La fièvre, la toux, les maux de gorge – des symptômes à l’honneur à l’ère du COVID-19 – ne sont que quelques-uns des signes révélateurs du système immunitaire de notre corps qui entre en action contre un intrus indésirable. Qu’elles soient déclenchées par une infection, un allergène ou un vaccin, les réponses immunitaires sont régies par un ensemble complexe de processus cellulaires qui peuvent se dérouler sur plusieurs jours, voire plusieurs semaines.
On en sait beaucoup sur les processus globaux en jeu dans les réponses immunitaires. Mais en raison du grand nombre de variables impliquées, identifier sur quoi se concentrer pour développer des traitements ou des vaccins ressemble beaucoup à chercher une aiguille dans une botte de foin. Cela pourrait maintenant changer, grâce à une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université McGill et du National Cancer Institute (NCI) des États-Unis, publiée récemment dans La science. Il s’est concentré sur un processus fondamental du système immunitaire : le rôle des protéines appelées cytokines dans la signalisation et le démarrage des réponses d’un corps.
Le rôle crucial des messagers
Notre système immunitaire est souvent caractérisé comme une bataille. Certains globules blancs critiques (appelés lymphocytes T) voyagent à travers les systèmes sanguin et lymphatique et dans les tissus, à la recherche de traces de micro-organismes et d’autres envahisseurs appelés antigènes. Pour éviter de s’attaquer indistinctement aux cellules saines, les lymphocytes T circulent jusqu’à ce qu’ils reconnaissent un antigène spécifique ; ce n’est qu’alors qu’ils envoient des messagers sous forme de cytokines pour activer un système d’alerte et signaler que tout ne va pas bien.
« Vous pourriez penser qu’il existe de nombreux paramètres très différents dans la réponse immunitaire qui sont cruciaux – par exemple, le nombre de lymphocytes T produits pour combattre les envahisseurs peut varier, ou le nombre d’envahisseurs (antigènes) eux-mêmes », explique Paul François , le biophysicien de McGill qui a dirigé l’équipe d’analyse des données, qui comprenait un doctorat en physique de McGill. étudiants François Bourassa et Thomas Rademaker. « Mais la grande surprise est qu’en fait, ce qui compte vraiment, c’est la force de l’antigène. »
Faire des calculs aide à identifier l’essentiel
Jusqu’à présent, il était difficile de mesurer la force de l’antigène – vue dans l’efficacité avec laquelle un antigène déclenche la réponse des lymphocytes T – indépendamment de la quantité d’un antigène présent dans une expérience donnée.
Mais en utilisant une approche basée sur les données et grâce à la collaboration cruciale avec le NCI, François et ses collègues ont pu décoder le phénomène hautement variable de la production de cytokines pour donner une lecture fiable de la force de l’antigène. Ceci est potentiellement très utile pour prédire l’efficacité d’un candidat vaccin ou d’un médicament d’immunothérapie.
Pour étudier ce phénomène en détail, les chercheurs du NCI, dirigés par Grégoire Altan-Bonnet, ont développé une plateforme robotique pour effectuer des dizaines d’expériences à la fois, exposant les lymphocytes T à divers antigènes et conditions. Sooraj Achar, un étudiant diplômé du laboratoire Altan-Bonnet, a optimisé le système automatisé afin de recueillir de grandes quantités de données en une fraction du temps qu’il aurait fallu pour faire les mêmes expériences à la main.
« L’assemblage d’une carte complète de la dynamique des cytokines générées par les lymphocytes T dans des contextes très divers présente un défi et une opportunité de mieux comprendre comment les lymphocytes T « voient » le monde antigénique et orchestrent les réponses immunitaires », a souligné Altan-Bonnet.
Les membres de l’équipe de McGill ont ensuite utilisé l’apprentissage automatique pour traiter les données générées par ces expériences, et des modèles mathématiques pour capturer des modèles significatifs dans les données. Cette modélisation basée sur les données a révélé des règles étonnamment simples au cœur de ce qui pourrait autrement apparaître comme un processus très complexe soumis à de multiples variables.
Un spectre de réactions immunitaires ?
L’analyse a également montré que les modèles de libération de cytokines contenaient des informations sur le type d’antigène rencontré et distinguaient six réponses cellulaires distinctes plutôt que les trois types habituellement reconnus.
« Cela soutient l’idée que les réponses immunitaires existent le long d’un spectre plutôt que comme un interrupteur marche-arrêt binaire », ajoute François. « Il peut y avoir différents niveaux de réponse immunitaire qui peuvent être réglés au bon niveau d’alerte en fonction de la complexité de la situation. »
Cette nouvelle compréhension est susceptible d’améliorer les stratégies d’immunothérapies qui reposent sur des cellules T conçues pour cibler les tumeurs d’un patient.
Sooraj R. Achar et al, codage antigénique universel de l’activation des lymphocytes T à partir de la dynamique des cytokines de haute dimension, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abl5311