6.2.3 Virus de la mosaïque du niébé

Le virus de la mosaïque du niébé (CPMV ; Comovirus, Comoviridae) est la plateforme la plus étudiée pour diverses conjugaisons et applications biotechnologiques. Il s’agit d’un virus icosaédrique de 30 nm qui consiste en un génome d’ARN simple brin bipartite à sens positif, chaque molécule d’ARN étant encapsidée dans une particule distincte. La capside du CPMV est composée de 60 copies de deux sous-unités CP différentes (appelées petite, 24 kDa, et grande, 42 kDa) avec une symétrie icosaédrique pseudo T = 3. En raison de la nature hautement symétrique et hétéromérique de la capside, le CPMV offre une opportunité remarquable d’introduire de manière différentielle (à cinq ou trois positions ou aux deux) de multiples types de fonctionnalités par génie génétique et chimique spécifique avec un contrôle à la fois sur la distribution spatiale et le degré de multivalence (Uchida et al., 2007 ; Young et al., 2008 ; Steinmetz, 2010 ; Wen et al., 2016). Le CPMV peut être purifié en grandes quantités à partir de feuilles infectées et est stable dans une large gamme de températures (jusqu’à 60°C) et dans la gamme de pH de 3,0-9,0 et peut résister à certains solvants organiques (Steinmetz et al., 2009). Les capsides de CPMV sont utilisées pour l’immobilisation contrôlée d’enzymes actives. L’utilisation des capsides de CPMV pour la fabrication modélisée de nanoparticules métalliques par un dépôt chimique (ELD) et la minéralisation par une variété de processus a permis la production de couches minces de métaux et d’alliages avec une épaisseur et une composition uniformes. Les virions CPMV sont utilisés comme des nanoblocs pour la construction contrôlée de structures 2-D et 3-D en utilisant une approche ascendante, couche par couche (LbL) pour des applications potentielles comme des dispositifs nanoélectroniques ou des biocapteurs multiples électrochimiques (examinés dans Culver et al., 2015 ; Wen et al, 2015a, 2016 ; Narayanan et Han, 2017a).

Les particules CPMV natives et CPMV dérivées avec des complexes métalliques de lanthanides ont été jugées sûres et non toxiques, sur la base des études de biodistribution, de toxicité et de pathologie de ces particules in vivo (Rae et al., 2005 ; Singh et al., 2007). On a constaté que le CPMV était associé à des régions d’inflammation et induisait une perturbation de la barrière hémato-encéphalique lors d’une infection du système nerveux central (SNC) chez la souris (Shriver et al., 2009). Le CPMV avec PEGylation de surface a montré une faible immunogénicité, et l’internalisation a été empêchée dans plusieurs types de cellules en raison de la réduction de la liaison non spécifique (Raja et al., 2003). Manchester et ses collègues ont découvert que le CPMV marqué par fluorescence a une capacité endogène à être absorbé par les cellules endothéliales vasculaires et peut être utilisé comme sonde d’imagerie intravitale pour visualiser le système vasculaire et le flux sanguin jusqu’à une profondeur de 500 μm pendant 72 h dans des embryons vivants de souris et de poussins (Lewis et al., 2006). On a découvert que le CPMV avait une capacité naturelle à se lier à la vimentine de surface, une protéine cytosquelettique qui module l’architecture et la dynamique des cellules, et qu’il était surexprimé dans les cellules endothéliales, cancéreuses et inflammatoires (Koudelka et al., 2009). Les caractéristiques de biocompatibilité, d’interaction naturelle avec la vimentine et de rétention de l’endothélium du CPMV ont été exploitées pour imager l’angiogenèse tumorale et la localisation des tumeurs in vivo (Leong et al., 2010 ; Steinmetz et al., 2011 ; Yildiz et al., 2011 ; Wen et al, 2015a).

