Stimulation de la réponse immunitaire innée par le ChX710: vers une nouvelle classe de molécules antivirales – ChemInnate

Pour identifier des composés capables de stimuler la réponse immunitaire innée et notamment la production d'interférons, nous avons développé différents test fonctionnels basés sur l'utilisation de lignées cellulaires établies ou de cellules immunitaires purifiées à partir du sang de donneurs sains. Ces tests cellulaires nous ont permis de cribler différentes chimiothèques de plusieurs milliers de composés naturels (métabolites, xénobiotiques) ou de synthèse, et d'identifier ainsi un certain nombre de molécules candidates tels que les composés ChX710 et DD363. Nous étudions ensuite la réponse immunitaire innée activée par ces composés dans différents types cellulaires par des méthodes classiques de RT-qPCR, gènes rapporteurs, transcriptomique ou ELISA sur billes pour le suivi des cytokines. Par ailleurs, nous disposons au laboratoire de différents modèles d'infections virales in vitro (virus de la rougeole, du chikungunya, de la dengue, etc.) permettant d'évaluer les propriétés antivirales de ces molécules. Enfin, et si nous parvenons à optimiser les propriétés pharmacologiques des molécules identifiées en collaboration avec nos collègues chimistes, des études in vivo chez la souris seront réalisées dans des modèles d'infection bien établis (virus du Nil Occidental ou du chikungunya). Ces études permettront d'évaluer les effets antiviraux de ces composés mais aussi l'impact qu'ont ces molécules sur la réponse immunitaire innée et adaptative aux virus.

Le premier résultat marquant de ce projet est la mise en évidence des effets amplificateurs du composé ChX710 sur la réponse immunitaire innée à l’ADN cytosolique, tout au moins dans les cellules HEK-293. La réponse à l’ADN cytosolique joue en effet un rôle clé dans la réponse immunitaire innée aux virus à ADN ainsi qu’à divers stress métaboliques ou génotoxiques, et par conséquent dans l’élimination de cellules pré-tumorales et tumorales. L’identification d’une molécule capable d’amplifier cette réponse permet donc d’établir une preuve de concept importante, même si les mécanismes mis en jeu restent à caractériser et les observations étendues à différents types cellulaires.
Le second résultat marquant concerne le composé DD363. Nous avons montré que cette molécule est un nouvel inhibiteur de la voie de biosynthèse des pyrimidines. A ce titre, il amplifie la réponse cellulaire aux ARN viraux, ce que nous avions déjà montré pour d’autres composés ayant ce même mode d’action. Cependant, l’étude de cette molécule nous a permis d’aller plus loin en montrant pour la première fois qu’un inhibiteur de cette voie métabolique amplifie non seulement l’expression des ISGs en réponse aux ARN viraux, mais également la sécrétion d’interférons dans les cellules traitées. Cette observation dévoile un nouveau mécanisme par lequel une cellule communiquerait avec ses voisines sur son état métabolique, notamment dans le contexte d’une infection virale.

Le composé ChX710 ayant pour propriété d'amplifier la réponse cellulaire à l'ADN cytosolique, nous allons étudier les effets de cette molécule sur la réplication de différents virus à ADN, notamment adénovirus et herpèsvirus, tout d'abord in vitro puis éventuellement in in vivo en fonction des résultats obtenus. Par ailleurs, cette molécule pourrait être utile pour amplifier la réponse immunitaire innée à des agents utilisés comme anticancéreux: intercalants, alkylants et antimétabolites. Le mode d'action de ces molécules repose en effet sur l'induction de dommages à l’ADN, lesquels entrainent la libération d'ADN cellulaire dans le cytosol et l'activation des récepteurs à l'ADN de l'immunité innée. Le ChX710 pourrait ainsi potentialiser les effets de certains traitements anticancéreux. Enfin, l’étude du mode d’action de cette molécule se poursuit, et des résultats récents montrent que l’amplification de la réponse cellulaire à l’ADN par le ChX710 implique la mise en place d’un stress oxydatif et l’activation des caspases cellulaires.
Par ailleurs, de nouvelles campagnes de criblage ont été lancées et les premiers résultats ont permis d'identifier un nouvel ensemble de composés capables d'inhiber la réponse inflammatoire associée à une infection virale. En évitant un emballement de la réponse immunitaire innée, ces molécules pourrait également avoir un intérêt dans le traitement de certaines infections virales.

Publication: « Identification of a small molecule that primes the type I interferon response to cytosolic DNA », Khiar S. & al, Scientific Reports. 2017 May 31;7(1):2561.

