Fonctions thérapeutiques et diagnostiques des exosomes

leur capacité à résister à la lyse provoquée par le complément [305] et leur résistance à l’ARNase, favorisant ainsi leur stabilité dans l’organisme et protégeant leur contenu en acides nucléiques [174]. À cela s’ajoute aussi leur capacité à moduler l’immunité innée et adaptative ainsi que leur grand pouvoir immunostimulateur ou immunosuppresseurs [269, 279, 306-308]. Les exosomes peuvent aussi être utilisés en vaccination [220, 307, 309]. La stabilité des phénotypes et la présence de leurs fonctions à la suite de la cryoconservation à -80°C (durant six mois) confèrent à ces vésicules des caractéristiques thérapeutiques exceptionnelles.

La démonstration des propriétés vaccinales des exosomes contre les infections bactériennes et parasitaires a déjà été prouvée. En effet, les exosomes dérivés de CDs infectées par Toxoplasma gondii ou Leshmania major protègent contre ces deux parasites [306, 310, 311]. En revanche, les exosomes sécrétés directement par Leishmania major et

L. donovani inhibent les réponses immunitaires dans l’organisme et favorisent la croissance

du parasite [312]. D’autre part les exosomes issus des macrophages infectés par les mycobactéries (Mycobacterium tuberculosis, M. bovis) et le Cryptococcus neoformans

induisent la production de cytokines pro-inflammatoires par les CDs et les macrophages naïfs [300, 313, 314].

Bien que cela n’ait pas été prouvé en clinique, plusieurs travaux ont révélé le rôle tolérogénique des exosomes. En effet, chez la souris, les exosomes libérés par les CDs transfectées avec un adénovirus, qui expriment des cytokines immunomodulatrices (IL-10 et IL-4) ou le FasL, peuvent supprimer l’inflammation et diminuer la gravité de l’arthrite [315-318]. Les exosomes seraient également en mesure de réduire le rejet des greffes cardiaques [319]. Dans ce sens, des travaux ont montré que les exosomes issus de CDs traitées avec le TGF-β et l’IL-10 induisent une tolérance immunitaire efficace lors de la transplantation chez la souris [320]. De plus, les exosomes dérivant de CDs et exprimant l’indoleamine-2,3-dioxygenase sont utilisés pour leur propriété anti-inflammatoire dans le traitement contre l’arthrite rhumatoïde [315]; de même que ceux issus de lavages bronchoalvéolaires le sont pour traiter les allergies [150, 321].

Dans le traitement contre le cancer, des études cliniques de phase I ont montré une bonne tolérance des exosomes dans le dernier stade de la maladie. C’est le cas par exemple d’une co-administration des exosomes issus d’une ascite avec du GM-CSF. Ces exosomes stimulent une réponse T cytotoxique chez les patients atteints d’un cancer colorectal [322]. Ce traitement semble être bien toléré par les patients. Durant cette phase I, les exosomes utilisés provenaient de CDs immatures, expliquant la faible réponse immunitaire observée chez certains patients. La caractérisation de la présence des molécules de co-stimulation chez les exosomes issus de CDs matures a fait basculer les essais cliniques en phase II avec quelques ajouts. Dans cette dernière phase, les exosomes provenaient de CDs matures, grâce à l’IFN-γ [323].

2.10.1. Fonctions des exosomes dans les infections

La production ou l’accumulation des exosomes a été décrite au cours d’infections virales, bactériennes, parasitaires et à prions.

2.10.1.1. Infection virale

Certains virus semblent exploiter différentes fonctions de ces vésicules. En effet, dans le cas des infections au virus de l’hépatite C (VHC), des protéines structurales du virus peuvent s’associer aux exosomes circulant chez les patients infectés par ce virus, suggérant ainsi un rôle par ces exosomes dans la pathogenèse virale [324]. La protéine E2 du VHC s’attache au CD81 des exosomes pour infecter les cellules avoisinantes, et ce, même en présence d’anticorps neutralisants [324].

Le virus de l’hépatite B, quant à lui, entraîne la libération massive des particules sphériques non infectieuses ressemblant aux exosomes, ou filamenteuses de taille similaire à celle de larges microvésicules. Ces vésicules contiennent des antigènes de surface du virus [325].

Dans le cas du virus de la vaccine, les vésicules provenant des cellules infectées contiennent des glycoprotéines virales qui sont des sous-produits de la lyse et de l’assemblage des virions [326]. En revanche, les virus herpétiques exploitent la voie des exosomes pour sortir de la cellule et évader le système immunitaire [285, 299, 327]. Le virus herpès simplex, par exemple, modifie (par sa glycoprotéine B) le processus de traitement du complexe antigène-CMH-II via la voie de sécrétion des exosomes au lieu de l’exposition à la surface cellulaire [328]. Les exosomes issus des cellules infectées par ce virus sont enrichis en CD63 et contiennent la glycoprotéine B, ce qui suggère ainsi leur implication dans la pathogenèse virale [326].

Les exosomes dérivés de cellules infectées par le virus EBV contiennent la LMP1 (Latent membrane protein 1). Cette molécule induit l’anergie des LT [329], elle constitue un facteur angiogénique puissant et augmente la concentration, mais aussi la libération de FGF-2 dans les exosomes [330]. La sécrétion par les exosomes de LMP1 associée au CD63 limite l’activation constitutive de NF-κB [331]. Outre la sécrétion de LMP1, les exosomes issus des cellules infectées par l’EBV contiennent aussi des miARNs viraux pouvant être transférés dans les cellules réceptrices non infectées [255, 332, 333]. Ce transfert fournit la preuve de la première livraison des miARNs fonctionnels par les exosomes [255].

