Conception de nouveaux vaccins anti-VIH basés sur des épitopes conformationels cross clade de gp41 issus d'anticorps muqueux protecteurs de sujets exposés au VIH mais restant séronégatifs (ESN)

Design of new HIV vaccines based on conformational cross-clade epitopes of gp41 from mucosal antibodies that protect HIV-exposed individuals but remain seronegative (ESN)

• Auteur / Autrice : Marwa Khamassi
• Direction : Daniela Tudor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 17/04/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-Emmanuel Ceccaldi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniela Tudor, Pierre-Emmanuel Ceccaldi, Sabine Riffault, Bertha Cecilia Ramirez, Maria-Isabel Thoulouze, Cécile Butor, Morgane Bomsel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sabine Riffault, Bertha Cecilia Ramirez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Muqueuses -- Maladies

Vaccination

VIH (virus)

Mots clés libres

VIH

IgA

ESN

Reverse vaccinology

HIV

IgA

ESN

Reverse vaccinology

Résumé

Le SIDA est une infection transmise essentiellement au niveau des muqueuses génitales. Pour empêcher la transmission du virus de l'immunodéficience humaine (VIH-1), il faudrait dresser des barrières efficaces susceptibles de bloquer l'infection dès l'entrée du VIH-1 dans les muqueuses, avant l'établissement de réservoirs muqueux. Les IgA sont les principaux effecteurs immunitaires protecteurs des muqueuses génitales et participent à la protection contre la transmission muqueuse du virus. En effet, chez des femmes hautement exposées au VIH-1 qui restent séronégatives malgré des rapports sexuels non protégés avec des partenaires infectés par le VIH-1 (ESN), les IgA muqueux spécifiques de l'enveloppe virale gp41 avec des activités antivirales cross-clade puissantes sont un corrélat de protection majeur. Mais les muqueuses génitales sont aussi protégées par des IgG dont l'origine et le rôle sont actuellement réévalués. Dans ce travail, nous avons analysé l'influence de l'isotype, A ou G, sur la spécificité épitopique, les fonctions antivirales des anticorps protecteurs de sujets ESN et évalué de nouvelles fonctions antivirales médiées par le fragment constant des IgA. Pour ces études, nous avons d'abord utilisé 2 Fab IgA protecteurs issus d'une banque d'IgA muqueux provenant de femmes ESN spécifiques de régions conservées de gp41 de l'enveloppe du VIH, caractérisés au laboratoire. Ces Fab IgA (FabA) ont d'abord été transformés en Fab IgG (FabG) correspondants par génie génétique puis comparés au niveau immunochimique et fonctionnel. Ces couples FabA/G portent les mêmes paratopes mais diffèrent par leur partie CH1 (alpha ou gamma) qui dicte l'isotype. Nous avons montré que l'isotype et notamment le domaine CH1 de l'anticorps influence : i) l'affinité des Fabs pour leurs antigènes de clades A, B et C par la résonance plasmonique de surface et ELISA : les FabA ont une affinité >50x supérieure aux FabG correspondants ; ii) les fonctions antivirales : les FabA neutralisent plus efficacement l'infection de LTCD4 et le transfert du virus de cellules de Langerhans aux LTCD4 que les FabG correspondants. Puis, en prenant comme modèle expérimental l'anticorps 2F5 sous forme IgA, nous avons caractérisé une nouvelle propriété antivirale pour les IgA médiée par leur domaine Fc et montré que cet isotype est aussi capable d'induire la lyse de cellules infectées par le VIH-1 par Antibody dependent cell cytotoxicity, ADCC. Cette ADCC est médiée par des cellules effectrices (monocytes) de façon FcR alpha-dépendante. De plus, IgA et IgG spécifiques de gp41 agissent en synergie pour augmenter l'ADCC des cellules infectées par le VIH. L'ensemble de ces résultats montre que l'isotype (le domaine CH1) a une influence sur la reconnaissance et l'affinité pour l'antigène, mais aussi sur la qualité de la réponse immunitaire secondaire (fonctions antivirales). Finalement nous avons caractérisé les épitopes conformationnels de ces FabA/FabG sur des gp41 des différentes clades, A, B et C, chacune sous conformation pré et post fusion en utilisant une stratégie de biopanning couplée à une analyse in silico. Nous avons ainsi défini les épitopes conformationnels cross-clade de ces anticorps protecteurs de sujets ESN. Ils pourront servir d'immunogènes dans une stratégie vaccinale visant à reproduire la réponse IgA protectrice des ESN. Au cours de cette étude, nous avons mis en œuvre une stratégie de Reverse Vaccinology 2.0 pour caractériser, à partir d'anticorps de sujets ESN protégés de l'infection par le VIH, des épitopes conformationnels spécifiques de gp41 qui pourraient servir d'immunogènes dans une stratégie vaccinale contre le VIH. Cette approche vaccinale muqueuse pourrait conduire à diminuer les cas de nouvelles infections sexuelles par le VIH chez les femmes (les plus touchées par l'infection au niveau mondiale) mais aussi chez les hommes, ce qui reste un énorme challenge de santé publique.

