Les globules rouges sont des cellules anucléées, qui sont le type de cellule le plus abondant dans le corps, étant présentes dans tous les tissus, avec une durée de vie de 120 jours. Ils n’ont pas non plus de molécules du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I, et par conséquent, les globules rouges de type O négatifs peuvent être utilisés par tous les patients. Cela les rend automatiquement idéaux comme véhicules de livraison de molécules thérapeutiques, pour une gamme de conditions, y compris la pandémie de coronavirus en cours 2019 (COVID-19).
Dans une nouvelle étude, publiée le bioRxiv* preprint server, une équipe de chercheurs explore le potentiel antiviral des globules rouges contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2), le pathogène causal du COVID-19.
Sommaire
Atteindre des niveaux élevés de récepteurs du VIH-1
Les globules rouges modifiés peuvent être utilisés pour concevoir des pièges viraux, qui attirent les virus pour se lier à eux et les infecter. Ceci est réalisé en leur permettant de présenter des récepteurs viraux à leur surface. Les virus qui infectent les globules rouges ne peuvent pas se répliquer en raison du manque d’acide nucléique, qui protège les cellules cibles de l’hôte contre l’infection.
Afin d’exprimer une protéine, la cellule doit avoir une machinerie de traduction, qui est absente dans les globules rouges matures. Pour ce faire, les cellules progénitrices érythroïdes doivent être modifiées avant de se différencier. Au cours du processus de maturation, l’expression du transgène est généralement empêchée par le silence de la transcription, les mécanismes qui contrôlent la synthèse des protéines à partir des gènes transcrits et la dégradation des protéines qui ne se trouvent normalement pas dans les globules rouges.
Expression transgénique
Pour y parvenir, les chercheurs ont combiné un système d’expression transgénique et une optimisation des codons transgéniques, pour permettre aux globules rouges d’exprimer les récepteurs CD4 et CCR5 du VIH-1 à des niveaux élevés. Cela a transformé les globules rouges énucléés en pièges viraux qui sont de puissants inhibiteurs de l’infection par le VIH-1.
Les chercheurs ont d’abord appliqué un protocole in vitro pour différencier les cellules souches hémopoïétiques (CSH) humaines CD34 + en réticulocytes (globules rouges immatures qui contiennent encore de l’ARN ribosomal, et peuvent donc encore effectuer la traduction des protéines, mais qui manquent de noyaux). La prolifération de HSC a été suivie par l’insertion des gènes CD4 ou CCR5 «étrangers» dans les cellules progénitrices érythroïdes par des vecteurs lentiviraux.
De plus, les chercheurs ont inséré un gène pour exprimer une protéine de fusion CD4-glycophorine A (CD4-GpA). Cette protéine est composée de domaines extracellulaires CD4 D1D2 fusionnés à l’extrémité N-terminale de la protéine RBC commune, GpA. C’était pour permettre aux anticorps à domaine unique d’être exprimés dans les globules rouges. CD4 est une protéine à passage unique et CCR5 une protéine transmembranaire à passes multiples. Ce protocole convient uniquement à CD4 et non à CCR5
Ils ont découvert que l’utilisation du promoteur CMV ou de promoteurs ubiquitaires conduisait à une faible expression du transgène. Ils sont donc passés à l’utilisation d’un promoteur spécifique de l’érythroïde utilisant le lentivirus CCL-βAS3-FB. Ce vecteur contient des éléments qui régulent à la hausse l’expression de la bêta-globine pendant le développement des globules rouges. Ces éléments de vecteur comprennent le β-CD4, le β-CD4-GpA et le β-CCR5.
Le résultat était une forte augmentation de l’expression de CD4, une amélioration plus faible de CCR5 et aucun changement de CD4-GpA. La raison attribuée à cela était le petit nombre d’ARN ribosomiques et de transfert dans les ARN, ce qui limitait l’expression des transgènes dans les globules rouges de différenciation.
Optimisation des codons
Pour y remédier, ils ont optimisé les codons du transgène, s’assurant qu’ils ont généré des séquences d’ADNc qui ont amélioré l’expression de tous les transgènes.
