Anticorps catalytiques ou abzymes Catalytic activity of antibodies

Le concept selon lequel certains anticorps pourraient posséder une activité enzymatique a été énoncé pour la première fois par Linus Pauling en 1942. Selon L. Pauling, si la structure des sites de liaison à l’antigène des anticorps était produite de manière aléatoire, on devrait trouver des anticorps dont les sites de liaison ressemblent aux sites actifs d’enzymes et qui pourraient être dotés d’une activité enzymatique. Il fallut attendre les travaux de G. Köhler et C. Milstein en 1975 [1], permettant la production des anticorps monoclonaux, pour confirmer cette hypothèse: les premiers anticorps catalytiques, ou « abzymes » (antibody-enzyme), furent produits en 1986. Les différentes approches qui permettent d’obtenir des « abzymes » sont présentées ci-dessous, et l’importance de l’activité catalytique des anticorps en pathologie humaine est discutée. La grande majorité des « abzymes » a été produite par immunisation à l’aide d’haptènes qui sont des analogues stables d’états de transition de réactions chimiques. En 1986, A. Tramontano a produit des anticorps monoclonaux hydrolysant les liaisons ester en utilisant comme haptène une molécule analogue de l’état de transition de l’hydrolyse des esters carboxyliques (Figure 1) [2]. La même année, S.J. Pollack a produit un anticorps monoclonal murin de forte affinité pour l’analogue d’état de transition p-nitrophénylphosphorylcholine. Cet anticorps catalysait l’hydrolyse de la liaison carbonate [3]. Deux approches alternatives ont depuis été développées: l’immunisation réactive se fonde sur l’utilisation d’haptènes si fortement réactifs qu’une réaction chimique survient avec le site de liaison de l’anticorps pendant l’immunisation [4]; la technique du bait and switch utilise des haptènes qui comportent des structures complémentaires (par exemple, des charges électriques) aux résidus désirés dans le site de liaison de l’« abzyme » [5]. Ces stratégies, qui dépendent essentiellement de la synthèse chimique d’haptènes, ont permis la production d’anticorps catalysant des réactions telles que les réactions d’addition électrophile-élimination, de racémisation, d’isomérisation, d’hydrolyse et de formation de liaisons carbone-carbone [6, 7]. Un des intérêts majeurs de l’utilisation d’analogues d’états de transition est la possibilité de produire des « abzymes » qui catalysent des réactions thermodynamiquement ou cinétiquement défavorables, qui ne sont pas catalysables par les enzymes naturelles connues ou par les méthodes chimiques disponibles [8]. Une approche plus biologique utilisée avec succès fait intervenir la notion d’« image interne » constitutive du réseau idiotypique, initialement proposée par Niels Jerne en 1974 [9]. Des animaux sont immunisés à l’aide d’une enzyme avec pour objectif la production d’un anticorps monoclonal (Ab1) dont le site de liaison à l’antigène possède des structures complémentaires à celles du site actif de l’enzyme (Figure 2). Des anticorps monoclonaux (Ab2) dirigés contre le site de liaison à l’antigène de l’Ab1, sont alors produits. Certains des Ab2 portent une image du site actif de l’enzyme et miment la fonction catalytique de cette enzyme. Cette approche a permis la production d’anticorps doués d’une activité estérase [10], amidase [11] ou sérine protéase [12], en utilisant respectivement l’acétylcholinestérase, la β-lactamase et la subtilisine comme immunogènes. Les paramètres cinétiques des anticorps catalytiques sont la Vmax (vitesse de catalyse maximale à concentration saturante en substrat), le Km (affinité pour le substrat), le Kcat (nombre de fois où la catalyse a lieu par unité de temps) et l’efficacité catalytique (exprimée en nombre de moles de substrat catalysées par mole d’enzyme et par unité de temps). Les paramètres cinétiques des « abzymes » anti-idiotypiques sont plus faibles que ceux des enzymes d’origine, mais sont toutefois plus élevés que ceux d’« abzymes » de même activité produits par les analogues d’états de transition. Des « abzymes » sont produits de manière « naturelle » par le système immunitaire, en l’absence d’immunisation …