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Les vecteurs viraux sont devenus des outils puissants dans la thérapie génique, la virothérapie oncolytique et le développement de vaccins génétiques en raison de leur capacité naturelle à délivrer du matériel génétique dans les cellules hôtes. Ils exploitent le tropisme naturel des virus et les mécanismes de transduction, facilitant l’expression des gènes à la fois transitoire et à long terme. Ils sont capables de survivre dans l’environnement extracellulaire, de se fixer à un récepteur cellulaire spécifique (qui définit le tropisme viral) et de favoriser leur internalisation, de détourner la machinerie d’expression des gènes de la cellule hôte et de piloter l’expression de leurs propres gènes, et d’échapper aux capteurs membranaires et intracellulaires du bras immunitaire inné 1,2. De cette façon, après une infection virale productive, les virus transforment les cellules en usines de descendance virale qui propagent de nouveaux virus dans l’organisme, provoquant finalement une maladie.
Les virus de type sauvage peuvent être transformés en outil biotechnologique par génie génétique : leur génome peut être facilement manipulé pour conserver la capacité de transduction et obtenir un résultat clinique. Sur la base de leur application clinique, les vecteurs viraux peuvent être modifiés pour conserver (au moins en partie) ou être ablatés dans leur compétence de réplication afin de générer des vecteurs compétents ou incompétents en réplication 3,4.
Les virus compétents en matière de réplication sont principalement destinés aux virus oncolytiques. Les cellules cancéreuses, souvent déficientes en défenses antivirales1, permettent la réplication de virus recombinants atténués modifiés par délétion de gènes de virulence. Ces virus se répliquent sélectivement dans les tumeurs tout en épargnant les tissus normaux. Au fur et à mesure que la compréhension de la virologie a progressé, les virus atténués ont été remplacés par des modifications génomiques plus précises conçues pour améliorer à la fois l’innocuité et l’efficacité thérapeutique.
Parmi les domaines d’intérêt nécessitant une ingénierie moléculaire chirurgicale des génomes viraux, citons : i) Les virus oncolytiques conditionnels à la réplication, où les promoteurs viraux sont remplacés par des promoteurs associés à la tumeur (promoteurs cellulaires surtranscrits dans les cellules tumorales), limitant ainsi l’expression des gènes viraux aux cellules malades5. ii) Virus à tropisme altéré 6,7, où les glycoprotéines d’enveloppe qui déterminent l’infection peuvent être modifiées ou remplacées par des fragments d’anticorps ou des ligands qui ciblent les protéines surexprimées sur les cellules tumorales 8,9. iii) Virus oncolytiques armés. La mort cellulaire tumorale induite par les virus oncolytiques déclenche la mort cellulaire immunogène (CIM), caractérisée par la libération de médiateurs inflammatoires 1,10 et d’antigènes tumoraux11. Ces signaux favorisent la reconnaissance efficace des antigènes tumoraux par le système immunitaire, rétablissant la surveillance12et permettant la combinaison avec des inhibiteurs de points de contrôle immunitaires 13,14,15 et d’autres thérapies immunitaires telles que les thérapies à base d’ARN et les vaccins 16.
À l’appui de cet effet immunothérapeutique, des transgènes d’intérêt peuvent être codés dans le génome viral, exploitant ainsi le virus non seulement pour son activité oncolytique, mais aussi pour améliorer son potentiel immunothérapeutique grâce à la production in situ de charges utiles pertinentes 3,7,17,18,19. Ces charges utiles peuvent comprendre des cytokines, des chimiokines, des anticorps, des gènes de suicide et des antigènes 3,20. L’insertion nécessite de la précision, les régions intergéniques du génome viral étant privilégiées pour minimiser la perturbation des gènes viraux et préserver la réplication et la puissance7. Par conséquent, les techniques qui permettent de cribler à la fois les sites d’insertion optimaux et les transgènes d’intérêt sont essentielles.
D’autre part, dans le contexte des virus non réplicatifs, utilisés pour la thérapie génique ou comme vecteurs de vaccins génétiques, il est important que le vecteur viral délivre le transgène (de manière transitoire ou durable) sans se répliquer dans la cellule hôte pour éviter la toxicité21. Les vecteurs adénoviraux se caractérisent par une efficacité de transduction élevée, une expression robuste des transgènes et la capacité d’infecter les cellules en division et non divisées3. Ces propriétés en ont fait les premiers de leur catégorie pour le développement de vaccins génétiques, y compris ceux contre les maladies infectieuses émergentes, telles que le COVID-19, ainsi que les thérapies de remplacement génique22. L’exemple le plus célèbre de vecteur adénoviral qui a atteint le marché est le vaccin COVID-19 d’Oxford-AstraZeneca, connu sous le nom commercial de Covishield ou Vaxzevria, basé sur un adénovirus de chimpanzé modifié, ChAdOx1, codant pour la protéine Spike du SARS-CoV-2. Lorsqu’il est injecté par voie intramusculaire, Covishield est capable de pénétrer à l’intérieur des cellules et d’induire l’expression de la protéine Spike, incitant le système immunitaire à monter une réponse immunitaire contre celle-ci3.
