Dans une étude récente publiée dans Natureles chercheurs ont étudié la faisabilité de l’utilisation d’un système d’injection contractile bactérien pour l’administration programmable de protéines.
Sommaire
Arrière-plan
Les bactéries endosymbiotiques ont développé des mécanismes de délivrance complexes qui facilitent leur interaction avec la biologie de l’hôte. Les systèmes d’injection contractile extracellulaire (eCIS), caractérisés comme des complexes macromoléculaires ressemblant à des seringues, illustrent ce phénomène. Ces structures facilitent l’injection de charge utile de protéines dans les cellules eucaryotes en pénétrant la membrane cellulaire avec une pointe.
Dans des études récentes, il a été découvert que les eCIS présentent une propension à cibler les cellules de souris. Cette observation a conduit à la spéculation que ces systèmes pourraient avoir un potentiel pour la délivrance de protéines thérapeutiques. La fonctionnalité des eCIS dans les cellules humaines et les voies sous-jacentes à leur reconnaissance des cellules cibles restent encore à élucider.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont démontré que la cassette de virulence de Photorhabdus (PVC) régit la sélection de la cible grâce à la détection spécifique d’un récepteur cible facilitée par un élément de liaison distal de la fibre de queue en PVC.
Cette étude sur l’activité des eCIS a été centrée sur une catégorie spécifique d’eCIS, à savoir les PVC. Les PVC comprennent un groupe de gènes totalisant environ 20 kilobases, qui comprennent 16 gènes de base essentiels (pvc 1-16). Ces gènes sont cruciaux pour la construction d’un système d’injection opératoire. Les charges utiles Pdp1 et Pnf sont situées à proximité de pvc 1-16, et on pense qu’elles pénètrent dans les cellules cibles par la contraction de la gaine en PVC et le démontage du complexe pointe-tube, qui est un mécanisme commun à tous les eCIS.
L’équipe a incorporé des charges utiles innovantes et non endogènes dans le PVC pour transformer les PVC en systèmes de distribution de protéines programmables. L’étude a également déterminé la faisabilité de l’observation de l’apport de protéines médiées par le PVC à l’aide de charges utiles artificielles et endogènes dans des cellules d’insectes en culture. Ceci a été réalisé en incubant des cellules Sf9 avec des PVC non modifiés contenant des charges utiles de toxine native.
Résultats
Lors de l’analyse par microscopie électronique à transmission (MET) à coloration négative, les complexes protéiques présentaient une ressemblance avec les eCIS canoniques. Ces complexes contenaient des structures de gaine intactes et des plaques de base d’une longueur d’environ 116 nm.
Les résultats de l’étude ont indiqué que la charge utile est impérative pour la génération de particules de PVC observables. Cela a montré que les gènes diminutifs de la région de la charge utile jouaient un rôle crucial dans le développement des PVC chez E. coli. De plus, lors d’une brève exposition à des cellules d’insectes Sf9 en culture, les complexes purifiés présentent une forte affinité envers la surface cellulaire. Ces résultats indiquent que E. coli a le potentiel de générer des complexes de PVC qui démontrent un assemblage et un ciblage appropriés.
L’absence de la région désordonnée dans les charges utiles modifiées a entraîné l’impossibilité de charger dans les PVC. Par conséquent, l’équipe a également intégré le domaine d’emballage avec diverses protéines non incorporées de manière inhérente dans le PVC et a évalué dans quelle mesure les charges utiles modifiées résultantes étaient placées dans les PVC.
L’étude a révélé que la co-purification des trois charges utiles nouvellement découvertes avec des PVC s’est produite en présence de pvc15, validant ainsi l’efficacité de cette approche en tant que technique universelle pour incorporer des protéines dans des particules de PVC.
L’équipe a également noté que pvc15 dépendait de l’existence de plusieurs gènes PVC essentiels, qui englobaient l’élément de ciblage PVC putatif et un gène qui était auparavant supposé agir comme chargeur de charge utile. De plus, l’administration de charges utiles purifiées ou de complexes de PVC déchargés isolément était inadéquate pour répliquer ce phénotype, suggérant ainsi que l’activité observée dépendait des actions concertées du complexe de PVC ainsi que des charges utiles de toxine.
Les résultats collectifs indiquent que les PVC recombinants présentaient une efficacité biologique lorsqu’ils étaient exposés à des cellules d’insectes en culture. De plus, ces PVC pourraient être reprogrammés pour faciliter la charge et produire des protéines non natives dans les cellules réceptrices, générant ainsi des effets biologiques innovants.
L’utilisation de PVC reciblés Pvc13-Ad5-knob chargés de Cas9 a entraîné la génération de particules qui ont induit des insertions et des suppressions ciblées dans les cellules HEK 293FT contenant un acide ribonucléique (ARN) guide. Lors du chargement des PVC avec le bras droit ou gauche d’une désaminase à doigts de zinc (ZFD) qui ciblait le locus constant α du récepteur des lymphocytes T humains (TRAC) et les co-administrait aux cellules HEK 293FT, ce qui signifie la capacité des PVC à délivrer des ZFD pour édition de base dans les cellules humaines.
Conclusion
Les résultats de l’étude ont montré qu’un eCIS est un mécanisme personnalisable de distribution de protéines, capable d’être adapté pour le chargement de charges utiles non endogènes et pour cibler de nouveaux organismes. L’étude de l’élément de ciblage du PVC a révélé que les PVC présentent un degré remarquable de spécificité vis-à-vis de leurs cibles et que l’efficacité de l’activité du PVC dépend de l’interaction réussie entre la fibre de queue et un récepteur situé à la surface de la cellule cible. Cette étude représente la création d’une catégorie flexible de mécanismes de livraison de protéines personnalisables qui sont hautement adaptables pour une utilisation dans un large éventail de contextes, allant de la lutte biologique à la thérapie génique humaine.