AIDS is an infection transmitted mainly in the genital mucosa. It is at this level that an effective barrier should be developed to block infection from the initial entry of HIV-1 in the genitals, before establishment of mucosal reservoirs. IgA is the main protective antibody at the genital mucosa and has been suggested to be protective in vivo against HIV-1. Hence, mucosal gp41-specific IgA with strong cross-clade antiviral activity are a major protective correlate in Highly HIV- Exposed individuals that remain SeroNegative (ESN) despite unprotected sexual intercourse with infected partners. However, genital mucosa are also protected by IgG whose origin and role are currently reevaluated. In this work, we have analyzed the influence of the antibody isotype, IgA or IgG, on the epitope specificity, antiviral functions of HIV-1 protective antibodies and evaluated new antiviral functions mediated by the constant IgA regions. For this purpose we have used a library of protective Fab IgA derived from ESN women that are specific for conserved regions of the HIV-1 envelope gp41 subunit, already characterized in the laboratory (Tudor et al., Mucosal Immunol, 2009). By genetic engineering, we have first transformed two of these Fab IgA (FabA) into their corresponding Fab IgG (FabG), having the same paratopes but differing from each other by their CH1 domain (alpha or gamma). These two FabA/FabG couples were then analyzed comparatively for their epitope specificity and functional activities. We have shown that the isotype and particularly the CH1 domain influences (i) the affinity of Fabs for their antigens (gp41 and P1 of clades A, B and C) using surface plasmon resonance and ELISA : FabA have a 50- to 100-fold higher affinity than corresponding FabG ; (ii) antiviral functions: FabA more effectively neutralize CD4+ T-cells infection and transfer of HIV-1 from Langerhans cells to CD4+ T-cells than their corresponding FabG. In a second step, taking as experimental model the neutralizing HIV-1 antibody 2F5 as IgA, we demonstrated that IgA specific for gp41 were able to lyse HIV-1 infected cells in a process mediated by their Fc alpha domain, namely antibody mediated cell cytoxicity (ADCC), a function usually attributed to IgG. Furthermore, anti-gp41 IgA and IgG work in synergy to increase HIV-1-infected cell lysis. Altogether, the results show the isotype (the CH1 domain) has an influence on the recognition and affinity for the antigen, but also on the quality of the secondary immune response (antiviral functions). Finally, we characterized epitopes specific from the two FabA/FabG couples using biopanning followed by in silico analysis. Cross clade 3-dimensional epitopes were mapped on gp41 from Clade A, B and C, each in pre- or post-fusion conformation. These analyses allowed to define cross clade 3-dimensional epitopes targeted by these protective antibodies derived from ESN subjects. These epitopes could serve as immunogen in a vaccine strategy aiming at recapitulating the protective ESN IgA response. Altogether, we have used the strategy of Reverse Vaccinology 2.0 to characterize novel immunogens based on 3D-epitopes targeted by mucosal antibodies from individuals resisting HIV infection. These results should be taken into account in the design of an effective vaccine against the active clades of HIV-1 in the world (A, B and C). Such mucosal vaccine approach is necessary to decrease the number of new HIV infections among women (the most affected) but also in men, which remains a huge public health challenge.