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Lysine : vaut-elle plus ?[1]

 

Figue 2 : Diagramme schématique illustrant les rôles biochimiques de la lysine

La lysine a une capacité à induire de fortes réponses immunitaires. Elle assure un amorçage efficace des cellules T contre l'antigène. De plus, une fois que les cellules T spécifiques de l'antigène sont créées, l'acide aminé provoque une rapide expansion de la prolifération cellulaire.

L'immunothérapie adoptive implique le transfert passif de cellules T amorcées par un antigène pour initier une réponse immunitaire. Les cellules T sont extraites de l’hôte, «apprises» à reconnaître l’antigène étranger, puis retransférées dans l’hôte pour initier une réponse immunitaire efficace.

Dans le cancer, les cellules T cytotoxiques ont un rôle important à jouer dans la réponse immunitaire contre les cellules tumorales. La thérapie adoptive à base de cellules T implique le transfert passif de cellules T réactives à l'antigène vers un hôte porteur de tumeur afin d'initier le rejet de la tumeur. Les cellules CD4+ (utilisées avec succès contre les lymphomes disséminés) et CD8+ sont capables d'amorcer le rejet de la tumeur après un transfert adoptif.

Les infections virales sont également combattues par le transfert adoptif de lymphocytes T. Il a été démontré que le transfert adoptif de cellules T purge efficacement le virus de tous les tissus. Mais, le maintien des fonctions efficaces des cellules T CD8+ après le transfert adoptif est directement proportionnel à la quantité de cellules T CD4+ co-transférées, spécifiques au virus.

L'infection par le virus de la bronchite infectieuse (IBV) et la maladie associée peuvent être considérablement modifiées par le transfert passif des lymphocytes T immuns.

Des cellules Tc1 efficaces spécifiques à l'antigène primaire étaient protectrices contre l'infection pulmonaire mortelle par la grippe chez la souris. Les effecteurs hautement activés se sont accumulés dans le poumon avec une cinétique rapide et ont réduit le plus efficacement le titre viral pulmonaire au début de l'infection.

L'administration prophylactique de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques du virus Ebstein Barr tôt après la transplantation de moelle osseuse chez l'homme semble offrir la protection la plus efficace contre le développement d'une maladie lymphoproliférative associée à l'Ebstein Barr. Il a été démontré que l'administration de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques du virus Ebstein Barr avant le début du pic stabilise les titres viraux. L'administration de deux à quatre perfusions de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques du virus Ebstein Barr à partir du moment de la charge virale maximale a entraîné une diminution des titres viraux.

Une autre application importante est contre les parasites. Des expériences impliquant le transfert adoptif de cellules T ont réussi à contrôler le paludisme et les infections à toxoplasme. Une population de lymphocytes intraépithéliaux CD8alpha/beta+ purifiée a été isolée à partir de souris infectées au jour 11 après l'infection à toxoplasme. Ces cellules ont pu protéger des souris naïves par transfert adoptif contre un défi parasitaire mortel. L'analyse de l'ARN a révélé que des lymphocytes intraépithéliaux CD8alpha/beta+ amorcés produisent un message significatif pour une cytokine essentielle pour la protection de l'hôte contre la toxoplasmose. Les lymphocytes T CD4+ semblent jouer un rôle important dans l'infection paludéenne.

Les maladies infectieuses comme la lèpre ont été combattues par les cellules T transférées de manière adoptive. Des lignées de cellules dendritiques conditionnellement immortalisées ont été infectées par Mycobacterium tuberculosis. Ces cellules dendritiques activées se sont avérées capables de provoquer des réponses de cellules T spécifiques d'antigène et une immunité protectrice puissante mycobactérienne dans un modèle d'infection tuberculeuse.

