Une nouvelle voie pour moduler la réponse immunitaire anti-tumorale

| 14 NOV. 2018 - 17H57 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)
CANCER

Des chercheurs de l’Inserm, du CNRS, de l’Université Paris-Sud, de Gustave Roussy et de l’Institut Curie ont identifié un nouvel acteur dans la régulation de l’expression du gène PD-L1 : il s’agit du complexe eIF4F dont le rôle est de contrôler la fabrication des protéines.
Ce complexe pourrait devenir un marqueur prédictif de réponse aux traitements par immunothérapie. Par ailleurs, les chercheurs montrent pour la première fois qu’en inhibant ce complexe eIF4F, on obtient un effet anti-tumoral qui est lié à la diminution de l’expression de PD-L1, et qui fait donc intervenir le système immunitaire.
Ils espèrent pouvoir utiliser des inhibiteurs d’eIF4F comme agents anti-cancéreux dans le futur, seuls ou plus probablement en combinaison avec d’autres traitements.

Le système immunitaire, qui assure notre défense contre les maladies, paraissait désarmé il y a encore quelques années pour combattre le cancer. Les avancées en immunothérapie permettent de corriger cette déficience : il est désormais possible d’apprendre au système immunitaire à reconnaître et à détruire les cellules cancéreuses. Les lymphocytes retrouvent alors leur capacité initiale à combattre la tumeur au lieu de la protéger.
Exprimée à la surface des lymphocytes T, la molécule PD-1 (programmed cell death) se lie à une autre molécule présente à la surface de certaines cellules tumorales ou immunitaires, PD-L1. Cette interaction rend, en quelque sorte, la cellule tumorale invisible au système immunitaire, en désactivant (ou désarmant) le lymphocyte T.

Depuis quelques années, les traitements par immunothérapies ciblant l’interaction entre PD-L1 et PD-1 ont révolutionné la prise en charge du mélanome et d’autres cancers.
Cependant de nombreux patients ne répondent pas au traitement. Ces molécules sont très efficaces pendant plusieurs mois ou années mais chez seulement 10 à 20% des patients, tous types de cancers confondus.
« Le développement de biomarqueurs est donc un enjeu majeur pour être capable d’identifier les patients susceptibles de répondre au traitement » explique le Pr Caroline Robert, chef du service de dermatologie à Gustave Roussy.

« Une quantité élevée de PD-L1 dans les tumeurs est un indicateur important car elle est souvent associée à de bonnes réponses aux anti-PD1. Cependant, les mécanismes de la régulation de l’expression de PD-L1 ne sont pas complètement connus » précise Stephan Vagner, directeur de recherche Inserm et chef de l’équipe Biologie de l’ARN à l’Institut Curie.
Dans cette nouvelle publication, les chercheurs montrent pour la première fois qu’un complexe appelé eIF4F, qui est impliqué dans la phase d’initiation de la traduction des ARN messagers en protéines, régule l’expression de PD-L1 et qu’en ciblant eIF4F dans les cellules tumorales, il est possible de stimuler l’immunité anti-tumorale mimant ainsi l’effet d’une immunothérapie.

Dans cette étude, les chercheurs ont principalement utilisé le mélanome comme modèle mais ils ont également réalisé des expériences avec des cellules de cancer du poumon, du sein et du colon.
Ils vont maintenant évaluer l’apport de l’étude de la formation du complexe eIF4F en tant que marqueur prédictif de réponse aux traitements par immunothérapie.
Ils développent par ailleurs des modèles de traitements de mélanome reposant sur l’utilisation d’inhibiteurs du complexe eIF4F en combinaison avec d’autres traitements afin d’augmenter l’efficacité thérapeutique et de lutter contre les résistances.
                                               
Cette étude a été soutenue par l’Inserm, le CNRS, Gustave Roussy et l’Institut Curie. Elle est également financée grâce à la Ligue Nationale Contre le Cancer (Equipe labellisée), l’Institut National du Cancer, le collectif ‘Ensemble contre le mélanome’ et l’association ‘Vaincre le Mélanome’, le SIRIC Socrate, la Fondation Bettencourt Schueller et la Fondation ARC pour la Recherche sur le Cancer.

