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

Déficiences d ’anticorps et de cellules B I. X-linked infantile (Bruton ’s) agammaglobulinemia (1cas/100 000), après 5-6 mois , infections bactériennes Survie: 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 symptomes IgG2 , IgG4, infections pyogéniques IgM (Hyper -M syndrome) déficience en IgG et IgA, beaucoup IgM Autoanticorps 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 IgA Lymphomes IV. Transient hypogammaglobunemia (enfance) 5-6 mois , pendant 3 ans ; IgM normaux, pas de switch ( lymphokines)

Déficiences de cellules T et immunodéficiences combinées I. Severe Combined Immunodefiency Disease SCID Héterogène, manque de cellules souches à la diff. en B et T Peu de lymphocytes dans le sang; susceptibilité à toute infection Diarrhées, pneumonies, fatal sans traitement. - Plus de 50% lié au chr. X, chaîne g d ’interleukines ; - Déficience adénosine déaminase ADA -accum.dATP Greffe de moelle osseuse. II. Congenital thymic aplasia (DiGearge Syndrome) Pas de développment de thymus et glandes parathyroides Pas de lymphos T ; b présent mais pas de IgG Greffe de thymus III. Ataxia-telangiectasia Abonormalités immunologiques, neurologiques,; def. T, IgA, IgG2, IgG4

THERAPIE GENIQUE Principes vecteurs viraux (par ex. adénovirus) vecteurs viraux (par ex. adénovirus) ADN ADN + + vecteurs synthétiques (par ex. lipides cationiques) vecteurs synthétiques (par ex. lipides cationiques) + EXPRESSION DE GÈNES

Caractéristiques de vecteurs de transfert de gènes Rétrovirus Adenovirus Adeno-ass. Virus Herpes simplex Vuris type I ADN nu Liposomes Avantages 1-30 % transduction, Permanent; HSC, C épithéliales Cellules éipithéliales; Haute fréquence Stable ; division cellulaire Pas nécessaire; intègre dans génome ; faible fréqu. Diff. Types cellulaires Expression prolongée Simple Simple; Inconvénients Instable; faible titre viral Limite : 9-12 kb Pas de HSC; immunogène Limite 5kb, faible titre viral Pas d ’intégration dans Génome; cytotoxique Faible intégration Faible fréquence

PRINCIPE : TRANSFERT DE GENES + Efficacité in vitro (gènes/cellule) 1 - 100 105 - 107 concentration (gènes/ml) 106 - 1011 1014 Taille du gène (kbp) 3 - 8 > 150 immunogène transitoire

Protocole pour une thérapie génique pour souris rag -/- Injection de cellules irradiés dans veine 5 Souris rag-2 -/- 9 Souris rag-2 -/- Réaction C-kit Ab Monoclonal avec mélanine FEL 6.1mm 130mW/mm2 30 sec Extraction de HSC du fémur Vecteur gène rag-2 Marquage HSC Par c-kit monoclonal

SCID gc 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.

whereas T-B+NK+ SCID can be caused by 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 by mutations in the gene encoding IL-7R (as depicted by the cross) combined immunodeficiency disease;

HSC NK NK DC gd Ikaros IL-7 PU.1 EA2 Pax5 CD44+ Common GATA3 CD25- lymphoid Precursor (CLP) GATA3 Notch1 Cellules pré-pro-B Id3 Il-15 NK Cellules pré-pro-B précoces EA2 Notch? Il-7R+ EPO-R- ? CD44+ CD25+ DC Pax5 Id3 Il-7 HEB Notch1 Cellules pré-pro-B tardives gd Pré-BR CD44- CD25+ Notch1 Cellules pré-B abT CD8 Cellules B

Thérapie génique pour X-SCID Modèle souris : gc -/-; transduction de gc (murin et humain)- rétrovirus Cellules T, B, NK Chez l ’homme : Cellules CD34+ transfectées avec gc (vecteur: rétrovirus : virus de la leucémie murine moloney) Patients : 8 et 11 ans, détection gc par PCR. Thérapie génique pour ADA Administration bi-hebdomadaire de PEG-ADA(bovine) Cellules T transfectées avec gène ADA CD34+ 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 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 .

Vaccine Types 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)

Nouvelles approches vaccinales Les vaccins sous-unités Les vaccins vivants recombinés La vaccination par DNA nu Les vaccins T-dépendants Les 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

Transcription réverse plus efficace Live attenuated virus vaccines La fonction de NEF « Negative Regulating Factor » Downregulation de CD4 et du CMH Transcription réverse plus efficace

Risque : réversion en forme virulente Live attenuated virus vaccines - NEF In vivo, HIV can infect a resting T cell but cannot replicate in that cell. Although NEF can activate 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 activation process. As a result they make factors that activate resting T cells that can now support a productive infection! Résultat HIV avec nef déficient : inhibe développement du SIDA (Rhésus) Risque : réversion en forme virulente

La vaccination par DNA nu muqueuses Making a genetic vaccine: from Genetic Vaccines: Scientific American, 1999 by David B. Weiner and Ronald C. Kennedy

La vaccination par DNA nu - Principe du ELI (Expression Library Immunization) Vaccin Analyse du plasmide Génome du pathogène Isolation du plasmide Fragments ADN pathogène Animaux Groupe1 Groupe2 Groupe3 Groupe4 Groupe5 Groupe6 Etc…. Résistant sensible Plasmide banque

La vaccination par DNA nu - exemples Antigène viral hôte voie réponse protection HIV-1env, gag, pol chimpanzé I.M. Ab et CTL oui HIV-1 nef, rev, tat homme I.M. CTL N/A HIV-1 env et rev homme I.M. Ab et CTL N/A HIV-1 env ADN+prot rhésus I.M. Ab, TH, CTL oui Ebola np et gp souris/c.inde I.M. Ab et CTL partielle Sendai virus souris gene gun CTL partielle Influenza np souris I.M. Ab et CTL oui Influenza A HA porc muq. Ab non Malaria circumsporozoite ag souris I.M. CTL, cytok. NO partielle Malaria 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.)

Proposed model for the delivery of DNA vaccines Les vaccins vivants recombinés Proposed model for the delivery of DNA vaccines by Salmonella (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.

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

Les vaccins T- dépendants Des méthodes pour générer des Ag peptidiques à la place des Ag polysaccharides - Par anticorps anti-idiotypique - Par phage display - ADN nu L ’hypothèse de Jerne sur le réseau idiotypique