Soutenance de thèse de Cristina GONZALEZ GUTIERREZ

Les anticorps thérapeutiques sont de plus en plus utilisés pour le traitement de maladies graves comme le cancer, grâce en particulier à leur capacité à recruter des cellules immunitaires et les diriger contre les tumeurs. Ces molécules sont sélectionnées par leur affinité avec l’antigène. Les mesures d’affinité sont réalisées usuellement avec un des deux réactifs en solution (i.e. dans un environnent à trois dimensions ou 3D). Cependant dans certaines situations, les anticorps interagissent avec l’antigène à l’interface entre une cellule immunitaire et une cellule cible. Nous faisons l’hypothèse que les contraintes physiques à l’interface cellulaire (i.e. 2D) telles que la force et le mouvement relatif des molécules confinées aux surfaces modulent les propriétés de la liaison entre l’anticorps et l’antigène. De façon plus générale, notre but est d’explorer les liens entre la mécanique de la liaison et la réponse cellulaire. Pour quantifier la cinétique 2D et la mécanique de ces interactions, nous avons effectué des mesures cinétiques en liaison unique en utilisant la chambre à flux laminaire appliquée à deux anticorps à domaine unique (sdAbs) ciblant le récepteur Fc à faible affinité CD16 exprimé dans la cellule Natural Killer (NK) et cinq sdAbs ciblant le marqueur tumoral HER-2 exprimé dans certains cancers du sein. Nos résultats montrent trois comportements différents selon la force appliquée : des liaisons de type glissantes, idéales et, pour la première fois, une liaison accrocheuse dans des interactions anticorps-antigène. Des expériences d’adhésion cellulaire montrent une corrélation entre la résistance à la force de la liaison accrocheuse et une meilleure adhésion de la cellule NK sur des surfaces traitées avec les sdAbs antiCD16. Sur la base de leur comportement sous force en liaison unique, quelques sdAbs ont été sélectionnés pour constituer des anticorps bi-specifiques (bsAbs) lesquels sont capables de recruter des cellules NK contre des cellules cancéreuses exprimant HER-2. Tous ces nouveaux bsAbs induisent une activité cytotoxique plus importante que l’anticorps thérapeutique de référence, le trastuzumab. Leur efficacité est modulée par le comportement mécanique du coté antiCD16 du bsAbs en fonction de la nature de la lignée cellulaire cible, suggérant un rôle de la force pour les faibles densités d’antigène. Ce travail fournit une caractérisation mécanique des interactions antigène-anticorps et de leur mécanisme d’action, informations utiles pour la sélection des anticorps thérapeutiques.

Therapeutic antibodies have become a major treatment for many diseases like cancer due in part to their ability to recruit immune cells onto tumours. These molecules are selected on the basis of their affinity for their target or antigen, usually with one reactant in solution (i.e., three dimensional environment or 3D). However, in some major modes of action, antibodies do bind the antigen at the interface between immune cells and target cells. We hypothesize that the physical constraints of cell-cell interface (i.e., 2D), including force and relative motion of molecules confined at surfaces, modulate the binding properties of the antibodies for their antigen. More generally, we aim at exploring the links between bond mechanics and cellular response. To quantify 2D kinetics and mechanics, we perform measurements using the laminar flow chamber of two Single Domains Antibodies (sdAbs) against the low affinity Fc receptor (FcR) or CD16 expressed on Natural Killer cells (NK cells) and five sdAbs against the tumoral marker HER-2 expressed in some breast cancers. Our results show three different bond dissociations under force; slip, ideal and, for the first time, catch bond behaviours of antibodies. Cell adhesion experiments reveal a correlation between antibody resistance to force and a larger spreading of the NK cell over sdAbs antiCD16 coating surfaces, supporting the mechanosensitive behaviour of NK cells. Based on their force behaviour, some of these sdAbs were selected to be fused, forming bi-specific antibodies (bsAbs) able to recruit NK cells toward HER-2 positive breast cancer cells. All new bsAbs display a better efficacy in cytotoxicity than the reference therapeutic antibody trastuzumab. Their efficacy is modulated by the mechanical behaviour of the antiCD16 side, depending on the nature of the target cell line, which may hint to an effect of force dependence in the limit of low antigen coverage. This work provides a mechanical characterization of antigen-antibody interactions, of their mode of action and could be useful for the selection of antibodies in therapeutics.