jury : Président / Présidente : Uriel Hazan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Karim Benihoud, Uriel Hazan, Georges Vassaux, Pascal Fender, Thierry Tordjmann, Olivier Christophe
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Vassaux, Pascal Fender

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules de Kupffer

Tropisme

Adénoviridés

Facteur Stuart

Mots clés libres

Adénovirus

Tropisme

Cellules de Kupffer

Facteur X de coagulation

Adenovirus

Tropism

Kupffer cells

Coagulation factor X

Résumé

Les adénovirus (Ad) sont parmi les vecteurs les plus utilisés en thérapie génique. Cependant, les données d’essais pré-Cliniques et cliniques ont montré qu’ils induisaient une forte toxicité hépatique consécutive à leur tropisme hépatique, une réponse inflammatoire et une forte thrombocytopénie. Différents travaux avaient montré que l’interaction de l’Ad avec le facteur de la coagulation X (FX).était responsable de la transduction in vivo des hépatocytes après administration systémique des vecteurs Ad. Cependant, des résultats précédents du laboratoire avaient montré également que le pseudotypage d’une autre protéine de capside, la fibre, permettait de réduire la transduction hépatique. Dans le but de mieux comprendre le rôle de la fibre dans le tropisme et la toxicité des Ad, nous avons comparé des Ad recombinants pseudotypés pour tout (tige et tête de la fibre : AdF3) ou partie (tige : AdS3K5) de la fibre Ad3 avec un Ad5 à capside non modifiée (Adwt). Après administration systémique chez la souris, l’AdF3 et l’AdS3K5 induisent une plus faible expression du transgène dans le foie et la rate comparativement à l’Ad5wt. Cette réduction ne résulte ni d’un défaut de capture de ces vecteurs dans le foie ni de leur incapacité à utiliser le FX. Cependant, nos résultats ont révélé que les Ad pseudotypés par la fibre Ad3 étaient capturés de façon plus importante par les cellules de Kupffer. Nous avons montré que cette capture était une propriété intrinsèque de la fibre Ad3 puisqu’elle était observée également après administration systémique d’un Ad de sérotype 3. De façon intéressante, les Ad pseudotypés par la fibre Ad3 restent capables de transférer des gènes dans les tumeurs aussi efficacement que l’Adwt.Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons cherché à mieux comprendre les mécanismes de la thrombocytopénie consécutive à l’administration d’Ad. Nous avons défini la cinétique de la thrombocytopénie ainsi que l’effet de la dose virale. Nous avons montré que certains facteurs de l’hôte comme les facteurs de la coagulation ou la rate n’étaient pas impliqués dans la thrombocytopénie. De façon intéressante, nous avons montré que la fibre Ad5 jouait un rôle dans l’induction de la baisse plaquettaire puisque l’administration des virus à fibre Ad3 n’induisait plus de forte baisse plaquettaire. Parallèlement, nous avons observé un profil inflammatoire associé à l’administration des Ad à fibre modifiée beaucoup plus réduit que celui de l’Adwt. Nos travaux en cours évaluent l’existence possible d’une corrélation entre la production de cytokines/chimiokines et la thrombocytopénie.L’ensemble de ces résultats montre que le pseudotypage des Ad5 par la fibre de l’Ad3 permet de réduire leur toxicité et de limiter la réponse inflammatoire tout en conservant un transfert de gènes efficace dans les tumeurs. L’introduction de ce type de modification de capside dans les Ad oncolytiques devrait permettre de conserver leur capacité à se répliquer dans les tumeurs tout en limitant les toxicités liées à leur dissémination par voie systémique.

To date adenoviruses (Ad) are the most used vectors in gene therapy. However, Ad use is hampered by a strong liver tropism that leads to hepatotoxicity, a strong inflammatory response and the induction of thrombocytopenia. Binding of Ad hexon to coagulation factor X (FX) is responsible for hepatocyte transduction in vivo. As a consequence, mutation of hexon protein abrogates Ad interaction with FX and reduces liver transduction. However, previous results of our lab have demonstrated that Ad5 pseudotyping with fiber Ad3 also resulted in significant reduction of liver transduction. To understand how fiber modification affects in vivo Ad tropism, we used two pseudotyped viruses with whole (AdF3) or only the shaft (AdS3K5) of Ad3 fiber.Following systemic delivery of fiber-Modified Ads, a reduced transduction was observed 2 days p.i. in liver and spleen. This reduction was not due to the impairment of fiber-Modified Ads liver entry or FX use in vivo. Remarkably, after Kupffer cells depletion, a restored transgene expression level was observed, suggesting that fiber-Modified Ads are strongly uptaken by Kupffer cells. We have demonstrated that this strong uptake is an Ad3 intrinsic property since Ad3 was also strongly uptaken by Kupffer cells. Interestingly, fiber-Modified Ads transduce tumours as efficiently as Ad5. In the second part of this work, we aimed to better understand the mechanism of Ad-Induced thrombocytopenia. We first defined the kinetic and dose-Dependence of Ad-Induced thrombocytopenia. Then, we have shown that factors of the host such as the coagulation factors and the spleen were not involved in the thrombocytopenia development. Interestingly, we demonstrated o role for Ad5 in this platelet count reduction since fiber-Modified Ad induced only a modest thrombocytopenia. In parallel, we have observed a reduced production of inflammatory cytokine and chemokine following fiber-Modified Ad administration. Experiments are ongoing to investigate a possible correlation between inflammatory responses and thrombocytopenia. Altogether, our findings demonstrate that Ad5 pseudotyping with Ad3 fiber allows à reduced toxicity and inflammatory response while tumour transduction efficacy is remained. Therfore, oncolytic Ad pseudotyped with Ad3 fiber might be potent tool in tumor virotherapy while limiting risk of toxicity.