L’avancement de la médecine holistique et intégrative est un lien important qui a été identifié entre les altérations métaboliques dans les cellules immunitaires et leur capacité à moduler le phénotype des cellules immunitaires dans les maladies infectieuses. L’immunométabolisme offre de nouvelles perspectives pour élucider la pathogenèse des maladies infectieuses prévalentes chez l’homme. De plus, il fournit des techniques prometteuses pour le développement de vaccins et de médicaments en identifiant de nouvelles cibles d’intervention1. La reprogrammation métabolique des cellules immunitaires est identifiée dans diverses maladies infectieuses, y compris la leishmaniose. Leishmania spp. est responsable de la leishmaniose, dont Leishmania major (L. major) provoque la leishmaniose cutanée (CL). Les parasites L. major ont un impact significatif sur le métabolisme des cellules hôtes, en particulier dans les macrophages, pour la prolifération et la survie en tant que parasites intracellulaires2. Les macrophages peuvent généralement se polariser en sous-ensembles activés de manière classique (M1) ou activés (M2) où les cellules M1 possèdent une sécrétion élevée de cytokines pro-inflammatoires et une production d’oxyde nitrique (NO) par le métabolisme des espèces azotées. Les cellules M2 présentent des niveaux élevés de cytokines anti-inflammatoires et présentent une activité élevée de l’arginase par le métabolisme de l’azote3. Ainsi, les deux phénotypes diffèrent non seulement par leur réponse immunitaire, mais aussi par leurs voies métaboliques.
La biologie des systèmes de la leishmaniose vise à identifier des cibles moléculaires pour la conception de nouveaux traitements par la conception et le développement de médicaments. La reconstruction des réseaux de signalisation et des voies métaboliques aide à comprendre la leishmaniose en tant que modèle holistique et permet d’identifier le principal composant à l’origine de l’état pathologique. La modélisation mathématique est l’une des approches analytiques appliquées les plus privilégiées pour comprendre les complexités de la leishmaniose4. Des réseaux immunométaboliques et des modèles mathématiques ont permis d’identifier la succinate déshydrogénase (SDHA) comme un composant clé du phénotype M1, qui est exprimé pour éliminer le parasite5. La biologie synthétique a des applications dans le diagnostic, le développement de vaccins et les traitements contre la leishmaniose. Le métabolisme ciblant la modulation de la réponse immunitaire peut être réalisé à l’aide d’outils de biologie synthétique. Pour la modulation de l’inositol phosphoryl céramide synthase qui régule le métabolisme des sphingolipides et modifie la signalisation immunitaire de l’hôte, un circuit génétique possédant un comportement bisstable a été utilisé pour ajuster synthétiquement la robustesse intrinsèque du modèle d’infection à L. major 6,7. Par conséquent, la biologie des systèmes et la biologie synthétique peuvent fournir une plate-forme de génie génétique basée sur un modèle pour le développement de la médecine de précision dans le système modèle de Leishmania.
Le phénotype M1 est marqué par l’expression de réseaux de signalisation immunométaboliques où la production de cytokines inflammatoires et de voies métaboliques améliore de manière synergique l’élimination du parasite. La polarisation M1 signifie la production de cytokines pro-inflammatoires telles que l’interleukine-12 (IL-12), l’interféron-gamma (IFN-γ) et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α). Les voies métaboliques fortement enrichies dans le phénotype M1 comprennent la glycolyse, la voie du pentose phosphate et le cycle tronqué de l’acide tricarboxylique (cycle TCA)5. Le cycle tronqué du TCA dirige la machinerie d’élimination des parasites grâce à l’augmentation des niveaux de succinate et de citrate, qui guident la production de NO3. L’accumulation de succinate par la SDHA conduit à l’activation du facteur de transcription 1-alpha inductible par l’hypoxie (HIF-1α), qui induit la production d’IL-1β8. Dans le phénotype M2, l’oxydation des acides gras, l’augmentation de l’utilisation de la glutamine et l’augmentation de la phosphorylation oxydative du glucose sont observées ainsi que la production de cytokines anti-inflammatoires telles que l’interleukine-10 (IL-10), le facteur de croissance transformant bêta (TGF-β), l’interleukine-4 (IL-4) et l’interleukine-13 (IL-13)3. M2 présente des mitochondries allongées comme une caractéristique distinctive, conduisant à une efficacité accrue dans la production d’énergie. Ils utilisent des acides gras, du glucose et de la glutamine comme substrats pour alimenter le cycle du TCA, générant ainsi de l’ATP par phosphorylation oxydative à un taux plus élevé pour favoriser la croissance et la prolifération du parasite9. L’enzyme SDHA responsable de l’accumulation de succinate par le biais du TCA tronqué peut non seulement favoriser la production de NO, mais également initier une consommation d’oxygène dépendante du succinate par le transport d’électrons10. Dans les macrophages infectés par Leishmania, la SDHA est régulée à la baisse de 2,17 fois, ce qui indique que la respiration aérobie pourrait également être régulée àla baisse par 11. Afin d’augmenter la consommation de succinate pour induire la production de NO médiée par les cytokines pro-inflammatoires et favoriser l’élimination du parasite, l’expression de la SDHA est essentielle.
Le circuit synthétique offre des thérapies ciblées avec précision qui peuvent modifier le système malade pour obtenir une oscillation bistable qui peut restaurer un phénotype sain au niveau spatio-temporel. La distribution et l’expression du circuit synthétique rendent le système dynamique et robuste. L’un des facteurs essentiels contribuant à l’avancement de la biologie synthétique réside dans la capacité d’assembler des parties et des éléments génétiques de manière modulaire pour permettre la génération d’architectures complexes et de fonctionnalités sur mesure12. Les contraintes associées aux techniques d’expression traditionnelles ont stimulé l’émergence de circuits synthétiques de plasmides inductibles à base d’opérons de tétracycline, permettant ainsi une évaluation rapide du plasmide et une distribution facile dans divers types de cellules13. La protéine répressrice sensible à la tétracycline (TetR), lorsqu’elle existe en tant que dimère, présente une forte affinité de liaison avec l’opéron tet (TetO), supprimant efficacement la transcription. Cependant, lors de l’interaction de son ligand, la doxycycline (dox), TetR subit une altération structurelle, entraînant sa dissociation de TetO, permettant ainsi à la transcription de se dérouler sans entrave. Ce circuit peut présenter un contrôle de traduction protéique14. Par conséquent, grâce à la méthodologie définie, le circuit synthétique plasmidique inductible à base d’opéron tétracycline conçu a été permis d’exprimer SDHA dans le vecteur pEGFP-N1. L’évaluation de l’efficacité de transformation du circuit et de son rendement a permis de mieux cerner la compétence de livraison. Grâce à la digestion par restriction du vecteur, la détermination de l’efficacité du clonage a été confirmée. De plus, une lignée cellulaire de macrophages de souris RAW264.7 transfectée dérivée de macrophages péritonéaux de souris Balb/c a été observée pour l’expression de la protéine fluorescente verte (GFP) dose-dépendante de la doxycycline dans les cellules transfectées. De plus, l’effet d’élimination du parasite dans les cellules transfectées a été corroboré par une expression du circuit synthétique. De plus, l’induction et l’expression de cytokines pro-inflammatoires ont été observées, ce qui a été dirigé par une augmentation du point temporel de l’infection dans le circuit synthétique transfecté et induit des cellules, ce qui était directement associé au fonctionnement du circuit synthétique.