* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Les inhibiteurs de point de contrôle sont des cibles importantes dans le développement de thérapies pour la lutte contre le cancer. Ce rapport présente un nouveau vaccin anticancéreux à base de peptides PDL1, PDL1-Vaxx, qui induit la production d’anticorps polyclonaux neutralisants qui bloquent la formation du complexe-1/PDL1. Ce travail détaille également le développement et la mise à l’essai d’un test à base de billes fluorescentes pour l’analyse de cette activité.
L’inhibition des récepteurs de point de contrôle (-1,-L1 et CTLA-4) avec des anticorps monoclonaux s’est avérée très bénéfique dans les essais cliniques pour le traitement des patients atteints de cancer et est devenue une approche de base dans l’immunothérapie moderne du cancer. Cependant, seul un sous-ensemble de patients répond à l’immunothérapie par anticorps monoclonaux de point de contrôle. Il est donc urgent de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques contre le cancer. Un nouveau vaccin contre le cancer à épitope peptidique des cellules B PDL1 (ligand de mort programmée 1) a été développé, avec les acides aminés 130-147 liés au peptide MVF (protéine de fusion du virus de la rougeole à cellules T de promiscuité) via un linker GPSL. Des tests précliniques ont indiqué que ce vaccin PDL1 (PDL1-Vaxx) stimule efficacement les anticorps hautement immunogènes chez les animaux. Les animaux immunisés avec PDL1-Vaxx présentent une charge tumorale réduite et des taux de survie prolongés dans divers modèles de cancer animal. Les mécanismes d’action indiquent que les anticorps induits par le vaccin inhibent la prolifération des cellules tumorales, induisent l’apoptose et bloquent l’interaction-1/-L1. Ce manuscrit présente un test à base de billes magnétiques qui utilise un système d’analyse de flux à double rapporteur pour évaluer l’interaction-1/-L1 et son blocage par les anticorps anti-PDL1 élevés contre le PDL1-Vaxx.
Dans les lymphocytes T, les lymphocytes B et les points de contrôle intracellulaires du système immunitaire, des voies de signalisation régulent les activités immunitaires. Certaines cellules cancéreuses se protègent des attaques immunitaires en stimulant des cibles de points de contrôle, ce qui inhibe la fonction immunitaire et favorise la survie et la prolifération néoplasiques. L’immunothérapie oncologique par inhibition des points de contrôle utilise des anticorps pour cibler et bloquer les points de contrôle de signalisation et, ainsi, restaurer les fonctions antinéoplasiques du système immunitaire 1,2,3. Les traitements anticancéreux les plus efficaces comprennent actuellement les anticorps monoclonaux nivolumab, qui cible la protéine de mort programmée 1 (-1)4, et l’atezolizumab, qui cible le ligand de mort programmée 1 (-L1)5. Cette approche s’est avérée très efficace dans le traitement des patients atteints de cancer. Cependant, l’utilité clinique des stratégies actuelles d’inhibition des points de contrôle est atténuée par les effets indésirables et la résistance au traitement, en particulier dans le traitement monogénique6. Une combinaison d’immunothérapie et de stratégies thérapeutiques plus efficaces avec une toxicité plus faible est nécessaire de toute urgence dans le traitement du cancer 1,3,6.
Au cours des 30 dernières années, le laboratoire du Dr Kaumaya a mis au point des vaccins contre le cancer peptidiques et des agents similaires aux peptides pour le traitement du cancer, dont certains font l’objet d’essais cliniques en cours 1,2,7,8,9,10,11,12,13,14 . Par exemple, B-Vaxx avec l’immunothérapie combinée HER-2 a montré des avantages pour les patients contre les tumeurs solides métastatiques et/ou récurrentes dans les essais cliniques12. Les derniers vaccins anticancéreux du laboratoire sont PD1-Vaxx 2,13 et PDL1-Vaxx14, qui ont montré de grands avantages dans les études précliniques, en particulier dans le traitement combiné. Le PD1-Vaxx a terminé des essais cliniques d’escalade de dose aux États-Unis et en Australie. Le PD1-Vaxx sera associé à l’atezolizumab dans le cadre de l’essai de phase 1b qui débutera en mai 2023. Ce rapport se concentre sur l’évaluation de la capacité des anticorps induits par PDL1-Vaxx à bloquer l’interaction-1/-L1.
