La majorité des ADC qui sont actuellement en clinique et en développement sont produits par une conjugaison chimique via les résidus lysine ou cystéine, menant à un produit hétérogène pour leur ratio toxine sur anticorps (DAR). L'objet des travaux de thèse a pour but de décrire la caractérisation in vitro et in vivo de nouveaux ADC optimisés et construits à partir de l'anticorps anti-CD30 cAC10, ayant le même squelette polypetidique que Adcetris, et de comparer les résultats à ce dernier. La transglutaminase bactérienne (BTG) a été utilisée pour conjuguer de manière site-spécifique la MMAE aux glutamines aux positions 295 et 297 du cAC10, amenant à des ADCs homogènes de DAR 4, TG-ADC. Des travaux préliminaires ont permis d’établir les conditions optimales de conjugaison avec un procédé en deux étapes. Les tests de cytotoxicité ont révélé des EC50 comparables entre Adcetris et les TG-ADC. Les données d’efficacité in vivo montrent une efficacité équivalente voire légèrement supérieure pour les TG-ADC que Adcetris. L'étude de biodistribution in vivo dans un modèle avec et sans tumeur est réalisé avec un 125-I TG-ADC et est comparé à 125I-Adcetris. Le TG ADC site spécifique montre une meilleure distribution tumorale. Adcetris a une distribution non médiée par la cible, dans le foie et la rate, plus importante. En ligne avec ces résultats, la dose maximale tolérée des TG ADC est significativement plus élevée que Adcetris chez le rat. Ces résultats suggèrent que les ADC homogènes ont une meilleure pharmacocinétique et un meilleur index thérapeutique comparés aux ADC avec des DAR hétérogènes. / Most ADC that are currently in clinical use or development produced by chemical conjugation of a toxin via either lysine or cysteine residues, inevitably leading to heterogeneous products with variable drug-to-antibody ratios (DARs). Here, we describe the in vitro and in vivo characterization of novel ADCs that are based on the anti-CD30 antibody cAC10, which has the same polypeptide backbone as Adcetris, and compare the results with the latter. Bacterial transglutaminase (BTG) was exploited to site-specifically conjugate derivatives of MMAE to the glutamines at position 295 and 297 of cAC10, yielding homogeneous ADCs with a DAR of 4, TG-ADC. Preliminary works have led to define optimal conditions for conjugation, but also define a two step process. In vitro cell toxicity experiments revealed comparable EC50-values for Adcetris and TG-ADC. The efficacy data have shown slightly better efficacy for TG-ADC compared to Adcetris. Quantitative time-dependent in vivo biodistribution studies in normal and xenografted mice were performed with a selected 125I TG ADC and compared with 125I-Adcetris. Adcetris has an higher liver and spleen unspecific uptakes. In line with these results, the maximum tolerated dose of the BTG-coupled ADC (> 60 mg/kg) was significantly higher than that of ADCETRIS® (18 mg/kg) in rats. These results suggest that homogenous ADCs display improved pharmacokinetics and better therapeutic indexes compared to chemically modified ADCs with variable DARs.

