Immunodéficiences - généralités

Immunodéficiences primaires : maladies héritées , un ou plusieurs composés du système immuniyaire

Immunodéficiences secondaires : cause externe :Irradiation, malnutrition, médicaments, infections

Cellules concernées : lymphocytes T, B, phagocytes, complément

Conséquences :Déficiences B : infections chroniques ou répétées

(streptocoques, staphyllocoques, etc./pneumonies, otites, sinusites

Déficiences T : infection par virus, fungi/ déficiences humorales

I. X-linked infantile (Bruton ’s) agammaglobulinemia(1cas/100 000), après 5-6 mois , infections bactériennesSurvie: 20-30 ans; dépression ou absence complète de toutes les classes d ’immunoglobulines; pas de maturation de cellules pré-B; gène tyrosine kinase cytoplasmique (btk)?Cellules T fonctionnent normalement

II. Déficiences sélective d ’immunoglobulines IgA (1/700) ; infections sinupulmonaires ou sans symptomesIgG2 , IgG4, infections pyogéniques IgM (Hyper -M syndrome) déficience en IgG et IgA, beaucoup IgMAutoanticorps anti-IgM; pas de switch; déficientes en CD40 ligand

III. Common variable immunofeficiency (CVID)Apparaît à 15-35 ans, suite à une infection EBV; déficience IgALymphomes

IV. Transient hypogammaglobunemia (enfance)5-6 mois , pendant 3 ans ; IgM normaux, pas de switch ( lymphokines)

Déficiences d ’anticorps et de cellules B

Déficiences de cellules T et immunodéficiences combinées

I. Severe Combined Immunodefiency Disease SCIDHéterogène, manque de cellules souches à la diff. en B et TPeu de lymphocytes dans le sang; susceptibilité à toute infection Diarrhées, pneumonies, fatal sans traitement. - Plus de 50% lié au chr. X, chaîne d ’interleukines ;- Déficience adénosine déaminase ADA -accum.dATPGreffe de moelle osseuse.

II. Congenital thymic aplasia (DiGearge Syndrome)Pas de développment de thymus et glandes parathyroidesPas de lymphos T ; b présent mais pas de IgGGreffe de thymus

III. Ataxia-telangiectasiaAbonormalités immunologiques, neurologiques,; def. T, IgA, IgG2, IgG4

THERAPIE GENIQUEPrincipes

+

+

++ +

+

++

+

+ +

++

vecteursviraux

(par ex. adénovirus)

vecteurs synthétiques

(par ex. lipides cationiques)

vecteurs synthétiques

(par ex. lipides cationiques)

vecteurs viraux

(par ex. adénovirus)

ADN ADN

EXPRESSION DE GÈNES

Vecteur

Rétrovirus

Adenovirus

Adeno-ass. Virus

Herpes simplexVuris type I

ADN nu

Liposomes

Caractéristiques de vecteurs de transfert de gènes

Avantages

1-30 % transduction,Permanent; HSC, C épithéliales

Cellules éipithéliales;Haute fréquenceStable ; division cellulaire Pas nécessaire; intègre dans génome ; faible fréqu.

Diff. Types cellulairesExpression prolongée

Simple

Simple;

Inconvénients

Instable; faible titre viralLimite : 9-12 kb

Pas de HSC; immunogène

Limite 5kb, faible titre viral

Pas d ’intégration dansGénome; cytotoxique

Faible intégration

Faible fréquence

PRINCIPE : TRANSFERT DE GENESPRINCIPE : TRANSFERT DE GENES

Efficacité in vitro (gènes/cellule)

concentration(gènes/ml)

Taille du gène(kbp)

1 - 100 105 - 107

106 - 1011 1014

3 - 8 > 150

immunogène transitoire

++++

++++

++

+ ++

+

+

Protocole pour une thérapie génique pour souris rag -/-

5 Souris rag-2 -/-

Extractionde HSC dufémur

RéactionC-kit AbMonoclonalavec mélanine

Vecteurgène rag-2

Marquage HSCPar c-kit monoclonal

FEL

6.1m130mW/mm230 sec

9 Souris rag-2 -/-

Injectionde cellules irradiés dans veine

c is an essential component of the receptors for IL-2, IL-4, IL-7, IL-9 and IL-15. Mutation of c results in XSCID

Abbreviations: c, common cytokine receptor chain; IL, interleukin; XSCID, X-linked severe combined immunodeficiency disease.

