Construction de peptides cycliques pénétrant dans les cellules pour une pénétration accrue des barrières biologiques

Les dernières décennies ont vu des progrès rapides dans le développement de peptides pénétrant dans les cellules (CPP) pour l’administration de médicaments. Les CPP ont été largement utilisés comme transporteurs moléculaires pour le traitement d’une gamme de maladies potentiellement mortelles, notamment les troubles neurologiques^1,2, les maladies cardiaques³, le diabète⁴, la dermatose⁵ et le cancer ^6,7. Le cancer reste un fardeau sanitaire mondial accompagné d’un taux élevé de morbidité et de mortalité malgré les efforts de recherche généralisés⁸. Un obstacle sérieux au traitement du cancer est l’accès limité des thérapies aux cellules tumorales plus profondes en raison de barrières physiologiques telles que la matrice extracellulaire compacte (ECM), le système vasculaire tumoral anormal, les barrières membranaires multiples et la pression élevée du liquide interstitiel (IFP)⁹. Ainsi, le développement de nouveaux CPP ayant une capacité supérieure à livrer des cargaisons à travers les barrières biologiques est considéré comme une stratégie essentielle pour le traitement du cancer^10,11.

Les CPP peuvent être classés en CPP cationiques, amphipathiques et hydrophobes en termes de propriétés physico-chimiques¹². Parmi ceux-ci, le peptide VIH-TAT chargé positivement et la polyarginine synthétique sont d’une importance considérable dans la recherche biomédicale et ont été largement étudiés pour faciliter l’administration intracellulaire^{de médicaments 13}. Tunnemann et al. ont rapporté qu’une longueur minimale de huit arginines est essentielle pour une pénétration cellulaire efficace des peptides synthétiques de polyarginine, sur la base d’une étude de perméabilité cellulaire menée à l’aide de peptides R3 à R12¹⁴. Cependant, ces CPP ont généralement des demi-vies plasmatiques courtes en raison de leur hydrolyse rapide in vivo. En outre, on sait peu de choses sur l’optimisation de la structure chimique des CPP afin d’augmenter leur capacité de trans-barrière, car il est difficile de pénétrer dans plusieurs membranes cellulaires¹⁵. Ainsi, le développement de nouveaux transporteurs moléculaires capables de pénétrer les barrières biologiques est fortement souhaité pour améliorer l’efficacité de l’administration des médicaments. En 2020, Komin et ^al.16 ont découvert un CPP appelé peptide CL, qui contient un motif hélicoïdal (RLLRLLR) et une queue de polyarginine (R7) pour traverser la monocouche épithéliale. Un ensemble de variantes peptidiques CL ont également été synthétisées en modifiant le motif hélicoïdal. Cette exploration pourrait être un guide important pour le développement de nouveaux CPP pour la livraison de cargaisons à travers les barrières biologiques. De plus, Dietrich et al. ont optimisé la perméabilité cellulaire du peptide StAX, inhibant la voie de signalisation Wnt / β-caténine en augmentant l’hydrophobicité globale des peptides¹⁷.

La restriction conformationnelle des peptides linéaires non structurés par cyclisation est un moyen efficace d’améliorer leur stabilité protéolytique et leur perméabilité^18,19,20. Le renforcement structurel augmente la résistance à la protéase des peptides cycliques, les rendant plus stables in vivo par rapport à leurs homologues linéaires. De plus, la cyclisation des peptides peut potentiellement masquer le squelette peptidique polaire en favorisant la liaison hydrogène intramoléculaire, augmentant ainsi la perméabilité membranaire des peptides²¹. Au cours des deux dernières décennies, les méthodes de cyclisation chimiosélective sont devenues des stratégies efficaces pour la construction de peptides cycliques avec différentes architectures, telles que tous les hydrocarbures, lactamines, triazoles, m-xylène, perfluoroaryl et autres réticulations^{croisées 22,23}. La barrière biologique imposée par le microenvironnement tumoral sophistiqué pourrait réduire la pénétration des médicaments dans les tumeurs solides²⁴. Nous avons déjà constaté que les CPP cycliques présentaient une résistance supérieure à la digestion enzymatique par rapport à leurs homologues linéaires²⁰. De plus, l’hydrophobicité globale des peptides est essentielle pour améliorer leur perméabilité cellulaire²². D’après les études mentionnées ci-dessus, on peut émettre l’hypothèse que la combinaison d’un profil chargé positivement, d’une hydrophobicité globale élevée et d’une stabilité accrue de la protéolyse augmente la perméabilité des CPP à travers les barrières biologiques. Dans une étude récente, nous avons identifié deux CPP cycliques avec des réticulations aromatiques aux positions i et i+7 qui présentent une perméabilité améliorée dans les cellules et les tissus tumoraux par rapport à leurs homologues linéaires¹⁵. Ici, un protocole synthétique concis pour la synthèse de CPP cycliques marqués par fluorescence et les étapes clés pour étudier leur perméabilité sont présentés.