 

RÉSUMÉ

La lysine, un acide aminé cationique essentiel, possède un groupe R chargé positivement. La structure de la lysine est donnée par (H3N+-) CH(-COO)-CH2-CH2-CH2-CH2-N+H3. Alors que le(s) rôle(s) anabolisant(s) de la molécule est au centre de l'attention depuis plusieurs décennies maintenant, ses propriétés biologiques, par ex. son rôle dans la prolifération cellulaire in vitro (à la fois dépendant de l'ancrage et indépendant de l'ancrage) et in vivo, sa capacité à induire de fortes réponses inflammatoires et immunitaires – à la fois humorales et à médiation cellulaire, son rôle dans la guérison augmentée de tous les types de blessures dans les modèles animaux ainsi que chez les sujets humains (aigus et chroniques), ainsi que son rôle dans l'induction de réponses angiogéniques étendues, n'ont jusqu'à présent jamais reçu une attention raisonnable. Dans la brève revue actuelle et indicative (plutôt que dans les revues exhaustives de chaque domaine), nous avons l'intention de mettre ces propriétés biologiques de la molécule au premier plan tout en discutant de quelques autres aspects intéressants – la lysine en tant que conservateur alimentaire ainsi que son (ses) rôle(s) possible(s) en immunéthérapie. Bien que les domaines paraissent extrêmement divergents, nous proposons un dénominateur commun sous la forme d'un éventuel mécanisme d'action moléculaire de la molécule dans toutes ces situations diverses.

La lysine en tant que proliférateur cellulaire

Le chlorhydrate de L-lysine monomère était favorable à la division cellulaire et à la croissance in vitro dans une plage de concentration optimale de 7 à 10 µg ml− 1 selon la lignée cellulaire (Dattaet al., 1997a, b). Nous avons examiné le phénomène sur quelques lignées cellulaires indépendantes de l’ancrage (AE9D6, CC9C10, HUT 78) et dépendantes de l'ancrage (BHK 21 de NCCS). La croissance cellulaire maximale a été obtenue, dans tous les cas à 48 heures de culture (ce qui n'a pas pu être expliqué) et la concentration cellulaire maximale dépendait a) de la densité cellulaire initiale au semis et b) de l'adaptabilité cellulaire aux conditions de culture en termes de nombre de passages qu'elle subissait avant la stimulation par la lysine. Les configurations D et L de la lysine oligomérique (jusqu'à 6 à 7 résidus ; poids moléculaire 1000) ont soutenu une expansion cellulaire comparable à 48 heures. Nous avons examiné si la lysine agit indépendamment en tant qu'agent favorisant la croissance/division cellulaire ou non. Il agit probablement en conjonction avec les facteurs de croissance dérivés du sérum. Cela était évident à partir des données d'expansion cellulaire viables à 48 heures dans un milieu contenant du sérum par rapport à un milieu sans sérum. La supplémentation du milieu sans sérum avec de l'insuline, de la transférine et de la sélénite (ITS) contrairement (au QBSF seul), a soutenu la réponse caractéristique de 48 heures in vitro. Cela montre évidemment un ou des rôles facilitateurs indirects de la molécule à la surface des cellules, peut-être par la liaison électrostatique de facteur(s) de croissance dérivé(s) du sérum juste avant ou en tant que partie de l'interaction récepteur-ligand (Figure 1) (Dattaetal., 1997b, 2000). Le modèle de configuration à moindre énergie de poly-L-lysine à 6 résidus (poids moléculaire ∼1000) a montré une orientation moléculaire étroitement caractéristique (torsion) dans un plan de groupes - NH3+ chargés positivement. TGF-β (2) (molécule d'homodimère humain recombinant), un agent connu favorisant la cicatrisation des plaies a également montré un concentré de résidus de lysine typique (4 à 5 en nombre) à chaque extrémité. Il est évidemment intéressant de spéculer un rôle actif de ce concentré de lysine dans le TGF-β et sa liaison aux récepteurs, dans ses expressions biologiques. Cela corrobore assez bien les données expérimentales de la poly-lysine uniquement jusqu'au poids moléculaire 1000 et pas au-delà, agissant comme agent favorisant la croissance cellulaire in vitro (Datta et al., 1997b, 2000a).

