CTLA-4 humain: Caractérisation biologique & fonctions au niveau des systèmes immunitaire, endocrinien & nerveux

Résumé

Le gène CTLA-4 humain, situé sur le chromosome 2, code pour une glycoprotéine de co-stimulation négative, exprimée, surtout, à la surface des cellules T. Les polymorphismes de ce gène peuvent influencer la tolérance immunologique envers les antigènes du soi et du non-soi, ce qui peut entraîner plusieurs troubles affectant, principalement, les systèmes immunitaire et endocrinien, et, possiblement, le SNC. Cela explique le grand intérêt que suscite le CTLA-4, en tant que cible thérapeutique.

Mots clés : CTLA-4 ; Structure ; Fonction ; Système immunitaire, Système endocrinien, SNC

Abstract

The human CTLA-4 gene, located on chromosome 2, encodes a negative co-stimulatory glycoprotein, expressed mostly on the surface of T cells. Polymorphisms of this gene can influence the immunological tolerance to self and non-self antigens, which can result in several disorders, affecting, mainly, the immune and endocrine systems, and, possibly, the CNS. This explains the great interest in CTLA-4, as a therapeutic target.

Keywords : CTLA-4 ; Structure ; Fonction, Immune system, Endocrine system ; CNS

1. Historique

-L'antigène 4 associé aux lymphocytes T cytotoxiques (CTLA-4, Cytotoxic T lymphocyte-Associated Antigen-4), également appelé CD152, est essentiellement une glycoprotéine de co-stimulation négative des lymphocytes T cytotoxiques (LTc) [1].

-Cette molécule a été identifiée pour la première fois, en 1987, par un groupe de chercheurs français, au cours d'un criblage de gènes dérivés de LTc murins [2].

-En décembre 2005, Abatacept, une protéine agoniste du CTLA-4 humain (obtenue par une fusion entre le domaine extracellulaire du CTLA-4 humain et le Fc modifié de l’IgG1), a été le premier modulateur sélectif de co-stimulation à être approuvé par la FDA (American Food and Drug Administration), pour le traitement de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde (PR) résistante à d'autres traitements [3].

-En 1996, James P. Allison, lauréat du prix Nobel de Physiologie ou de Médecine 2018, a démontré pour la première fois que le blocage de la fonction du CTLA-4 par un anticorps monoclonal (mAc), permettait de guérir des cancers préformés chez des souris et renforçait la réaction anti-tumorale secondaire [4, 5]. En 2011, l’Ipilimumab (anciennement MDX-010) a reçu l’AMM (autorisation de mise sur le marché) de la FDA, devenant, ainsi, le premier traitement anti-mélanome à base de mAc anti-CTLA-4 [6].

2. Caractérisation biologique de la molécule

2.1. Génétique

Le gène codant pour la molécule CTLA-4 humaine est appelé aussi CTLA-4 ou CD152. Il a aussi d’autres noms, selon son implication dans certaines maladies, comme par exemple; IDDM12 (Diabetes mellitus, insulin-dependent, 12), dans le cas de Diabète insulinodépendant [7]. Chez l'homme, ce gène est constitué par 4 exons, situés au niveau du bras long du chromosome 2. La partie extracellulaire de la molécule est codée par les exons 1 et 2, qui sont respectivement dédiés au peptide signal et au site de liaison du ligand. La région transmembranaire est codée par l’exon 3, alors que la queue cytoplasmique est codée par l'exon 4. La séquence transcrite peut subir un épissage alternatif. Pour le gène humain, on peut détecter les variants suivants; un ARNm complet conservant les 4 exons, un variant renfermant uniquement les exons 1 et 4, et une séquence, dépourvue de l’exon 3, qui code pour le CTLA-4 soluble (sCTLA-4) (Figure 1) [1]. Ce dernier contient 13175 paires de bases (pb) [7].