Il est clairement nécessaire de modifier les génomes viraux sans être contraint par des sites de reconnaissance d’enzymes de restriction. Parmi les virus oncolytiques, les vecteurs basés sur le virus de l’herpès simplex 1 (HSV-1) offrent des avantages uniques, notamment la capacité lytique, l’innocuité et la grande taille du génome, permettant l’insertion de transgènes de taille importante ou de plusieurs éléments génétiques23,24. Au-delà du HSV, de nombreux autres virus sont prometteurs sur le plan thérapeutique, comme l’a récemment examiné Sasso et al.3. Plutôt qu’un vecteur universel « best-in-class », différentes plateformes virales sont adaptées à des besoins thérapeutiques distincts3. À l’heure actuelle, les systèmes de recombinaison homologue dans le clonage de bactéries ou de levures hybrides restent les alternatives les plus courantes aux enzymes de restriction, mais ceux-ci sont laborieux, en plusieurs étapes et inefficaces25.
Une alternative émergente est l’utilisation de CRISPR/Cas9, récemment appliqué pour modifier les génomes de virus, y compris le virus de la vaccine (VV), le virus de l’herpès simplex et les vecteurs adénoviraux. Cas9 est attrayant pour l’inactivation des gènes via des mutations indel, mais devient moins pratique lorsque plusieurs coupes sont nécessaires pour supprimer des segments de génome ou insérer un transgène via l’ADN du donneur. De plus, l’édition est limitée par la conception de l’ARNg, les effets hors cible dans les génomes viral et hôte, et la dépendance aux séquences PAM dans les régions d’intérêt25.
Dans cette optique, et à travers deux exemples basés sur le HSV et l’adénovirus, cet article illustre la méthode de recombinaison, qui peut être appliquée à grande échelle, des virus aux bactériophages, en passant par les plasmides complexes et divers systèmes expérimentaux. La recombinaison est une technique de génie génétique in vivo , utilisée principalement chez Escherichia coli, qui exploite les protéines de recombinaison de bactériophages dépendantes de la température pour catalyser la recombinaison homologue entre les éléments de l’ADN avec aussi peu que 30 pb d’homologie26. Cette approche permet l’insertion, la suppression ou la modification précises de séquences sans dépendre des sites de restriction ou de la taille de l’ADN. Dans ce manuscrit, nous décrivons une version basée sur la souche SW102 d’E. coli inductible par la chaleur, bien que d’autres souches avec des systèmes inductibles spécifiques soient également disponibles27.
La recombinaison commence par la préparation de cellules bactériennes électrocompétentes par le biais d’un choc de température contrôlé pour activer la machinerie de recombinaison de phages. Les molécules d’ADN portant les bras d’homologie appropriés sont ensuite électroporées. Il peut s’agir d’ADN double brin (ADNdb) généré par digestion de restriction ou PCR ou d’ADN simple brin (ADNsb) tels que les oligonucléotides. La présence de séquences homologues ainsi que de protéines de recombinaison active permet la création de nouvelles molécules d’ADN avec la modification souhaitée.
La technologie de clonage moléculaire recombinatoire permet un génie génétique précis et est appliquée dans divers contextes, y compris l’insertion de marqueurs sélectionnables ou non sélectionnables dans les plasmides, l’ADN chromosomique bactérien et les chromosomes artificiels bactériens (BACs). Les BACs sont particulièrement précieux pour le clonage de grands fragments génomiques, y compris l’ADN adénoviral et HSV, permettant la production rapide de vecteurs viraux. Au-delà des applications translationnelles, la recombinaison soutient également la recherche fondamentale en permettant la suppression, la modification ou le remplacement ciblés de gènes viraux ou de domaines protéiques. La recombinaison a certaines limites : des bras d’homologie courts entravent la recombinaison dans des régions répétitives ; Les substrats amplifiés par PCR peuvent occasionnellement introduire des mutations ; et la séquence de la région cible doit être connue.