La transformation des cellules normales de l’organisme en un phénotype malin est souvent accompagnée de changements dans leur antigénicité. L’antigène Tn (GalNac-O-Ser/Thréo) est un antigène (Ag) glycopeptidique spécifique des tumeurs et exprimé à la membrane plasmique des cellules cancéreuses dans la majorité des carcinomes humains ainsi que dans certaines tumeurs hématologiques, tandis qu’il n’est pas détecté dans les cellules normales. Il représente donc une cible potentielle très intéressante pour l’immunothérapie passive par anticorps, car il n’est pas détectable dans les cellules normales, mais est démasqué dans environ 90% des cancers épithéliaux du fait d’une dérégulation des processus de glycosylation. Les anticorps monoclonaux (AcM) spécifiques d’antigènes exprimés à la membrane des cellules tumorales ont une efficacité prouvée dans le traitement de certains cancers. Ces AcM thérapeutiques sont particulièrement intéressants pour le traitement des cancers du fait de leur forte spécificité pour les cellules tumorales et de leur faible toxicité pour les cellules normales, contrairement aux chimiothérapies conventionnelles, mais leur mécanisme d’action est encore mal connu. L’AcM Chi-Tn est un anticorps chimérique homme/souris capable de se fixer de façon spécifique à l’antigène tumoral Tn, alors qu’il ne se fixe pas sur les cellules normales. Cet AcM pourrait donc être envisagé comme agent thérapeutique dans le traitement des cancers épithéliaux par immunothérapie passive.Nous nous sommes intéressés à l’AcM Chi-Tn non couplé en vue d’analyser son mécanisme d’action et d’évaluer son efficacité thérapeutique in vivo. Nous avons montré que l’AcM Chi-Tn seul ne possède pas d’effet toxique direct sur les lignées de cellules tumorales Tn-positives in vitro. Cependant, en présence de macrophages, cet AcM est capable d’induire la lyse de ces cellules par un mécanisme d’ADCC. In vivo, l’AcM Chi-Tn, associé à la cyclophosphamide, induit le rejet d'une tumeur du sein dans plus de 80% des souris. Cette inhibition de la croissance tumorale est abolie chez les souris déficientes pour la chaine associée aux récepteurs RFc activateurs, suggérant in vivo un mécanisme d’ADCC. Par l’étude microscopique du microenvironnement tumoral, nous avons observé que les cellules tumorales forment in vivo des synapses avec des macrophages, des neutrophiles, mais aussi des lymphocytes B. Des expériences de survie in vivo chez des souris déficientes pour différentes populations cellulaires montrent que les lymphocytes T semblent nécessaires à la protection des souris par Chi-Tn contre la tumeur. Ainsi, ces résultats confirment le rôle des effecteurs exprimant des RFc activateurs, mais aussi le rôle indispensable de la réponse immune adaptative pour assurer l'effet thérapeutique des AcM.Nous nous sommes également intéressés à l’utilisation potentielle de l’AcM Chi-Tn comme vecteur d’agents cytotoxiques. In vivo, dans un modèle de tumeurs solides chez la souris, des expériences de biodistribution montrent que l’AcM Chi-Tn est capable de cibler spécifiquement les zones tumorales, ce qui en fait un anticorps potentiellement utilisable comme vecteur de molécules toxiques. L’internalisation du complexe anticorps/antigène cible est un pré-requis nécessaire à l’utilisation de l’anticorps conjugué. Nous avons montré in vitro que l’AcM Chi-Tn est internalisé dans les endosomes précoces et de recyclage pendant un temps relativement long, faisant de cet AcM un bon candidat pour être couplé à des agents cytotoxiques. Durant ma thèse, nous avons couplé l’AcM Chi-Tn à la toxine saporine ou à la molécule cytotoxique auristatine F, et nous avons montré in vitro que ces conjugués sont cytotoxiques sur des lignées cellulaires Tn-positives. / Pas de résumé en anglais