Seminar/congress:
1. S. Khiar & PO Vidalain, Selected speaker, Congress « Journées Francophones de Virologie » (March 2016)
2. PO Vidalain, Symposium « Viruses, Immunity and innovative therapeutic strategies », Cagliari, Italy (March 2017)
3. PO Vidalain, Seminar « Dompter la réponse immunitaire contre les virus: l’approche chemobiologique », Université Saint Esprit de Kaslik, Lebanon (December 2016)
4. S Khiar, Virology Congress 2017 « Identification of a small molecule that primes the type I interferon response to cytosolic DNA », London, UK, (March 2017)
5. PO Vidalain (Team 1), Invited Speaker, Journée de la Chimiothèque Nationale (May 2017)
6. PO Vidalain, Seminar, « Dompter la réponse immunitaire contre les virus: l’approche chemobiologique », EA7426, HCL-Biomérieux, Lyon (January 2017)
7. PO Vidalain, Invited Speaker, Third Cochin Conference on Infection, Immunity and Inflammation
8. S. Khiar, Selected speaker, Congress « Journées Francophones de Virologie » (March 2017)

Book chapter:
PO Vidalain, Chapter in TDC Journal (« Textes et Documents pour la Classe ») – Réseau Canopé. - « La mémoire sous la peau », TDC N°1103. P58-59.

Alors que les infections virales représentent toujours un problème majeur de santé publique, notre arsenal thérapeutique reste limité. Malgré le succès de certains antiviraux à action directe, notamment contre le VIH et le VHC, la plupart des virus échappent rapidement aux molécules qui ciblent directement leur machinerie de réplication grâce à un fort taux de mutations. De plus, l’éventail des virus qui infectent l’homme, et les phénomènes d’émergence comme Ebola ou le chikungunya, rendent impossible le développement de traitements spécifique contre chacun d’entre eux. Dans ce contexte, nous explorons un nouveau concept basé sur le développement d’antiviraux à large spectre qui, au lieu de cibler le virus lui-même, bloquent la croissance virale en stimulant la réponse immunitaire innée antivirale.
Afin d'identifier des composés qui activent les gènes antiviraux normalement induits par les interférons, ou ISGs (Interferon-Stimulated Genes), nous avons développé une lignée rapportrice exprimant la luciférase sous contrôle d'un élément de réponse ISRE (Interferon-Stimulated Response Element). Ces cellules ont ensuite été utilisées pour cribler une chimiothèque non biaisée de 10,000 composés. Une seule molécule présentant les propriétés recherchées a été identifiée : le ChX710. Des analyses par RT-qPCR ont ensuite montré que cette molécule induit l’expression des gènes interférons et des ISGs dans différents types cellulaires, notamment les monocytes primaires et les cellules dendritiques plasmacytoïdes. Les propriétés immunostimulatrices de ce composé sont nouvelles, et son mode d'action est totalement inconnu. Pour identifier les voies de signalisation mises en jeu, nous avons éteint par siRNA l’expression de facteurs cellulaires impliqués directement dans l'induction des ISGs par les récepteurs aux pathogènes (MAVS, IRF1, IRF3), ou via la synthèse autocrine des interférons de type I (TYK2). Aucun de ces facteurs, à l’exception d’IRF1, ne semble impliqué dans l'activation du promoteur ISRE par le composé ChX710. Par ailleurs, comme la lignée que nous utilisons pour ces tests n’exprime ni les TLR7/8/9 ni l’adaptateur STING, nos données suggèrent que ChX710 cible une voie de signalisation originale pour activer les gènes de la réponse antivirale innée. Enfin, nous avons montré récemment que ce composé augmente la réponse anticorps à l'antigène ovalbumine dans un modèle d’immunisation chez la souris, ce qui démontre in vivo ses propriétés immunostimulatrices. Si la réponse antivirale et le stress cellulaire induits par le Ch710 entrainent l’apoptose des cellules traitées, le ChX710 ne présente aucune toxicité locale ou systémique lorsqu'il est injecté à des animaux.
Nos données suggèrent donc que ChX710 est un stimulateur de la réponse antivirale innée qui cible une voie de signalisation originale. Les objectifs de ce programme de recherche sont d'étudier les propriétés immunostimulatrices, le mode d'action, et l'activité antivirale de cette molécule in vitro et in vivo. Pour cela, nous allons (i) développer des analogues chimiques plus actifs et plus stables in vivo, (ii) documenter les propriétés immunostimulatrices et antivirales du ChX710 à la fois in vitro sur des cellules humaines primaires et in vivo dans des modèles murins d’immunisation et d'infection, et enfin (iii) rechercher le mode d'action de cette molécule par des approches de transcriptomique et de protéomique. Ce programme de recherche interdisciplinaire nécessite des compétences spécifiques en chimie organique, pharmacologie et immuno-virologie que possèdent les membres du consortium. Les principaux résultats attendus sont l'identification de voies de signalisation originales capables de stimuler la réponse immunitaire innée antivirale, et le développement d'une molécule immunostimulatrice innovante d'intérêt thérapeutique contre les infections virales, mais également lorsque la stimulation de l'immunité innée est recherchée (cancérologie, vaccinologie, etc.).