Formulation et vectorisation d’un ARN messager vaccinal codant l’antigène Gag du VIH-1 à l’aide de nanoparticules biodégradables de poly(acide lactique)

Formulation and vectorization of messenger RNA vaccine encoding HIV Gag antigen using biodegradable poly(lactic acid) nanoparticles

• Auteur / Autrice : Anne-Line Coolen
• Direction : Bernard Verrier, Emilie Delaune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de la vie. Biologie. Santé
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Delair
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Verrier, Valérie Lecouturier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Hosmalin, Montserrat Plana, Guido Vanham

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réponse immunitaire

Cellules dendritiques

Nanoparticules

ARN messagers

Mots clés libres

Vaccins à ARNm

Nanoparticules

Formulation

Cellules dendritiques

Réponses immunitaires

MRNA vaccine

Nanoparticles

Formulation

Dendritic cells

Immune response

Résumé

Le développement de vaccins à ARNm est en plein essor dans le domaine de la vaccinologie. Un des défis majeurs de ces approches est de parvenir à transporter et délivrer les ARNm dans le cytoplasme des cellules dendritiques (DC) pour permettre la production d’antigène et l’activation des réponses immunitaires.L’objectif de ce travail a porté sur la conception et l’évaluation de nouvelles stratégies de vectorisation des ARNm par des nanoparticules de poly(acide lactique) (NP-PLA). Une stratégie basée sur l’adsorption des ARNm à la surface des NP-PLA par l’intermédiaire du LAH4-L1, un peptide cationique amphipathique, a été développée. Des polyplexes formés suite à la condensation de l’ARNm par le LAH4-L1 ont été adsorbés sur les NP-PLA pour former des nanocomplexes. L’intérêt des polyplexes et nanocomplexes pour le ciblage des DC et l’activation des réponses immunitaires in vitro a été évalué. Dans des tests de transfection, ces formulations ont induit une expression efficace d’ARNm modèles dans des DC. La présence des NP-PLA dans les formulations semble favoriser l’expression des ARNm. Le traitement avec des inhibiteurs a révélé que les polyplexes et nanocomplexes semblent internalisés par phagocytose et endocytose clathrine-dépendante, et s’échappent des endosomes par un mécanisme dépendant de la pompe à protons v-ATPase. Suite à la transfection de DC dérivées de monocytes (moDC), nous avons montré que nos formulations stimulent les récepteurs de l’immunité innée et induisent une réponse pro-inflammatoire. Cette activation est associée à la maturation des moDC, à la présentation de peptides antigéniques sur le CMH-I et -II et à la sécrétion de cytokines et chémokines impliquées dans l’immunité adaptative. Ces données soulignent l’intérêt des NP-PLA associées au LAH4-L1 pour vectoriser des ARNm, cibler des DC et activer les réponses immunitaires. Dans le contexte du VIH-1, ce type de réponse pourrait aider le système immunitaire à contrôler la charge virale

MRNA-based vaccines currently raise a growing interest in vaccinology. However, the transport and delivery of mRNAs to DC cytoplasm in order to induce antigen production and immune responses remains challenging. The objective of this thesis concerns the design and evaluation of novel strategies to vectorize vaccine mRNAs by poly(lactic acid) nanoparticles (PLA-NPs). We developed a strategy based on mRNA adsorption onto PLA-NPs using, as intermediate, LAH4-L1, an amphipathic cationic peptide. To do this, mRNAs were condensed by LAH4-L1 to form polyplexes which was then adsorbed onto PLA-NPs in a second step to form nanocomplexes. The LAH4-L1/mRNA polyplexes and PLA-NP/LAH4-L1/mRNA nanocomplexes ability to target DCs and induce immune responses in vitro was evaluated. We showed that formulations induce an efficient transfection of mRNA in DCs in vitro. The addition of PLA-NPs in formulations seems to increase sustained expression of mRNAs. DC treatment by inhibitors revealed that polyplexes and nanocomplexes are taken up by phagocytosis and clathrin-dependent endocytosis, and escape endosomes by a v-ATPase-dependent mechanism. Transfection of monocyte-derived DCs (moDCs) showed that LAH4-L1/mRNA polyplexes and PLA-NP/LAH4-L1/mRNA nanocomplexes trigger innate-sensing activation with pro-inflammatory responses. This activation is associated with moDCs maturation, MHC-I and MHC-II presentation, and the secretion cytokines and chemokines involved in adaptive immunity.These data highlight the interest of these new platform formulations to vectorize mRNAs, target DCs and induce immune responses, which in the context of HIV-1, could help the immune system to control the viral load