Le vaccin contre le cancer PDL1-Vaxx est un nouveau vaccin à épitopes peptidiques à cellules B avec les acides aminés-L1 130-147 liés au peptide de fusion du virus de la rougeole (MVF) à cellules T de promiscuité via un liant peptidique GPSL. Des études précliniques ont montré que PDL1-Vaxx est hautement immunogène pour stimuler la production d’anticorps anticancéreux dans divers modèles animaux, prolonger la survie et réduire la charge tumorale14. Ces anticorps générés contre le peptide-L1 peuvent bloquer avec succès l’interaction PD1/-L1, entraînant ainsi une activité anti-néoplasique. Ce rapport présente un test qui analyse le blocage de la formation du complexe PD1/-L1 par les anticorps induits par PDL1-Vaxx à l’aide d’un format à base de billes magnétiques avec une lecture à double rapporteur sur un instrument de cytométrie en flux.
1. Préparation expérimentale
REMARQUE : Les détails de tous les réactifs/équipements mentionnés à cette étape sont répertoriés dans le tableau des matériaux.
2. Couplage rhPD-1 aux billes magnétiques
REMARQUE : La protéine à coupler doit être exempte d’albumine sérique bovine (BSA), d’azoture de sodium, de glycine, de glycérol, de tris(hydroxy-méthyl)aminométhane (Tris) ou d’additifs contenant des amines et doit être en suspension dans du PBS à un pH de 7,4. Il existe un kit de couplage commercial qui comprend tous les réactifs et tampons nécessaires décrits dans le présent document (voir le tableau des matériaux).
3. Évaluation du couplage réussi de rhPD-1 aux billes
NOTE : Les microsphères couplées à rhPD-1 réagissent avec la rhPD-L1 biotinylée, cette dernière étant détectée par incubation avec SAPE suivie d’une évaluation sur le cytomètre en flux. Cela permet de vérifier à la fois le couplage réussi de-1 aux billes magnétiques et l’interaction fonctionnelle entre les protéines rhPD-1 et rhPD-L1.
4. Test de blocage-1 /-L1 à billes magnétiques-L1
NOTE : Ce test évalue l’activité bloquante des médiateurs solubles (par exemple, les anticorps anti-PDL1-peptide) sur les interactions PD1/-L1 recombinantes. En bref, le rhPD-L1 biotinylé est préincubé avec des anticorps générés chez le lapin après différentes inoculations de peptides PDL1-Vaxx. Le mélange d’anticorps rhPD-L1 + anti-PDL1 est ensuite capturé à l’aide de billes magnétiques couplées à rhPD-1, et la liaison de rhPD-L1 aux billes couplées à rhPD-1 est quantifiée par l’ajout de streptavidine-PE. Le signal de fluorescence PE est inversement corrélé à l’activité bloquante des anticorps/inhibiteurs anti-PDL1 testés. La liaison à l’anticorps anti-PDL1-peptide est évaluée simultanément par la liaison d’un anticorps secondaire anti-lapin couplé à BV421 (pour les anticorps anti-PDL1-peptide) ou anti-humain (pour les anticorps témoins) et par l’évaluation de la fluorescence BV421 dans le deuxième canal de l’instrument. Les étapes de l’essai sont illustrées à la figure 1.
