VECTEURS DESTINES AU TRANSFERT DE MOLECULES D'INTERET
DANS DES CELLULES CIBLES
La présente invention se rapporte à de nouveaux vecteurs destinés au transfert de protéines, d'acides nucléiques ou de toute autre molécule d'intérêt dans des cellules. Cette invention peut être appliquée à des domaines variés, notamment pour la délivrance in vivo de médicaments dans des cellules cibles d'un organisme ou le transfert in vitro ou ex vivo de molécules d'intérêt dans des cellules en culture.
Le développement de nouveaux médicaments nécessite non seulement l'identification de nouvelles molécules actives et de leurs cibles, mais également la recherche de nouveaux modes d'administration ou de nouveaux moyens permettant de véhiculer efficacement les molécules actives vers leur cible.
La membrane plasmique constituant une barrière physique à l'entrée de corps étrangers dans la cellule, lorsque la cible d'une molécule active est intracellulaire, le mode d'administration doit comprendre un moyen pour l'intemalisation de la molécule dans le cytoplasme ou dans le noyau de la cellule cible.
Différents méthodes et vecteurs sont décrits dans l'état de la technique pour le transfert d'acides nucléiques au noyau des cellules notamment en vue d'applications dans le domaine de la thérapie génique. Parmi ces vecteurs, un grand nombre est dérivé de structure virale. D'autres méthodes ont été proposées incluant l'électroporation, la fusion membranaire au moyen de liposomes ou les micro-injections directes dans des cellules isolées.
Le brevet US 5,635,383 illustre également un autre type de vecteur, à base de polylysine, pour le transfert d'acides nucléiques dans les cellules.
On a également proposé d'utiliser des produits de couplage de molécules d'intérêt avec des ligands de récepteurs internalisables (Wagner et al. Adv. Drug. Del. Rev. 1994, 14: 1 13-135; Chen et al. FEBS Lett. 1994 338 :167- 169).
Plus récemment, différents peptides ayant la capacité de transférer des molécules dans le cytoplasme ou le noyau des cellules ont été décrits (Prochiantz, 2000, Current Opinion in Cell Biology 12 :400-406 ; Ford et al. 2001 , Gène Therapy, 8 : 1-4).
La structure de ces peptides, appelée domaine de transduction de protéines, comprend en particulier un motif polycationique de résidus riches en lysine et arginine. Ces peptides ont, de manière inhérente, la capacité de traverser la membrane des cellules et sont alors généralement localisés dans le noyau des cellules.
On peut citer, à titre d'exemples, les peptides dérivés de la protéine TAT de HIV-1 (US 6,316,003) ou de l'homéodomaine de la troisième hélice d'Antennapedia (NZ 503007).
La demande de brevet FR 9709972 décrit également l'utilisation de fragments d'anticorps, choisis dans des régions spécifiques porteuses d'une activité de pénétration cellulaire.
II n'existe cependant à ce jour pas de similarité claire entre les différents peptides identifiés permettant de définir une structure commune. Le mode d'action par lequel ces peptides sont internalisés dans les cellules n'a également pas encore été élucidé. Cependant, leur petite taille moléculaire, leur capacité à traverser la paroi des vaisseaux sanguins et à transférer des molécules de taille importante jusqu'au cytoplasme ou au noyau des cellules en font des candidats intéressants pour le transfert de molécules d'intérêt dans les cellules.
La présente invention découle en partie de l'étude de peptides capables de se fixer in vitro sur des protéine-phosphatases 2A ou sur l'une de leurs sous- unités (A), (B) ou (C), ces peptides étant tous dérivés de protéines connues pour moduler l'activité de la protéine phosphatase 2A.
Certains avantages de ces peptides, corrélés à leur propriété de liaison in vitro à la protéine phosphatase 2A, ont été décrits dans la demande de brevet FR 01 10139.
Les inventeurs ont maintenant constaté de manière inattendue, que certains fragments de protéines virales, parasitaires ou cellulaires, liant in vitro la protéine phosphatase 2A, ont la capacité de pénétrer dans le cytoplasme des cellules eucaryotes. Ces peptides sont appelés ci-après « peptides pénétrants ». Ces peptides étant de petites tailles, ils sont en outre susceptibles de transférer dans le cytoplasme et/ou le noyau des cellules, des molécules d'intérêt auxquelles ils sont couplés, sans interférer avec l'éventuelle activité biologique de ces dernières.
Au sens de l'invention, on désigne par le terme « peptide », une molécule comprenant un enchaînement d'acides aminés, ayant une taille comprise entre 3 et 30 acides aminés. On désigne par le terme « polypeptide », une molécule comprenant un enchaînement d'acides aminés, ayant une taille comprise entre 3 et 300 acides aminés, de préférence inférieure à 100 acides aminés.
Au sens de l'invention, on désigne par le terme « peptide pénétrant », un peptide qui, lorsqu'il est mis en contact avec une cellule dans des conditions appropriées, passe du milieu extérieur dans le milieu intracellulaire, et notamment le cytoplasme ou le noyau de la cellule, dans des proportions significativement supérieures à une diffusion passive.
Cette propriété peut se déterminer de différentes façons, et notamment selon un test de pénétration cellulaire tel que décrit dans la partie expérimentale ci- après au paragraphe 1.3.
Un premier objet de l'invention réside plus particulièrement dans un vecteur pour le transfert d'une molécule d'intérêt dans une cellule, caractérisé en ce qu'il comprend : un peptide pénétrant choisi parmi l'une des séquences suivantes : a) VKKKKIKREIKI (SEQ ID NO:1 ), (RQKRLI)3 (SEQ ID NO :2), (RHSRIG)3 (SEQ ID NO :3) et RHSRIGIIQQRRTRNG (SEQ ID NO :4) ; RHSRIGVTRQRRARNG (SEQ ID ' NO :5) ;
RRRRRRRSRGRRRTY (SEQ ID NO :6) ; ou, b) une séquence homologue de l'une des séquences visées en (a),
auquel est couplée ladite molécule d'intérêt.
Le vecteur selon l'invention permet ainsi de transférer une molécule d'intérêt dans une cellule cible, lorsqu'il est mis en contact dans des conditions appropriées avec les cellules visées. Il peut naturellement être préparé en vue d'un transfert in vivo de molécules d'intérêt dans les cellules cibles d'un organisme ou d'un transfert ex vivo ou in vitro de molécules d'intérêt dans des cellules cibles en culture. Les applications de ces vecteurs seront décrites plus loin plus amplement.
Plus préférentiellement, les peptides pénétrants selon l'invention sont dérivés des molécules CK2α de T. parva (SEQ ID NO:1 ), CK2α de P. Falciparum (SEQ ID NO :2), Vpr de HIV-1 (SEQ ID NO :3, SEQ ID NO :4 et SEQ ID NO :5) et la protamine (SEQ ID NO :6).
Les peptides pénétrants selon l'invention comprennent également les peptides de séquences homologues aux séquences SEQ ID NO :1-6 définies
plus haut. Ces peptides de séquences homologues sont encore appelés variants fonctionnels.
Par « séquence homologue », il faut comprendre au sens de l'invention, une séquence se distinguant de l'une des séquences SEQ ID NO :1 -6 avec laquelle elle serait alignée, par substitution ou délétion d'au moins un acide aminé et conservant néanmoins la capacité de pénétrer dans la cellule, ladite séquence homologue présentant au moins 70%, mieux au moins 80% et mieux encore au moins 90% d'identité sur la longueur de l'alignement réalisé avec la séquence d'origine choisie parmi les séquences visées en (a).
De préférence, on considérera qu'un peptide homologue a conservé la propriété de pénétrer dans la cellule si le nombre de molécules transférées par le peptide de séquence homologue dans les cellules in vitro évalué à l'aide du test de pénétration cellulaire décrit ci-après dans la partie expérimentale n'est pas diminué de plus de 20 à 30% par rapport au nombre de molécules transférées par le peptide d'origine dont il dérive.
Une séquence homologue peut par exemple être identifiée en recherchant dans les bases de données une séquence de protéine connue pour lier in vitro la protéine phosphatase 2A et pouvant être alignée à l'aide d'un programme d'alignement optimal avec l'une des séquences SEQ ID NO 1 -6.
Un programme d'alignement optimal classiquement utilisé pour déterminer l'identité entre deux séquences est par exemple le programme BESTFIT (Wisconsin Genetic Software Package, GCG).
