Modulation of antibody-antigen interactions in Acute Myeloid Leukemia and Prion diseases

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Serval ID
serval:BIB_BA286796F9CF
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
Modulation of antibody-antigen interactions in Acute Myeloid Leukemia and Prion diseases
Author(s)
BARDELLI M.
Director(s)
MICHIELIN O.
Codirector(s)
VARANI L.
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Address
Faculté de biologie et de médecineUniversité de LausanneCH-1015 LausanneSUISSE
Publication state
Accepted
Issued date
2015
Language
english
Abstract
During my PhD l've been Focused on two main projects, involving the interaction of antibodies with Acute Myeloid Leukemia (AML) and Prion Protein (PrP). AML is one of the most prevalent forms of leukemia. Current treatment is based on chemotherapy that is not effective for older and frail patients.
Relapses and treatment failures are common and due to the existence of leukemic stem cells. Selective targeting and killing of this specific population, in addition to standard cancer therapy, is expected to enhance survival and prevent relapses. We investigated the use of antibodies to drive therapeutic agents against leukemic cells while sparing healthy ones. We developed antibodies against the surface proteins CD123 and Tim-3, including a bispecific antibody targeting both of them. These proteins are overexpressed in AML and present only in lower amount on healthy cells, allowing differentiation between the two in in vitro assays.
The antibodies can selectively direct towards AML chimeric antigen receptors (CAR), immune cells capable of killing cancer cells. By modulating the affinity of an anti-CD123 antibody we could improve its safety, i.e. its ability to direct CARs towards AML while sparing healthy cells. The anti-Tim-3 antibody has not worked as well in a CAR system, so far. However, we were able to use it in the design of an antibody-nanoparticle- chemotherapy drug conjugate and selectively deliver it to a model AML cell line in preliminary experiments.
We also used the anti-Tim-3 antibodies to investigate the cellular rôle of Tim-3 protein, confirming that galectin-9 its one of its natural ligands and observing that receptor activation leads to growth factor type responses in AML cells.
In the second project, we investigated the interaction of antibodies with Prion protein, responsible for neurodegenerative diseases through a not yet understood mechanism. Binding of antibody POM1 to prion protein increases PrP toxicity. We were able to design single antibody mutants that are either non-toxic or, more strikingly, can protect from Prion infection even when administered 20 days post infection. This surprising and novel resuit has implications for therapy but it also gives as a tool to understand more about PrP toxicity and protection.
Comparison of PrP in complex with toxic, non-toxic and protective antibodies might, in fact, reveal différences pinpointing the molecular requirements for PrP toxicity. Structural and molecular dynamic studies indicate that PrP forms différent network of intermolecular interactions when in complex with toxic and non-toxic antibodies, leading to altered flexibility in specific parts of PrP. Although these computational observation still need to be experimentally verified, they are in agreement with the literature stating that PrP flexibility is critical for the conversion of PrP in its toxic form.
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Durant mon doctorat, j'ai mené 2 projets principaux portant sur les interactions d'anticorps avec les leucémies myéloïdes aiguës (AML) et la protéine prion (PrP). L'AML est une des formes les plus répandues de leucémie. Le traitement actuel est basé sur la chimiothérapie qui ne s'avère pas efficace pour les patients âgés et fragiles. Les rechutes et les échecs des traitements sont fréquents et dus à la présence de cellules souches leucémiques. Le ciblage et l'élimination de cette population spécifique en parallèle avec une thérapie anticancéreuse standard est sensé augmenter la survie et prévenir les rechutes.
Nous avons étudié l'usage d'anticorps capable d'une action thérapeutique sur les cellules leucémiques tout en épargnant les cellules saines. Nous avons développé des anticorps dirigés contre les protéines de surface CD123 et Tim-3, y compris un anticorps bispécifique capable de cibler les deux. Ces protéines sont surexprimées dans les AML et présentes à des niveaux plus faibles dans les cellules saines, permettant la distinction entre ces deux types cellulaires lors d'essais in vitro.
Ces anticorps sont capables de dirigé spécifiquement vers les cellules AML des cellules immunitaires avec un récepteur antigénique chimérique (CAR) capables de tuer les cellules cancéreuses. En modulant l'affinité d'un anticorps dirigé contre le CD123, nous avons pu améliorer sa sûreté, c'est à dire son habilité à diriger les cellules CAR vers les cellules cancéreuses tout en épargnant les cellules saines.
L'anticorps anti-Tim-3 n'a pour l'instant pas donné de résultats aussi probants dans ce système. Quoi qu'il en soit, nous avons pu l'utiliser dans le design d'une chimiothérapie avec un conjugué anticorps-nanoparticules testé sur un modèle de lignée cellulaire AML lors de tests préliminaires.
Nous avons également utilisé l'anticorps anti-Tim-3 pour examiner le rôle de la protéine Tim-3 ce qui nous a permis de confirmer que la galectin-9 est un de ses ligands naturels et d'observer que l'activation du récepteur aboutissait à une réponse de type facteur de croissance chez les cellules AML.
Dans le second projet, nous avons étudié l'interaction des anticorps avec la protéine Prion responsable de maladies neurodégénératives au travers d'un mécanisme encore inconnu. La liaison de l'anticorps POM1 à la protéine Prion accroît la toxicité du PrP. Nous avons été capables de concevoir des mutants d'un anticorps qui sont soit non toxiques ou, plus surprenant, pouvant protéger du Prion même si administrés 20 jours après le début de l'infection. Ce résultat nouveau et surprenant a des implications pour la thérapie mais constitue également un outil pour mieux comprendre la toxicité et la protection contre le PrP.
La comparaison du PrP en complexe avec des anticorps toxiques, non-toxiques ou protectifs pourrait mettre à jour des différences permettant de révéler les mécanismes moléculaires de la toxicité du PrP. Les études des dynamiques structurelles et moléculaires indiquent que le PrP forme des réseaux d'interactions intermoléculaires différents quand il est en complexe avec des anticorps toxiques ou non toxiques aboutissant à une flexibilité altérée de certaines régions spécifiques du PrP. Quoique ces observations computationnelles doivent encore être vérifiées expérimentalement, elles sont en accord avec la littérature stipulant que la flexibilité du PrP est critique pour sa conversion dans sa forme toxique.
Create date
12/07/2016 9:53
Last modification date
20/08/2019 15:28
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