Figure 1 : Mécanisme d’action de la lysine

(Growth factor : facteur de croissance ; cell : Cellule)

Immunothérapie adoptive et immuno-modulation

L'immunothérapie adoptive implique le transfert passif de cellules T amorcées par un antigène pour initier une réponse immunitaire. Les cellules T sont extraites de l’hôte, «apprises» à reconnaître l’antigène étranger, puis retransférées dans l’hôte pour initier une réponse immunitaire efficace.

Une application importante de ce mode de thérapie récent et surtout expérimental est contre le cancer. L'immunologie tumorale se compose de deux concepts essentiels : la surveillance immunitaire, qui spécifie les réactions immunitaires de l'hôte contre les cellules tumorales, et la fuite immunitaire tumorale, qui fait référence au processus d'évasion des cellules tumorales contre le système immunitaire de l'hôte (Sheu et al., 1999). Les cellules T cytotoxiques ont un rôle important à jouer dans la réponse immunitaire contre les cellules tumorales (Toes et al., 1994). La thérapie adoptive à base de cellules T implique le transfert passif de cellules T réactives à l'antigène vers un hôte porteur de tumeur afin d'initier le rejet de la tumeur. Les cellules CD4+ et CD8+ sont capables d'amorcer le rejet de la tumeur après un transfert adoptif. Plusieurs méthodes de culture différentes ont été rapportées qui permettent l'expansion in vitro des cellules T immunitaires tout en conservant la spécificité tumorale dans ce domaine (Li et Chang, 1999; Chang et Shu, 1996). Les orientations futures dans ce domaine impliqueront l'isolement sélectif et l'expansion de sous-populations de cellules T essentielles à l'initiation du rejet des tumeurs et l'utilisation de techniques moléculaires pour générer des cellules T effectrices (Markiewicz et Gajewski, 1999).

Le transfert adoptif de cellules CD4+ T polyclonales, spécifiques à la tumeur, produisant de l'IFN [cellules T helper – i.e. aide, auxiliaires – de type 1 (Th1)] a été utilisé avec succès contre les lymphomes disséminés. Il a été démontré qu'une injection unique de 0,5 × 106 cellules Th1 spécifiques à A20 éradique les lymphomes A20 disséminés et offre une protection à vie sans induire de maladie auto-immune (Egeter et al., 2000). L'immunothérapie cytotoxique à cellules T a également été essayée contre les cancers invasifs. Une femme de 27 ans atteinte d'une maladie métastatique systémique chimio-résistante et radio-résistante secondaire à une récidive d'adénocarcinome cervical infecté par le papillomavirus humain (HPV)-18 a reçu un transfert adoptif de cellules T du sang périphérique stimulées par les cellules dendritiques (DC) autologues HPV18 E7- pulsées. La patiente a reçu deux perfusions de lymphocytes T spécifiques de tumeurs cytotoxiques à deux semaines d'intervalle, et la distribution in vivo des lymphocytes T a été suivie d'un marquage au 111-oxine et d'une imagerie gamma caméra en série. Une accumulation persistante de radioactivité dans les poumons, qui abritait une maladie métastatique étendue, a été détectée jusqu'à 120 heures après la perfusion (Santin et al., 2000). Cependant, l'induction in vitro des lymphocytes T spécifiques de tumeurs cytotoxiques (CTL) est difficile chez les patients atteints d'un cancer avancé. Mais une fois que les cellules sont induites avec succès, certains effets cliniques favorables se manifestent par le transfert adoptif de ces populations de cellules (Soda et al., 1999).