Il peut s'agir également d'une séquence artificielle conçue par délétion ou substitution volontaire d'acides aminés par rapport à l'une des séquences SEQ ID NO :1-6.
De manière préférée, seuls les acides aminés dont la délétion n'affecte pas les propriétés de pénétration cellulaire dudit peptide pénétrant sont
substitués ou supprimés. De préférence, un nombre de résidus n'excèdent pas 20 à 30% de la longueur totale du peptide pénétrant est modifié.
Les acides aminés essentiels, c'est à dire les acides aminés dont la délétion entraîne une diminution statistiquement significative de la capacité du peptide à pénétrer dans la cellule ou une augmentation statistiquement significative de sa toxicité, peuvent toutefois être modifiés le cas échéant par substitution avec des acides aminés équivalent, c'est à dire de même fonction chimique, dans la mesure où la structure du peptide pénétrant n'en est généralement pas altérée.
Le peptide pénétrant selon l'invention peut en outre comporter certaines modifications structurales, de nature chimique ou enzymatique par exemple. Ainsi, le peptide peut comporter certains groupes fonctionnels pouvant, par réaction chimique ou enzymatique, permettre un couplage avec une autre substance. Les polypeptides de l'invention peuvent en outre être modifiés chimiquement afin de les rendre résistants à des protéases ou moins visibles au système immunitaire. Ils peuvent également comporter une polylysine permettant d'améliorer les propriétés de compaction des polypeptides et d'internalisation au noyau des cellules.
Tout moyen connu de l'homme du métier peut être utilisé pour la préparation du peptide pénétrant tel que défini ci-dessus. En particulier, les peptides peuvent être synthétisés par synthèse chimique, par exemple au moyen de synthétiseurs de peptides, ou par fragmentation ou délétion à partir de polypeptides, naturels ou non, de taille supérieure. Ils peuvent en outre être préparés par les techniques de génie génétique, par expression, dans un hôte cellulaire eucaryote ou procaryote, d'un acide nucléique correspondant.
Ils peuvent également résulter de combinaisons de ces différentes méthodes.
Un test de pénétration cellulaire ainsi qu'un test de viabilité cellulaire, utilisables pour tester les variants fonctionnels des peptides pénétrants, sont décrits ci-après dans la partie expérimentale.
Dans le présent texte, par « molécule d'intérêt », il faut comprendre tout type de molécule caractérisée par le fait qu'elle se distingue du peptide pénétrant auquel elle est couplée et qu'elle n'est pas naturellement associée au peptide pénétrant auquel elle est couplée. De préférence, il s'agit d'une molécule qui ne présente pas seule, la capacité de pénétrer dans une cellule.
On citera à titre d'exemples de molécules d'intérêt, les acides nucléiques, tels que les ADN, ARN, oligonucleotides, les acides nucléiques antisens, les plasmides ou les cosmides. On citera également comme exemples préférés de molécules d'intérêt les peptides ou les polypeptides, et notamment, les enzymes, les facteurs de régulation d'activité enzymatique, les ligands de récepteurs, les haptènes, les antigènes ou les anticorps et fragments d'anticorps.
Bien entendu, l'homme du métier choisira les molécules appropriées en fonction de l'application qu'il souhaite. Ces molécules d'intérêt peuvent être choisies notamment parmi les principes actifs de médicaments, incluant les immunotoxines, les antioxydants, les antibiotiques, les facteurs de croissances, les hormones intracellulaires, les cytokines, les toxines, les neuromédiateurs, les agents antimicrobiens, en particulier, antiviraux, antibactériens et antiparasitaires, ou antitumoraux ou encore tout autre agent thérapeutique ou prophylactique d'intérêt.
La molécule d'intérêt est couplée au peptide pénétrant. Le terme « couplé » signifie au sens de l'invention tout type d'interaction permettant une association physique entre la substance et le polypeptide. Il est préférable cependant que l'interaction soit suffisamment stable pour que le vecteur ne se dissocie pas avant la pénétration cellulaire. Pour cette raison, un couplage préféré au sens de l'invention est un couplage covalent. Il peut être direct ou
réalisé par l'intermédiaire d'un agent de pontage chimique bien connu de l'homme du métier, pour l'obtention du conjugué. En particulier, il peut s'effectuer par des liaisons de type maléimide, succinimide, peptidique, disulfide et thioether. On peut en particulier se référer à l'ouvrage « Bioconjugate Techniques de Greg. T. HERMANSON (Académie Press,
1996) ».
Une méthode particulière consiste par exemple à ajouter, à une extrémité d'un peptide pénétrant un « lieur », constitué d'au moins une cystéine qui peut être aisément utilisée pour des liaisons disulfure, aminé ou acide. Une autre approche consiste à coupler chimiquement un groupement biotinyl, qui permet de coupler ensuite toute substance liée à la streptavidine.
De manière générale, tout procédé de couplage chimique, biochimique, enzymatique ou génétique connu dans la littérature peut être employé (pour revue voir par exemple Methods of Immunological Analysis, Volume 2, René Masseyeff, Winfried Albert, Norman A. Staines VCH. Décembre 1992 ;
Handboo of Expérimental immunology, Volume 1 , 2nd Edition, Ed. D.M. Weir, Blackwell Scientific Publications, Oxford.)
Dans un mode de réalisation, la molécule d'intérêt est couplée directement audit peptide pénétrant par pontage chimique.
Le couplage peut également être le résultat du couplage de la molécule d'intérêt et du peptide pénétrant à une molécule, dite «intermédiaire ».
Dans un mode de réalisation préféré, la molécule d'intérêt est un peptide apoptotique choisi parmi les peptides comprenant l'une des séquences suivantes : RK(X)nVXF, FXXRKXRK, RK(X)nVXFXXRKXRK ou FXXRKXRK(X)nVXF, où X est un acide aminé quelconque et n est égal à 0 ou 1.
Il a en effet été constaté que les peptides définis ci-dessus, comprennent les séquences consensus du site d'interaction des protéines interagissant avec la protéine phosphatase PP1. Ces peptides, une fois transférés dans les cellules eucaryotes, ont la capacité d'induire l'apoptose de ces cellules, et sont de ce fait, nommés peptides apoptotiques.
Des exemples de tels peptides apoptotiques utilisables dans les vecteurs de l'invention sont notamment les peptides de séquence KGVIFYLRDK (SEQ ID NO :15) dérivé de la protéine humaine AIF (Apoptosis Inducing Factor) ou RPWFVTRKK (SEQ ID NO :20) dérivé de la protéine APAF-1 (Apoptotic Protease Activating Factor 1 ).
Dans un mode de réalisation spécifique, les peptides apoptotiques définis ci- dessus sont couplés à un peptide pénétrant choisi parmi les peptides de séquence SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2 ou leurs homologues fonctionnels.
On citera, à titre d'exemples de vecteurs résultant d'un tel couplage, les vecteurs de séquence
VKKKIKREIKIKGVIFYLRDK (SEQ ID NO :17),
(RQKRU)3KGVIFYLRDK (SEQ ID NO :19), ou,
VKKKIKREIKIRPWFVTRKK (SEQ ID NO :21).
L'invention vise également un peptide apoptotique, en tant que tel, caractérisé en ce qu'il est choisi parmi les peptides comprenant
a) l'une des séquences suivantes : RK(X)nVXF, FXXRKXRK, RK(X)nVXFXXRKXRK ou FXXRKXRK(X)nVXF, où X est un acide aminé quelconque et n est égal à 0 ou 1 , ou,
b) une séquence homologue se distinguant de l'une des séquences identifiées en (a) avec laquelle elle serait alignée, par substitution ou
délétion d'au moins un acide aminé et conservant néanmoins la capacité d'induire l'apoptose après pénétration dans une cellule, ladite séquence homologue présentant au moins 70%, mieux au moins 80% et mieux encore au moins 90% d'identité sur la longueur de l'alignement réalisé avec la séquence d'origine choisie parmi les séquences visées en (a).
Des peptides apoptotiques préférés selon l'invention sont constitués de l'une des séquences suivantes :
VKKKIKREIKIKGVIFYLRDK (SEQ ID NO :17),
(RQKRLI)3KGVIFYLRDK (SEQ ID NO :18), et,
VKKKIKREIKIRPWFVTRKK (SEQ ID NO :21 ).
L'invention concerne également l'utilisation d'un peptide apoptotique tel que défini plus haut, dans la préparation d'un médicament antitumoral.
