Amélioration de la pénétration membranaire

Le deuxième axe développé dans ce projet porte sur l’amélioration de la pénétration cellulaire du nucléoside SRO91. De nombreux composés, notamment des peptides tels que les cell-penetrating peptides (CPPs), les peptides antimicrobiens (AMPs) et les peptides pH-sensibles peuvent ainsi permettre à des molécules thérapeutiques de traverser la membrane plasmique ou la membrane endosomale. Les peptides de fusion sont un autre type de peptides membranotropes pouvant être utilisés comme agents de pénétration cellulaire. En effet, ces séquences très hydrophobes présentes dans les protéines de fusion virales sont capables de s’insérer dans la membrane plasmique afin d’initier le processus de fusion en complément d’interaction avec des récepteurs de la cellule hôte. Afin de conférer une meilleure pénétration cellulaire au nucléoside SRO91, trois peptides de fusion ont été sélectionnés en se basant sur la littérature. Ces séquences ont ensuite été synthétisées puis fonctionnalisées par différents motifs tels qu’un fluorophore ou la molécule antivirale, SRO91.

La membrane biologique

La membrane biologique est une barrière protectrice entre le milieu extracellulaire et intracellulaire contenant les différents organites. Cette séparation est non-seulement nécessaire pour protéger les éléments constitutifs de la cellule mais également pour assurer son bon fonctionnement La membrane biologique est constituée de différents éléments tels que des lipides de différentes sortes (phospholipides, sphingolipides, stérols et glycolipides) et des protéines remplissant de nombreuses fonctions (Figure 61). Les glycosides sont également présents dans la membrane biologique mais toujours sous la forme de conjugués avec des protéines (glycoprotéines) ou des lipides (glycolipides). Si tous les éléments constitutifs de la membrane remplissent un rôle indispensable pour assurer ses propriétés et sa stabilité, les glycérophospholipides sont responsables de sa construction. En effet, ces composés sont constitués d’un motif glycérol phosphorylé (« tête hydrophile ») et acylé par deux acides gras (« queue hydrophobe »), leur conférant un caractère amphiphile (Figure 62).

En milieu aqueux, les glycérophospholipides sont capables de s’auto-assembler de manière à exposer leur tête hydrophile vers les molécules d’eau et d’en éloigner le plus possible leur queue hydrophobe. Ce processus, impliquant des interactions hydrophobes, permet ainsi de mettre en interaction les chaînes grasses des phospholipides de manière à créer une bicouche lipidique d’environ 5 à 6 nm d’épaisseur (Figure 62). Afin de minimiser le contact des queues hydrophobes avec des molécules d’eau, la bicouche s’oriente alors de manière à former une vésicule sphérique. Il existe de nombreux glycérophospholipides constitutifs des membranes biologiques qui diffèrent par la nature de leur tête hydrophile et de leur queue hydrophobe. En effet, le phosphate peut être fonctionnalisé par divers motifs comme la choline chargée positivement au pH physiologique donnant une tête hydrophile zwitterionique : la phosphatidylcholine (PC). La phosphatidyléthanolamine (PE) est un autre motif conférant un caractère zwitterionique aux glycérophospholipides du fait de la charge positive portée par l’amine et la charge négative du phosphate (Figure 63).

Les différentes membranes biologiques

Si les différentes membranes biologiques sont constituées des mêmes éléments de base, à savoir des lipides et des protéines, elles diffèrent selon leur composition et présentent plusieurs spécificités. Ainsi, les membranes biologiques bactériennes sont globalement plus riches en phospholipides De même, les différentes membranes constitutives de la cellule présentent, elles-aussi, des caractéristiques particulières (Figure 67). Chez les mammifères, la membrane plasmique est particulièrement riche en cholestérol avec presque autant de cholestérol que de phospholipides. Cette membrane séparant le milieu intracellulaire de l’extracellulaire présente également un taux de SM plus important (environ 30 %) que le reste des éléments constitutifs de la cellule (réticulum endoplasmique, Les cardiolipines (CL) sont des bisphospholipides uniquement présents dans la membrane interne des mitochondries et qui en constituent environ 20 % (Figure 68). Les CL sont supposées fonctionner comme des « pièges à protons » nécessaires à l’activité énergétique de la mitochondrie.

Enfin, les compositions lipidiques des deux feuillets de la membrane sont diverses. En effet, outre les glycoprotéines et glycolipides uniquement présents sur le feuillet externe, la répartition des phospholipides au sein d’une même membrane est différente. Les sphingolipides comme les sphingomyélines sont ainsi plus présents (jusqu’à 90 %) dans le feuillet externe de la membrane alors que les phospholipides anioniques se trouvent principalement (PG) voire exclusivement (PS) dans la membrane intracellulaire de nombreuses cellules. La membrane biologique, et particulièrement la membrane plasmique, est ainsi une séparation de nature hydrophobe entre deux compartiments aqueux. Cette barrière permet ainsi de protéger les constituants cellulaires, mais elle est également capable de transmettre certains composés nécessaires à l’activité cellulaire, par différents transports.