Les infections virales sont également combattues par le transfert adoptif de lymphocytes T. Cependant, l'immuno-cytothérapie des infections virales persistantes s'est avérée efficace sur des modèles animaux mais moins efficace chez l'homme. Il a été démontré que le transfert adoptif de cellules T purge efficacement le virus de tous les tissus. Mais, le maintien des fonctions efficaces des cellules T CD8+ après le transfert adoptif est directement proportionnel à la quantité de cellules T CD4+ co-transférées, spécifiques au virus (Berger et al., 2000). L'infection par le virus de la bronchite infectieuse (IBV) et la maladie associée peuvent être considérablement modifiées par le transfert passif des lymphocytes T immuns. Comme déterminé par les maladies respiratoires et la charge virale, le transfert des lymphocytes T immuns syngéniques a protégé les poussins contre les infections par provocation (Seo et al., 2000). Des cellules Tc1 efficaces spécifiques à l'antigène primaire générées in vitro, produisant de grandes quantités d'IFN-γ, ou des cellules de mémoire Tc1 au repos, générées à partir de ces effecteurs, étaient protectrices contre l'infection pulmonaire mortelle par la grippe chez la souris. Les effecteurs CD62Llow Tc1 hautement activés se sont accumulés dans le poumon avec une cinétique rapide et ont réduit le plus efficacement le titre viral pulmonaire au début de l'infection (Cerwenka et al., 2000). L'administration prophylactique de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques du virus Ebstein Barr (EBV-CTL) tôt après la transplantation de moelle osseuse (BMT) chez l'homme semble offrir la protection la plus efficace contre le développement d'une maladie lymphoproliférative associée à l'Ebstein Barr (EBV). Il a été démontré que l'administration de lymphocytes T cytotoxiques spécifiques du virus Ebstein Barr (EBV-CTL) avant le début du pic d'EBV-ADN stabilise les titres viraux dans les deux à trois logs au-dessus des niveaux normaux. L'administration de deux à quatre perfusions de 107 lymphocytes T cytotoxiques EBV-spécifiques CTLs/m2 à partir du moment de la charge virale maximale a entraîné une diminution de 2- à 3-log des titres viraux (Gustafsson et al., 2000). Ainsi, l'immunothérapie adoptive semble avoir un mot à dire important dans la thérapie contre les infections virales.

Une autre application importante est contre les parasites. Des expériences impliquant le transfert adoptif de cellules T ont réussi à contrôler le paludisme et les infections à toxoplasme dans des modèles murins. Le transfert adoptif de splénocytes CD8+ à partir de souris infectées par Neospora caninum s'est révélé protecteur contre la provocation par le toxoplasme. Les lymphocytes T CD8+ de souris infectées par Neospora ont proliféré in vitro et à la fois contre les antigènes neospora et toxoplasma et ont sécrété des quantités substantielles d'IFN gamma lorsqu'ils ont été pulsés avec l'antigène parasite (Kasper et Khan, 1998). Dans un modèle murin, il a été démontré que le transfert adoptif de lymphocytes intraépithéliaux (IEL) obtenus à partir de souris consanguines au jour 11 après l'infection est capable de protéger contre une provocation virulente par le toxoplasme chez des receveurs syngéniques. Une population de lymphocytes intraépithéliaux (IEL) CD8alpha/beta+ purifiée a été isolée à partir de souris infectées au jour 11 après l'infection. Ces cellules ont pu protéger des souris naïves par transfert adoptif contre un défi parasitaire mortel. L'analyse de l'ARN par PCR à transcriptase inverse a révélé que des lymphocytes intraépithéliaux (IEL) CD8alpha/beta+ apprêtés produisent un message significatif pour IFN-gamma, une cytokine essentielle pour la protection de l'hôte contre la toxoplasmose (Buzoni-Gatel et al., 1997).

Les lymphocytes T CD4+ semblent jouer un rôle important dans l'infection paludéenne. Les cellules T CD4+ cultivées qui produisent l'interféron gamma et l'IL-2, mais pas l'IL-4, en réponse à la stimulation par le parasite rongeur plasmodium berghei se sont avérées réduire mais non éliminer les parasites in vivo après le transfert adoptif (Hirunpetcharat et Good, 1998 ). Les lymphocytes T CD4+ cultivés in vitro, générés à la suite d'une immunisation avec des parasites Plasmodiium yoelii morts au stade du sang se sont révélés être des médiateurs de la protection contre l'infection par provocation homologue chez des souris nues reconstituées. Les cellules de la lignée de cellules T spécifiques à P. yoelii ont produit de l'IFN-gamma après une stimulation in vitro avec un antigène spécifique, et étaient protectrices lorsqu'elles ont été adoptées par transfert adoptif dans des souris nues athymiques (Amante et Good, 1997).

