Conception, synthèse et caractérisation de mimes d’anticorps monoclonaux

Design, synthesis and characterization of monoclonal antibody mimics

• Auteur / Autrice : Jordan Cossu
• Direction : Didier Boturyn, Eric Peyrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de chimie moléculaire (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Spinelli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Papot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Ducongé, Sonia Cantel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anticorps monoclonaux

Peptides

Aptamères

Mots clés libres

Interactions biomoléculaires

Mimes d’anticorps

Ce-Selex

Aptamères

Peptides

Biomolecular interactions

Antibody mimics

Ce-Selex

Aptamers

Peptides

Résumé

Depuis une 20aine d'années, les anticorps monoclonaux (mAb) sont apparus comme une classe prometteuse de produits pharmaceutiques pour le traitement de nombreuses pathologies dont le cancer. Cependant, peu de mAbs sont utilisés en thérapie un quart de siècle après leur découverte. Le coût de la thérapie est un facteur limitatif majeur avec des coûts annuels qui peuvent avoisiner les 100 000 euros par patient, ce qui soulève de graves préoccupations quant à leur pertinence économique. Par ailleurs, comme la plupart des protéines, de nombreux facteurs, tels que l'agrégation, leur grande taille (150 kDa), et leur immunogénicité, limitent leur utilisation en oncologie. Il y a donc un besoin urgent en systèmes moléculaires qui intègrent les propriétés des mAbs tout en s'affranchissant de ces obstacles.A partir des expertises de deux laboratoires partenaires (DCM et DPM, Grenoble), nous proposons de concevoir des mimes du mAb rituximab qui est utilisé pour traiter certains lymphomes, et dont l'épitope CD20 est parfaitement connu. Pour cela, des aptamères sélectifs de l'épitope CD20 ont été sélectionnés en utilisant l'électrophorèse capillaire (méthode de CE-SELEX). Après caractérisation in vitro notamment par ITC, les séquences ont été optimisées afin de limiter les poids moléculaires ainsi que les coûts de production. L'objectif est ensuite de greffer ces candidats sur des châssis cyclopeptidiques sous une forme multimérique via l'utilisation de réactions chimiosélectives du type ligation « oxime » et CuAAC (copper(I)-catalyzed azide alkyne cycloaddition. Les composés les plus affins sont finalement étudiés lors d'expériences biologiques préliminaires permettant de vérifier la spécificité des mimes du rituximab.

In the late 90’s, the monoclonal antibodies (mAbs) became a major tool for therapeutic purposes. However, some restrictions1 provided strong arguments for the development of alternative agents like aptamers, that integrate the benefits of mAbs while circumventing these limits. As a proof of concept, we propose to design small synthetic antibody mimics of the Rituximab, uses to treat some lymphomas by targeting the CD20 antigen. In order to prepare efficient and selective mimics, a selection of recognition elements must be achieved. Aptamers were chosen because of their very low immunogenicity, their high affinity generally for their target, their structural and chemical stability and the fact that their production is carried out by organic synthesis2. Few DNA sequences were thus selected from a random ssDNA library using the systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) method, coupled to capillary electrophoresis (CE). Among the modified SELEX methods, CE-SELEX was preferred due to its multiple benefits such as less consumption of samples, a natural binding environment, and a higher screening efficiency. The affinity and specificity of the best candidates for their target, were then characterized in solution by CE and isothermal titration calorimetry (ITC) and in cellulo using flow cytometry. Thus, the first part of this project led to the selection of specific recognition elements, selected against a short fragment of the CD20 antigen. Our main goal now, is to design dimeric or tetrameric compounds on macromolecular scaffolds using chemical ligations such as oxime or CuAAC (copper(I)-catalyzed azide alkyne cycloaddition) to assess the multivalent effects.