Soutenance de thèse de Lama AWADA

Les anticorps forment une part majeure de l'immunité adaptative, et fournissent divers modes de défense en réponse aux infections et au cancer. La sélection des cellules B productrices d'anticorps au cours de la maturation d’ affinité nécessite l’endocytose via les BCR d'un antigène lié à la membrane d’une cellule dendritique folliculaire. Cette liaison antigène-BCR a lieu entre des molécules attachées à des membrane (en 2D), et ses cinétiques de formation et de rupture sont modifiées par la présence de forces mécaniques, par la fluidité et la mobilité des membranes, et de nombreux autres facteurs. D'où la nécessité de méthodes physiques appropriées pour mesurer cette interaction au lieu des mesures classiques en solution (en 3D) qui ne sont pas pertinentes dans ce contexte. Notre travail vise à étudier l'impact de mutations induites par la maturation sur le comportement de la liaison anticorps-antigène sous l'effet d’une force, et comment ceci peut influencer la sélection des cellules B au cours du processus de maturation. À cette fin, nous avons produit des anticorps recombinants dérivés de cellules B à différents stades de leur processus de maturation pour quantifier leurs propriétés de liaison en 2D et en 3D. Notre collection comprenait 14 anticorps répartis sur 3 lignées d'anticorps, et pour l'un des 3 clones d'un ancêtre commun et de 5 anticorps intermédiaires hypothétiques susceptibles d’être apparus lors de la maturation d'affinité. Nous avons ensuite mesuré systématiquement les propriétés de liaison de ces anticorps en 2D sous l'effet d'une force en utilisant une chambre à flux laminaire, et en 3D en utilisant une méthode interférométrique (Biolayer Interferometry). En outre, nous avons exploré les liens entre les propriétés cinétique des liaisons au cours de la maturation et les réponses fonctionnelles 2D de cellules NK. Nos résultats indiquent que la maturation provoque une augmentation des durées de vie sous force pour les trois lignées, les demi-vies sous force après maturation étant assez proches au sein et entre les lignées. A l’inverse, l’affinité en solution peut augmenter ou diminuer lors de la maturation selon les lignées, et les valeurs d’affinité après maturation sont hétérogènes. De plus, nos mesures montrent que l'activation de la NK est fortement corrélée avec la demi-vie des liaisons sous une force de 10pN, contrairement à la faible corrélation avec le Kd mesuré en solution. Cette observation suggère que les propriétés mécaniques sélectionnées sous force pendant la maturation pourraient conférer des avantages pour certaines fonctions réalisées par les anticorps matures, en particulier celles qui se produisent à l'interface cellule-cellule. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que la sélection des cellules B dans le centre germinative pourrait être plus compatible avec un modèle d’ affinité en 2D qui prend en compte la dynamique complexe de la liaison entre deux surfaces cellulaires, plutôt qu'avec le modèle classique d’affinité en solution.

Antibodies are the backbone of adaptive immunity. They orchestrate various defense arms in response to infections and cancer. The selection of antibody-producing B cells during affinity maturation requires the uptake of membrane antibody-bound antigen from follicular dendritic cells. This antigen-BCR bond takes place between membrane-tethered molecules in 2D, and its formation and rupture dynamics are governed by disruptive forces, membrane fluidity and dynamics, distance between interacting surfaces, surface roughness, and many other factors. Thus, appropriate physical methods are imperative to precisely measure this interaction, as classical 3D solution measurements prove irrelevant in this context. Our work aims to investigate the impact of maturation-induced amino acid mutations on the antibody-antigen bond's behavior under physiological force, and how this behavior can influence the selection of B cells during the maturation process. For this purpose, we produced recombinant antibodies derived from B cells at various stages of their maturation process for further kinetic analysis in 2D and 3D. Our collection included 14 antibodies distributed across 3 antibody lineages, in addition to a common ancestor and 5 hypothetical intermediate antibodies that might have occurred on the affinity maturation pathway in one of the 3 clones. We then systematically measured the binding properties of these antibodies in 2D under force using a laminar flow chamber (LFC), and in 3D using biolayer interferometry (BLI). Moreover, we explored the links between bond kinetics during maturation and their 2D functional cellular response by quantifying their ability to elicit NK activation. Our findings show that mutation-induced amino-acid changes did not lead to a systematic affinity gain across lineages. Instead, we have observed an affinity loss in some instances. Contrarily, our measurements show a systematic increase in force resistance, among all the mutated antibodies when compared to their respective germlines. Additionally, our measurements show that NK activation strongly correlates with the bonds’ off-rates under a 10pN force, contrary to the poor correlation with the Kd measured in solution. This observation implies that mechanical properties selected under force during maturation might confer advantages for certain functions performed by mature antibodies, particularly those occurring at the cell-cell interface. Taken together, our results suggest that the selection of B cells in the germinal center might be more compatible with a “2D-affinity” model that takes into account the complex dynamics of binding under force within the confines of two cell surfaces, rather than the classical “3D-affinity” model.