Figure 1. Le gène CTLA-4 humain et ses différents variants d’épissage [1]

2.2. Expression et structure protéique

Appelée préférablement CTLA-4, cette glycoprotéine est exprimée constitutivement dans les cellules T régulatrices CD4+ CD25+ (LT reg), mais, majoritairement, à la surface des LTc, activés [1, 8]. De plus, il a été confirmé que CTLA-4 est aussi exprimé par les lymphocytes B, les monocytes, les granulocytes, les cellules souches CD34+ et les cellules embryonnaires murines [1, 9]…

L’esxpression du gène CTLA-4 donne une glycoprotéine qui appartient à la superfamille des immunoglobines. Elle contient 223 acides aminés (aa), dont 35 aa correspondant au peptide signal (Figure 2) [1, 8].

Figure 2. Structure primaire de la partie protéique de la CTLA-4 humaine [1]

L'isoforme liée à la membrane est un homodimère, de 41 à 43 kDa, interconnecté par une liaison disulfure (Figure 3), tandis que l'isoforme soluble est monomèrique [1, 8].

Figure 3. La forme dimèrique de CTLA-4 exprimée à la surface d’une cellule [1]

Le CTLA-4 contient une queue cytoplasmique de 36 aa, dépourvue d’activité enzymatique intrinsèque, une région transmembranaire, et une région extracellulaire, caractérisée par un seul domaine IgV-like, qui contient le site de liaison aux ligands B7-1 (CD80) et B7-2 (CD86) des cellules présentatrices d’antigènes (CPAgs) [1, 8].

Au niveau de ces ligands de co-stimulation, on peut avoir une compétition entre CTLA-4 et le récepteur constitutif positif CD28. Ce dernier partage environ 30% de similarité structurale avec CTLA-4, mais se distingue de lui par une affinité et une avidité plus faibles [1, 10].

3. Fonctions dans différents systèmes

3.1. Fonction au niveau du système immunitaire

3.1.1. Fonction à l’état normal

Les CTLA-4 exprimés sur les LTs reg sont impliqués dans l’homéostasie du système immunitaire, en freinant la prolifération des LTs, en résistant à l’apoptose, et en maintenant la fonction suppressive des LTs reg [11]. Le CTLA-4 remplit ses fonctions inhibitrices, grâce à la signalisation directe via le domaine cytoplasmique, et/ ou, par antagonisme compétitif des signaux de co-stimulation de CD28. Ce dernier mécanisme résulte en une séquestration (trans-endocytose) de CD80 et CD86, suivie par leur dégradation [1, 12].

3.1.2. Fonction dans des états pathologiques

Il a été démontré qu’il existe des polymorphismes touchant le gène CTLA-4, qui sont associés à plusieurs maladies auto-immunes, comme par exemple la PR, le lupus érythémateux disséminé et la maladie coeliaque [7, 11]. Outre les preuves génétiques, les études évaluant les effets d’anticorps anti-CTLA-4, sur des modèles animaux de lupus et d’arthrite, ont également confirmé l'implication de la voie CTLA-4/ B7 dans la pathogenèse de ces maladies auto-immunes. En effet, en bloquant le CTLA-4, on augmente la susceptibilité aux maladies auto-immunes, alors qu’en administrant des agonistes, on peut prévenir l’évolution de ces désordres, mais, seulement avant l'apparition des signes cliniques [13].

Bien que la tolérance du soi soit recherchée dans le traitement des maladies auto-immunes, nous devrions la rompre pour lutter contre certaines tumeurs, car il existe plusieurs antigènes tumoraux qui sont des auto-antigènes. En fait, les cellules tumorales sont généralement inefficacement éliminées par le système immunitaire, d'où, l'intérêt de l'immunothérapie ciblant le CTLA-4 [10]. Par exemple, en 2013, des chercheurs Taïwanais ont déclaré avoir développé un vaccin à ADN (pVAC-1-hCTLA-4), qui a amélioré significativement l’immunité anti-tumorale, chez des souris [14]. Outre les études in vivo réalisées sur les modèles murins, il existe des preuves cliniques en faveur de l’efficacité de l’immunothérapie anticancéreuse, et plus spécifiquement, celle qui repose sur l'administration des anticorps monoclonaux anti-CTLA-4, comme l’Ipilimumab (IgG1) et le Tremelimumab (IgG2), pour le traitement du mélanome humain [10].