Ces cellules modifiées ont subi une différenciation efficace en globules rouges énucléés, presque tous exprimant la GpA, tandis qu’une personne sur trois exprimait des niveaux élevés de CD4 et de CCR5 similaires à ceux des cellules T CD4 +. Environ 6% des CD4-CCR5-RBC étaient infectés par le virus de test VIH-1, comparé à 0,3% ou moins des globules rouges ou CD4 + de contrôle. Globalement, par conséquent, cela représente environ un cinquième de tous les CD4-CCR5-RBC.
Avec les CD4-CXCR4-RBC, des taux d’infection plus élevés ont été observés. Les taux d’infection étaient faibles avec les cellules CD4-GpA-CCR5 ou CD4-GpA-CXCR4. Cela a persisté même avec l’ajout des domaines CD4 D3D4. La raison de ces faibles fréquences d’infection pourrait être l’incapacité de CD4-GpA à co-localiser avec les co-récepteurs CCR5 et CXCR4, puisque la GpA ne peut pas se localiser dans les sous-domaines lipidiques, contrairement au CD4.
Les globules rouges conçus pour neutraliser le VIH-1
Le potentiel de piégeage viral a été évalué par un test de neutralisation du VIH-1. Cela a montré qu’il est possible d’atteindre des concentrations thérapeutiques in vivo, car la concentration inhibitrice demi-maximale (CI50) pour les pseudovirus du VIH-1 était de 1,7 x 106 GR / mL, soit environ 0,03% de la concentration de globules rouges dans le sang humain. Le niveau plus élevé d’expression de CD4-GpA a multiplié par quatre l’activité de neutralisation.
Une activité de neutralisation plus faible s’est produite lorsque CCR5 a été co-exprimé avec les globules rouges CD4 ou CD4-GpA, de 2 à 3 fois, peut-être parce que CCR5 provoque une petite baisse du niveau d’expression de CD4-GpA et CD4. Cependant, des études in vivo seront nécessaires pour démontrer le potentiel de bénéfice de la co-expression de CCR5 sur les pièges viraux RBC.
Leurs travaux sur des nanoparticules de type virus présentant des grappes de CD4 (CD4-VLP) ont montré que la capacité de ces particules à interagir avec les trimères des protéines de l’enveloppe du VIH-1 leur permettait de neutraliser diverses souches de VIH-1, tout en bloquant la fuite virale. in vivo. Il est intéressant de noter que ces interactions augmentent la puissance des CD4-VLP de plus de 10 000 fois par rapport aux inhibiteurs solubles de CD4 et de CD4-Ig. L’étude actuelle montre que le même niveau d’efficacité peut être attendu avec l’utilisation de pièges viraux RBC et CD4-VLP via des interactions de haute avidité avec les antigènes HIV-1 Env.
Génération constante de pièges viraux RBC
Cette stratégie a ensuite été utilisée pour produire des lignées progénitrices érythroïdes qui continuent à générer de puissants pièges viraux RBC contre le VIH-1 et le SRAS-CoV-2. Pour s’assurer que ces pièges viraux seraient produits en continu, les chercheurs ont modifié une lignée cellulaire érythroblastique immortalisée (BEL-A) pour exprimer CD4-GpA à des niveaux stables élevés. Ils ont constaté qu’ils subissaient une différenciation efficace en globules rouges énucléés dans plus de la moitié des cellules, tout en continuant à exprimer l’antigène modifié. Ces cellules neutralisent puissamment l’infection par le VIH-1 avec une CI50 de 2,1×10sept RBC / mL.
Le SARS-CoV-2 utilise l’enzyme 2 (ACE2) de conversion de l’angiotensine de la cellule hôte comme récepteur d’entrée. Le domaine extracellulaire de ACE2 a été fusionné à GpA pour créer une protéine chimérique, et la lignée cellulaire BEL-165 A a été conçue pour exprimer cette protéine. Lorsqu’il a été exposé au pseudovirus SARS-CoV-2 à base de lentivirus, les chercheurs ont découvert que le virus était hautement neutralisé, avec une CI50 de 7×105 RBC / mL.
Ces résultats suggèrent que les lignées cellulaires qui sont utilisées pour produire de tels pièges viraux à partir de globules rouges, exprimant un récepteur hôte défini, peuvent être rapidement générées. «Les pièges viraux à globules rouges ont le potentiel de devenir de puissants agents antiviraux contre une gamme de virus.» Ils peuvent persister dans l’organisme pendant 120 jours, assurant ainsi un contrôle continu de l’infection par le VIH-1.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.