Lorsque le peptide pénétrant est couplé à une molécule d'intérêt de type peptide ou polypeptide, le vecteur selon l'invention peut avantageusement être produit par l'expression d'une séquence codante comprenant en cis, d'une part la séquence du peptide pénétrant et d'autre part la séquence d'un peptide ou polypeptide d'intérêt. L'invention vise en particulier un polynucléotide constitué de la séquence codante d'un peptide pénétrant et d'une autre séquence codant ledit peptide ou polypeptide d'intérêt, choisi notamment parmi les peptides apoptotiques définis ci-dessus.
L'invention vise également une méthode de préparation d'un tel vecteur, comprenant l'incorporation dans un hôte cellulaire approprié d'un polynucléotide défini ci-dessus sous une forme appropriée pour l'expression du peptide ou polypeptide pour lequel il code, suivi de la mise en culture de l'hôte cellulaire ainsi recombiné, et la récupération dudit peptide ou polypeptide ainsi exprimé. De préférence, l'hôte cellulaire est choisi parmi les
cellules eucaryotes supérieures, notamment les lignées établies de cellules de mammifères.
Dans un mode de réalisation particulier selon l'invention, le vecteur est constitué essentiellement d'un peptide pénétrant choisi parmi les peptides constitués par l'une des séquences suivantes : a) VKKKKIKREIKI (SEQ ID NO:1 ), (RQKRLI)3 (SEQ ID NO :2), (RHSRIG)3 (SEQ ID NO :3) et RHSRIGIIQQRRTRNG (SEQ ID NO :4) ; RHSRIGVTRQRRARNG (SEQ ID NO :5) ;
RRRRRRRSRGRRRTY (SEQ ID NO :6) ; ou, b) une séquence homologue de l'une des séquences visées en (a), auquel est couplée ladite molécule d'intérêt.
Dans un mode de réalisation particulier, le vecteur selon l'invention peut en plus comprendre de manière avantageuse, une molécule susceptible de reconnaître spécifiquement un marqueur cellulaire de surface. De telles molécules sont notamment choisies parmi des anticorps ou fragment d'anticorps reconnaissant spécifiquement un antigène exprimé à la surface de cellules spécifiques. Le couplage d'une molécule susceptible de reconnaître spécifiquement un marqueur cellulaire de surface, d'un peptide pénétrant et d'une molécule active permet ainsi une meilleure spécificité d'adressage d'une molécule d'intérêt in vivo.
Dans un autre mode de réalisation, le vecteur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un polymère d'un peptide pénétrant tel que défini plus haut, ou une fusion de différents peptides pénétrants tels que définis plus haut, auxquels est couplée ladite molécule d'intérêt.
La répétition des motifs ou la combinaison des motifs des peptides pénétrants peut permettre dans certains cas d'accroître la capacité de pénétration du vecteur dans les cellules.
Naturellement, l'invention vise également l'utilisation d'un peptide pénétrant ou d'un vecteur tel que défini plus haut, dans la préparation d'une composition destinée au transfert d'une molécule d'intérêt dans une cellule.
Le peptide pénétrant selon l'invention peut notamment être utilisé pour le traitement des cellules tumorales, lorsqu'il est couplé à une molécule antitumorale et, le cas échéant, à une molécule d'adressage à certaines cellules tumorales spécifiques. On citera en particulier le couplage du methotrexate dont il a été montré que le transfert intracellulaire permet d'accroître l'efficacité d'agents anti-tumoraux ou du doxorubicine (Hamstra et al., 2000, Cancer Res 60:657-65 ; Rousselle et al., 2000, Mol Pharmacol 57 :679-86).
L'invention vise plus particulièrement l'utilisation d'un peptide pénétrant couplé à un peptide apoptotique.tel que défini plus haut, pour la préparation d'un médicament anti-tumoral.
Des molécules d'intérêt préférées sont notamment des molécules antivirales, antibactériennes et antiparasitaires.
Pour le transfert de molécules anti-tumorales, ou de molécules antivirales, antibactériennes et antiparasitaires, ou de molécules cytotoxiques, on préférera l'utilisation des peptides pénétrants de séquences SEQ ID NO :4 ou SEQ ID NO :6 ou de leur séquence homologue pour lesquels il a été montré que l'internalisation affecte la viabilité cellulaire.
Dans un autre mode de réalisation, on peut également utiliser des peptides pénétrants de séquences SEQ ID NO :1 et SEQ ID NO :2 couplés à des molécules qui affectent la viabilité cellulaire, et notamment les peptides apoptotiques tels que définis plus haut.
Outre les applications in vivo des vecteurs selon l'invention, notamment dans le domaine thérapeutique, les vecteurs sont utiles pour de nombreuses applications in vitro ou ex vivo. Par exemple, les vecteurs sont utiles comme
moyen pour tester l'effet de certaines substances nucléaires ou cytoplasmiques nouvellement identifiées, sur la biologie de la cellule. De tels tests in vitro sont généralement très utiles avant d'envisager de nouvelles utilisations in vivo.
Parmi les applications ex vivo envisageables, on citera en particulier l'expansion de cellules souches par stimulation de leur prolifération au moyen de l'internalisation de protéines telles que l'antigène grand T de SV40 ; l'internalisation d'antigènes par les cellules dendritiques en vue d'une vaccination, incluant notamment la thérapie anti-tumorale par stimulation du système immunitaire ou la thérapie génique par transfert d'acides nucléiques dans des cellules prélevées, par exemple des cellules du sang.
Un autre aspect de l'invention concerne donc un procédé pour transférer in vitro une molécule d'intérêt dans une cellule comprenant : a) la préparation d'un vecteur selon l'invention tel que défini ci-dessus, comprenant le couplage d'une molécule d'intérêt à un peptide pénétrant, et b) l'incubation de la cellule avec le vecteur obtenu à l'étape a. dans des conditions permettant le transfert in vitro de la molécule d'intérêt dans la cellule.
Les cellules visées pour les applications in vitro sont tout type de cellules, notamment des cellules procaryotes ou eucaryotes, des bactéries, des champignons, des levures, des protoplastes ou des cellules eucaryotes supérieures.
De préférence, ladite cellule est une cellule eucaryote en suspension dans un milieu de culture. Il peut notamment s'agir de cellules isolées d'un mammifère, de lignées cellulaires établies, de cellules primaires, de cellules tumorales ou de cellules circulantes isolées des fluides biologiques, et notamment de cellules isolées du sang.
Les cellules de mammifères sont en particulier des cellules de mammifère non humain. Il peut cependant également s'agir de cellules humaines lorsqu'elles sont isolées de leur environnement naturel, et/ou lorsqu'elles sont modifiées par le vecteur de l'invention.
Le procédé de transfert in vitro peut également être appliqué pour le transfert d'une molécule cytotoxique ou d'une molécule anti-tumorale dans une cellule, notamment un peptide apoptotique tel que défini plus haut, caractérisé en ce que le peptide pénétrant est choisi parmi SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2 ou l'une de leurs séquences homologues par substitution ou délétion d'au moins un acide aminé et conservant néanmoins la capacité de pénétrer dans la cellule, ladite séquence homologue présentant une identité d'au moins 70%, mieux au moins 80% et mieux encore au moins 90% d'identité avec SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2.
L'invention concerne également des cellules traitées par un vecteur de l'invention, en particulier des cellules comportant ledit vecteur, ou des cellules exprimant la molécule d'intérêt apportée par ledit vecteur. Ces cellules, auxquelles une caractéristique particulière d'expression d'une molécule d'intérêt a été conférée par suite de leur modification avec le vecteur de l'invention, sont avantageusement des cellules de mammifère humain ou non humain.
Pour certaines applications particulières, la cellule visée est une cellule eucaryote d'un tissu prélevé d'un organisme, par exemple prélevé chez un patient, et susceptible d'être administrée à un organisme, par exemple à un patient, après internalisation de la molécule d'intérêt.
De telles applications dites « ex vivo » concernent notamment le domaine de la thérapie génique ou de la thérapie cellulaire pour lesquelles une molécule d'intérêt qui n'est pas produite adéquatement dans les cellules d'un patient est introduite ex vivo dans les cellules prélevées du patient puis les cellules,
après avoir internaiisé le vecteur comprenant la molécule d'intérêt, sont administrées au patient.
Par production non adéquate, on entend une production dont le niveau n'est pas physiologique, et est corrélée à l'observation d'une pathologie chez un patient.
Ainsi, dans un mode de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention, la molécule d'intérêt est une molécule qui n'est pas produite adéquatement dans la cellule dans laquelle le vecteur doit être transféré.
