Les cellules dendritiques sentinelles présentes au niveau des tissus et des sites d’injection des vaccins se trouvent dans un état immature. Ces DC immatures sont capables de capturer une grande variété de molécules et de micro-organismes présents dans l’environnement selon des processus actifs
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regroupés sous le terme endocytose. L’internalisation de l’antigène est un processus propre aux cellules dendritiques immatures qui diminue au cours de leur maturation. Les propriétés d’endocytose sont en effet perdues lorsque les cellules dendritiques deviennent matures avec notamment une diminution de l’expression des récepteurs spécifiques de l’endocytose et de la phagocytose.
Différents mécanismes peuvent être utilisés par les cellules dendritiques pour capturer les antigènes. Ces mécanismes sont divisés en 2 catégories principales : la phagocytose et la pinocytose (Figure 15)106,107.
Figure 15 : Voie d’endocytose des antigènes par les cellules dendritiques.
Les DC immatures sont des cellules phagocytaires do uées de plusieurs processus d’endocytoses divisés en deux groupes principaux : la pinocytose et la phagocytose. Parmi les processus de pinocytose, la pinocytose clathrine dépendante ou par cavéoles -dépendante, et la macropinocytose sont retrouvés . Selon la nature et la taille de l’antigène, le mécanisme impliqué sera différent.
La phagocytose est un processus d’internalisation actif qui est présent dans certains types de cellules spécialisées, les cellules phagocytaires comme les macrophages, les monocytes, les neutrophiles mais surtout les cellules dendritiques. Ce mécanisme fait intervenir des récepteurs spécifiques de la membrane plasmique et des cascades de signalisation médiées par les rho-GTPases. Cette voie est couramment utilisée pour l’endocytose des gros antigènes comme les bactéries, les levures et les gros débris cellulaires (> 0,5 μm). Cette voie est aussi impliquée dans le phénomène de cross-présentation des antigènes108,109.
La pinocytose peut être sous divisée en plusieurs mécanismes : l’endocytose médiée par les clathrine, l’endocytose médiée par les cavéolines, l’endocytose clathrine et cavéoline-indépendantes et la macropinocytose. La voie d’endocytose clathrine-dépendante est la voie la mieux caractérisée. Cette voie nécessite la présence d’un manteau de clathrine autour de l’invagination membranaire et de la dynamine, une GTPase, pour permettre la formation de la vésicule d’endocytose à l’intérieur de la cellule. Après reconnaissance des molécules à la surface cellulaire, une invagination de la membrane va avoir lieu conduisant à la formation d’une vésicule d’une taille inférieure à 150 nm recouverte de clathrine. La vésicule va être libérée de la membrane plasmique grâce à la dynamine, puis va fusionner avec les endosomes et lysosomes. La deuxième voie de pinocytose avec formation
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de vésicules est la voie cavéole-dépendante. Les cavéoles sont des invaginations de la membrane qui contiennent un réseau de cavéoline-1 et formant des vésicules de 50 à 80 nm110. Les cavéoles sont présentes en particulier dans des îlots lipidiques (rafts lipidiques) riches en cholestérol et sphingolipides. La formation et le déplacement des vésicules sont dépendants du réseau d’actine. Contrairement à la voie clathrine-dépendante, les cavéoles peuvent fusionner avec les endosomes précoces, mais surtout avec les cavéosomes où aucune acidification n’a lieu110. Des mécanismes de pinocytoses clathrine et calvéoline-indépendant existent également. Ils ne nécessitent pas toujours la présence de dynamine pour libérer les vésicules. La macropinocytose permet l’internalisation de fluides dans des vésicules de grande taille (0,5 à 5 μm) grâce à la formation d’extensions au niveau de la membrane qui sont soutenues par des filaments d’actine et régulées par les rho-GTP-ases. Ce mécanisme est également dépendant des pompes Na+/H+, qui permettent de rectifier le pH acide cytosolique des cellules suite à l’internalisation d’une molécule.
La plupart des voies d’endocytose entrainent la formation de vésicules qui fusionnent avec les endosomes précoces. Ces endosomes peuvent maturer en endosomes tardifs qui vont fusionner avec les lysosomes. Un gradient de pH s’établit à l’intérieur de ces vésicules allant du moins acide dans les endosomes (pH 6,5 – 6.8) au plus acide dans les lysosomes (pH 4,5). Dans les lysosomes, l’environnement acide ainsi que la présence de nombreuses hydrolases vont conduire à la dégradation de la molécule internalisée. Dans le cas de vaccins à ARNm, il est facilement envisageable qu’une dégradation des ARNm ait lieu avant même leur traduction en protéine selon le compartiment endosomale où ils se trouvent : le vaccin peut donc être non fonctionnel. Dans le développement de vaccins, cela implique que les ARNm doivent s’échapper des endosomes suite à leur internalisation pour être traduits en protéine antigénique fonctionnelle. En général, la voie d’entrée est régulée par la structure des agents internalisés (taille, charge et stabilité), mais aussi par la nature de la cellule ciblée111. Comme nous le verrons plus loin, les ARNm chargés négativement sont souvent vectorisés à l’aide de complexes chargés positivement. Ces dernières années divers polymères et lipides cationiques ont été utilisés pour vectoriser les ARNm et favoriser l’échappement des endosomes en influençant sur la pression osmotique à l’intérieur des endosomes ou en déstabilisant la membrane de ces compartiments : c’est l’effet éponge à proton112.
Actuellement, il n’y a aucun consensus quant à la voie la plus optimale pour la délivrance des ARN vaccinaux. Selon le type de vecteur, les ARNm seraient internalisés surtout par voie d’endocytose clathrine-dépendante ou par cavéoles après interactions électrostatiques avec les protéoglycanes et glycosaminoglycanes, macromolécules anioniques présentes sur la face externe de la membrane plasmique111,113. L’internalisation par voie clathrine dépendante a montré une transfection plus efficace que les voies indépendantes de la clathrine111. D’autres groupes ont montré
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l’intérêt de la voie de pinocytose par cavéoline pour une transfection optimale des acides nucléiques car elle n’implique pas la fusion avec des vésicules acides, ce qui prévient la dégradation114,115.