Figure 1 : Schéma de l’essai de blocage-1/-L1 à double rapporteur. Le-L1 humain recombinant biotinylé (rhPD-L1) est pré-incubé avec des anticorps anti-PDL1 induits par PDL1-Vaxx avant de se combiner avec des billes magnétiques couplées à rhPD-1 pour permettre la formation de complexes de points de contrôle-1/-L1. La rhPD-L1 complexée est ensuite détectée et marquée par l’ajout de phycoérythrine couplée à la streptavidine (SAPE, fluorophore orange). Les anticorps dirigés contre les épitopes de PDL1-Vaxx ciblent rhPD-L1 qui s’est complexé en rhPD-1 pré-couplé aux billes magnétiques, et ils sont éclairés à l’aide d’un anticorps secondaire conjugué au violet brillant 421 (BV421, fluorophore bleu). Les anticorps rhPD-L1 biotinylés qui sont complexés à-1 (signal PE) et les anticorps anti-PDL1 qui reconnaissent et se lient au rhPD-L1 (signal BV421) sont analysés simultanément à l’aide d’un instrument de cytométrie en flux à double rapporteur qui interroge les échantillons pour les deux fluorophores dans deux canaux rapporteurs distincts. Les valeurs de sortie pour chaque échantillon sont l’intensité de fluorescence médiane de chaque fluorophore. L’inhibition de la formation du complexe PD1/-L1 par différents anticorps induits par PDL1-Vaxx est ensuite extrapolée en comparant les signaux expérimentaux à ceux générés à l’aide d’un anticorps monoclonal témoin négatif qui ne se lie pas à rhPD-L1 (inhibition de 0%). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Le test a permis de quantifier avec précision l’inhibition de l’interaction-1/-L1 par quatre anticorps polyclonaux uniques, générés contre les peptides vaccinaux rhPD-L1, qui sont explorés en tant qu’agents thérapeutiques potentiels contre le cancer. Le schéma de ce test est fourni à la figure 1. La quantité de rhPD-L1 biotinylée qui s’est liée aux billes conjuguées de rhPD-1 et l’inhibition de cette liaison par les quatre candidats anticorps induits par PLD1-Vaxx ont été mesurées dans le canal Reporter 1 à l’aide d’un réactif de détection de streptavidine-PE qui se lie directement à rhPD-L1 (Figure 2).
Les quatre anticorps polyclonaux anti-PDL1-peptide ont bloqué l’interaction rhPD-L1 avec-1 qui avait été immobilisée sur des microsphères à des degrés variables. Le pourcentage d’inhibition des différents anticorps peptidiques anti-PDL1 variait de 48 % à 74 % à la concentration maximale testée de 1 000 μg/mL. L’anticorps monoclonal témoin positif, l’atezolizumab, a permis d’obtenir un blocage de 92 % de l’interaction-1/-L1 à la concentration maximale testéede 14 μg/mL (Figure 2). Tous les anticorps expérimentaux PDL1-Vaxx ont montré une inhibition dépendante de la concentration de la liaison de rhPD-L1 aux billes conjuguées rhPD-1 par rapport au trastuzumab, l’anticorps témoin négatif qui ne devrait pas interagir avec le système-1/-L1.
Figure 2 : Blocage de l’interaction de rhPD-L1 avec rhPD-1 couplé à des billes magnétiques par des anticorps anti-PDL1-peptide, comme le montre un nouveau test immunologique à base de billes fluorescentes. La-1 humaine recombinante a été couplée à des microsphères magnétiques, et les billes ont ensuite été incubées avec du rhPD-L1 biotinylé qui avait été pré-incubé avec différents anticorps anti-PDL1-peptide. Un réactif de détection de la streptavidine-phycoérythrine a été utilisé pour se lier à la biotine et, ainsi, évaluer la quantité relative de rhPD-L1 disponible pour se lier à-1. Les anticorps polyclonaux élevés chez le lapin contre les vaccins peptidiques PDL1 (anti-PDL1[36], anti-PDL1[50], anti-PDL1[95] et anti-PDL1[130]) ont été testés pour leur activité inhibitrice et ont montré un blocage de 48%-74% des interactions-1/-L1 recombinantes à la concentration la plus élevée testée. L’atezolizumab (un anticorps monoclonal anti-PDL1 différent) a été utilisé comme témoin positif. L’anticorps monoclonal commercial non apparenté trastuzumab (anti-HER2) a été utilisé comme témoin négatif. Cette figure est adaptée de Guo et al.14. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Liaison comparative de différents anticorps induits par PDL1-Vaxx à rhPD-L1 complexés à des billes magnétiques enrobées de rhPD1. Un anticorps de détection secondaire conjugué violet brillant 421 a été utilisé pour comparer la liaison de différents anticorps polyclonaux anti-PDL1-peptide de lapin à rhPD-L1 via des billes enrobées de rhPD-1. Le signal de fluorescence bleue BV421 a été enregistré dans le canal 2 du Reporter de l’instrument à double rapporteur ; ce signal est corrélé à l’efficacité relative de liaison des anticorps expérimentaux anti-PDL1-peptide. Le trastezumab (anti-HER2), un anticorps monoclonal qui cible un point de contrôle différent de celui de-1/-L1, a été utilisé comme témoin négatif. L’IMF représente l’intensité de fluorescence médiane moyenne des billes, qui a été mesurée dans des puits de réaction dupliqués par condition. Cette figure est adaptée de Guo et al.14. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les capacités relatives des quatre anticorps candidats expérimentaux induits par PDL1-Vaxx à se lier à rhPD-L1 ont été comparées à l’aide d’un système de détection séparé (IgG anti-lapin conjuguées BV421) qui a été évalué sur le deuxième canal rapporteur de l’instrument. Ces résultats indiquent que les quatre anticorps polyclonaux anti-PDL1-peptide se lient à rhPD-L1 d’une manière dépendante de la concentration14 (Figure 3). L’anticorps anti-PDL1(130) a montré le signal de liaison rhPDL1 le plus élevé des quatre candidats anticorps induits par PDL1-Vaxx.