Il a également été constaté de façon plus particulièrement surprenante, que, contrairement aux peptides pénétrants déjà décrits dans l'état de la technique, le peptide selon l'invention de séquence SEQ ID NO :1 se localise au cytoplasme et non au noyau des cellules après intemalisation. Or, dans certaines applications, il peut être avantageux d'éviter le transfert de la molécule d'intérêt au noyau des cellules ou de cibler le transfert préférentiellement au cytoplasme des cellules.
Aussi, dans un mode de mise en œuvre particulier de la méthode, pour le transfert d'une molécule d'intérêt essentiellement au cytoplasme d'une cellule, le peptide pénétrant choisi pour la préparation du vecteur est le peptide de séquence SEQ ID NO :1 ou un variant fonctionnel de ce peptide.
On considérera qu'une molécule d'intérêt est transférée essentiellement au cytoplasme des cellules, si, en moyenne, plus de 80% des molécules d'intérêt internalisées dans une cellule sont localisées au cytoplasme.
Le terme « localisation cytoplasmique » s'entend par opposition à une localisation nucléaire. Bien entendu, les molécules sont également susceptibles d'être localisées dans des organelles localisées dans le cytoplasme, telles que des granules de sécrétion, des vésicules d'endocytoses, les mitochondries ou le corps de golgi.
L'invention vise naturellement une composition comprenant des cellules dans lesquelles un vecteur selon l'invention a été internaiisé.
L'invention concerne également une composition thérapeutique comprenant, en association avec un véhicule pharmaceutiquement acceptable, un vecteur selon l'invention tel que défini ci-dessus, dans lequel la molécule d'intérêt est un principe actif de médicament.
Dans un mode réalisation particulier, la molécule d'intérêt est un antigène et la composition pharmaceutique ainsi obtenue est une composition immunogène et/ou vaccinante.
L'invention porte également sur une composition thérapeutique, comprenant, en association avec un véhicule pharmaceutiquement acceptable, un peptide apoptotique tel que défini plus haut.
De manière générale, les inventeurs ont constaté que la propriété de lier in vitro la protéine phosphatase 2A pourrait être corrélée au caractère pénétrant des peptides identifiés. Aussi, tout peptide ayant la capacité de lier in vitro la protéine phosphatase 2A pourrait être sélectionné en vue de déterminer son caractère pénétrant. Un autre aspect de l'invention concerne plus généralement une méthode pour identifier des peptides pénétrants utilisables dans des vecteurs pour le transfert de molécule d'intérêt dans les cellules, ladite méthode comprenant : a. la sélection, parmi des peptides dérivés d'une protéine interagissant avec une protéine phosphatase 2A ou l'une de ses sous-unités (A), (B) ou (C), de peptides ayant la capacité de lier in vitro la protéine phosphatase 2A et b. l'identification, parmi les peptides sélectionnés en a. des peptides pénétrants à l'aide d'un test de pénétration cellulaire.
Les peptides sélectionnés pour leur liaison avec une protéine phosphatase 2A ou l'une de ses sous-unités, sont de préférence déterminés parmi des fragments de protéines virales, parasitaires ou cellulaires, lesquelles protéines ont été montrées interagir in vivo ou in vitro avec une protéine phosphatase de type 2A.
De telles protéines virales, parasitaires ou cellulaires sont en particulier choisies parmi l'une des protéines suivantes : antigène t de SV40 ou de polyôme, antigène moyen t de polyôme, sous unité de PP2A de type B (B, B', B"), CK2α, CaMIV, p70S6-kinase, Pak1/Pak3, Tap42/alpha 4, PTPA, Set/11/I2-PP2A, E4orf4, tau, Vpr ou CD28, CCXR2 (récepteur de chemokine).
Une méthode pour l'identification d'un peptide liant spécifiquement une holoenzyme protéine phosphatase de type 2A ou l'une de ses sous-unités préférée est la méthode comprenant les étapes consistant à : a) déposer sous forme de spots, sur un support, des peptides dont la séquence est issue d'une protéine virale, parasitaire ou cellulaire, chaque spot correspondant au dépôt d'un peptide de séquence définie, b) mettre en contact le support solide avec une solution contenant une holoenzyme protéine phosphatase 2A ou l'une de ses sous-unités dans des conditions permettant aux peptides présents sur le support, de lier l'holoenzyme ou l'une de ses sous-unités, et, c) à identifier sur le support solide, le peptide sur lequel se fixe la protéine phosphatase 2A ou l'une de ses sous-unités.
Selon l'étape a), différents peptides sont déposés sur un support solide à des positions définies (« spot »), chaque position correspondant à une séquence peptidique spécifique et l'ensemble formant ainsi un réseau de peptides (« array ») à deux dimensions. Différentes méthodes de préparation de tels
réseaux ont été décrites récemment (pour revue, Figeys et Pinto, 2001 Electrophoresis 22 : 208-216 ; Walter et al., 2000 Curr Opin Microbiol 3 : 298-302). L'ensemble de ces méthodes comprend en général la fixation covalente de peptides sur un support, en particulier à l'aide de lieurs (linkers) chimiques. A titre d'exemple, l'homme du métier pourra notamment se reporter à la technique des « SPOT synthesis » consistant à synthétiser directement sur une membrane de cellulose, des peptides comprenant jusqu'à 20 résidus (Frank et Overwing, Methods in Molecular Biology, 1996, vol. 66 : 149-169, Epitope Mapping Protocols edited by : G.E. Morris Humana Press Inc., Totowa NJ).
De manière générale, toute méthode peut être utilisée dès lors que celle-ci permet l'obtention d'un réseau de peptides déposés sur un support solide, utilisable pour détecter des interactions spécifiques entre les peptides déposés et des composés particuliers. De façon très préférée, l'ensemble des séquences de peptides déposés recouvre la séquence complète de la protéine virale, parasitaire ou cellulaire dont ces séquences sont issues. Ainsi, la méthode permet de tester en une seule étape la séquence complète d'une protéine donnée, celle-ci étant « sectionnée » en un nombre fini de peptides, de séquences généralement chevauchantes.
Les peptides déposés sous forme de spot sont de préférence d'une taille inférieure à 20 acides aminés, et mieux, d'une taille inférieure à 15 acides aminés.
Les peptides sont déposés par exemple sur un support formé par une membrane de cellulose.
Le réseau ainsi obtenu est mis en contact à l'étape b), avec une holoenzyme protéine phosphatase de type 2A ou l'une de ses sous-unités.
Par « holoenzyme protéine phosphatase de type 2A », il faut comprendre tout complexe dimérique (AC) ou hétérotrimérique (ABC), purifié d'un extrait
cellulaire ou reconstitué après purification des deux sous-unités (A) et (C) d'une protéine phosphatase de type (2A) et le cas échéant d'une sous-unité (B). Les protéine-phosphatases de type (2A) sont de préférence issues de mammifères. Les supports sont incubés par exemple dans une solution tampon comprenant les protéine-phosphatases purifiées ou l'une de leurs sous- unités purifiées. Une solution tampon utilisable est le TBS (TRIS BORATE) contenant 5% de régilait écrémé et 3% de BSA.
Le peptide sur lequel se fixe l'holoenzyme protéine phosphatase de type 2A est identifié en général par le marquage direct ou indirect de la protéine phosphatase et l'identification des spots au niveau desquels s'est fixée la protéine marquée. La fixation de la PP2A ou l'une de ses sous-unités au niveau de l'un des spots de peptides peut ainsi être révélée en particulier à l'aide d'antisérums, selon les techniques classiquement utilisées pour le Western Blot ou le test ELISA en phase solide, après incubation du support contenant le réseau de peptides avec un anticorps dirigé contre les sous- unités (A) ou (B) ou (C) ou un mélange d'anticorps dirigé contre les sous- unités (A), (B) ou (C) de PP2A.
L'invention vise également une méthode de préparation d'un peptide pénétrant utilisable dans des vecteurs pour le transfert d'une molécule d'intérêt dans une cellule, ladite méthode comprenant a) l'identification de peptides dérivés d'une protéine interagissant avec une protéine phosphatase 2A ou l'une de ses sous-unités (A), (B) ou (C), ayant la capacité de lier in vitro ladite protéine phosphatase 2A, b) l'identification d'au moins un peptide pénétrant parmi ceux identifiés à l'étape (a) à l'aide d'un test de pénétration cellulaire, et c) la préparation, par tout moyen connu, du peptide identifié à l'étape (b).
