Anticorps dirigés contre des analogues d'état de transition

L'approche des anti-idiotypes : de l'enzyme à l'abzyme

Anticorps catalytiques " naturels "

Métalloabzymes et Hémoabzymes

           Historiquement, la première approche pour produire des abzymes repose sur le concept énoncé par L. Pauling et développé par W. Jencks qui consiste à immuniser un animal avec une molécule stable, mimant l'état de transition de la réaction chimique que l'on veut catalyser.
Les premières réactions obtenues furent des réactions d'hydrolyse d'esters et de carbonates par les équipes de R. Lerner et P. Schultz, qui utilisèrent comme antigènes des composés organophosphorés mimant la structure tétraédrique du carbone lors de la réaction d'hydrolyse (cf. figure n°1).

           Depuis ces résultats, plus de 70 réactions différentes ont pu être catalysées par des anticorps. Ces réactions concernent aussi bien l'hydrolyse de liaisons chimiques (esters, carbonates, amides, phosphates…), la synthèse de molécules (esters, amides, additions de Diels-Alder,…), que des réactions d'isomérisation, de décarboxylation, d'oxydo-réduction, etc…

           Si les premiers anticorps obtenus se caractérisaient par des activités catalytiques relativement faibles, les progrès réalisés dans la conception des haptènes (bait and switch), dans les stratégies d'immunisation (immunisations hétérologues, immunisations réactives), dans la modification site-dirigée d'anticorps (mutagénèse) ou dans les méthodes de criblage (catELISA) et de sélection (phage-display) ont permis d'obtenir des catalyseurs ayant une efficacité compatible avec une utilisation médicale ou industrielle.

           D'autre part la résolution de la structure tridimensionnelle d'un nombre croissant d'abzymes permet de mieux comprendre l'apparition et l'évolution de la fonction catalytique dans le site de reconnaissance d'un anticorps, mais également dans le site actif des enzymes.

           En 1974, Niels Jerne proposa la théorie du réseau idiotypique qui postule que pour chaque immunoglobuline (Ab1) produite contre un déterminant antigénique, il existe des anticorps Ab2 dirigés contre les déterminants antigéniques de l'Ab1.

           Lorsque les déterminants idiotypiques sont superposés aux sites de reconnaissance de l'antigène par l'Ab1, ces anticorps Ab2 peuvent mimer la structure de l'antigène et sont appelés " images internes " de l'antigène.

          La démarche expérimentale utilisée pour produire des abzymes est schématisée sur la Figure n°2.

Afin d'induire l'apparition d'abzymes, un premier anticorps Ab1 est sélectionné pour reconnaître le site actif d'une enzyme, de sorte qu'il possède des propriétés structurales complémentaires. Cet Ab1 est utilisé comme antigène afin de produire des Ab2 dirigés contre le site de reconnaissance de l'Ab1.
Parmi ces anticorps de seconde génération, certains peuvent représenter une " image interne " du site actif enzymatique de départ et éventuellement posséder une activité catalytique.

           Par cette approche, des anticorps possédant une activité estérase et amidase ont été obtenus. Ces abzymes présentent des activités catalytiques intéressantes, avec parfois un relâchement de spécificité.

           Des anticorps possédant une activité catalytique ont pu être isolés à partir du sérum de malades atteints de différentes pathologies. Les premières démonstrations ont été réalisées en purifiant les anticorps à partir de sérums humains.

           Des abzymes présentant une activité protéase contre le peptide vasoactif intestinal (VIP) furent ainsi isolés du sérum de patients atteints d'asthme. De façon surprenante, des anticorps possédant la même activité purent être obtenus en immunisant des souris par ce même peptide. Ces anticorps permirent de monter que dans ce cas, l'activité catalytique était portée par la seule chaîne légère de l'anticorps.

           Cette activité protéase anti-VIP a été retrouvée pour des protéines de Bence-Jones, qui sont des chaînes légères monoclonales d'anticorps excrétées dans les urines de malades atteints de lymphomes multiples.

           D'autres activités protéases ont été extraites, qui clivent la thyroglobuline chez des patients atteints de la Thyroïdite d'Hashimoto ou le facteur VIII chez des hémophiles traités par ce facteur de coagulation. Une activité catalytique d'hydrolyse de l'ADN a été montrée dans le sérum de patients atteints de lupus érythémateux ou d'arthrite rhumatoïde. Il semble que cette activité DNase soit corrélée à la présence d'un taux élevé d'anticorps anti-topoisomérase I dans le sérum des patients.

           L'idée de produire des anticorps mimant les métalloenzymes ou les hémoenzymes fut introduite rapidement afin de catalyser l'hydrolyse de liaisons relativement stables ou pour catalyser des activités de type peroxydase.

           Dès 1989, un anticorps catalysant l'hydrolyse d'une liaison Glycine-Phénylalanine fut produit en utilisant un haptène qui non seulement induit la reconnaissance la séquence Glycine-Phénylalanine, mais induit également un site de complexation d'un métal. Complexé à un atome de zinc, cet anticorps présente une bonne activité catalytique.

           La préparation d'anticorps dirigés contre différentes métalloporphyrines a permis de démontrer la possibilité de mimer les hémoprotéines. Ces hémoabzymes sont capables de catalyser des réactions de type peroxydase et pourraient se révéler à terme être des outils intéressants pour l'oxydation énantiosélective de différentes molécules.