La surface extérieure de la capside du CPMV a été largement modifiée en utilisant des résidus de lysine, de cystéine, de tyrosine et d’acide aspartique et glutamique exposés, d’origine naturelle ou issus du génie génétique, en utilisant des méthodes de conjugaison chimique standard et en conjuguant des agents de réticulation pour fixer plusieurs réactifs tels que des nanoparticules d’Au, des fragments méthyl-viologène réactifs aux oxydoréductions, des fragments organométalliques de carboxylate de ferrocène, des fluorophores, de la biotine, des chaînes PEG, des dérivés de stilbène, des hydrates de carbone, des protéines hétérologues (par ex.g., holo-transferrine humaine, lysozyme T4, le domaine LRR de l’internaline B et le produit du gène Intron 8 du récepteur tyrosine kinase HER2), anticorps, oligonucléotides, points quantiques semi-conducteurs et fullerènes. L’incorporation d’acides aminés non naturels dans la capside du CPMV a été réalisée par le biais de plusieurs méthodes chimiques orthogonales (telles que la stratégie de ligature chimiosélective d’hydrazone et la cycloaddition azide-alkyne catalysée par le cuivre (CuAAC) ou réaction « click »). Ces efforts ont facilité l’utilisation des particules de CPMV comme sondes optiques, candidats vaccins et nanodispositifs de mémoire et de détection (examinés dans Young et al., 2008 ; Destito et al., 2009 ; Grasso et Santi, 2010 ; Steinmetz, 2010 ; Lomonossoff et Evans, 2011 ; Wen et al., 2015a ; Zhang et al., 2016 ; Lee et al., 2016b ; Narayanan et Han, 2017a). Les CPMV et TMV ont été chargés pour transporter des agents de contraste pour l’imagerie par résonance magnétique (RM) et optique à double modalité, et les deux modalités ont démontré la spécificité de la liaison de la fibrine in vitro avec la présence de peptides de ciblage. Des études précliniques dans un modèle de thrombose par lésion photochimique de l’artère carotide ont confirmé la localisation du thrombus par les nanosondes, les tiges allongées de TMV présentant une fixation nettement plus importante aux thrombus que les CPMV icosaédriques (Wen et al., 2015b,c). Les CPMV décorés avec des peptides E7p72 (peptide de haute affinité se liant au domaine 7 semblable au facteur de croissance épidermique (EGFL7) qui cible spécifiquement les cellules endothéliales humaines) ont ciblé la néovasculature associée aux tumeurs avec une spécificité élevée évaluée par imagerie intravitale (Cho et al., 2017).

Les protocoles d’assemblage in vitro et in vivo des sous-unités de capside des CPMV ne sont pas encore bien établis. Cela a limité son potentiel d’utilisation comme nanoconteneur pour l’encapsulation de molécules cargo. Le contenu en acide nucléique natif des virions de CPMV a été utilisé comme une éponge électrostatique pour attirer des agents d’imagerie et des molécules thérapeutiques par une simple technique de perfusion (Yildiz et al., 2013). La coexpression transitoire du précurseur du CPMV (VP60), qui se compose de grandes et petites protéines fusionnées, et de la protéinase 24K pour le traitement protéolytique de VP60 dans des plantes a donné lieu à des VLP du CPMV (eCPMV), qui étaient complètement dépourvus d’ARN (soit le virus, soit l’hôte) (Saunders et al., 2009). Ces capsides vides ont été utilisées pour transporter un large éventail de molécules cargo, telles que des métaux, des colorants fluorescents ou des médicaments (Culver et al., 2015 ; Wen et al., 2015a ; Narayanan et Han, 2017a). Des fluorophores, des étiquettes d’affinité à la biotine, des PEG et divers peptides ont été affichés sélectivement sur la surface intérieure du CPMV vide en ciblant des lysines réactives (Wen et al., 2012b). L’efficacité de l’eCPMV en tant que vaccin in situ a été démontrée dans des modèles murins de mélanome métastatique, de cancer du sein, de cancer de l’ovaire et de cancer du côlon, où il a induit une réponse immunitaire antitumorale en déclenchant l’activation et l’infiltration des neutrophiles, ce qui entraîne un profil chimio/cytokine qui conduit à l’activation de l’immunité adaptative. La plupart des souris rechallengées avec des tumeurs sur le flanc opposé ont complètement rejeté la tumeur rechallengée (Lizotte et al., 2016). L’administration intratumorale d’une nanoparticule magnétique (mNP) pour induire l’hyperthermie et le eCPMV en combinaison a amélioré l’efficacité du traitement local et systémique de la tumeur (retardement de la croissance tumorale secondaire (effet abscopal) et résistance à la rechallenge de la tumeur) dans les modèles cellulaires d’adénocarcinome mammaire de la souris C3H/MTG-B et de mélanome de la souris C57-B6/B-16-F10 (Hoopes et al., 2017a). En utilisant huit cancers canins spontanés (deux mélanomes buccaux, trois améloblastomes buccaux et un carcinome), Hoopes et al. (2017b) ont démontré que l’association d’un rayonnement hypofractionné et d’une hyperthermie induite par le mNP et d’un traitement intratumoral par eCPMV suscitait des réponses immunitaires améliorées.

