Base structurelle du développement d'un vaccin innovant contre le VIH-1 conçu pour amplifier les réponses humorales grâce au ciblage des cellules de Langerhans

Structural basis for the development of an innovative HIV-1 vaccine designed to amplify humoral responses through targeting Langerhans cells

• Auteur / Autrice : Adele Hammoudi
• Direction : Yves Lévy, Sylvain Cardinaud
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 24/01/2024
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : Anne Galy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Perez, Anne-Sophie Beignon, Philippe Bousso, Olivier Schwartz, Yves Levy, Sylvain Cardinaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Perez, Anne-Sophie Beignon

Mots clés

Mots clés libres

Cellules de langerhans

Cellules T et B cells

Vaccinaux

Hiv-1

Réponses d'anticorps spécifiques au VIH

Sosip

Langerhan cells; Dendritic cells

T and B cells

Vaccine

Hiv-1

HIV specific Antibody responses

Sosip

Résumé

Contexte : Le développement d'un vaccin efficace contre le VIH-1 repose sur la génération d'anticorps protecteurs (Abs). Il est nécessaire de mettre au point des méthodes innovantes d’administration d’antigènes pour stimuler les réponses immunitaires. Une approche prometteuse consiste à guider les antigènes vers les cellules dendritiques (DC) en utilisant des anticorps monoclonaux fusionnés (mAbs) pour amplifier les réponses cellulaires et humorales. Des recherches antérieures ont démontré leur succès dans le ciblage des cellules de Langerhans (LC) cutanées avec des mAb anti-Langerine fusionnés à l'enveloppe du VIH-1 (LC.Env), entraînant des réponses humorales spécifiques à l'antigène chez la souris et les co-cultures humaines LC:T/B. Dans cette étude, notre objectif était d'améliorer le ciblage LC en concevant trois monochaînes Env au lieu de deux (LC3.Env3), qui imitent la conformation naturelle de Env. Nous avons cherché à déterminer si ces nouvelles constructions trimériques Env pouvaient stimuler les des réactions du centre germinatif (GC) et des cellules Tfh, conduisant finalement à la production d'IgG spécifiques à Env et d'anticorps neutralisant le VIH (NeutAb) in vivo. Méthodes : Des souris B6 ont été immunisées par voie intradermique avec LC3.Env3 ou un mAb LC.Env témoin (5 µg d'antigène Env) aux jours (J) 0 et J21, sans l’utilisation d'adjuvants. Les réponses en anticorps (en ampleur et affinité) et les réponses cellulaires ont été évaluées post-prime (PP) et post-boost (PB) par Luminex et FACS, respectivement. Les réactions GC/Tfh dans les ganglions lymphatiques drainants (dLN) ont été suivies à différents moments par immunofluorescence. De plus, des lapins ont été immunisés par voie sous-cutanée avec 50 mcg de LC3.Env3 sans adjuvants, et les taux sériques de NeutAb ont été évalués. Résultats : Nous avons réussi à produire des candidats vaccins LC3.ENV3 dans des cellules CHO et démontré leur affinité pour le récepteur Langerine in vitro. Comparé à LC.Env, LC3.Env3 a démontré plusieurs résultats clés : (i) il a induit une réponse Env-IgG rapide et robuste, avec des titres 22- et 37- fois plus élevés en moyenne à J14 PP et J7 PB, respectivement . (ii) Il a augmenté l'avidité des IgG anti-Env, entraînant une augmentation de 12 % et 36 % à J14 PP et J7 PB, respectivement. Cela s'est accompagné d'une expansion significative des cellules Tfh et GC B (GL-7+/Fas+) à J7 PB. (iii) Il a rapidement induit la formation de centres germinaux structurés dans le dLN, indiquant une réponse immunitaire robuste. Comparé aux antigènes Env trimériques non ciblés (Env3), le ciblage du récepteur de la langerine a amélioré de manière significative les réponses en anticorps. L'administration de LC3.Env3 fluorescent a indiqué une absorption rapide de cette construction vaccinale par le LC cutanée vers le dLN. Enfin, une induction significative du VIH-1 Tier-1 NeutAb a été observée chez les lapins immunisés avec LC3.Env3. Conclusion : Le ciblage des cellules de Langerhans (LC) offre une approche vaccinale élégante pour plusieurs raisons : (i) Il élimine le besoin d'adjuvants, simplifiant ainsi la formulation du vaccin. (ii) les LC capturent efficacement le vaccin au site d'administration et le transportent vers les ganglions lymphatiques drainants (dLN). (iii) les LC orchestrent efficacement une réaction GC/Tfh robuste, conduisant à la production de réponses anticorps protectrices. Cette étude souligne que l'antigène Env du VIH peut être efficacement ciblé sur le LC en tant que trimère, améliorant à la fois l'ampleur et la qualité des réponses humorales sans l'utilisation d'adjuvants et avec seulement deux injections. De plus, la stratégie consistant à cibler le Env trimérique de type SOSIP sur LC est très prometteuse pour obtenir des anticorps largement neutralisants (bNAb) contre le VIH et nécessitera une optimisation du schéma vaccinal.

