Le Yeast Surface-Display (YSD, ou « Affichage à la surface de la levure ») est une biotechnologie de criblage à haut-débit pour l'ingénierie des protéines qui consiste à faire exprimer par une levure une protéine d'intérêt à sa surface. Le YSD présente des avantages certains par rapport à des systèmes procaryotes, notamment car la machinerie de la levure permet un meilleur repliement des protéines, avec par exemple la formation des ponts disulfures ou des modifications post-traductionnelles. De fait, la technique est largement utilisée dans le cadre de la maturation d'affinité d'anticorps[1], qui ont des ponts disulfures. Cependant, la machinerie de la levure a des limites qui peuvent altérer le repliement correct des anticorps et biaiser les résultats de sélection. Cette limitation pourrait être particulièrement problématique lorsque la sélection est basée sur des caractéristiques biophysiques autres que l'affinité pour l'antigène, telles que l'agrégation ou la stabilité thermique.
Est-il possible d'améliorer le système ?
L'équipe d'Hervé Nozach (SIMoS / DMTS) a développé un système de Yeast Surface Display plus performant, dans lequel une protéine chaperon de repliement est co-exprimée en même temps que l'anticorps d'intérêt afin d'optimiser son repliement.
Les chercheurs ont choisi de tester deux chaperons clés : la protéine de levure BiP et la protéine-disulfure-isomérase humaine (PDI), : soit par co-expression du chaperon via un plasmide, soit par édition du génome de la levure, individuellement et en combinaison.
Ils ont mené une première étude preuve de concept sur l'anticorps adalimumab dans laquelle ils montrent que l'expression à la surface de cet anticorps augmente significativement lorsqu'un chaperon est co-exprimé, avec l'effet le plus significatif obtenu par intégration génomique de PDI (augmentation de 2,5 fois de l'affichage en surface). Ces résultats ont été reproduits de manière cohérente sur quatre anticorps supplémentaires en utilisant trois souches éditées exprimant BiP, PDI ou les deux.
Pour évaluer la qualité du repliement directement à la surface cellulaire, les chercheurs ont mis en œuvre deux stratégies de révélation complémentaires avec des sondes moléculaires fluorescentes pour détecter les thiols libres résultant d'une formation incomplète de ponts disulfures ou les régions hydrophobes exposées. Les souches de levure éditées ont révélé une réduction substantielle des thiols libres et de l'hydrophobicité de surface, cohérente avec une amélioration de la qualité globale du repliement par rapport à la souche parentale.
De manière générale, le perfectionnement de la machinerie de repliement de la levure, en particulier par l'intégration génomique de PDI, améliore substantiellement à la fois la quantité et la qualité de l'affichage des anticorps à la surface. Cette plateforme de YSD optimisée permet une traduction plus fidèle des caractéristiques biophysiques des anticorps, ouvrant la voie à des sélections des anticorps sur la base de leurs propriétés biophysiques, en plus de leur affinité pour leur antigène.
[1] Maturation d'affinité d'anticorps par YSD : le YSD permet de sélectionner les variants d'un anticorps les plus affins pour l'antigène cible au sein d'une large banque de variants générée rapidement.