Les exemples présentés ci-après établissent de façon claire la capacité des peptides pénétrants selon l'invention à pénétrer dans les cellules. Ils
démontrent en outre que les peptides pénétrants selon l'invention permettent l'internalisation dans les cellules de molécules de haut poids moléculaire telles que la peroxydase. Enfin, il a été montré que certains vecteurs n'affectent pas la viabilité des cellules et représentent donc des vecteurs utiles pour tout type d'applications in vivo ou in vitro. D'autres vecteurs, affectant la viabilité des cellules sont plus particulièrement utiles pour le transfert de molécules cytotoxiques, par exemple pour détruire in vivo ou ex vivo des cellules tumorales ou des cellules infectées ou encore tout type de pathogène.
DESCRIPTION DES FIGURES
Figure 1 : Les figures 1A et 1 B représentent, sous forme d'histogrammes, les valeurs de pénétration intracellulaire dans les cellules Hela (figure 1 a) et les cellules Jurkat (figure 1 b) obtenues à l'aide du test de pénétration cellulaire pour les peptides couplés à la peroxydase cités dans le tableau 1 .
Figure 2 : Les figures 2A à 2D illustrent les effets des différents peptides couplés à la peroxydase sur la viabilité des cellules Hela évalués à l'aide du test de viabilité MTT. La viabilité des cellules Hela (exprimée en pourcentage par rapport à la population initiale) a été testée en présence de concentrations croissantes, respectivement de peptides SEQ ID NO :1 (haut) et SEQ ID NO :2 (bas) (2A), SEQ ID NO :6 (2B), SEQ ID NO :5 (haut) et SEQ ID NO :4 (bas) (2C), SEQ ID NO :3 (haut) (2D) et SEQ ID NO : 1 1 (bas).
Figure 3 : Les figures 3A à 3D illustrent les effets des différents peptides couplés à la peroxydase sur la viabilité des cellules Jurkat évalués à l'aide du test MTS (Kit Proméga). La viabilité des cellules Jurkat (exprimée en pourcentage par rapport à la population initiale) a été testée en présence de concentrations croissantes, respectivement de peptides SEQ ID NO :1 (haut) et SEQ ID NO :2 (bas) (3A), SEQ ID NO :6 (3B), SEQ ID NO :5 (haut) et SEQ ID NO :4 (bas) (3C), SEQ ID NO :3 (haut) (3D) et SEQ ID NO : 1 1
(bas).
Figure 4 : La figure 4 illustre la localisation intracellulaire des différents conjugués peptide pénétrant-streptavidine-peroxydase. En particulier, la figure 4A montre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention comportant le peptide pénétrant SEQ ID NO :1.
La figure 4B montre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention comportant le peptide pénétrant SEQ ID NO 2.
La figure 4C montre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention comportant le peptide pénétrant SEQ ID NO 5.
La figure 4D montre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention comportant une fusion des peptides pénétrants SEQ ID NO 1 et SEQ ID NO :5.
La figure 4E montre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention comportant le peptide non pénétrant de séquence RHSRIG (SEQ ID NO 7).
Figure 5 : La figure 5A montre la localisation intracellulaire d'un peptide toxique non pénétrant de séquence SEQ ID NO :8.
La figure 5B illustre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention (SEQ ID NO :12) comportant le peptide pénétrant non toxique de séquence SEQ ID NO :1 fusionné au peptide toxique SEQ ID NO :8.
L'activité peroxydase des complexes avidine peroxydase a été identifiée après 6 heures d'incubation des peptides biotinylés dans les cellules Hela
(105 cellules par puits).
La figure 5C est un graphe illustrant les effets des vecteurs de séquence SEQ ID NO :8 (non pénétrant) et SEQ ID NO :12 sur la viabilité des cellules Hela.
Les cellules Hela ont été incubées avec les peptides biotinylés et la viabilité analysée à l'aide du test MTT (15000 cellules par puits). Les données représentent la moyenne de trois expériences avec des échantillons traités en quintuples.
Figure 6 :La figure 6A montre la localisation intracellulaire d'un peptide toxique mais faiblement pénétrant de séquence SEQ ID NO :4
La figure 6B illustre la localisation intracellulaire d'un vecteur selon l'invention (SEQ ID NO :13) comportant le peptide pénétrant non toxique de séquence SEQ ID NO :ï fusionné au peptide toxique SEQ ID NO :4.
L'activité peroxydase des complexes avidine peroxydase a été identifiée après 6 heures d'incubation des peptides biotinylés dans les cellules Hela
(105 cellules par puits).
La figure 6C est un graphe illustrant les effets des vecteurs de séquence SEQ ID NO :4 (faiblement pénétrant) et SEQ ID NO :13 sur la viabilité des cellules Hela.
Les cellules Hela ont été incubées avec les peptides biotinylés et la viabilité analysée à l'aide du test MTT (15000 cellules par puits). Les données représentent la moyenne de trois expériences avec des échantillons traités en quintuples.
Figure 7 : La figure 7 est un gel de protéine montrant l'association de la protéine AIF avec la protéine PP1 après co-immunoprécipitation dans les cellules Jurkat non traitées (nt) ou traitées avec du MNU, avec un anticorps polyclonal (Santa Cruz Biotechnology, dilué au 1/5000) reconnaissant spécifiquement la protéine AIF.
Figure 8 : La figure 8 illustre la localisation cytoplasmique, en microscopie par fluorescence, des divers peptides couplés à des marqueurs fluorescents, dérivés de AIF (SEQ ID NO : 17, figure 8B) ou de AIF muté (SEQ ID NO : 18, figure 8C), et du peptide pénétrant seul, dérivé de CK2 (SEQ ID NO : 1 ).
Figure 9 : La figure 9 est un graphe illustrant les effets des vecteurs de séquence SEQ ID NO :17, SEQ ID NO : 19, SEQ ID NO : 18, SEQ ID NO : 15 et SEQ ID NO : 16 sur la viabilité des cellules Hela. Les cellules Hela ont été incubées avec les divers peptides dérivés de AIF et la viabilité mesurée à l'aide du test MTT.
Figure 10 : L'apoptose des cellules Jurkat, incubées en présence de peptides mimant les séquences dérivées de AIF (SEQ ID NO :15), a été analysé par cytométrie de flux après marquage à l'annexine-V.
Figure 11 : L'apoptose des cellules Jurkat, incubées en présence de peptides mimant les séquences dérivées de AIF muté (SEQ ID NO :16), a été analysé par cytométrie de flux après marquage à l'annexine-V.
Figure 12 : L'apoptose des cellules Jurkat, incubées en présence de peptides mimant les séquences dérivées de AIF (SEQ ID NO :15) couplés au peptide pénétrant SEQ ID NO :1 , a été analysé par cytométrie de flux après marquage à l'annexine-V.
Figure 13 : L'apoptose des cellules Jurkat, incubées en présence de peptides mimant les séquences dérivées de AIF muté (SEQ ID NO :16) couplés au peptide pénétrant SEQ ID NO :1 , a été analysé par cytométrie de flux après marquage à l'annexine-V.
Figure 14 : L'apoptose des cellules Jurkat, incubées en présence de peptides mimant les séquences dérivées de AIF (SEQ ID NO :15) couplés au peptide pénétrant SEQ ID NO :2, a été analysé par cytométrie de flux après marquage à l'annexine-V.
Figure 15 : La figure 15 est un graphe illustrant l'effet du peptide de séquence SEQ ID NO :21 , comprenant le peptide apoptotique dérivé de
APAF, SEQ ID NO :20, couplé au peptide pénétrant SEQ ID NO :1
EXEMPLES
1. Matériel et méthodes
1.1 Préparation de vecteurs selon l'invention
A titre d'exemple, des vecteurs constitués de l'un des différents peptides listés dans le tableau 1 auquel ont été couplés une enzyme, la peroxydase, représentant la « molécule d'intérêt » selon l'invention ont été préparés de la manière suivante :
Chacun des peptides listés dans le tableau 1 ont été synthétisés sous forme biotinylés, purifiés par HPLC (Neosystem) selon les techniques classiques. Quatre moles de peptides ont ensuite été incubées avec une mole d'avidine- péroxydase pendant vingt minutes à température ambiante afin d'obtenir des complexes peptides biotinylés-avidine-péroxydase.
Tableau 1 : Peptides mimant des sites de liaison de protéines-cibles avec des PP2A
* Ce peptide conçu comme mutant de Vpr est très homologue (73%) à la protéine glucosamine transférase de Chlamydia muridarum) (UDP- 3-0-[3-hydroxymyristoyl EEC 231 ).