Dans une étude clinique sur 63 patients Chinois, on a constaté que l’expression du CTLA-4 et du PD-1 (Programmed Death-1), sur les LTs CD4+ et les LTs CD8+, était diminuée chez les 23 patients présentant un rejet aigu d’allogreffe hép atique, comparée au groupe des 37 allogreffés, dont la fonction du foie est stable. Le rejet aigu d'allogreffe hépatique chez l'homme, peut, donc, être associé à cette down-regulation de la costimulation négative, dont le blocage pourrait constituer une nouvelle stratégie thérapeutique, face à ce problème [15].

3.2. Fonction au niveau du système endocrinien

Comme on l’a souligné précédemment, plusieurs recherches ont déjà trouvé une liaison entre des mutations du CTLA-4 et des maladies auto-immunes, notamment, des maladies auto-immunes endocriniennes. On peut citer comme exemple, le diabète type 1[7, 13].

En travaillant avec des modèles de souris NOD (Non-Obese Diabetic), une étude, publiée en 2011, a trouvé que la variante sCTLA-4 protège contre le diabète type 1 et potentialise la fonction des LTs reg [16]. Tandis qu’une autre étude, a montré que la forme li-CTLA-4 murine (ligand independent-CTLA-4; dépourvue de domaine de liaison au ligand B7), peut supprimer l'auto-immunité, lorsqu'elle est exprimée à des niveaux physiologiques, cependant, la fonctionnalité de cette isoforme nécessite la présence de la molécule complète, pour sauver des souris NOD CTLA-4(-/-) [17].

Les troubles de la thyroïde avec une composante auto-immune, comme la maladie de Graves et la thyroïdite de Hashimoto peuvent être, aussi, génétiquement associées à des CTLA-4 mutés [7]. Une étude Polonaise réalisée, en 2010, sur 100 enfants, a mis en évidence une expression significativement faible de CD152+ sur les LTs des enfants atteints de thyroïdite de Hashimoto, par rapport au groupe de contrôle, ainsi qu’une corrélation négative significative entre le nombre de LTs CD4+ CD152+ et le taux d’anticorps anti-thyroglobuline [18].

3.3. Fonction au niveau du système nerveux

3.3.1. Fonction à l’état normal

La barrière hémato-encéphalique peut être franchie par les LTs activés, non seulement au cours des maladies neuro-inflammatoires, mais également à l’état physiologique normal [19]. Dans des conditions d’homéostasie, les LTs reg limitent les potentielles réponses aberrantes des LTs, via l’induction de l’expression du CTLA-4, et non pas via l’IL-10. Cependant, ils peuvent, en même temps, entraver l'élimination efficace des agents pathogènes. Par exemple,il a été démontré que la protection du SNC (Système Nerveux Central), par les LTs reg, contre un potentiel désordre immunologique induit par le paludisme, réduit la séquestration du Plasmodium berghei ANKA par les LTs [20]. Selon une autre étude, les astrocytes murins peuvent également jouer un rôle inhibiteur sur les réponses des LTs, au niveau du SNC, et ceci, principalement, aussi, par une régulation positive du CTLA-4, afin d’entraver l'inflammation locale [19].

3.3.2. Fonction dans des états pathologiques

Parmi les maladies neuro-inflammatoires du SNC, dont l’immunopathogenèse pourrait être influencée par l’expression du CTLA-4, on trouve la sclérose en plaque (MS, Multiple Sclerosis). Il s’agit d’une maladie auto-immune chronique, caractérisée par une inflammation et une démyélinisation. En 2018, une équipe de chercheurs Iraniens, ont constaté une expression significativement réduite de CTLA-4 et surtout de PD-1, chez les patients atteints de MS, par rapport aux témoins sains. Cependant, vue la taille réduite de leur échantillon (55 malades) et pour des raisons éthiques, ils ont recommandé la poursuite de la recherche [21]. D’ailleurs, selon une méta-analyse moins récente, comprenant 18 études résumant les informations sur 3375 cas de MS et de 2930 témoins sains, aucune association significative entre les polymorphismes du gène CTLA-4 et le risque de développer cette maladie, n’a été trouvée [22].

Références

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