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Ingénierie guidée par la machine des capsides AAV – Actualite-sante

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Les virus adéno-associés (AAV) sont devenus le véhicule de référence pour la transmission de cargaisons de gènes thérapeutiques dans des tissus cibles pour la dernière vague de thérapies géniques en cours de développement dans les laboratoires universitaires et de biotechnologie. Cependant, les AAV naturels ne ciblent pas spécifiquement les cellules et les tissus malades, et ils peuvent être reconnus par le système immunitaire de manière à limiter le succès thérapeutique. Pour améliorer les AAV, les biologistes synthétiques ont adopté une approche "d'évolution dirigée" dans laquelle ils mutent de manière aléatoire des éléments constitutifs d'acide aminé spécifiques des protéines de la capside qui forment l'enveloppe du virus et entrent directement en contact avec les cellules cibles. En évaluant quels changements peuvent acheminer le virus vers des tissus cibles et en superposant successivement des mutations au cours d'un processus itératif ardu, ils visent à améliorer les traits souhaitables de l'AAV. School (HMS) décrivent une approche visant à accélérer le processus de fabrication de telles capides AAV améliorées et à développer des virus encore meilleurs.

En adoptant une approche différente et plus systématique du problème d'ingénierie des protéines de la capside, l'équipe a muté un par un. chacun des 735 acides aminés de la capside de l'AAV2, le membre le plus connu de la famille des AAV, incluant toutes les substitutions, insertions et délétions de codons possibles à chaque position. Ils ont généré une bibliothèque de virus contenant environ 200 000 variants et ont identifié des modifications de la capside qui préservaient la viabilité de l'AAV2 et amélioraient son potentiel de "locomotion" (tropisme) vis-à-vis d'organes spécifiques de souris. De manière inattendue, l'équipe a également découvert une nouvelle protéine accessoire cachée dans la séquence d'ADN codant pour la capside qui se lie à la membrane des cellules cibles. Leurs conclusions sont rapportées dans Science .

L’équipe dirigée par George Church, membre du corps professoral de Wyss Core, et son ancien boursier postdoctoral, Eric Kelsic, doctorant, ont déployé une biologie synthétique avancée. armamentarium, y compris la synthèse d'ADN de nouvelle génération, le codage à barres et le séquençage d'ADN, permet de construire l'une des bibliothèques de capside d'AAV les plus complètes à ce jour. "Grâce aux informations générées par cette bibliothèque, nous avons également été en mesure de concevoir des capsides comportant plus de mutations que les variantes naturelles ou synthétiques précédentes, ainsi que de générer plus efficacement des capsides viables dépassant de loin celles des AAV créées par des approches de mutagenèse aléatoire", a déclaré Church, dirige la plateforme de biologie synthétique du Wyss Institute, ainsi que le professeur Robert Winthrop de génétique à HMS et professeur de sciences de la santé et de technologie à l'Université de Harvard et au Massachusetts Institute of Technology (MIT).

"Ces technologies à haut débit La conception assistée par machine, associée à une conception assistée par ordinateur, constitue la base de l’ingénierie de variantes d’AVA supérieures et hautement personnalisées pour les thérapies géniques futures ", a déclaré le co-premier auteur, Eric Kelsic, Ph.D., qui est maintenant PDG de Dyno Therapeutics. "Les approches antérieures telles que la conception rationnelle ou la mutagenèse aléatoire présentaient chacune des inconvénients, soit en termes de taille limitée de la bibliothèque, soit de qualité médiocre, respectivement. La conception guidée par machine est une approche de l'ingénierie des protéines basée sur des données. Un modèle mathématique simple, alimenté par suffisamment de données, peut générer avec succès des capsides synthétiques viables. Cette approche empirique et itérative de l'ingénierie des protéines nous permet de tirer le meilleur parti des deux mondes et de générer un grand nombre de variantes de capsides de haute qualité. "

" De manière inattendue, Les données haute résolution que nous avons générées nous ont permis de repérer une nouvelle protéine codée par un cadre de lecture différent dans la séquence d'ADN de la capside – qui avait échappé à l'attention malgré des décennies de recherches intensives sur le virus ", a déclaré le co-premier auteur, Pierce Ogden, Ph. .D., Ancien étudiant diplômé et actuellement stagiaire postdoctoral travaillant pour Church. "La protéine accessoire associée à la membrane (MAAP), telle que nous l'avons nommée, existe dans tous les sérotypes d'AAV les plus populaires et nous pensons qu'elle joue un rôle dans le cycle de vie naturel du virus. L'étude du fonctionnement de la MAAP constituera un domaine passionnant pour les recherches futures et pourraient potentiellement conduire à une meilleure compréhension de la façon de mieux produire et concevoir des thérapies géniques AAV. "

Selon le co-auteur Sam Sinai, Ph.D., ancien étudiant diplômé de Church, maintenant scientifique en apprentissage automatique chez Dyno Therapeutics, "Cela révèle les promesses de l'ingénierie des protéines pilotée par les données, en particulier pour les protéines comme la capside de l'AAV, qui sont difficiles à modéliser avec les approches informatiques actuelles. Nos résultats sont très encourageants, mais ne constituent qu'une première étape. ceux des expériences futures, nous allons construire des modèles d'apprentissage automatique pour optimiser les capsides et relever un large éventail de défis en thérapie génique. "

Kelsic, Sinai et Church sont les cofondateurs de Dyno Therapeutics Inc. Je détiendra une participation dans la société.

"Cette étude marque une étape décisive dans les efforts de la plateforme de biologie synthétique du Wyss Institute pour faire progresser la technologie AAV au prochain niveau. Ce travail est également un excellent exemple de la manière dont nous commençons à intégrer les approches d’apprentissage par la machine et d’intelligence artificielle dans notre portefeuille de produits thérapeutiques ", a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MD, Ph.D., également professeur de chirurgie vasculaire au Judah Folkman. Biologie à HMS, programme de biologie vasculaire de l'hôpital pour enfants de Boston et professeur en bio-ingénierie à l'école d'ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard.

L'étude a été financée par l'Institut Wyss de Harvard pour le génie inspiré biologiquement et le Instituts nationaux de la santé.

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