** Ce peptide ne correspond pas à un site d'interaction déterminé mais est issu de la séquence de la protamine qui est une protéine connue pour interagir et pour activer certaines protéine-phosphatases 2A (Qi Cheng et al. 1996 biochemistry, 35: 15593-15600).
Le peptide apoptotique SEQ ID NO :15, dérivé du site d'interaction de la protéine AIF avec PP1 a la séquence suivante : KGVIFYLRDK (SEQ ID NO : 15). Un variant muté de ce peptide non apoptotique a la séquence suivante : KGVIAYLRDK (SEQ ID NO : 16).
Un autre peptide apoptotique SEQ ID NO : 20, dérivé du site d'interaction de la protéine APAF-1 a la séquence suivante : RPWFVTRKK (SEQ ID NO : 20).
Le tableau 2 ci-dessous présente une liste des vecteurs préparés dans les exemples ci-après.
Une expérience de transfert de molécule est présentée pour deux lignées cellulaires humaines transformées et utilisées en routine dans les laboratoires: - Les cellules Hela : une lignée dérivée d'un carcinome cervical (tumeur solide) - Les cellules Jurkat : une lignée dérivée d'un lymphome (cellules tumorales en suspension)
1.3 Dosages quantitatifs des peptides internalisés Tampon de lyse :0,1 M tampon Tris pH 8 contenant 0,5 % NP40.
Tampon OPD : 25,7 ml phosphate de sodium dibasique 0,2 M + 24,3 ml acide citrique 0,1 M + 50 ml d'eau distillée ; ajuster à pH 5,0.
Test de pénétration intracellulaire des divers vecteurs dans la cellule Hela
Les cellules Hela (104 pour 100μl) sont ensemencées dans des plaques de 96 puits (fonds plats) avec du milieu complet DMEM en présence de 2,5 % de pénicilline/ampicilline et de 10 % de sérum de veau fœtal. Après une nuit d'incubation à 37°C dans une étuve à C02 (5%), on ajoute les vecteurs selon l'invention (peptides biotinylés-avidine peroxydase) à différentes dilutions.
Après quatre heures d'incubation, le surnageant est aspiré et les cellules sont lavées trois fois avec du PBS, trypsinées et reprises pour numération dans 1 ml de PBS. Après numération, les cellules sont reprises dans 300 μl de tampon de lyse.
Mesure de l'activité peroxydase
Dans une plaque ELISA de 96 puits, on incube 50 μl de tampon OPD avec 50 μl de tampon de lyse ou 50 μl de lysat cellulaire (en général on effectue différentes dilutions successives (au 1/2)). Pour révéler, on ajoute (à l'abri de
la lumière) 50 μl de la solution d'OPD. La réaction (environ 10min) est arrêtée avec 100 μl d'HCL 1 N.
Analyse du résultat
L'activité peroxydase est déterminée par lecture des absorbances à une longueur d'onde de 490 nm dans un lecteur ELISA (Filtre de référence à 620 nm) et la quantité de peroxydase dans les lysats est calculée d'après la courbe de référence puis rapportée au même nombre de cellules (103 ou 104).
Le nombre de molécules de peptides est calculé de la manière suivante : Molécules de peptides = (6 * 1023 / PM du peptide) * ng de PO*10"9 .
Test de pénétration intracellulaire des divers vecteurs dans la cellule Jurkat
Les cellules Jurkat en phase exponentielle de croissance (5000 cellules pour 50ml dans une plaque de 96 puits) sont cultivées une nuit avec du milieu RPMI 1640 avec 10 % de SVF et des antibiotiques à 37°c dans une étuve à C02.
Après 4 heures d'incubation en présence de différentes quantités de vecteurs, les cellules sont lavées 3 fois avec du PBS, comptées, et l'activité peroxydase est déterminée comme pour les cellules Hela avec 50μl de lysat cellulaire.
1.4 Analyse de la viabilité cellulaire
Viabilité des cellules Hela : protocole MTT
Les cellules Hela (104 pour 100μl) sont ensemencées dans des plaques de 96 puits (fonds plats) avec du milieu complet DMEM contenant 2,5 % pénicilline/ampicilline et 10 % sérum de veau fœtal. Après une nuit d'incubation à 37°c dans une étuve à CO2, les cellules sont cultivées en présence de différentes concentrations de vecteurs. Après 72h d'incubation, le milieu contenant les vecteurs est aspiré et le MTT à 0,5 mg/ml (dilué dans
du DMEM seul) est ajouté à raison de 100 μl par puits. L'incubation est réalisée dans le noir à 37°C pendant 30 minutes puis le MTT est aspiré et 50 μl de DMSO sont ajoutés dans tous les puits. Il faut attendre une dizaine de minutes pour la lyse complète des cellules et bien remuer le lysat pour homogénéiser la dissolution du produit de réaction dans le puits. Les plaques sont ensuite lues à 570 nm avec un filtre de référence à 690 nm.
Viabilité des cellules Jurkat : le protocole MTS (Kit Promega )
Des cellules Jurkat en phase de croissance ensemencées dans une plaque de 96 puits (5000 cellules dans 50 μl par puits) sont incubées (24 à 72 heures) avec 50 μl de vecteurs (différentes dilutions en présence de RPMI
1640, de 10 % de SVF et d'antibiotiques). Pour mesurer la viabilité, on ajoute dans chaque puits, 20 μl de la solution de réactif MTS préparé extemporanément (2 ml de la solution MTS avec 100 μl de la solution PMS (kit Promega), puis la plaque est placée pour une incubation de 4 heures en atmosphère humide à 37°C sous 5% CO2 dans l'obscurité et la lecture des absorbances est effectuée dans un lecteur de plaque Elisa à une longueur d'onde de 490 nm.
Analyse des cellules apoptotiques par cytométrie en flux : marquage annexine V
Ce test a été appliqué aux cellules Jurkat. Après incubation des cellules avec différentes concentrations de peptides (de 5uM à 50uM) dans une plaque de 96 puits, 2.105 cellules sont prélevées, lavées en PBS froid puis reprises soit dans 100 μl de tampon A (Hepes/NaOH 10 mM pH 7,4 ; NaCI 140 mM et
CaCfe 5 mM), soit dans 100 μl de tampon A + iodure de propidium 1 μg/ml, soit dans 100 μl de tampon A + annexine V 1 % couplée à la fluorescéine (kit annexin-V-fluos fourni par Roche) ou dans 100 μl de tampon A + iodure de propidium 1 μg/ml + annexine V 1 % couplée à la flurescéine. Les cellules
sont incubées 15 minutes sur glace à l'obscurité avant d'être analysées par un cytomètre en flux Becton Dickinson de type FACSCAN.
Analyse de l'interaction PP1 et AIF
Préparation du Surnageant et immunoprécipitation
Les cellules Jurkat (3.107) sont traitées par le N-Méthyl-N-Nitrosourée ou MNU (un agent alkylant de l'ADN) à une concentration de 0,5 mM pendant 2 heures à 37°c. Les cellules sont ensuite récupérées et lavées deux fois dans du PBS froid puis reprises dans un tampon de lyse RIPA et lysees sur glace pendant 5 minutes avant centrifugation pendant 10 minutes à 15000g à 4°C ; le surnageant est dosé par la méthode de Lowry et 1 mg de protéines sont utilisées pour l'immunoprécipitation et repris dans 500 μl de tampon RIPA. Un lavage est effectué sur la roue à 4°C avec 25 μl de billes d'agarose couplées à la protéine A pendant 30 minutes. Après centrifugation rapide, 1 mM de PMSF est ajouté au surnageant ainsi que 2 μl d'anticorps anti-AIF. L'immunoprécipitaion s'effectue sur la roue à 4°C pendant 2 heures. 50 ul de protéines A-agarose sont ensuite ajoutés pour précipiter l'anticorps pendant 1 heure. Les billes sont finalement lavées 5 ou 6 fois dans du tampon RIPA et reprise dans 50 ul de tampon Lammeli.
L'interaction de PP1 avec AIF a été révélée avec un anticorps polyclonal (UBI ref et dilution 1/5000em) dans la cellules Jurkat. De façon classique, la détection des protéines marquées basée sur l'utilisation d' anticorps secondaires couplés à la peroxydase, se fait selon le protocole ECL (Amersham).
2. Résultats
L'effet des différents peptides couplés à la peroxydase sur la pénétration intracellulaire et la viabilité cellulaire a été analysé dans les cellules Hela et Jurkat.