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Les pouvoirs extraordinaires des bactéries visualisés en direct

COMMUNIQUÉ | 23 MAI 2019 - 20H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

BASES MOLÉCULAIRES ET STRUCTURALES DU VIVANT

Population de bactéries résistantes aux antibiotiques visualisées en microscopie à fluorescence en cellules vivantes. Cette population d’Escherichia coli possède un plasmide conjugatif qui code la protéine TetA (en rouge), une pompe à efflux responsable de la résistance à la tétracycline (en vert). On voit une claire anti-corrélation entre la présence de TetA et la présence de tétracycline dans les cellules. Bien que génétiquement identiques certaines bactéries parviennent à produire TetA et rejeter la tétracycline, lorsque d’autres accumulent l’antibiotique et ne parviennent pas à développer la résistance.©Christian Lesterlin

La dissémination globale de résistances aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique et une priorité de la recherche internationale en microbiologie. Dans ses travaux à paraître dans Science, Christian Lesterlin, chercheur Inserm au sein du laboratoire ” Microbiologie moléculaire et biochimie structurale “(CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) à Lyon, a pu filmer avec son équipe le processus d’acquisition de l’antibiorésistance en temps réel, et a découvert un acteur essentiel mais inattendu dans son maintien et dans sa dissémination au sein des populations bactériennes.

Cette dissémination de l’antibiorésistance est en grande partie due à la capacité qu’ont les bactéries d’échanger du matériel génétique par un processus appelé conjugaison bactérienne. Le séquençage systématique de souches pathogènes ou environnementales a permis d’identifier une grande variété d’éléments génétiques transmissibles par conjugaison et porteurs des résistances à la plupart, sinon à toutes les classes d’antibiotiques actuellement utilisés dans les traitements cliniques. En revanche, le processus de transfert in vivo du matériel génétique d’une bactérie à l’autre, le temps nécessaire à l’acquisition de cette résistance une fois le nouveau matériel génétique reçu et l’effet des molécules antibiotiques sur cette résistance étaient encore inconnus.

Une visualisation en temps réel
Les chercheurs ont choisi d’étudier l’acquisition de la résistance de la bactérie Escherichia coli à un antibiotique couramment utilisé, la tétracycline en mettant une bactérie sensible à l’antibiotique en présence d’une bactérie résistante. Des études précédentes ont montré que cette résistance repose sur sa capacité à évacuer l’antibiotique avant qu’il n’ait pu jouer son rôle destructeur grâce à des “pompes à efflux” situées sur sa membrane. Ces pompes à efflux spécifiques, sont capables d’éjecter les molécules antimicrobiennes en dehors de bactéries, leur conférant ainsi un certain niveau de résistance.
Dans cette expérience, la transmission de l’ADN d’une “pompe à efflux” spécifique – la pompe TetA – a été observée entre une bactérie résistante et une bactérie sensible par marquage fluorescent.  Grâce à l’apport de la microscopie en cellule vivante, il suffisait alors de suivre la progression de la fluorescence pour voir, la manière dont l’ADN de la “pompe” migrait d’une bactérie à l’autre et comment il s’exprimait chez la bactérie receveuse.

Les chercheurs ont ainsi mis en évidence qu’en 1 à 2 heures seulement, le fragment d’ADN simple brin de la pompe à efflux était transformé en ADN double brin puis traduit en protéine fonctionnelle, conférant ainsi la résistance à la tétracycline à la bactérie receveuse.
 

Visualisation en temps réel du phénomène de conjugaison bactérienne

Le transfert d’ADN des bactéries donneuses (vertes) aux bactéries receveuses (rouges) est révélé par l’apparition de foyers de localisation rouges. L’expression rapide des gènes nouvellement acquis est quant à elle révélée par la production de fluorescence verte dans les bactéries receveuses. Crédit vidéo : Christian Lesterlin/Inserm

Comment la résistance s’organise-t-elle en présence d’antibiotique?
Le mode d’action de la tétracycline est bien connu des scientifiques : elle entraine la mort des bactéries en se fixant sur leur machinerie traductionnelle bloquant ainsi toute possibilité de produire des protéines. En suivant ce raisonnement, lorsque l’antibiotique est introduit dans le milieu de culture précédent, la pompe à efflux TetA ne devrait pas être produite et les bactéries devraient mourir. Pourtant, les chercheurs ont observé que paradoxalement, les bactéries étaient capables de survivre et de développer la résistance efficacement, suggérant l’implication d’un autre facteur essentiel au processus d’acquisition de résistance.