SCID

T-B+NK- SCID can be caused by mutations (as depicted by the cross) in c or Jak3 (a),

whereas T-B+NK+ SCID can be caused bymutations in the gene encoding IL-7R (as depicted by the cross)

combined immunodeficiency disease;

Cellules B

Cellules pré-pro-BCommonlymphoidPrecursor

(CLP)

HSCIkarosPU.1

Cellules pré-pro-Bprécoces

Cellules pré-pro-Btardives

Cellules pré-B

Pré-BR

Pax5EA2

Pax5

NK

GATA3Notch1

CD44+CD25-

NK

DC

Id3Il-15

CD44+CD25+

EA2Notch?

Id3Il-7

CD44-CD25+

HEBNotch1

Notch1

TCD8

?

IL-7

Il-7R+EPO-R-

Thérapie génique pour X-SCIDModèle souris : c -/-; transduction de c (murin et humain)- rétrovirusCellules T, B, NK

Chez l ’homme :

Cellules CD34+ transfectées avec c (vecteur: rétrovirus : virus de la leucémie murine moloney)Patients : 8 et 11 ans, détection c par PCR.

Thérapie génique pour ADA

Administration bi-hebdomadaire de PEG-ADA(bovine)Cellules T transfectées avec gène ADACD34+ transfectées avec gène ADA

Problème : efficacité de transfection (1-2% )Solution : CD34+/CD38- + flt3-L + trombopoiétine (TPO) 50% avec vecteur rétroviral

Successful transfer of ADA gene in vitro into human peripheral blood CD34+ cells by transfecting EBV-based episomal vectors, FEBS Letters, Volume 441, Issue 1, 11 December 1998, Pages 39-42 Etsuko Satoh, Hideyo Hirai, Tohru Inaba, Chihiro Shimazaki,Masao Nakagawa, Jiro Imanishi and Osam Mazda

ADA activity of the transfected cells. PB CD34+ cells were transfected with pSES.ADA (open squares in A and C), pSES.CD8(closed circles in A and C), or indicated plasmids (in B). Cells cultured for 3 days (A and B) or pooled CFU-c colonies derived from the transfected cells (C) were lysed and ADA enzyme activities were assayed as described .

Live attenuated or killed vaccines - polio, rabies

Subunit (antigen) vaccines - tetanus, diptheria

Conjugate vaccines - Haemophilus influenza

Synthetic (recombinant) - Hepatitis (H.B. surface ag purified from yeast)

Viral vectored - trial canarypox for HIV

DNA vaccines - numerous clinical trials

(passive immunization and adjuvants)

Vaccine Types

Nouvelles approches vaccinales

Les vaccins sous-unitésLes vaccins vivants recombinésLa vaccination par DNA nuLes vaccins T-dépendantsLes vaccins thérapeutiques

HAT IS CURRENTLY GOING ON WITH ANTI-HIV VACCINE DEVELOPMENT? Current strategies

1. Live attenuated vaccines based on deletion of non-essential NEF gene in monkeys Effective against highly pathogenic strains of SIV. Because of the problems with

reversion : vaccine strains with multiple NEF deletions. But : disease in juvenile monkeys and adult monkeys. Although the Australian cohort remained

free of disease for more than 17years (7.5 with SIV) evidence that they too are losing CD4+ T cells.

2. Whole killed virus vaccine is again being studied The problem remains, however, that failure in inactivation : a retrovirus that has the potential to integrate into the host genome

and cause disease at a much later time.

3. Recombinant subunits of the envelope and core do induce high levels of neutralizing antibody but poor cross neutralization and there are no killer T cells to attack infected cells.

4. Peptide epitopes directed against the principal neutralizing domain of HIV gp120

5. Pseudovirus may be used to make vaccines. One could insert a gene for the env protein into the genome of a harmles virus. These live vectors that can induce antibody and killer T cells.