2.1 Identification de peptides pénétrants
Parmi l'ensemble des peptides répertoriés dans le tableau 1 , quatre peptides ont la possibilité de pénétrer dans la cellule Hela (Fig.lA) et/ou dans la cellule Jurkat (Fig.l B) sans affecter la viabilité cellulaire (Figures 2 et 3). Ces peptides représentent donc des vecteurs non toxiques pour le transfert intracellulaire de molécule d'intérêt. Il s'agit plus précisément :
- d'un peptide de 12 acides aminés (SEQ ID NO :1) dérivé d'un site d'interaction de la sous-unité A de la protéine phosphatase 2A (PP2A) avec la protéine CK2α de T. parva. Ce peptide interagit avec la sous- unité A mais ne lie pas l'holoenzyme ABC de PP2A ; - d'un peptide de 18 acides aminés (SEQ ID NO :2) correspondant à trois répétitions d'un hexa motif de 6 acides aminés ; cette séquence, dérivée de la protéine CK2α de P. Falciparum, est homologue à la séquence de T. parva qui lie PP2A ;
- d'un peptide de 16 acides aminés (SEQ ID NO :5) correspondant à une séquence de HIV-1 Vpr qui est homologue à la séquence du peptide de séquence SEQ ID NO :4 représentant un site de liaison avec PP2A avec un autre HIV-1 Vpr ;
- d'un peptide de 18 acides aminés (SEQ ID NO :3) correspondant à trois répétitions d'un hexamotif de six acides aminés dérivé de la séquence de SEQ ID NO :7.
2.2 Peptides affectant la viabilité cellulaire : des vecteurs utilisables pour le traitement de tumeurs et/ou le transport de molécules antitumorales ou cytotoxiques
Les études de viabilité effectuées sur l'ensemble des peptides répertoriés dans le tableau 1 a permis d'identifier deux peptides qui ont la possibilité de pénétrer dans la cellule Hela et dans la cellule Jurkat affectant la viabilité cellulaire :
- SEQ ID NO :4 qui reproduit le site de liaison avec PP2A avec un autre HIV-1 Vpr et affecte clairement la viabilité des cellules Hela (Figure 2C) et Jurkat (Figure 3C).
- SEQ ID NO :6 : un peptide dérivé de la protamine (un activateur connu des PP2A) qui affecte la viabilité des cellules Hela (Figure 2B) et Jurkat (Figure 3B).
2.3 Localisation cellulaire des vecteurs selon l'invention après internalisation
Afin de déterminer plus précisément la localisation cellulaire des vecteurs selon l'invention dans les cellules, la localisation intracellulaire des différents conjugués peptide-streptavidine-peroxydase a été observée au microscope après révélation de l'activité peroxydase telle que décrite dans la section Matériel et Méthodes.
Des premiers résultats sont présentés dans la figure 4. On observe une localisation intracellulaire exclusivement cytoplasmique du vecteur comportant le peptide pénétrant de séquence SEQ ID NO :1 couplé à la peroxydase (figure 4A) et un peptide comprenant une fusion du peptide SEQ ID NO :1 et SEQ ID NO :5 (figure 4D). En revanche, on observe une localisation mixte, nucléaire et cytoplasmique des vecteurs comportant le peptide pénétrant de séquence SEQ ID NO :2 (figure 4B) ou SEQ ID NO :5 (figure 4C).
2.4 Effets sur la viabilité cellulaire du couplage de peptides pénétrants non toxiques avec des peptides toxiques dérivés de sites d'interaction avec PP2A
Le peptide toxique biotinylé de séquence SEQ ID NO :8 dont la séquence reproduit le site d'interaction de CD28 avec la sous-unité Bα de PP2, ne pénètre pas dans la cellule Hela et n'affecte pas la viabilité des cellules
(figure 5).
Au contraire, le peptide biotinylé de séquence SEQ ID NO :12 dont la séquence correspond au produit de fusion du peptide pénétrant SEQ ID NO : 1 avec le peptide toxique SEQ ID NO :8, pénètre comme le peptide SEQ ID NO :1 et affecte la viabilité des cellules Hela (figure 5).
Le peptide toxique SEQ ID NO :4, dont la séquence mime le site de liaison de Vpr avec PP2A affecte la viabilité des cellules Hela et Jurkat.
Les vecteurs de séquence SEQ ID NO :13 ou SEQ ID NO :14 correspondant au produit de fusion des séquences du peptide toxique SEQ ID NO :4 avec les peptides pénétrants SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2 respectivement pénètrent et ont la même localisation cellulaire que le peptide SEQ ID NO :1 seul, mais contrairement à SEQ ID NO :1 , affectent la viabilité des cellules Hela (figure 6). La mortalité est la plus forte avec le vecteur SEQ ID NO :14.
2.5 Effet sur la viabilité cellulaire du couplage de peptides pénétrants non toxiques avec des peptides apoptotiques dérivés de sites d'interaction avec
PP1
L'analyse de la séquence de la protéine pro-apoptotique AIF humaine révèle la présence d'un domaine de 10 acides aminés dans la partie C-terminale (aa 562-571 ) correspondant à la juxtaposition des deux motifs consensus, RK(X)nVXF et FXXRKXRK, où X représente un résidu quelconque et n est égal à 1 ou 0, définissant un site potentiel d'interaction avec la protéine
phosphatase PP1. L'interaction PP1-AIF a été confirmée dans la cellule Jurkat par co-immunoprécipitation avec PP1 α (figure 7).
Pénétration dans les cellules Hela
Comme le montre la figure 8, les vecteurs SEQ ID NO : 17 (fusion du peptide pénétrant SEQ ID NO :1 avec le peptide dérivé de AIF sauvage SEQ ID
NO :15) et SEQ ID NO : 18 (fusion du peptide pénétrant SEQ ID NO :1 avec le peptide dérivé de AIF muté SEQ ID NO :16) pénètrent et se localisent dans le cytoplasme des cellules Hela de manière identique au peptide pénétrant SEQ ID NO :1 seul.
Viabilité des cellules Hela
L'expérience montrée par la figure 9 indique deux types de résultats :
i) le peptide apoptotique SEQ ID NO :15 affecte la viabilité des cellules Hela. Au contraire, le peptide correspondant muté SEQ ID NO :16 dans le site d'interaction avec PP1 , n'a aucun effet sur la viabilité des cellules Hela.
ii) la présence de la séquence du peptide pénétrant SEQ ID NO :1 (vecteur
SEQ ID NO :17) ou SEQ ID NO :2 (vecteur SEQ ID NO :19) couplé en position N-terminal avec le peptide dérivé de AIF (SEQ ID NO :15) stimule la mortalité de la cellule Hela.
Viabilité dans les cellules Jurkat avec les peptides dérivés de AIF seuls
Le peptide dérivé de AIF (SEQ ID NO :15) induit rapidement (12 heures) la mort cellulaire des cellules Jurkat (34,16% et 76,21 % de cellules annexines- V positives en présence respectivement de 25μM et 50 μM de peptides) (voir figure 10).
La mutation ponctuelle dans la séquence du peptide dérivé de AIF (SEQ ID NO :16) annule cet effet apoptotique (Figure 1 1 ).
Viabilité dans les cellules Jurkat avec les peptides dérivés de AIF en aval des peptides pénétrants SEQ ID NO :1 et NO :2
Les peptides pénétrants SEQ ID NO :1 couplés aux peptides dérivés de AIF sauvage ou muté ne révèlent pas l'effet apoptotique (figure 12, 13 et 14) dans les cellules Jurkat.
Le peptide pénétrant SEQ ID NO :2 couplé au peptide dérivé de AIF sauvage reproduit l'effet apoptotique du peptide SEQ ID NO :15 seul.
Effet de la séquence dérivé de ApaF-1 couplé au peptide pénétrant SEQ ID NO :1
Le peptide apoptotique SEQ ID NO :21 couplé au peptide pénétrant SEQ ID
NO :1 affecte fortement la viabilité des cellules Hela comme le montre les résultats présentés à la figure 15.