La transformation des cellules normales de l'organisme en un phénotype malin est souvent accompagnée de changements dans leur antigénicité. L'antigène Tn (GalNac-O-Ser/Thréo) est un antigène (Ag) glycopeptidique spécifique des tumeurs et exprimé à la membrane plasmique des cellules cancéreuses dans la majorité des carcinomes humains ainsi que dans certaines tumeurs hématologiques, tandis qu'il n'est pas détecté dans les cellules normales. Il représente donc une cible potentielle très intéressante pour l'immunothérapie passive par anticorps, car il n'est pas détectable dans les cellules normales, mais est démasqué dans environ 90% des cancers épithéliaux du fait d'une dérégulation des processus de glycosylation. Les anticorps monoclonaux (AcM) spécifiques d'antigènes exprimés à la membrane des cellules tumorales ont une efficacité prouvée dans le traitement de certains cancers. Ces AcM thérapeutiques sont particulièrement intéressants pour le traitement des cancers du fait de leur forte spécificité pour les cellules tumorales et de leur faible toxicité pour les cellules normales, contrairement aux chimiothérapies conventionnelles, mais leur mécanisme d'action est encore mal connu. L'AcM Chi-Tn est un anticorps chimérique homme/souris capable de se fixer de façon spécifique à l'antigène tumoral Tn, alors qu'il ne se fixe pas sur les cellules normales. Cet AcM pourrait donc être envisagé comme agent thérapeutique dans le traitement des cancers épithéliaux par immunothérapie passive.Nous nous sommes intéressés à l'AcM Chi-Tn non couplé en vue d'analyser son mécanisme d'action et d'évaluer son efficacité thérapeutique in vivo. Nous avons montré que l'AcM Chi-Tn seul ne possède pas d'effet toxique direct sur les lignées de cellules tumorales Tn-positives in vitro. Cependant, en présence de macrophages, cet AcM est capable d'induire la lyse de ces cellules par un mécanisme d'ADCC. In vivo, l'AcM Chi-Tn, associé à la cyclophosphamide, induit le rejet d'une tumeur du sein dans plus de 80% des souris. Cette inhibition de la croissance tumorale est abolie chez les souris déficientes pour la chaine associée aux récepteurs RFc activateurs, suggérant in vivo un mécanisme d'ADCC. Par l'étude microscopique du microenvironnement tumoral, nous avons observé que les cellules tumorales forment in vivo des synapses avec des macrophages, des neutrophiles, mais aussi des lymphocytes B. Des expériences de survie in vivo chez des souris déficientes pour différentes populations cellulaires montrent que les lymphocytes T semblent nécessaires à la protection des souris par Chi-Tn contre la tumeur. Ainsi, ces résultats confirment le rôle des effecteurs exprimant des RFc activateurs, mais aussi le rôle indispensable de la réponse immune adaptative pour assurer l'effet thérapeutique des AcM.Nous nous sommes également intéressés à l'utilisation potentielle de l'AcM Chi-Tn comme vecteur d'agents cytotoxiques. In vivo, dans un modèle de tumeurs solides chez la souris, des expériences de biodistribution montrent que l'AcM Chi-Tn est capable de cibler spécifiquement les zones tumorales, ce qui en fait un anticorps potentiellement utilisable comme vecteur de molécules toxiques. L'internalisation du complexe anticorps/antigène cible est un pré-requis nécessaire à l'utilisation de l'anticorps conjugué. Nous avons montré in vitro que l'AcM Chi-Tn est internalisé dans les endosomes précoces et de recyclage pendant un temps relativement long, faisant de cet AcM un bon candidat pour être couplé à des agents cytotoxiques. Durant ma thèse, nous avons couplé l'AcM Chi-Tn à la toxine saporine ou à la molécule cytotoxique auristatine F, et nous avons montré in vitro que ces conjugués sont cytotoxiques sur des lignées cellulaires Tn-positives.

Une des principales limites de la chimiothérapie du cancer est le manque de sélectivité des agents cytotoxiques vis-à-vis des cellules tumorales, entrainant de nombreux effets secondaires. L’intérêt de la vectorisation est d’administrer l’agent cytotoxique sélectivement aux cellules cancéreuses et ainsi d’éviter de faire subir l’action du médicament aux cellules saines. Cette thèse a pour but de synthétiser des prodrogues multivalentes qui utilisent la sous unité B de la toxine de Shiga (STxB) comme agent de vectorisation, ciblant préférentiellement les cellules cancéreuses Gb3-positives. Les deux agents cytotoxiques choisis, un dérivé de la camptothécine et de l’auristatine, ont été liés de façon covalente auvecteur via un espaceur bifonctionnel clivable par le glutathion. L’espaceur a également été remplacé par un répartiteur multivalent susceptible de délivrer une quantité plus importante d’agent cytotoxique à l’intérieur des cellules tumorales.Parallèlement à ce projet de vectorisation d’un agent thérapeutique, des sondes IRM capables de marquer in vivo les tumeurs possédant à leur surface le récepteur Gb3 ont été synthétisées. L’IRM a une très bonne définition spatiale, mais souffre d’un manque de sensibilité. Pour augmenter le contraste, nous avons utilisé une stratégie reposant sur lamultivalence des espaceurs liés à des molécules de DOTA-Gd, un agent de contraste classiquement utilisé en IRM. Ces dernières ont été fixées à STxB via un répartiteur multivalent (des nano-bâtonnets d’or). Le signal IRM est plus intense et donc plus facile à détecter. Enfin, nous avons développé une nouvelle méthode chimique basée sur la ligationoxime pour optimiser la création de conjugués entre STxB et des antigènes comme outils de vaccination. Le conjugué STxB-ovalbumine a permis une meilleure présentation de l’antigène par les cellules dendritiques, conduisant chez la souris à une induction efficace de lymphocytes T. / Pas de résumé en anglais