Background: The development of an effective HIV-1 vaccine hinges on the generation of protective antibodies (Abs). There's a need for innovative antigen delivery methods to boost immune responses. One promising approach involves guiding antigens to dendritic cells (DC) by using fused monoclonal antibodies (mAbs) to amplify both cellular and humoral responses. Previous research has demonstrated success in targeting skin Langerhans cells (LC) with anti-Langerin mAbs fused to HIV-1 Envelope (LC.Env), resulting in antigen-specific humoral responses in mice and human LC:T/B co-cultures. In this study, our aim was to enhance LC targeting by designing three Env monochains instead of two (LC3.Env3), which mimics the natural Env conformation. We sought to investigate whether these new trimeric Env constructs could stimulate germinal center (GC) and Tfh cell reactions, ultimately leading to the production of Env-binding IgG and HIV neutralizing antibodies (NeutAb) in vivo. Methods: B6 mice were intradermally immunized with LC3.Env3 or a control LC.Env mAb (5 mcg of Env antigen) on day (D) 0 and D21, without the use of adjuvants. Antibody responses (both magnitude and affinity) and cellular responses were assessed post-prime (PP) and post-boost (PB) using Luminex and FACS, respectively. GC/Tfh reactions in draining lymph nodes (dLN) were monitored through immunofluorescence at various time points. Additionally, rabbits were subcutaneously immunized with 50 mcg of LC3.Env3 without adjuvants, and serum NeutAb levels were evaluated. Results: We succeeded in producing LC3.ENV3 vaccine candidates in CHO cells and demonstrated in vitro their affinity for the Langerin receptor. In comparison to LC.Env, LC3.Env3 demonstrated several key findings: (i) it induced a rapid and robust Env-IgG response, with mean titers measuring 22- and 37-fold higher at D14 Post prime and D7 Post boost, respectively. (ii) It enhanced the avidity of anti-Env IgG, resulting in a 12% and 36% increase at D14 PP and D7 PB, respectively. This was accompanied by a significant expansion of Tfh and GC B cells (GL-7+/Fas+) at D7 PB. (iii) It promptly induced the formation of structured germinal centers in dLN, indicating a robust immune response. When compared to non-targeting trimeric Env antigens (Env3), targeting the langerin receptor significantly improved antibody responses. The administration of fluorescent LC3.Env3 indicated a rapid uptake of this vaccine construct by skin LC to the dLN. Lastly, significant induction of HIV-1 Tier-1 NeutAb was observed in rabbits immunized with LC3.Env3. Conclusion: Targeting Langerhans cells (LC) offers an elegant vaccine approach for several reasons: (i) It eliminates the need for adjuvants, simplifying vaccine formulation. (ii) LC efficiently captures the vaccine at the administration site and transports it to draining lymph nodes (dLN). (iii) LC effectively orchestrates a robust GC/Tfh reaction, leading to the production of protective antibody responses. This study emphasizes that HIV Env antigen can be effectively targeted to LC as a trimer, enhancing both the magnitude and quality of humoral responses without the use of any adjuvants and with only two shots. Moreover, the strategy of targeting SOSIP-like trimeric Env to LC holds substantial promise for eliciting broadly neutralizing antibodies (bNAb) against HIV and will require optimization of the vaccination regimen.