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Depuis plusieurs décennies, des matériaux synthétiques et naturels ont été explorés pour être utilisés comme échafaudages dans l’ingénierie tissulaire1,2. Bien que les matériaux synthétiques tels que les polymères offrent une excellente intégrité structurelle et des propriétés mécaniques réglables, ils ont souvent une bioactivité insuffisante pour favoriser la croissance et l’infiltration des tissus. D’autre part, les matériaux naturels tels que les protéines de matrice extracellulaire (ECM) ont une excellente activité biologique, mais présentent des limites telles que la variabilité d’un lot à l’autre, une dégradation rapide et des problèmes d’immunogénicité. En tant que telles, les protéines recombinantes sont souhaitées, car elles peuvent être conçues pour imiter uniquement les propriétés souhaitables des protéines natives3,4.
L’ingénierie des protéines recombinantes a suscité un grand intérêt en tant que plate-forme polyvalente pour la conception et la production de nouveaux biopolymères de protéines artificielles. En contrôlant la séquence génétique, les fonctionnalités des protéines artificielles peuvent être adaptées à une grande variété d’applications5,6. En particulier, les protéines de la matrice extracellulaire artificielle (aECM) peuvent être adaptées pour avoir de multiples fonctionnalités pour des applications dans l’ingénierie tissulaire, la régénération et la réparation des plaies2,7. Plus important encore, les progrès des technologies de clonage et de purification ont augmenté l’évolutivité et réduit considérablement le coût de fabrication des protéines recombinantes. Il est possible de produire de grandes quantités de protéines recombinantes à de faibles coûts de production et économiques pour une utilisation en clinique5.
Des protéines de matrice extracellulaire artificielle ont été développées pour des applications d’ingénierie tissulaire8-11. Par exemple, Tirrell et al. ont conçu une greffe vasculaire de petit diamètre à l’aide de protéines artificielles contenant la séquence CS5 de la fibronectine et des répétitions semblables à l’élastine (ELP-CS5). Ils ont montré que les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC) étaient capables d’adhérer et de se développer sur ces matériaux12. D’autres ont également incorporé de courtes séquences bioactives tirées de la fibronectine, du collagène, de la laminine, du fibrinogène et de la vitronectine, ainsi que des domaines structurels qui imitent l’élastine, la soie d’araignée et les collagènes pour créer une variété de protéines de fusion10. Les films réticulés en vrac fabriqués à partir de protéines aECM à base d’élastine présentaient également des propriétés mécaniques similaires à celles de l’élastine native (les modules élastiques varient entre 0,3 et 0,6 MPa)13. Par la suite, il a également été rapporté que les protéines aECM contenant des fragments de fibronectine plus longs accéléraient la cicatrisation des plaies in vitro en raison de l’augmentation des affinités de liaison à l’intégrine8.
Récemment, des protéines ECM artificielles spécifiques à l’intégrine ont été développées par Tjin et ses collègues14. Chaque protéine aECM contient un domaine de liaison cellulaire bioactif provenant de composants ECM de la peau humaine native2,7,15, tels que la laminine-5, le collagène-IV et la fibronectine. Par exemple, il a été démontré que l’intégrine α3Β1 se lie à la séquence PPFLMLLKGSTR trouvée dans la chaîne laminine-5 alpha-3 du domaine globulaire 3 (LG3)16,17. Dans leur rapport, ils ont montré que les kératinocytes épidermiques primaires de la peau humaine engagent préférentiellement différentes intégrines pour se lier à chacune des protéines aECM, en fonction du type de domaine de liaison cellulaire présent.
Les protéines aECM discutées dans les travaux de Tjin et al. contiennent des domaines flanquants de type élastine {(VPGIG)2VPGKG(VPGIG)2}8 qui confèrent une élasticité qui imite les propriétés mécaniques de la peau humaine. De plus, l’incorporation de résidus de lysine dans les répétitions de type élastine augmente également la solubilité globale des protéines dans les solvants aqueux. De plus, les résidus de lysine servent également de sites de réticulation pour faciliter la formation de films aECM réticulés12. L’inclusion de répétitions semblables à l’élastine dans la séquence protéique aECM permet aux protéines d’être facilement purifiées via le cycle de transition inverse (ITC)14. Les élastines subissent une transition de phase brusque et réversible à une température spécifique connue sous le nom de température de solution critique inférieure (LCST) ou de température de transition inverse (Tt)18-20. Les élastines et les répétitions similaires à l’élastine adoptent des conformations de bobines aléatoires hydrophiles en dessous de leur LCST et deviennent solubles dans l’eau, tandis qu’au-dessus de leur LCST, les élastines s’agrègent rapidement en particules de taille micronique. De telles transitions de phase sont réversibles et peuvent donc être exploitées pour permettre aux protéines aECM à base d’élastine d’être facilement purifiées via la technique ITC21.
Dans ce travail, nous rapportons une procédure généralisée pour concevoir, construire et purifier des protéines ECM artificielles contenant des domaines de liaison cellulaire bioactifs, fusionnés à des répétitions similaires à l’élastine. Le processus de conception et de clonage des plasmides qui codent pour les séquences d’acides aminés des protéines aECM est décrit. Les étapes de purification des protéines aECM à l’aide de l’ITC sont décrites. Enfin, les méthodes de détermination de la pureté des protéines aECM obtenues à l’aide de l’électrophorèse SDS-PAGE et du Western Blot sont discutées.