Les bioingénieurs ont trouvé un moyen de programmer la taille et la forme des particules virales en combinant des blocs de construction de protéines virales et des modèles fabriqués à partir d’ADN. Les nanostructures résultantes pourraient avoir des applications dans le développement de vaccins et le transport de médicaments à l’intérieur du corps.
Les protéines de capside virale ; les protéines qui protègent le génome d’un virus ; peuvent être utilisées pour construire des assemblages de protéines structurés avec précision. Leurs formes et leur géométrie dépendent cependant largement de la souche virale. La reprogrammation de ces assemblages, quel que soit le plan viral d’origine, est une possibilité intrigante pour l’administration de médicaments et le développement de vaccins.
Les scientifiques ont relevé le défi en générant un modèle de « génome structuré » sur lequel les protéines de capside peuvent s’assembler. Pour éviter de déformer le génome flexible et de créer des formes involontaires, ils ont utilisé des structures rigides d’origami d’ADN. Ces structures ne mesurent que des dizaines à des centaines de nanomètres de long, mais sont entièrement constituées d’ADN, qui est plié avec précision dans la forme de matrice souhaitée.
Notre approche est basée sur des interactions électrostatiques entre la charge négative des nanostructures d’ADN et un domaine chargé positivement des protéines de capside, associées à des interactions intrinsèques entre les protéines individuelles. En modifiant la quantité de protéines utilisées, nous pouvons affiner le nombre de couches de protéines hautement ordonnées, qui encapsulent l’origami d’ADN. »
Iris Seitz, auteure principale et doctorante à l’Université Aalto
«En utilisant l’origami d’ADN comme modèle, nous pouvons diriger les protéines de capside vers une taille et une forme définies par l’utilisateur, ce qui donne des assemblages bien définis, tant en longueur qu’en diamètre. En testant une variété de structures d’origami d’ADN, nous avons également appris comment la géométrie des modèles affectait l’ensemble de l’assemblage», ajoute Seitz.
«Avec l’aide de l’imagerie par microscopie électronique cryogénique, nous avons pu visualiser les protéines hautement ordonnées lors de l’assemblage et, avec cela, mesurer même de petits changements dans la géométrie de l’assemblage résultant de différents modèles», explique le professeur Juha Huiskonen, un scientifique collaborateur de l’Université d’Helsinki.
«Nous avons trouvé une stratégie simple mais efficace pour (re)diriger les protéines de capside vers une forme souhaitée. Notre approche est adaptable et ne se limite donc pas à un seul type de protéine de capside, comme nous l’avons démontré avec des protéines de capside de quatre virus différents. De plus, nous pouvons modifier notre modèle pour qu’il soit plus pertinent pour l’application, par exemple en intégrant de l’ARN dans l’origami, qui pourrait ensuite être traduit en protéines utiles ou spécifiques au site», explique le professeur Aalto Mauri Kostiainen, responsable du projet de recherche.
Bien que les structures d’origami d’ADN soient un matériau prometteur pour l’interface des systèmes biologiques, elles souffrent d’instabilité, en particulier en présence d’enzymes dégradant l’ADN.
Dans les expériences, cependant, «nous pouvons clairement observer que la couche de protéines protège efficacement les nanostructures d’ADN encapsulées de la dégradation. En combinant la protection avec les propriétés fonctionnelles de l’origami d’acide nucléique, y compris la possibilité de délivrer de l’ADN ou de l’ARN messager avec d’autres molécules cargo, nous pensons que notre approche fournit des orientations futures intéressantes pour l’ingénierie biomédicale», conclut Kostiainen.
Ce travail a été mené conjointement à l’Université Aalto (Finlande) avec des chercheurs de l’Université d’Helsinki (Finlande), de l’Université Griffith (Australie), de l’Université de Tampere (Finlande) et de l’Université de Twente (Pays-Bas).
