Avec quatorze anticorps utilisés en oncologie, les anticorps monoclonaux ont enfin une place de choix dans l'arsenal thérapeutique anticancéreux. Cependant, l'un des modes d'action les plus importants de ces molécules, la cytotoxicité à médiation cellulaire dépendante des anticorps (ADCC), souffre de plusieurs limites en raison de la nécessité d'une interaction optimale avec le FcγRIIIA. L'équipe du Dr. Daniel Baty a conçu de nouveaux formats d'anticorps bispécifiques basés sur l'utilisation de domaine unique d'anticorps de lamas (sdAb) et capables de contourner la plupart de ces limites. Des banques de phages issus de lamas immunisés ont permis de sélectionner deux sdAbs (d'affinités différentes) dirigés contre le FcγRIIIA exprimé par des cellules NK et les macrophages, ainsi qu'un sdAb dirigé contre l'antigène tumoral carcino-embryonnaire (ACE). En utilisant les domaines CH1 et Ck d'IgG1 humaine comme motif d'hétérodimérisation et les sdabs anti-ACE et anti-FcγRIII précédemment sélectionnés, nous avons développé des formats innovants d'anticorps bispécifiques Fab-like nommés bsFabs. Ces molécules sont faciles à produire, très stables et peuvent déclencher la lyse des cellules tumorales par les cellules NK humaines à des concentrations de l'ordre du picomolaire. Elles ne se lient pas au récepteur inhibiteur FcγRIIB, n'entrent pas en compétition avec des IgG sériques pour la liaison aux récepteurs, et leur activité cytotoxique est indépendante de la glycosylation du Fc et du polymorphisme du FcγRIIIA. / With fourteen antibodies used in oncology, monoclonal antibodies finally have a place in the therapeutic arsenal against cancer. However one of the modes of action of the most important of these molecules, cell-mediated cytotoxicity antibody-dependent (ADCC), suffers from several limitations due to the need for optimal interaction with the FcγRIIIA. Daniel Baty's team has developed new formats of bispecific antibodies based on the use of single domain llama antibodies (SdAb) that are capable of circumventing most of the these limitations. Phage libraries from immunized llamas were used to select two sdAbs directed against the FcγRIIIA expressed by NK cells and macrophages (with different affinities for FcγRIII), as well as one SdAb directed against the tumor antigen carcinoembryonic (CEA). Using CH1 and Ck domains of human IgG1 as a motif for heterodimerization and sdabs previously selected, we have developed innovative anti-CEA and anti-FcγRIII formats of bispecific antibodies Fab-like named bsFabs. These molecules are easy to produce, very stable and can trigger tumor cell lysis by human NK cells at picomolar concentrations. They do not bind FcγRIIB inhibitory receptor, do not compete with serum IgG and their cytotoxic activity is independent of FcγRIIIA polymorphism. In addition, they slow tumor growth in mouse model. In terms of pharmacokinetics, although bsFabs have a reasonable tumor retention, one of the limitations of these formats is size, which leads to rapid renal elimination. Such findings led us to consider the creation of new antibody formats to both increase tumor retention and secondly the half-life of antibodies in the body.