L’objectif de l’immunothérapie anticancéreuse liée aux points de contrôle est de perturber l’interaction entre les protéines des points de contrôle et leurs ligands importants dans la survie et la progression des tumeurs2. Ce groupe de recherche développe activement de nouveaux vaccins-1 et-L1 qui suscitent une réponse anticorps qui cible et interrompt le point de contrôle-1/-L1 3,8,13,14. Auparavant, deux variantes de tests immuno-enzymatiques (ELISA) ont été réalisées pour évaluer les effets des anticorps anti-PDL1-peptide sur l’inhibition de l’interaction recombinante PD1/-L114. (1) Dans le premier variant, rhPD-L1 a été enrobé sur une plaque de microtitration, puis la plaque a été incubée avec des anticorps dilués induits par le candidat vaccin anti-PDL1. L’inhibition de l’interaction-1/-L1 recombinante par les anticorps a ensuite été évaluée en ajoutant du rhPD-1 biotinylé et en quantifiant la liaison au rhPD-L1 immobilisé à l’aide d’un conjugué streptavidine-peroxydase de raifort et d’un substrat colorimétrique. C’est ce que nous avons défini comme le test de blocus direct. (2) Dans la deuxième variante, le-1 a été recouvert sur la plaque de microtitration. La rhPD-L1 biotinylée a été pré-incubée avec chacun des anticorps polyclonaux induits par le candidat anti-PLD1 dans des tubes de réaction séparés. Les mélanges rhPDL1/anti-PDL1 ont ensuite été ajoutés aux puits de plaques contenant du rhPD-1 immobilisé et laissés réagir. Tout rhPDL1 qui a réagi avec le rhPD-1 immobilisé en présence d’anticorps potentiellement bloquants induits par PDL1-Vaxx a été détecté lors de l’incubation ultérieure de la streptavidine-HRP et du substrat colorimétrique. C’est ce que nous avons défini comme le test de blocage inverse.
Le blocage inverse de l’interaction-1/-L1 recombinante par des anticorps anti-PDL1-peptide a montré une inhibition du signal (c’est-à-dire un blocage-1/-L1) d’une manière dépendante de la concentration d’anticorps14, tandis que l’approche de blocage direct n’a pas fourni de résultats cohérents (non illustré). Le test de blocage à double rapporteur à base de billes a été développé pour vérifier les résultats ELISA et pour étudier le blocage de l’interaction-1/-L1 dans une phase fluide, ce qui élimine les problèmes potentiels d’entrave stérique / disponibilité des épitopes de liaison associés à l’immobilisation des protéines recombinantes au fond des puits. L’analyse de la microsphère a été directement corrélée aux résultats du blocage ELISA à l’aide du test de blocage inverse (Figure 2). De plus, les immunoessais basés sur la fluorescence peuvent fournir une meilleure sensibilité du test et une plage dynamique élargie par rapport aux tests ELISA colorimétriques18, et de plus, le test à base de billes multiplexées permet la performance simultanée de deux immunoessais indépendants au sein d’une seule réaction. Le sulfo-NHS et l’EDC utilisés pour le couplage covalent des microsphères à rhPD-1 pourraient avoir conduit aux différences de performance observées entre les tests de blocage direct et de blocage inversé et aux différences de sensibilité observées entre les tests ELISA et les tests d’interaction-1/-L1 recombinants à base de billes Luminex. D’autres recherches aux niveaux chimique et moléculaire sont nécessaires pour étudier les mécanismes possibles responsables de ces différences.