Les maladies infectieuses comme la lèpre ont été combattues par les cellules T transférées de manière adoptive, bien que dans un modèle murin. Le modèle utilisé était des souris à immunodéficience combinée sévère (SCID) qui étaient à la fois des cellules T et B. Les cellules d'un répondeur connu aux antigènes mycobactériens et d'un non-répondeur ont été activées par les antigènes de la paroi cellulaire de M. leprae. Les cellules ont été récoltées et co-injectées avec M. leprae frais dans les huitièmes coussinets de souris à immunodéficience combinée sévère (SCID). Après trois mois, il n'y a pas eu de croissance de M. leprae dans les coussinets plantaires des souris co-injectées avec des cellules du répondeur antigène bactérien, tandis que la croissance a été inhibée chez les souris recevant des cellules du non-répondeur (Converse et al., 1995). Les cellules dendritiques (DC) sont essayées pour générer une réponse immunitaire efficace contre l'infection à Mycobacterium tuberculosis. Des lignées de cellules dendritiques conditionnellement immortalisées (tsDC) ont été infectées par Mycobacterium tuberculosis. Ces cellules dendritiques (DC) activées se sont avérées capables de provoquer des réponses de cellules T spécifiques d'antigène et une immunité protectrice puissante mycobactérienne dans un modèle murin d'infection tuberculeuse expérimentale (Tascon et al., 2000). Pour surmonter la difficulté de générer des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) spécifiques, des cellules présentant un antigène artificiel stable (AAPC) sont en cours de développement et peuvent être utilisées pour stimuler les cellules T de tout patient d'un type donné d'antigène leucocytaire humain (HLA). Les fibroblastes de souris sont transduits rétroviralement avec un seul complexe HLA-peptide avec les molécules accessoires humaines B7.1, ICAM-1 et LFA-3. Ces cellules présentant un antigène artificiel stable (AAPC) provoquent constamment une forte stimulation et une expansion des lymphocytes T cytotoxiques (CTL) restreints en antigène leucocytaire humain (HLA) (Latouche et Sadelain, 2000). Des travaux sont en cours quant au(x) rôle(s) de la lysine et de ses analogues, agissant comme des molécules co-stimulantes «stimulantes» dans le processus de présentation des antigènes (données non publiées). Cela semble intéressant étant donné que l'acide aminé agit comme un pont moléculaire reliant les cellules et leurs facteurs de croissance (Datta et Kundu, 1999; Datta et al., 2000a, 2001). Dans une étude simultanée en cours, le MTb Ag tué par la chaleur a montré divers types de réactions immunitaires lorsqu'il était administré avec l'acide aminé administré par voie sous-cutanée sur un régime d'immunisation défini. L'une des principales considérations de cette capacité d'immuno-modulation – à la fois humorale et à médiation cellulaire – de l'acide aminé était de savoir s'il était injecté séparément ou prémélangé avec un antigène (données non publiées).

Ainsi, les éléments importants de l'immunothérapie adoptive et de l'immuno-modulation sont la génération de cellules stables spécifiques à l'antigène et leur expansion. La lysine a été supposée agir comme une molécule relais non spécifique. Elle a une perspective définie de relais de l'antigène présenté vers les cellules T et assure ainsi un amorçage efficace des cellules T contre l'antigène. De plus, une fois que les cellules T spécifiques de l'antigène sont créées, l'acide aminé peut éventuellement être utilisé pour provoquer une rapide expansion de la prolifération cellulaire in vitro. Ainsi, une grande banque de cellules apprêtées semble être une possibilité distincte obtenue en utilisant cette molécule.

 


[1] Debatosh Datta et al., Lysine : Is it worth more ?, Kluwer Academic Publishers. Cytotechnology 36: 3–32, 2001.

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