Le trastuzumab est le traitement de référence des cancers du sein « HER2 amplifié ». Outre les limitations inhérentes à toute IgG, cet anticorps est inefficace pour traiter les tumeurs exprimant que modérément (cancers hormonaux) ou faiblement (triple négatif) HER2. L'objectif de ces travaux de thèse est de concevoir de nouveaux anticorps bispécifiques destinés au traitement de cancers du sein échappant à l'action du trastuzumab. Nous nous sommes appuyés sur des formats innovants, basés sur l'utilisation d'anticorps simple domaine de lama (sdAb) comme unité de reconnaissance antigénique. Deux anticorps bispécifiques Fab-like (bsFab) ont été développés, l'un dirigé contre HER2 (HER2bsFab) et l'autre ciblant la mésothéline (MesobsFab), un antigène surexprimé dans 30 à 70% des cancers du sein « triple négatif ». En liant spécifiquement et de façon efficace FcγRIII, ces deux bsFabs ne compètent pas avec les IgG endogènes, ne fixent pas FcγRIIB et activent fortement les NKs. In vitro, HER2bsFab induit de fortes sécrétions de cytokines pro-inflammatoires et de puissantes ADCCs contre des lignées de cancer du sein indépendamment du niveau d'expression d'HER2 et du polymorphisme FcγRIIIA-158. In vivo, HER2bsFab montre une nette supériorité comparé au trastuzumab contre des tumeurs ne surexprimant que modérément HER2. HER2bsFab et MesobsFab induisent in vitro de fortes cytotoxicités contre deux lignées de cancer du sein « triple négatif » et des résultats préliminaires réalisés chez la souris semblent confirmer ces observations. A termes, l'utilisation de ces anticorps permettrait d'étendre la proportion de patientes traitables de façon efficace par immunothérapie. / Trastuzumab is established as standard of care for the treatment of HER2high breast cancers. However, in addition to Fc-related limitations inherent to IgG antibodies, trastuzumab is inefficient to treat low- (triple-negative) or moderate-HER2-overexpressing (hormone-receptor-positive) breast cancers. Based on the unique structural and functional properties of llama single domain antibodies (sdAbs), we report the design of two Fab-like bispecific antibodies targeted to HER2 (HER2bsFab) and mesothelin (MesobsFab), an antigen overexpressed in several human tumors, including triple-negative breast cancers. The two bsFabs display a unique, specific and high affinity for FcγRIII. As a consequence, they do not bind the FcγRIIB inhibitor receptor and bypass competition with endogenous IgGs. HER2bsFab mediated ADCC at picomolar concentration against HER2high as well as HER2moderate cell lines. In vivo HER2bsFab potently inhibited HER2high tumor growth and more importantly, exhibited a net superiority over trastuzumab at inhibiting HER2moderate tumor growth. Moreover, FcγRIIIA-engagement by HER2bsFab was independent of FcγRIIIA-158 polymorphism and induced a stronger NK cells activation in response to target cell recognition. Such findings led us to investigating the efficacy of bsFabs in a context of low-HER2-overexpression displays by triple-negative breast cancers. In vitro characterization showed that both HER2bsFab and MesobsFab trigger efficient lysis of two different triple-negative breast cancer cell lines. Altogether, these findings would enable the treatment of a broader population of patients than that eligible with current HER2-targeted therapies.

L’objectif de ces travaux de thèse est l’étude des modifications post-traductionnelles de la protéine ATF7. Cette protéine est phosphorylée sur les résidus thréonine (T) 51, T53 et T112 lorsque les cellules subissent un stress (UVs, choc osmotique). Cela permet à la protéine d’être active transcriptionnellement. En absence de stress une fraction de la protéine ATF7 est sumoylée et cela induit une inhibition de son activité transcriptionnelle. Le premier projet consiste à développer des outils qui permettent l’étude de la forme sumoylée de la protéine ATF7. Ces travaux ont permis l’élaboration de scFv-bispécifiques tétramériques qui permettent la reconnaissance simultanée de la protéine ATF7 et de la protéine SUMO1. L’autre projet principal était l’étude du rôle de la phosphorylation de la T112 en absence de stress. Les travaux menés au laboratoire ont permis de montrer que cette thréonine est phosphorylée pendant la phase M du cycle cellulaire et que cet événement est conduit par une autre voie de phosphorylation que la voie du stress et met en jeu la CDK1. / The objective of this thesis work was is the study of post-translationnal modifications (PTM) of the protein ATF7. This protein is phosphorylated on several threonine (T) residues upon stress (UVs, osmotic chock). This allows the protein to be transcriptionally active. In the absence of stress, a fraction of the protein is sumoylated resulting in an inhibition of its transcriptional activity. The first project raise to the development of tools that will enable the study of the sumoylated form of ATF7 protein. This work raise to the development of tetrameric bispecific scFv possessing a simultaneously recognizing ability of the proteins ATF7 and SUMO1. The other main project was the study of ATF7 T112 phosphorylation in the absence of stress. The experiments drove in the lab have shown that thus threonine is phosphorylated during mitosis by a specific pathway, which includes the CDK1.