Les scientifiques ont découvert que ce phénomène s’explique par l’existence d’une autre pompe à efflux présente chez quasiment toutes les bactéries : la pompe AcrAB-TolC. Bien que cette pompe généraliste soit moins efficace que la pompe TetA, elle évacue tout de même un peu d’antibiotique hors de la cellule. Les bactéries peuvent ainsi maintenir une activité minimale de synthèse protéique. Ainsi, si la bactérie a la chance d’avoir reçu un gène de résistance par conjugaison, alors la pompe TetA est produite, et la bactérie devient durablement résistante.

Cette étude ouvre de nouvelles perspectives dans la recherche de mécanismes similaires chez d’autres bactéries que E.coli, et pour différents antibiotiques. “On pourrait même penser à une thérapie combinatoire qui allierait l’antibiotique et une molécule capable d’inhiber cette pompe généraliste. Même s’il est encore trop tôt pour envisager l’utilisation d’un tel inhibiteur dans une perspective thérapeutique, cette possibilité fait actuellement l’objet de nombreuses études car elle permettrait de réduire l’antibiorésistance, et d’empêcher sa dissémination aux différentes espèces de bactéries” conclut Christian Lesterlin.

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Pandoravirus : des virus géants qui inventent leurs propres gènes

COMMUNIQUÉ | 11 JUIN 2018 - 15H44 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

BASES MOLÉCULAIRES ET STRUCTURALES DU VIVANT | CANCER | GÉNÉTIQUE, GÉNOMIQUE ET BIO-INFORMATIQUE | IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE


La famille de virus géants pandoravirus s’enrichit de trois nouveaux membres, isolés par des chercheurs du laboratoire Information génomique et structurale (CNRS/Aix‐Marseille Université), associés au laboratoire Biologie à grande échelle (CEA/Inserm/Université Grenoble‐Alpes) et au CEA-Genoscope. Lors de sa découverte1, cette famille de virus avait étonné par son étrangeté – génomes géants, nombreux gènes sans équivalent connu. Dans Nature Communications le 11 juin 2018, les chercheurs proposent une explication : les pandoravirus seraient des fabriques à nouveaux gènes – et donc à nouvelles fonctions. De phénomènes de foire à innovateurs de l’évolution, les virus géants continuent de secouer les branches de l’arbre de la vie !
 
En 2013, la découverte de deux virus géants ne ressemblant à rien de connu brouillait la frontière entre monde viral et monde cellulaire[1]. Ces pandoravirus sont aussi grands que des bactéries et dotés de génomes plus complexes que ceux de certains organismes eucaryotes[2]. Mais leur étrangeté – une forme inédite d’amphore, un génome énorme[3] et atypique – posait aussi la question de leur origine.
La même équipe a depuis isolé trois nouveaux membres de la famille à Marseille, Nouméa et Melbourne. Avec un autre virus trouvé en Allemagne, cela fait désormais six cas connus que l’équipe a comparés par différentes approches. Ces analyses montrent que, malgré une forme et un fonctionnement très similaires, ils ne partageant que la moitié de leurs gènes codant pour des protéines. Or, les membres d’une même famille ont généralement bien plus de gènes en commun…
De plus, ces nouveaux membres de la famille possèdent un grand nombre de gènes orphelins, c’est‐à‐dire codant pour des protéines sans équivalent dans le reste du monde vivant (c’était déjà le cas pour les deux premiers pandoravirus découverts). Cette caractéristique inexpliquée est au cœur de tous les débats sur l’origine des virus. Mais ce qui a le plus étonné les chercheurs, c’est que ces gènes orphelins sont différents d’un pandoravirus à l’autre, rendant de plus en plus improbable qu’ils aient été hérités d’un ancêtre commun à toute la famille !