3. Discussion
3.1. Les peptides mimant des sites de liaison de certaines protéines avec des PP2A : un nouveau système pour le transfert intra-cellulaire
La présente invention décrit six peptides pénétrants dérivés de trois protéines (CK2α, Vpr, protamine), capables d'interagir avec des protéine-phosphatases 2A. Ces six peptides qui ont en commun des séquences riches en résidus arginine ou lysine, pourraient donc pénétrer dans la cellule en utilisant un mécanisme général d'internalisation. Un mécanisme commun pour l'internalisation des peptides ayant des séquences riche en arginine a été récemment proposé (Tomoki Suzuki, et al (2002), Possible Existence of Common Internalization Mechanisms among Arginine- rich Peptides, JBC 277:2437-2443). De façon générale, la présence de séquences riches en arginine ou en lysine caractérise les protéines liant les protéine-phosphatases 2A. Ces données suggèrent que d'autres peptides
pénétrants pourraient être identifiés dans la famille des molécules polypeptidiques interagissant avec des protéine-phosphatases 2A.
3.2 Des peptides pénétrants toxiques capables de transporter des molécules dans le cytoplasme ou le noyau des cellules : une nouvelle approche anti-tumorale
Vpr, une protéine codée par le virus VIH-1 , est impliquée dans le maintien d'une charge virale élevée et dans l'établissement de la pathogenèse liée au VIH. L'expression de Vpr, exogène ou due à l'infection provirale de HIV-1 , induit l'apoptose dans des cellules HeLa, dans des lignées lymphoïdes T, dans des lymphocytes primaires et dans les cellules transformées (Stewart et al. J Virol 1997 ; 71 : 5579-9 ; Stewart et al. 1999, PNAS, 96, 12039-12043). Par ailleurs, il a été rapporté que l'interaction de PP2A avec une autre protéine virale, Adenovirus E4orf4 (Marcellus et al. J Virol. (2000) 74: 7869- 7877) peut induire l'apoptose des cellules tumorales. En résumé, les résultats suggèrent l'hypothèse que l'activation de certaines protéine- phosphatases 2A serait un nouveau moyen d'induire l'apoptose des tumeurs. Dans ce sens, les résultats illustrés dans la figure 2 suggèrent que le peptide SEQ ID NO :4 dérivé de HIV-1 Vpr pourrait représenter un biopeptide antitumoral. L'absence d'effet biologique du peptide SEQ ID NO :5 (dont la séquence diffère de quatre acides aminés par rapport à SEQ ID NO :4, voir tableau 1 ) suggère que la structure du peptide SEQ ID NO :4 est critique pour réguler la viabilité de Hela. Par conséquent l'obtention de molécules chimiques mimant la structure du peptide SEQ ID NO :4 pourrait donc constituer de nouvelles substances anti-tumorales. En outre, l'activité anti- tumorale pourrait être renforcée par le couplage audit peptide d'une molécule anti-tumorale dans la mesure où il a été montré par les exemples ci-dessus qu'un tel peptide peut pénétrer activement dans des lignées de cellules tumorales et transférer dans ces cellules des molécules de poids moléculaire important, telles que la peroxydase, sans en affecter son activité enzymatique. Elle pourrait également être couplée à . certains agents
thérapeutiques dont il a été montré que l'internalisation dans les cellules tumorales permet d'accroître l'efficacité de certaines molécules antitumorales.
3.3 De nouvelles molécules anti-tumorales capables de pénétrer dans les cellules et d'induire l'apoptose
La présente invention décrit des nouveaux peptides de 20 à 25 acides aminés en général dont la séquence comprend d'une part (partie N-Terminale du biopeptide) celle d'un peptide pénétrant de localisation cytoplasmique (par exemple le peptide SEQ ID NO :1) ou de localisation nucléaire (par exemple le peptide SEQ ID NO :2), et d'autre part (partie C-Terminale du biopeptide), celle de peptides mimant des sites de liaison de protéines d'intérêt avec des protéine-phosphatases PP1 ou PP2A et leurs utilisations pour leur effet antitumoral.
Le peptide pénétrant SEQ ID NO :12 mimant le site de liaison de CD28 avec PP2A constitue notamment un premier exemple de biopeptide lié à PP2A à effet potentiellement anti-tumoral.
L'activation de PP2A par la protéine E4orf4 codée par les adénovirus humains induit l'apoptose des cellules tumorales (Shtrichman, R. and Kleinberger, T J.Virol. 72 (1998) 2975-2982/ Shtrichman, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96 (1999) 10080-10085). Le mécanisme précis n'est pas encore élucidé, mais cet effet qui est spécifique des cellules tumorales requiert l'interaction de E4orf4 avec la sous-unité Bα de PP2A(Marcellus et a/.J Virol. (2000 )17:7869-7877). Par ailleurs, cette apoptose est indépendante de p53 et aussi, selon l'origine de la lignée, caspase-dépendante ou caspase indépendante (Livne, A., et al. J.Virol. 75 (2001 ) 789-798) suggérant un mécanisme fondamental en amont des systèmes d'exécution et activable par la transformation cellulaire.
L'identification d'un biopeptide pénétrant interagissant avec la protéine Bα pourrait, mimer l'effet de la protéine adénovirale E4orf4 et donc permettre
l'élaboration d'une nouvelle approche thérapeutique anti-cancéreuse. Dans ce contexte la délivrance intra-cellulaire (avec le biopeptide SEQ ID NO :12) à l'aide du peptide pénétrant SEQ ID NO :1 du peptide toxique SEQ ID NO :8 mimant le site d'interaction de l'antigène CD28 avec PP2A affecte la viabilité des cellules Hela (Figure 5).
Les peptides pénétrants pro-apoptotiques mimant des sites de liaison de HIV1-Vpr avec PP2A constituent d'autres exemples de molécules antitumorales. L'expression de Vpr, une protéine codée par le virus HIV-1 , exogène ou due à l'infection provirale de HIV-1 , induit l'apoptose dans des cellules HeLa, dans des lignées lymphoïdes T, dans des lymphocytes primaires et dans les cellules transformées (Stewart et a/.J Virol 1997 ; 71 : 5579-9 ; Stewart ét al. 1999, PNAS, 96, 12039-12043).
Le peptide SEQ ID NO :4 dont la séquence reproduit le site de liaison avec PP2A de HIV-1 Vpr affecte clairement la viabilité des cellules cellules Hela. Dans la présente invention, il est montré que lorsque la séquence du peptide
SEQ ID NO :4 est précédé par les séquences des peptides pénétrants SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2 (respectivement le vecteurs SEQ ID NO :13 et SEQ ID NO :14-voir tableau 2), la viabilité des cellules est inhibée (Figure 6). Ces résultats suggèrent que les biopeptides fusionnés avec la séquences des navettes SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2 en plus de celles de Vpr seuls sont également des peptides pro-apoptotiques.
D'autres exemples de molécules anti-tumorales décrites dans la présente invention sont les peptides pénétrants pro-apoptotiques mimant des sites de liaison de AIF avec PP1.
Divers signaux apoptotiques provoquent des modifications de perméabilité de la membrane mitochondriale, ce qui permet la libération de protéines apoptogènes dans l'espace intermembranaire. Ces modifications déclenchent l'activation de mécanismes d'auto-destruction dépendants ou indépendants des caspases. Parmi ces effecteurs AIF ou "Apoptosis InduGing Factor", est un
régulateur majeur de l'apoptose caspase-indépendante. Les inventeurs ont proposé que la présence des motifs [RK]-X(o,i)-V-x-F et F-x-x-[RK]-x-[RK] dans une séquence protéique est un critère d'identification (la signature PP1) des nouvelles protéines interagissant avec la sous-unité catalytique de PP1. La présence d'une signature potentielle dans la partie C-terminale de AIF suggère que PP1 pourrait interagir avec AIF. De façon consistante avec cette hypothèse, il est montré dans la présente invention, qu'après activation apoptotique par le MNU, AIF peut s'associer avec PP1 suggérant un rôle majeur de PP1 dans l'apoptose médié par AIF dans la cellule Jurkat (Figure 7). Le peptide SEQ ID NO :15, dont la séquence de 10 acides aminés reproduit la signature de PP1 de AIF induit l'apoptose (figures 10 et 11) des cellules Jurkat. Cet effet apoptotique est toutefois inhibé par la présence du peptide pénétrant SEQ ID NO :1 (mais non par la présence du peptide SEQ ID NO :2) en amont de la séquence d'AIF (Figures 12 et 13) dans les cellules Jurkat.
Le peptide SEQ ID NO :15 reproduisant la signature de PP1 sur la séquence C-terminale de AIF inhibe également la survie des cellules Hela. Cet effet est en plus activé par la fusion du peptide avec les peptides pénétrants SEQ ID NO :1 ou SEQ ID NO :2 en amont de la séquence d'AIF sauvage (Figure 9).