L'étude montre comment le système immunitaire pourrait évoluer pour vaincre le VIH

L'étude montre comment le système immunitaire pourrait évoluer pour vaincre le VIH

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Anonim

Il est resté frustrant de mettre au point un vaccin contre le VIH / sida, en partie parce que le virus, une fois dans notre organisme, se reproduit et évolue rapidement pour échapper au système immunitaire.

"Les virus produisent constamment des mutants qui échappent à la détection", a déclaré Joshua Plotkin, professeur au Département de biologie de l'Université de Pennsylvanie à la School of Arts & Sciences. "Une personne vivant avec le VIH peut avoir des millions de souches du virus qui circulent dans le corps."

Pourtant, le système immunitaire du corps peut également évoluer. Les cellules B sécrétant des anticorps rivalisent entre elles pour survivre et proliférer en fonction de leur capacité à se lier aux envahisseurs étrangers. Ils produisent dynamiquement divers types d'anticorps au cours d'une infection.

Dans un nouvel article paru dans PLOS Genetics, Plotkin, avec le chercheur postdoctoral Jakub Otwinowski et le chercheur de l’Université de Princeton Armita Nourmohammad, ont modélisé mathématiquement ces processus évolutifs pour comprendre les conditions d’interaction et d’adaptation des anticorps et des virus au cours de une infection chronique.

Notamment, les chercheurs ont examiné les conditions dans lesquelles le système immunitaire donne naissance à des anticorps largement neutralisants, capables de combattre de larges bandes de souches virales en ciblant les parties les plus vitales et immuables du génome viral. Leurs résultats, qui suggèrent que présenter le système immunitaire avec une grande diversité d'antigènes viraux pourrait être le meilleur moyen d'encourager l'émergence de tels anticorps puissants, ont des implications pour la conception de vaccins contre le VIH et d'autres infections chroniques.

"Ce n'est pas une prescription pour concevoir un vaccin contre le VIH", a déclaré Plotkin, "mais notre travail fournit des indications quantitatives sur la manière d'inciter le système immunitaire à obtenir des anticorps largement neutralisants."

Le plus grand défi pour tenter de modéliser la coévolution des anticorps et des virus consiste à suivre la grande quantité de différentes séquences génomiques qui apparaissent dans chaque population au cours d'une infection. Les chercheurs se sont donc concentrés sur les statistiques des interactions de liaison entre le virus et les anticorps.

"C'est le truc analytique clé pour simplifier le problème", a déclaré Otwinowski. "Sinon, il serait impossible de suivre et d’écrire des équations pour toutes les interactions."

Les chercheurs ont construit un modèle pour examiner comment les mutations affectent l'affinité de liaison entre les anticorps et les virus. Leur modèle a calculé les affinités de liaison moyennes entre la population entière de souches virales et le répertoire des anticorps au fil du temps pour comprendre leur évolution commune.

"C'est l'une des choses uniques de notre travail", a déclaré Nourmohammad. "Nous ne regardons pas seulement un virus qui se lie à un anticorps mais toute la diversité des interactions qui surviennent au cours d'une infection chronique."

Ce qu'ils ont vu était une courbe en forme de S, dans laquelle parfois le système immunitaire semblait contrôler l'infection avec des niveaux élevés de liaison, mais par la suite une mutation virale pourrait échapper à la neutralisation et les affinités de liaison diminueraient.

"Le système immunitaire se porte bien s'il existe une liaison active entre les anticorps et le virus", a déclaré Plotkin, "et le virus se porte bien s'il n'y a pas de liaison forte".

Une telle signature indique un système en déséquilibre où les virus réagissent aux anticorps et vice versa. Les chercheurs notent que cette signature est probablement commune à de nombreuses populations à évolution antagoniste.

Pour voir à quel point leur modèle correspondait aux données d'une infection réelle, les chercheurs ont examiné des données expérimentales décalées dans le temps provenant de deux patients infectés par le VIH, dans lesquels leurs anticorps étaient collectés à différents moments puis leurs corps à des moments différents au cours de leurs infections.

Ils ont vu que ces données sur les patients étaient cohérentes avec leur modèle: les virus provenant de points antérieurs seraient largement neutralisés par des anticorps collectés à des moments plus tardifs mais pourraient contourner les anticorps collectés plus tôt dans l'infection.

Enfin, les chercheurs ont utilisé le modèle pour tenter de comprendre les conditions dans lesquelles des anticorps largement neutralisants, capables de vaincre la plupart des souches de virus, émergeraient et gagneraient en importance.

"Malgré l'efficacité des anticorps largement neutralisants, aucun des patients porteurs de ces anticorps n'a été guéri du VIH", a déclaré Plotkin. "C'est juste qu'au moment où ils les développent, il est trop tard et que leur répertoire de cellules T est épuisé. Cela soulève l'idée intrigante que si seulement ils pouvaient développer ces anticorps plus tôt dans l'infection, ils pourraient être prêts à combattre une cible en évolution. "

"Le modèle que nous avons construit", a déclaré Nourmohammad, "a montré que, si la diversité virale est très importante, la probabilité que ces anticorps largement neutralisants dépassent les anticorps plus spécifiquement ciblés et leur prolifération augmente".

La découverte suggère que, pour qu'un vaccin provoque ces anticorps, il doit présenter un ensemble d'antigènes viraux divers à l'hôte. De cette façon, aucun anticorps spécialisé n'aurait un avantage significatif sur le plan de la forme physique, laissant la place aux anticorps généralistes, largement neutralisants, pour réussir.

Les chercheurs ont déclaré qu'il y avait peu de modélisation théorique des systèmes coévolutionnaires tels que celui-ci. En tant que tels, leurs travaux pourraient avoir des implications pour d'autres scénarios de co-évolution.

"Notre théorie peut également s'appliquer à d'autres systèmes, tels que la coévolution des bactéries par les phages", a déclaré M. Otwinowski, dans lequel les virus infectent les bactéries, un processus qui favorise l'évolution bactérienne et l'écologie.

"Cela pourrait également faire la lumière sur la coévolution du virus de la grippe dans le contexte de l'évolution du système immunitaire mondial", a déclaré Nourmohammad.