Analysés par différentes méthodes bioinformatiques, ces gènes orphelins se sont révélés très semblables aux régions non‐codantes (ou intergéniques) du génome des pandoravirus. Face à ces constats, un seul scénario pourrait expliquer à la fois la taille gigantesque des génomes des pandoravirus, leur diversité et leur grande proportion de gènes orphelins : une grande partie des gènes de ces virus naîtrait spontanément et au hasard dans les régions intergéniques. Des gènes « apparaissent » donc à des endroits différents d’une souche à l’autre, ce qui explique leur caractère unique. 
Si elle est avérée, cette hypothèse révolutionnaire ferait des virus géants des artisans de la créativité génétique, qui est un élément central, mais encore mal expliqué, de toutes les conceptions de l’origine de la vie et de son évolution.

[1] Communiqué de presse du 18 juillet 2013 : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3173.htm
[2] Organismes dont les cellules sont dotées de noyaux, contrairement aux deux autres règnes du vivant, les bactéries et les archées.
[3] Jusqu’à 2,7 millions de bases.
Voir aussi « Behind the paper: Giant pandoraviruses create their own genes » sur le blog natureecoevocommunity.nature.com

Ces recherches ont bénéficié, entre autres, d’un financement de la Fondation Bettencourt Schueller à Chantal Abergel, lauréate 2014 du prix « Coup d’élan pour la recherche française ».

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La nanomédecine

Publié le 29 mars 2016
       
Les nanotechnologies recouvrent l'ensemble des techniques, outils et procédés qui permettent de manipuler la matière à une échelle en dessous de la centaine de nanomètres. Le nanomètre est une unité de mesure aussi petite qu’un milliardième de mètre, soit 1/50000ème de cheveu ! Les nanoparticules ne sont donc pas visibles à l’œil nu. Et à cette échelle, certaines propriétés de la matière peuvent changer: c’est là tout l’intérêt des nano-objets. Aujourd’hui, l’intégration des nanotechnologies en médecine, appelée plus couramment la nanomédecine, permet d’apporter de nouveaux espoirs dans le domaine de la santé. Discipline émergente, la nanomédecine se créé peu à peu une place en ouvrant de nouvelles perspectives sur des enjeux clefs : optimiser la délivrance du médicament, en ciblant spécifiquement des tissus ou des cellules, mieux contrôler la vitesse de libération du médicament dans l’organisme, offrir des voies de détection précoce et précise des maladies.

DES NANOPARTICULES
AU SERVICE DE LA SANTÉ

Les applications médicales des nanotechnologies s’avèrent très prometteuses du fait de la possibilité offerte, par la miniaturisation et l’ultra-miniaturisation, d’interagir de façon ciblée avec des entités biologiques telles que les tissus, les cellules, et même les molécules. Les nanotechnologies constituent donc un véritable espoir dans le développement de nouvelles techniques médicales de diagnostic, de thérapie ou de suivi des patients.
Actuellement, la nanomédecine intervient dans plusieurs domaines :
*         Le diagnostic qui mène à l’identification d’une maladie grâce à la détection de symptômes spécifiques de la pathologie ;
*         La thérapie, traitement spécifique d’une maladie ;
*         La médecine régénérative qui vise à permettre une régénération de tissu ou organes humains endommagés ;
*         Et les systèmes de capteurs, ensemble d’interfaces détectant, sous la forme d’un signal électrique, un phénomène physique afin de le représenter et d’acquérir des données sur ce dernier.
*        
Les nanomédicaments sont soumis aux mêmes contraintes réglementaires que les médicaments classiques avant attribution d’une autorisation de mise sur le marché (AMM), impliquant particulièrement l’évaluation du service médical rendu et des effets indésirables éventuels.



DES OUTILS D’ANALYSE,
DE DIAGNOSTIC
ET DE TRAITEMENT PLUS PERFORMANTS

Améliorer le diagnostic in vitro

La miniaturisation offerte par les microsystèmes et les nanoparticules permet de capter, isoler et mesurer des biomarqueurs, c’est-à-dire des molécules témoins précoces du développement d’une maladie. Ces biomarqueurs peuvent être mesurés in vitro à partir d’un échantillon biologique humain – sang, salive, urine, larme – ou in vivo c’est-à-dire directement dans le corps du patient. Rendre accessible les technologies d’analyses in vitro à du personnel non spécialisé tel que des médecins généralistes ou des infirmières constituerait un gain de temps et aiderait au diagnostic précoce.
Dans ce cadre, le CEA-Leti a développé avec la société STMicroelectronics la plate-forme nanotechnologique InCheck, qui permet de détecter le virus H5N1 de la grippe aviaire. Ce micro-laboratoire décentralisé est capable d’effectuer un test génétique complet en seulement quelques heures; une opération qui auparavant demandait du temps, du personnel qualifié et différentes méthodes d’analyses !