6. DNA immunization--a safe, inexpensive, transportable. Gives both humoral and cell-mediated immunity. Naked DNA vaccines have already been effective against SIV.

Live attenuated virus vaccines

La fonction de NEF

« Negative Regulating Factor »Downregulation de CD4 et du CMH

Transcription réverse plus efficace

Live attenuated virus vaccines

In vivo, HIV can infect a resting T cell but cannot replicate in that cell. Although NEF canactivate the cell, it cannot be made in the resting T cell. The above observations solve this conundrum. Macrophages are infected by HIV and make NEF without any activationprocess. As a result they make factors that activate resting T cells that can now support a productive infection!

Live attenuated virus vaccines - NEF

Résultat HIV avec nef déficient : inhibe développement du SIDA (Rhésus)Risque : réversion en forme virulente

Making a genetic vaccine: from Genetic Vaccines: Scientific American, 1999 by David B. Weiner and Ronald C. Kennedy

La vaccination par DNA nu

muqueuses

La vaccination par DNA nu -Principe du ELI (Expression Library Immunization)

Génome du pathogène

Fragments ADN pathogène

Plasmidebanque

AnimauxGroupe1Groupe2Groupe3Groupe4Groupe5Groupe6Etc….

Résistantsensiblesensiblesensiblesensiblesensiblesensible

Isolation du plasmide

Analyse du plasmide

Vaccin

La vaccination par DNA nu -exemples

Antigène viral hôte voie réponse protection

HIV-1env, gag, pol chimpanzé I.M. Ab et CTL ouiHIV-1 nef, rev, tat homme I.M. CTL N/AHIV-1 env et rev homme I.M. Ab et CTL N/AHIV-1 env ADN+prot rhésus I.M. Ab, TH, CTL oui

Ebola np et gp souris/c.inde I.M. Ab et CTL partielleSendai virus souris gene gun CTL partielleInfluenza np souris I.M. Ab et CTL ouiInfluenza A HA porc muq. Ab non

Malaria circumsporozoite ag souris I.M. CTL, cytok. NO partielleMalaria gene + prot souirs I.M. CMI oui

Les vaccins vivants recombinés

Souches virales ou bactériennes atténuées utilisées comme vecteur pour l ’ADN du pathogène :

Bactéries :

bacille Calmette-Guerin (BCG;HIV ENV, SIV Gag; immun systémique et muqueuse)Listeria monocytogenes (muqueuses souris)Salmonellae (vaccin oral souris; transfection de phagocytes ; réponse. Cell. et humorale))Shigella (intranasal ; b-gal)

Virus : Vacinia virus Ankara (MVA ; HIV env + injection Il-2)

Canarypox (gp 160, gp 120, gag, pol , env, nef; réponse CTL à HIV-1)

Coxackivirus (immunogène et non pathogène; Coxacki-HIV recomb.)

(a) Salmonella stimulates membrane ruffling and macropinocytosis, which results in uptake of this organism by professional phagocyte]. (b) Entry into the host cell also induces apoptosis. (c) Membrane blebs, which contain the DNA vaccine, are released by the Salmonella-infected cells undergoing apoptosis and are phagocytosed by proximal bystander dendritic cells (DC), resulting in delivery of the DNA vaccine to the DC. The antigen encoded by the DNA vaccine is then expressed by the DC and presented in the context of major histocompatibility complex (MHC) class I and class II to CD8+ and CD4+ T cells, respectively.

Proposed model for the delivery of DNA vaccines by Salmonella

Les vaccins vivants recombinés

BCG remains in an early phagosome and prevents fusion with the lysosome, whereas Salmonellae promote the development of a spacious phagolysosome after fusion with the primary lysosome. L. monocytogenes and Shigellae, on the other hand, lyse the phagosome and enter the cytoplasm of the host cell.

The intracellular tropism of bacille Calmette-Guerin (BCG), Listeria monocytogenes, Salmonellae and Shigellae vectors

Les vaccins T- dépendantsDes méthodes pour générer des Ag peptidiques

à la place des Ag polysaccharides

L ’hypothèse de Jerne sur le réseau idiotypique

- Par anticorps anti-idiotypique- Par phage display- ADN nu