Biotechnologie de la gouttelette lipidique de plantes pour la production de protéines virales membranaires : application aux protéines E et M du SARS-CoV-2

Les plantes sont utilisées avec succès comme plateformes pour l'expression de protéines recombinantes. Elles peuvent être cultivées à grande échelle, sans agents pathogènes pour l'homme ou l'animal. Les plantes ont été utilisées pour la production de protéines destinées à la recherche fondamentale mais aussi pour la production de produits biopharmaceutiques de grande valeur. Les gouttelettes lipidiques (GL), contenant l'huile dans les graines, ont été utilisées comme plateforme biotechnologique pour ancrer et purifier des protéines recombinantes en tirant parti du fractionnement par flottaison. De plus, les graines sont capables d'assurer le stockage des protéines recombinantes pendant des années à température ambiante car elles accumulent naturellement des niveaux très élevés de protéines, ont une faible activité protéasique et une faible teneur en eau. Jusqu'à présent, seules des protéines solubles avaient été produites grâce à un ancrage aux GL via les oléosines, les protéines structurales des GL. Le caractère hautement hydrophobe des GL nous a conduit à faire l'hypothèse que les GL pourraient également être utilisées pour stabiliser et accumuler des protéines membranaires, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une fusion avec les oléosines. Cette hypothèse a donc été testée avec E et M, deux protéines membranaires intégrales du SARS-CoV-2, génétiquement plus stables que la protéine S, et donc présentant un intérêt dans des stratégies d'immunisation.

Dans le cadre d'une collaboration de recherche de l’équipe "Design, Ingénierie, Compartimentation du Métabolisme des Lipides" DIPOL avec Core Biogenesis, start up fondée par un ancien post-doctorant de l'IIJPB, ont développé un ensemble d’outils pour l'expression de protéines recombinantes hydrophobes, particulièrement récalcitrantes pour une production en système hétérologue. Ces outils comprennent des stratégies de biotechnologie moléculaire et des châssis biologiques* (feuilles de Nicotiana benthamiana et graines de Camelina sativa) . Ils permettent l'association combinatoire rapide de différentes parties codantes (protéines cibles, étiquettes de marquage, ancres de ciblage, liens) avec des promoteurs et des terminateurs chez les plantes. Ces protéines recombinantes présentent un intérêt accru dans le cadre de la production d'antigènes viraux peu variables dans un contexte de mise en place de réponses thérapeutiques efficaces, rapides et à coûts limités. L'adressage de ces protéines dans un environnement riche en lipides, la gouttelette lipidique, permet leur stabilisation et leur purification. Des gouttelettes lipidiques de graines de Camelina sativa contenant les antigènes hydrophobes E et M du Sars-Cov-2 ont été produites par l’équipe à petite échelle avec un rendement théorique calculé 80 à 540 mg/kg de graines.
Les résultats obtenus montrent que la nature des étiquettes, des liens et leurs positions relatives dans la protéine recombinante peuvent modifier la distribution subcellulaire de la protéine et sa stabilité. L'association à l'oléosine AtOLE1 améliore le ciblage des protéines E et M aux GL. En outre, l'oléosine végétale peut être utilisée pour adresser et stabiliser efficacement des protéines membranaires virales sur des GL.

L’équipe DIPOL s'engage actuellement dans l'optimisation d'un ensemble de plateformes de production de protéines hydrophobes recombinantes associées aux GL afin de répondre aux enjeux de recherche et de production pour des applications pharmaceutiques comme par exemple la vectorisation transcutanée ou par voie orale. Un focus particulier est mis sur les antigènes viraux hydrophobes de maladies et zoonoses émergentes dans le cadre d'une collaboration avec l'unité « Virologie et Immunologie Moléculaires » VIM et le synchrotron SOLEIL.

* Organismes vivants supports pour la biologie de synthèse

Une recherche développée à l’Institut Jean-Pierre Bourgin - Sciences du Végétal en collaboration.