Associer les labopuces au diagnostic
Véritables laboratoires d’analyse biologiques miniatures, les labopuces sont des dispositifs qui rassemblent des composants microélectroniques, optiques et logiciels. Objectif : établir des diagnostics précoces pour prévenir le plus tôt possible l’apparition de maladies aussi graves que le cancer. Ainsi, le diagnostic précoce permettra d’adapter le traitement en fonction, d’une part, des spécificités de la maladie, et en fonction, d’autre part, des caractéristiques de l’individu atteint. Le projet Loccandia®, dans lequel des chercheurs du CEA-Leti collaborent, est un laboratoire sur puce pour le diagnostic du cancer du pancréas. Le but est d’analyser, dans des prélèvements sanguins, la présence de marqueurs spécifiques du cancer du pancréas grâce à l’utilisation de puces capables d’effectuer toutes les étapes nécessaires à la réalisation d’un diagnostic complet.

Les progrès de l’imagerie moléculaire
L’imagerie moléculaire, en particulier l’imagerie optique de fluorescence, permet d’envisager le ciblage et la détection précise d’organes ou de cellules spécifiques, comme des cellules cancéreuses. Elle permettra ainsi la détection précoce et de plus en plus précise des tumeurs, à un stade indécelable via les méthodes classiques, ainsi que le guidage des biopsies et de certains gestes chirurgicaux. Le CEA figure parmi les organismes les plus avancés pour la mise au point de systèmes combinés d’imagerie en 3 dimensions et de nanoparticules fluorescentes. En février 2007, le CEA-Leti a livré à un institut de recherche sur le cancer, l’IAB (Institut Albert Bonniot – UJF/INSERM-U823 – Grenoble), ainsi qu’à d’autres partenaires institutionnels, un tomographe optique pour effectuer des mesures de l’évolution des tumeurs profondes par fluorescence in vivo sur le rongeur. Cet appareil permet de suivre en temps réel la distribution de médicaments marqués par fluorescence et guidés par des nanoparticules vers l’organe ciblé.
En 2010, le CEA a crée une société start-up Fluoptics pour valider cliniquement, sur des patients humains, ses technologies d’imagerie optique per-opératoire, c’est-à-dire comme aide à la chirurgie.

TRAITER LES MALADIES CÉRÉBRALES
ET LES MALADIES ÉMERGENTES
La nanomédecine, et plus particulièrement les nanovecteurs, permettent d’améliorer le ciblage des médicaments vers les tissus malades, tout en réduisant les effets indésirables et les dégâts sur les tissus sains.
Les progrès recherchés portent aussi sur des diagnostics plus précoces, plus précis et plus rapides. La thérapie pourra ainsi être adaptée et personnalisée.

La vectorisation des médicaments
Actuellement testés par les chercheurs du CEA, des nanotransporteurs, particules très petites, pourraient d’une part, franchir certaines barrières biologiques, et, d’autre part, permettre aux médicaments qu’ils contiennent d’atteindre leur cible dans l’organisme en limitant les effets indésirables. En effet, le ciblage permet de limiter beaucoup les quantités de médicament à apporter à l’organisme pour obtenir localement la dose efficace. Il permet également de limiter les effets secondaires sur des organes non ciblés et in fine réduit la dose de médicaments au juste niveau nécessaire.

Dans le cadre d’une collaboration avec le CNRS, le CEA-Leti développe des nanoémulsions, les Lipidots®. Formées de gouttelettes d’huile de même taille en solution, le cœur de ces nanoémulsions peut contenir des substances actives. Non toxiques, ces nanoparticules d’huile, chargées en médicament, traversent certaines barrières biologiques pour atteindre directement la tumeur à traiter.

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