2.10.1.2. Infection des prions

Les protéines infectieuses telles que les prions (PrPc et PrPsc) ont été retrouvées dans les exosomes [334]. Des observations antérieures ont montré que les exosomes dérivés de cellules épithéliales des reins de lapin infectées par le prion contenaient ces protéines infectieuses qui peuvent être transmises chez la souris [127]. Ces exosomes infectieux peuvent aussi infecter les cellules hétérologues [335], suggérant ainsi leur rôle dans la propagation de l’infection à partir des cellules périphériques jusqu’aux cellules du système nerveux central [336]. Des études récentes ont montré que les cellules infectées par les prions pouvaient réguler la libération d’exosomes présentant des caractéristiques diverses, notamment en taille, en structure interne et membranaire [336].

2.10.1.3. Infections bactériennes

Les exosomes sécrétés par les macrophages eux même infectés par Mycobacterium

tuberculosis ou M. bovis contiennent des antigènes de ces pathogènes et induisent la

production de cytokines pro-inflammatoires par les cellules naïves [300]. En outre, les exosomes dérivés de l’infection des macrophages par M. bovis sont impliqués dans l’activation des LTCD4+ et LTCD8+ [337]. Des travaux récents ont montré que les souris (ainsi que des cultures in vitro de macrophages) infectées par les mycobactéries produisent des exosomes capable de recruter et d’activer les cellules immunitaires [338].

2.10.1.4. Infections parasitaires et mycologiques

Les propriétés des exosomes issus de macrophages infectés par les mycobactéries sont similaires à celles des exosomes issus de macrophages infectés par les parasites tels que le Toxoplasma gondii [313]. D’autres parasites, comme le Leishmania, sécrètent des exosomes qui contiennent des facteurs de virulence solubles, des facteurs d’élongation-1 (EF-1a) et l’aldolase [339, 340] ainsi que des facteurs membranaires de virulence (tels que la phosphatase acide sécrétée et la métalloprotéase GP63) [341]. Le Cryptococcus

neoformans, quant à lui, sécrète des exosomes contenant des composés associés à la

virulence y compris la laccase, l’uréase, les glycosylcéramides et le polysaccharide capsulaire glucuronoxylomannan [342, 343]. Par ailleurs, les exosomes de C. neoformans

contiennent Hmp1 qui est une protéine membranaire impliquée dans l’adhérence aux cellules [343].

2.10.2. Fonctions des exosomes dans la pathogenèse du VIH-1

Les cellules infectées par le VIH-1 sécrètent des exosomes qui ont un certain nombre d’effets délétères sur la réponse immunitaire et qui favorisent la propagation de l’infection [297]. Des travaux portant sur la méthode de purification ont permis de discriminer les particules virales des exosomes soit à l’aide de gradients de vélocité d’iodixanol soit par isolation par immuno-affinité [224]. Ces études ont facilité la compréhension du rôle potentiel des exosomes dans la pathogenèse du VIH-1, et ce, en dépit des similitudes que ces deux particules présentent. Certaines observations ont indiqué que les microparticules issues de ces cellules infectées contiennent des corécepteurs pouvant améliorer l’entrée du VIH-1 dans la cellule [344, 345]. D’autres études ont relevé que la protéine virale Nef augmente le nombre d’endosomes, de lysosomes, de corps multivésiculaires [346-349] et de vésicules issues des cellules infectées et non infectées [350, 351]. Nef peut également induire l’apoptose des LTCD4 via les exosomes qui l’expriment [297, 352] et peut donc contribuer à la pathogenèse du VIH.

Les exosomes ont été proposés comme des médiateurs potentiellement impliqués dans l’effet cytopathique des LT bystanders [85]. Cet effet est considéré comme l’un des mécanismes additionnels expliquant la déplétion massive des LTCD4 dans les GALT [353].

L’infection des CDs par le VIH stimule l’accumulation des exosomes dans le milieu extracellulaire [354]. La présence de la protéine virale Nef dans les exosomes dérivés de cellules infectées a été associée à la déplétion des LTCD4 [297]. Outre ces molécules, des études récentes [355] ont montré que l’infection par le VIH augmente l’expression de CD38 (un marqueur de l’activation cellulaire [356]) dans les exosomes, mais diminue celle de LDHB (L-lactate deshydrogenase B chain) et de l’annexine A5 qui sont plutôt associées à l’apoptose cellulaire [357, 358]. L’ensemble de ces études suggère

que les molécules présentent sur les exosomes pourraient être impliquées dans l’apoptose des LTCD4 bystanders.

Le VIH-1 utilise la voie des exosomes tant pour sa capture que pour sa dissémination selon le modèle du cheval de Troie [126, 359]. Les CDs auront donc servi de site de transit pour les virus non réplicatifs, et livreront par trans-infection, les particules virales aux LTCD4+ [360] représentant, pour le virus, un mécanisme d’évasion immunitaire. En outre, des travaux récents ont aussi indiqué que le VIH-1 exploite les propriétés de surface des exosomes et des microvésicules afin d’accélérer l’infection et d’échapper ainsi à la surveillance immunitaire [361]. Ceci pourrait ainsi faciliter l’accès du virus aux cellules du système immunitaire inné et adaptatif. En s’entourant d’exosomes, le VIH-1 peut donc accélérer l’infection et sa diffusion, montrant ainsi une nouvelle manière d’entrer dans les cellules hôtes [361].

Pour sa défense, l’organisme utilise la sécrétion de vésicules (comme les exosomes) dans le but de présenter les antigènes viraux et d’activer les cellules immunitaires [120, 176, 362]. Les exosomes peuvent également contenir des protéines cellulaires antivirales telle que l’APOBEC3G, pouvant être transférées dans des cellules adjacentes afin d’inhiber la réplication virale [363].