Les vecteurs viraux artificiels construits à partir du bactériophage T4 sont prometteurs pour la délivrance avancée de gènes

Dans une étude récente publiée dans la revue Communication Natureles chercheurs présentent une méthode de construction de vecteurs viraux artificiels (AVV) utilisant les composants structurels établis du bactériophage T4.

Étude: Conception de vecteurs viraux artificiels à base de bactériophage T4 pour le remodelage du génome humain. Crédit d’image : Kjpargeter / Shutterstock.com

Que sont les vecteurs viraux ?

Les AAV et les lentivirus (LV) ont été modifiés pour transporter l’acide désoxyribonucléique (ADN) et l’acide ribonucléique (ARN) thérapeutiques ; cependant, les vecteurs viraux sont associés à certaines limitations. Par exemple, la délivrance de gènes thérapeutiques est limitée et il est difficile d’inclure d’autres molécules thérapeutiques nécessaires pour des réparations complexes.

T4 est un virus très efficace avec un taux d’infection de près de 100 % et un cycle de réplication rapide d’environ 20 à 30 minutes/cycle. Ces caractéristiques indiquent que T4 est une excellente base pour la construction d’AVV.

Assemblage de vecteurs viraux artificiels T4

Une structure virale imite connue sous le nom de T4-AVV a été créée en assemblant des biomatériaux purifiés de manière séquentielle. Un moteur d’emballage pentamérique a été construit sur le vertex porte d’une coquille de capside vide qui a été purifiée à partir de E. coli infecté par le mutant du phage T4. Ceci a été réalisé par l’ajout de la protéine motrice gp17 au mélange réactionnel.

L’ADN étranger est introduit à l’intérieur de la capside par l’ajout d’ADN plasmidique linéarisé et d’adénosine triphosphate (ATP) à la réaction d’assemblage. Le moteur d’encapsidation T4 déplace l’ADN dans une capside de manière processive en capturant et en transférant le bactériophage d’une extrémité à l’autre. L’empaquetage successif des molécules d’ADN peut se produire plusieurs fois, conduisant ainsi à une tête pleine.

L’ARN, les protéines et leurs complexes sont attachés aux particules de tête emballées par le biais d’interactions protéiques hautement antigéniques de la capside externe (Hoc) et de la petite capside externe (Soc).

Les chercheurs ont également revêtu des particules de molécules de lipides cationiques, car ils ont émis l’hypothèse que les lipides cationiques s’accumuleraient spontanément sur la capside T4 par le biais d’interactions électrostatiques en raison de la forte densité de charges négatives dans la capside T4. Les nanoparticules T4-AVV ont la même structure que les virus naturellement enveloppés, y compris une enveloppe de capside, une couche lipidique et un « génome » emballé.

Les T4-AVV à revêtement lipidique sont très efficaces pour délivrer des charges utiles génétiques dans les cellules humaines. En outre, lorsqu’ils sont co-emballés avec des plasmides linéaires distincts, ces AVV ont efficacement transduit des plasmides rapporteurs dans des cellules HEK293T.

En moyenne, chaque nanoparticule contenait environ cinq molécules de plasmide luciférase (Luci) et de plasmide rapporteur de protéine fluorescente verte (GFP). La fluorescence GFP a été utilisée pour déterminer l’efficacité de transduction, qui était d’environ 100 %.

La transduction T4-AVV a été comparée à l’AAV2 couramment utilisé, qui contenaient tous deux le même plasmide de séquence. Cependant, les T4-AVV avaient une expression de luciférase quatre à 19 fois plus élevée que l’AAV2, ce qui pourrait être attribué à la capacité de T4 à conditionner environ huit molécules de plasmide Luci dans chaque tête, permettant ainsi la livraison de plusieurs copies de la charge utile génétique dans un simple transduction. En revanche, AAV2 est limité à la livraison d’une copie à la fois.

Les T4-AVV sont uniques en raison de leur tête de grande capacité pouvant contenir jusqu’à environ 171 Kbp. Cela permet la délivrance de grands gènes thérapeutiques, y compris l’ADN codant de pleine longueur du gène de la dystrophine humaine de 11 kpb, qui ne peut pas être obtenue par les vecteurs LV et AAV actuels.

AVV d’édition du génome

Différents AVV d’édition du génome ont été créés en combinant toutes les molécules d’édition en un seul AVV dans divers arrangements. Le premier ensemble d’AVV contenait des plasmides avec des gènes Cas9 et gRNA exprimables, dans lesquels l’extrémité N-terminale de Cas9 a été fusionnée avec la séquence de localisation nucléaire (NLS) PKKKRKV71 et optimisée en codons pour créer NLS-Cas9. Par la suite, Cas9 a été transporté dans le noyau pour effectuer l’édition du génome, tandis que l’ARNg a été dirigé vers le locus safe harbour AAVS1, ou le locus PPP1R12C, sur le chromosome 19 du génome humain.

Les T4-AVV ont été utilisés pour cibler le gène bêta de l’hémoglobine (HBB) sur le chromosome 11 du génome humain afin d’effectuer l’édition du génome à un emplacement thérapeutiquement significatif. Les AVV assemblés avec les complexes Cas9-HBB gRNA ribonucléoprotéine (RNP) (AVV4) ont atteint environ 20 à 25 % d’édition sur le site ciblé.

De plus, les AVV ont été créés en présentant deux complexes gRNA-RNP sur un seul AVV (AVV5), avec un complexe destiné au site HBB et l’autre au site AAVS1. Les AVV multiplex ont réussi à éditer le génome sur deux sites chromosomiques différents, avec environ 20 % sur le site HBB et près de 30 % sur le site AAVS1.

conclusion

Les chercheurs ont développé une nouvelle catégorie de nanomatériaux connue sous le nom de plate-forme virale artificielle à base de bactériophage, qui peut être produite dans un tube à essai grâce à une approche de chaîne de montage. Les AVV ont une structure similaire aux virus naturels ; cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment ils pénètrent dans les cellules, s’échappent des endosomes, se désassemblent et se déplacent à l’intérieur des cellules pour améliorer leur délivrance.

Cette nouvelle plate-forme est prête pour une utilisation thérapeutique et peut corriger les défauts dans les cellules humaines primaires, à la fois à l’intérieur et à l’extérieur du corps. Le développement de technologies de nanoparticules lipidiques et l’utilisation de techniques d’ingénierie traditionnelles et regroupées à répétitions palindromiques courtes régulièrement espacées (CRISPR) seraient nécessaires pour créer des conceptions de charge utile spécifiques.

Notamment, certains problèmes de sécurité peuvent survenir lors de la transition des T4-AVV vers la clinique, notamment des réactions indésirables potentielles du système immunitaire de l’hôte ou des influences hors cible. Par conséquent, la plate-forme T4-AVV est actuellement étudiée pour sa sécurité et son efficacité.