Synthèse chimio-biotechnologique de glycoconjugués pour le développement de nanoparticules contre les virus Influenza

Chemo-biotechnological synthesis of glycoconjugates for the development of nanoparticles against Influenza viruses

• Auteur / Autrice : Paul Rivollier
• Direction : Sébastien Fort
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches sur les macromolécules végétales (Grenoble ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Renaudet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elisabeth Garanger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Grandjean, Catherine Ladavière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Escherichia coli

Grippe

Ingénierie métabolique

Nanoparticules lipidiques

Acides sialiques

Glycoconjugués

Mots clés libres

Glycoconjugué

Acide sialique

Nanoparticules lipidiques

Ingéniérie métabolique d'E. coli

Influenza

Glycoconjugate

Sialic acid

Lipid nanoparticles

E. coli metabolic engineering

Influenza

Résumé

Les virus Influenza, sont responsables chez l’humain d’épidémies et pandémies de grippe causant des centaines de milliers de décès chaque année, ou parfois de séquelles à long terme. Le processus infectieux repose notamment sur deux protéines, les hémagglutinines et les neuraminidases. Les premières permettent l’adhésion du virus sur les cellules épithéliales du système respiratoire humain par l’interaction avec des oligosaccharides sialylés. Les secondes sont des enzymes hydrolysant les liaisons α-glycosidiques des acides sialiques terminaux permettant la propagation des virions dans l’organisme. A l’heure actuelle la lutte contre les infections grippales repose sur la vaccination et l’utilisation d’antiviraux mais ces deux stratégies font face à l’émergence de souches virales résistantes pouvant limiter leur efficacité. Une thérapie antiadhésive consistant à neutraliser les virus avec des sialosides reconnus par les hémagglutinines et résistants à l’hydrolyse par les neuraminidases est une alternative prometteuse. Ces leurres, pour être efficaces, doivent être assemblés de manière multivalente sur des supports supramoléculaires pour empêcher l’accroche du virus sur les cellules épithéliales. Toutefois, le développement de cette stratégie nécessite de disposer de méthodes efficaces de production d’oligosaccharides sialylés et de glycomimétiques.Dans un premier temps, ces travaux de thèse décrivent la synthèse chimio-enzymatique du 6-sialyllactose (6SL) et d’analogues incorporant un acide sialique modifié à partir de N-acyl-mannosamines, dans des souches d’E. coli modifiées par ingénierie métabolique, selon un procédé développé au CERMAV. Ces analogues présentent la même affinité pour la lectine SNA-I de Sambucus nigra que le 6SL naturel, et sont des inhibiteurs compétitifs stables de la neuraminidase de Vibrio cholerae. Par la suite, deux stratégies ont permis la présentation multivalente du sialyllactose à la surface des Lipidots™, des particules lipidiques nanostructurées développées par le CEA-LETI. La première consiste à synthétiser un glycolipide puis à l’ancrer dans la couronne amphiphile des nanoparticules. La deuxième approche repose sur le greffage covalent du sialyllactose sur des Lipidots™ fonctionnalisés. La reconnaissance de ces particules par la lectine SNA-I ainsi que leur capacité à inhiber l’infection par Influenza ont été étudiées in vitro.

Influenza viruses are responsible for flu epidemics and pandemics in humans, causing hundreds of thousands of deaths every year, and sometimes long terms disabilities. The infectious process is mediated by two protein families, hemagglutinins and neuraminidases. The first ones allow the adhesion of the virus onto epithelial cells of the human respiratory tract. The second ones are enzymes hydrolyzing α-glycosidic bonds of terminal sialic acid, enabling the propagation of the virus in the organism. Currently, the fight against Influenza infections is based on vaccination and on the use of antivirals, but these two strategies face the emergence of resistant viral strains challenging their efficacy. An antiadhesive therapy entailing neutralizing viruses with sialosides interacting with hemagglutinins, while being resistant to hydrolysis by neuraminidases, is a promising alternative. These decoys must be assembled in a multivalent fashion on supramolecular scaffolds to efficiently prevent virus binding to epithelial cells. However, the development of this strategy requires effective production routes to sialylated oligosaccharides and glycomimetics.First, this work describes the chemo-enzymatic synthesis of 6-sialyllactose (6SL) and analogues containing modified sialic acid from N-acyl-mannosamines in metabolically engineered E. coli bacteria. These analogues show similar affinity towards SNA-I lectin from Sambucus nigra than natural 6SL, and are stable competitive inhibitors of Vibrio cholerae neuraminidase. Thereafter, two strategies allowed to present multivalent sialyllactose at the surface of Lipidots™, nanostructured lipid carriers developed at CEA-LETI. The first one consists in synthesizing a glycolipid and to anchor it in the amphiphilic layers of the nanoparticles. The second approach is based on the covalent grafting of sialyllactose on functionalized Lipidots™. Recognition of these nanoparticles by SNA-I lectin and their capability to inhibit Influenza infection have been studied in vitro.