Pour utiliser le CPMV pour l’administration ciblée de médicaments aux cellules cancéreuses et pour surmonter l’interaction naturelle entre le CPMV et les cellules de mammifères, une réaction « click » a été utilisée pour conjuguer le PEG et la fraction de ligand de folate (CPMV-PEG-FA) au CPMV. Cette conjugaison a permis de cibler spécifiquement le CPMV sur des cellules HeLa et KB exprimant des récepteurs de folate (FR) (Destito et al., 2007). Le ciblage de CPMV sur les cellules tumorales de neuroblastome a été réalisé en modifiant génétiquement CPMV pour afficher l’analogue du neuropeptide Y (NPY) comme ligand de ciblage. Il a été démontré que le CPMV-NPY interagissait spécifiquement avec les cellules SK-N-MC qui surexpriment le récepteur Y1 (Destito et al., 2009 ; Ma et al., 2012). L’imagerie ciblée sur les récepteurs a été obtenue en ancrant de courtes séquences peptidiques (F56 et bombésine spécifiques du récepteur-1 du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGFR-1)) et des récepteurs du peptide de libération de la gastrine (GRPR), respectivement, au CPMV. Ces capteurs à base de CPMV se sont révélés spécifiques en se liant aux cellules cancéreuses qui surexpriment ces récepteurs à la surface des cellules (Brunel et al., 2010 ; Steinmetz et al., 2011). Wen et Steinmetz (2014) ont développé une approche ascendante pour la synthèse de nanoparticules, de dimères et d’assemblages de CPMV contenant des ligands de ciblage (peptides RGD cycliques) et des colorants fluorescents et ont constaté que la présentation symétrique des peptides RGD et la dimérisation des nanoparticules augmentaient l’efficacité du ciblage des cellules cancéreuses.

Le CPMV a été utilisé avec succès pour l’affichage de plusieurs peptides hétérologues afin d’induire une réponse immunitaire. L’immunisation des animaux avec chacune des chimères a induit une forte réponse immunitaire humorale qui était protectrice contre le défi par le pathogène respectif. L’affichage multivalent de molécules antivirales et de glucides sur CPMV a facilité leur utilisation pour des applications thérapeutiques (Lomonossoff et Evans, 2011 ; Koudelka et al., 2015 ; Hefferon, 2017). Aljabali et al. (2013) ont établi la conjugaison covalente de la dox aux CPMV par le biais d’une liaison amide ou d’un pont disulfure en utilisant des résidus de lysine ou de cystéine sur la surface externe des CPMV. Le CPMV chargé de dox a présenté un effet de destruction cellulaire plus élevé que le dox libre, même à faible dose. Le CPMV modifié avec une couronne de dendrons chargés négativement a été utilisé pour charger des photosensibilisateurs chargés positivement (pour la thérapie photodynamique (PDT)). Ce système hybride PDT-CPMV a été efficace pour tuer à la fois les cellules de mélanome et les macrophages in vitro (Wen et al., 2016). Pour surmonter les toxicités non spécifiques limitant la dose de chrome trivalent (un nutriment minéral bénéfique), qui peut inhiber sélectivement la prolifération des cellules musculaires lisses aortiques humaines (HASMC) induites par le glucose élevé in vitro, du chlorure de chrome a été chargé dans la cavité intérieure du CPMV par perfusion, et les particules de CPMV chargées de CrCl3 qui en résultent (CPMV-Cr) ont réduit de manière significative la prolifération des HASMC induite par le glucose et ont présenté des effets antiathérogènes dans des conditions d’hyperglycémie (Ganguly et al., 2016).