Les stratégies thérapeutiques mises en place contre le cancer ont de nos jours besoin de nouveaux médicaments, à la fois plus actifs que ceux déjà existants et induisant moins d’effets secondaires. Ces nouvelles stratégies visent à cibler spécifiquement les cellules cancéreuses. Parmi ces stratégies, ces travaux de thèse concernent la vectorisation active, à l’aide d’un vecteur protéique dérivé de la toxine de Shiga, STxB. STxB reconnait spécifiquement son récepteur biologique Gb3, surexprimé à la surface des cellules cancéreuses humaines. Ce projet de recherche porte sur la conception et la synthèse de conjugués, combinant STxB et un agent cytotoxique. Le linker chimique, qui relie ces deux espèces, a été soigneusement conçu pour respecter les deux critères suivants : être suffisamment stable et néanmoins pouvoir être clivé pour libérer l’agent cytotoxique une fois les cellules cancéreuses atteintes. Un premier linker a été construit autour du motif mercaptoethanol, lié au vecteur STxB par une liaison disulfure. La libération de l’agent cytotoxique peut donc être initiée par un réducteur biologique comme le glutathion, puis par une étape d’auto-immolation. Ce linker a été appliqué à deux composés cytotoxiques très puissants, dérivés de l’auristatine, et a conduit à des résultats prometteurs in vitro. La labilité de la liaison ester à pH acide a également été mise à profit dans l’élaboration de deux linkers, conçus autour de motifs glutamate et thréoninate. L’utilisation d’un agent cytotoxique modérément puissant a été l’occasion de développer une stratégie de multivalence, consistant à augmenter la charge d’agents cytotoxiques sur STxB. Une autre option a été de considérer les nano-batônnets d’or comme une plate-forme nanométrique multimodale, capable de lier plusieurs milliers d’agents cytotoxiques et STxB. Enfin l’incorporation d’une séquence peptidique, connue pour être substrat d’une protéase, a donné lieu à une troisième étude, reposant sur un linker clivable plus sélectivement. Plusieurs linkers ont été étudiées, selon qu’ils libèrent l’agent cytotoxique sous sa forme native ou non. / We need new therapeutic strategies to treat cancerous patients by the discovery of new drugs that would be more active than those existing and especially assigning fewer side effects. These new therapies aim to specifically target cancer cells. Among the strategies for cancer targeting, we investigated drug-targeted strategies using a proteic carrier, STxB, derived from Shiga toxin. This protein recognizes specifically its biological receptor Gb3, which is over-expressed on human cancer cells. This work consisted in the design and synthesis of conjugates combining STxB and a cytotoxic drug. The chemical linker binding these two moieties was carefully designed in order to fit requirements of both stability and ability to trigger a drug-delivery. A first linker was designed around a mercaptoethanol core, able to be conjugated to STxB by a disulfide bond. This constitutes a drug-delivery trigger, activated by a biological reducing agent such as glutathion, and followed by a self-immolative step. Two highly potent conjugates of auristatin derivatives were obtained and showed promising results in vitro. The ester bonds lability in acidic pH was exploited for the design of two amino acid based linker. With the aim of increasing the ratio of drug on STxB, we investigated several multivalent linkers. Another option was to consider gold nanorods as a nanometric platform, able to carry thousands of drugs and STxB. The incorporation of a protease substrate to produce an enzyme-cleavable linker was investigated. Several spacers, which induced release of the drug under native form or under prodrug form, were designed and tested.