Discovery of new receptors mediating transcytosis across the blood-brain barrier

La barrière hémato-encéphalique est extrêmement sélective pour protéger le cerveau des xénobiotiques présents dans la circulation systémique. Ces propriétés physiologiques sont liées aux cellules endothéliales microvasculaires cérébrales qui la constituent. Cette protection du cerveau peut être un obstacle lorsque l'on veut soigner des pathologies cérébrales avec des biothérapeutiques et notamment des anticorps. Une stratégie répandue pour traverser la barrière hémato-encéphalique avec des anticorps est la technique du cheval de Troie. Elle utilise des récepteurs qui ont la capacité de médier la transcytose à travers la barrière hémato-encéphalique. Leur inconvénient commun est qu'ils sont ubiquitaires. L'objectif des travaux présentés ici est de trouver de nouveaux récepteurs capables de médier la transcytose à travers la barrière hémato-encéphalique. Nous avons établi et caractérisé de nouveaux modèles de barrière hémato-encéphalique in vitro avec des cellules primaires endothéliales microvasculaires cérébrales de primates non humains. Puis nous avons expérimenté deux stratégies différentes pour trouver de nouveaux récepteurs médiant la transcytose. Avec la première stratégie, nous avons utilisé les résultats d'une étude transcriptomique et protéomique qui nous ont conduit à explorer la cible ITM2A. Cette protéine étant finalement peu exprimée chez la souris, nous n'avons pas pu mettre en évidence un potentiel d'utilisation comme « Cheval de Troie ». Cette étude nous a permis de mettre en évidence certains écueils liés aux études transcriptomiques et la difficulté de valider de nouvelles cibles capables de médier la transcytose. Avec la seconde étude, nous avons immunisé des souris avec des cellules endothéliales microvasculaires cérébrales de primates pour obtenir une banque immune que nous avons criblée dans nos modèles in vitro pour sélectionner les anticorps transcytosés. Ensuite, nous avons déconvolué les cibles des anticorps pour retrouver leurs récepteurs. Nous avons identifié une sous-famille d'intégrines beta1. Ceci est le premier exemple d'anticorps anti-intégrine beta1 capables de médier la transcytose. Ainsi, nous avons démontré la possibilité de mise en oeuvre de cette stratégie innovante, tout en mettant en évidence les points d'amélioration pour aboutir à des résultats encore plus pertinents.The blood-brain barrier is extremely selective to protect the brain from xenobiotics in systemic circulation. These physiological properties are linked to the cerebral microvascular endothelial cells. This brain protection is a major drawback to treat cerebral pathologies with biotherapeutics and specifically with antibodies. The best current strategy to cross the blood-brain barrier with antibodies is the "Trojan horse" strategy, making use of receptors mediating transcytosis across the blood-brain barrier. A common drawback of these receptors mediating transcytosis is that they are ubiquitous. The objective of the work presented here was to find new receptors mediating transcytosis through the blood-brain barrier. We have established and characterized new in vitro blood-brain barrier models with primary microvascular cerebral endothelial cells from non-human primates. Then we experimented two different strategies to find new receptors mediating transcytosis. Firstly, we used the results of a transcriptomic and proteomic study which led us to explore the ITM2A target. The low expression of this protein in mice prevented us to demonstrate a potential "Trojan horse" property. We were able to highlight some pitfalls of transcriptomic studies and the challenge of validating new receptor-mediating transcytosis targets at the blood brain barrier. Secondly, we immunized mice with cerebral microvascular endothelial cells from primates. The resulting immune library was screened in our in vitro models to select transcytosed antibodies. The targets of our antibodies were deconvoluted to identify their receptor. Among these, we have identified a subfamily of beta1 integrins. This is the first report of anti-beta1 antibodies able to perform transcytosis. Thus, we have demonstrated the possibility of implementing this innovative strategy, and highlighted improvements to be done to generate even more relevant results