Les tests ELISA14 et les tests à base de billes démontrent que les anticorps anti-PDL1 induits par PDL1-Vaxx peuvent inhiber la formation de complexes de points de contrôle PD1/-L1. Le PDL1-Vaxx à base de peptides induit avec succès des anticorps anti-PDL1 qui peuvent bloquer l’interaction-1/-L1. Cette approche pourrait constituer une nouvelle stratégie thérapeutique pour le traitement du cancer, comme le soutiennent les études précliniques chez l’animal 3,13,14. Les essais cliniques prévus détermineront l’efficacité du PDL1-Vaxx pour l’immunothérapie par point de contrôle et le contrôle de la maladie chez les patients atteints de cancer.
Pravin T.P. Kaumaya est consultant auprès d’Imugene, Ltd.
Les auteurs remercient Sherry Dunbar, Ph.D., MBA de Luminex Corporation (Austin, TX) pour son soutien à la recherche, et Matthew Silverman, Ph.D., Biomedical Publishing Solutions (Panama City, FL ; mattsilver@yahoo.com) pour son aide scientifique et rédactionnelle. Ce travail a été soutenu par des prix décernés à Pravin T. P. Kaumaya par les National Institutes of Health (R21 CA13508 et R01 CA84356) et à Imugene Ltd, Sydney, Australie (OSU 900600, GR110567 et GR124326).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Buffers | |||
Activation Buffer: 0.1 M NaH2PO4, pH 6.2 | Millipore/Sigma | S3139 | |
Assay/Wash Buffer: PBS-TBN (1x PBS, pH 7.4 + 0.1% BSA + 0.05 % (v/v) Tween-20; 0.05% NaN3) | Millipore/Sigma | P3563 (PBS+Tween20), A7888 (Bovine serum albumin), S8032 (sodium azide) | |
Coupling Buffer: 50 mM 2-morpholinoethanesulfonic acid (MES), pH 5.0 | MilliporeSigma | M2933 | |
Coupling Reagents | |||
1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC) | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 77149 | |
xMAP Antibody Coupling Kit (if desired), includes: | Luminex Corp. (Austin, TX) | 40-50016 | |
EDC, 10 mg | |||
sNHS solution, 250 µL | |||
Activation/Coupling Buffer: 0.1 M 2-morpholinoethanesulfonic acid (MES), pH 6.0 | |||
Wash Buffer: 1x PBS, pH 7.4 + 0.1% BSA + 0.05 % (v/v) Tween-20; 0.05% NaN3 (PBS-TBN) | |||
Sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 24510 | |
Instrumentation and Ancillary Lab Supplies | |||
xMAP INTELLIFLEX (dual-reporter instrument) | Luminex Corp. (Austin, TX) | INTELLIFLEX-DRSE-RUO | |
Low protein-binding round bottom 96-well plate | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 07-200-761 | |
Luminex Magnetic Plate Separator (or comparable) | Luminex Corp. (Austin, TX) | CN-0269-01 | |
Luminex Magnetic Tube Separator (or comparable) | Luminex Corp. (Austin, TX) | CN-0288-01 | |
MagPlex Microspheres (magnetic, fluorescent, 6.5-µm-diameter beads) | Luminex Corp. (Austin, TX) | MC-1**** (varies by bead label) | |
Protein LoBind microcentrifuge tubes | ThermoFisher Scientific (Waltham, MA) | 022431081 | |
Peptides, Antibodies, & Detection Reagents | |||
Atezolizumab (humanized anti-PDL1 IgG1 monoclonal antibody), positive control | Genentech/Roche (San Francisco, CA) | n/a (prescription medications) | |
Biotinylated recombinant human PDL1 | Sino Biological (Wayne, PA) | 10084-H49H-B | |
Brilliant Violet 421-congugated donkey anti-human IgG | Jackson Immunoresearch Laboratories Inc. (Westgrove, PA) | 709-675-149 | |
Brilliant Violet 421-congugated donkey anti-rabbit IgG | Jackson Immunoresearch Laboratories Inc. (Westgrove, PA) | 711-675-152 | |
Recombinant human PD-1 (poly-histidine tagged) | Acro Biosystems (Newark, DE) | PD1-H5256 | |
Streptavidin-conjugated R-phycoerythrin (SAPE) | Agilent (Santa Clara, CA) | PJRS34-1 | |
Trastuzumab (Herceptin, humanized anti-HER2 monoclonal antibody), negative control | Genentech/Roche (San Francisco, CA) | n/a (prescription medications) |
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