Поскольку пандемия COVID-19 продолжает распространяться, несколько вакцин проходят клинические испытания. Однако имеющиеся данные показывают, что Т-клеточный иммунитет необходим для обеспечения надежной и надежной защиты от повторного заражения коронавирусом 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2). Это означает, что необходимо идентифицировать эпитопы, специфичные для вируса, которые способны вызывать этот тип ответа у наиболее значительного числа людей.
Новое исследование, проведенное учеными из Гонконгского университета науки и технологий и опубликованное на сервере препринтов bioRxiv * в августе 2020 года, сопоставляет доступную базу данных эпитопов Т-клеток SARS-CoV-2, собранную из 8 исследования выздоровевших пациентов с COVID-19. Это могло бы послужить стартовой площадкой для заполнения пробелов в знаниях об иммунологических аспектах этого заболевания и продвижения к эффективной Т-клеточной вакцине.
Сопоставление исследований эпитопов Т-клеток
Ранние исследования показывают, что тяжелое заболевание связано с менее интенсивными ответами Т-клеток, но это необходимо подтвердить на более крупных группах. У выздоравливающих пациентов Т-клетки, специфически нацеленные на этот вирус, также были обнаружены через 3 месяца после заражения, что подтверждает роль этих клеток в обеспечении специфического и длительного иммунитета. В случае SARS-CoV Т-клетки были обнаружены через 11 лет после заражения. С другой стороны, антитела, кажется, уменьшаются до неопределяемых уровней в течение нескольких месяцев после заражения COVID-19 и SARS-CoV, через несколько лет после заражения.
Исследования Т-клеточных эпитопов до сих пор проводились с использованием подходов биоинформатики на ранней стадии пандемии, но в этой области накопились недавние экспериментальные данные. Это позволяет лучше понять эти ответы. В данной статье представлена сводка эпитопов Т-клеток, идентифицированных у более чем 1200 выздоравливающих пациентов с COVID-19
Число и положение эпитопов в протеоме
Исследователи насчитали около 300 уникальных Т-клеточных эпитопов, из которых 71 и 21 несущие антигены CD8 и CD4 принадлежали HLA классу I и классу II соответственно. У 211 из них класс HLA выявлен не был. Все, кроме двух, были на 95% консервативными в более чем 42 000 последовательностях вирусного генома, доступных на момент исследования.
Было обнаружено, что эпитопы расположены на всех известных вирусных белках, но 98 находятся в белке-шипе, а 60 – в белке нуклеокапсида (N). Спайк – это наиболее уязвимый вирусный белок, а белок N – самый распространенный. Из спайковых эпитопов 19 находятся внутри рецептор-связывающего домена, где вирус связывается с рецептором ACE2 на человеческой клетке-хозяине. Еще 48 находятся в субъединице S2, причем одна находится в области слитого пептида.
Из эпитопов N-белка 24 включают РНК-связывающий домен, а 20 – домен димеризации.
Иммунодоминантность эпитопов
Исследователи обнаружили, что 23 эпитопа способны вызывать ответ Т-клеток у более чем 75% испытуемых. В некоторых из этих исследований большое количество испытуемых делает оценку этого эпитопа очень надежной. Это включает один в orf1a, один в N и один в S.
Ассоциация HLA с Т-клеточными эпитопами
Защита, обеспечиваемая такой вакциной, связана с ее ассоциацией HLA. Однако с большинством известных эпитопов этого вируса до сих пор были обнаружены только 1-2 аллеля или вообще не были обнаружены. Кроме того, большинство этих исследований было основано на конкретном синтетическом пептиде или комплексах, образованных пептидом с молекулой MHC.
Для большинства идентифицированных эпитопов сообщалось только об одном аллеле HLA, и большинство из них были теми, которые наиболее часто встречаются в глобальной популяции. Отчасти это связано с тем, что до сих пор изучено лишь небольшое количество выздоравливающих пациентов. Однако техническая сложность этой работы также играет роль в нехватке данных.
Расширение доступных данных
Почти пятая часть эпитопов была идентична эпитопам SARS-CoV. Причем ассоциация HLA в обоих случаях была абсолютно одинаковой для обоих вирусов. Это указывает на то, что Т-клеточные вакцины против SARS-CoV-2 должны разрабатываться на основе более ранних вакцин, разработанных также для SARS-CoV, с использованием гораздо более обширных знаний об эпитопах и ассоциации HLA с последними. Это гарантирует, что вакцина защитит больший процент населения.
Используя эту гипотезу, исследователи идентифицировали больше совпадений HLA для 12 эпитопов Т-клеток, что позволило установить множественные ассоциации с каждым эпитопом.
Самые ранние исследования в этой области, проведенные в первые дни пандемии, вероятно, не позволили определить точный эпитоп, особенно те, о которых сообщалось, как о эпитопах Т-клеток CD8. Чтобы решить эту проблему, исследователи просканировали эти эпитопы, всего 211, чтобы найти какие-либо совпадения с эпитопами SARS-CoV, будь то весь эпитоп или его фрагмент.
Этот поиск выявил еще 125 уникальных эпитопов SARS-CoV, которые присутствовали в 71 эпитопе SARS-CoV-2 или были идентичны им. Каждый из этих новых эпитопов состоял из 9-11 аминокислот, что соответствовало ожидаемому размеру.
Исследователи говорят: « Эти совпадающие эпитопы, вероятно, соответствуют реальным эпитопам Т-клеток ». Исследователи также извлекли пользу из связанного разнообразного набора аллелей HLA класса I.
Популяционный охват эпитопов Т-клеток
Используя ассоциации HLA, исследователи обнаружили, что примерно пятая часть мирового населения содержит молекулы MHC, необходимые для распознавания этих эпитопов. Во-первых, используя ассоциации HLA, полученные в результате частичного экспериментального определения, они обнаружили, что примерно пятая часть населения будет охвачена при среднем значении. Некоторые эпитопы покрывали до 50% населения.
Было 12 эпитопов SARS-CoV-2, для которых дополнительные ассоциации HLA были получены при использовании данных SARS-CoV. Здесь, без использования этих данных, был достигнут более высокий средний охват населения – около 44%, а не мизерные 17%. Определенные специфические эпитопы SARS-CoV-2 при использовании этого метода имели очень высокий охват, фактически около 60%
В отсутствие какой-либо связи с HLA, использованный выше метод прогнозирования дал высокую оценку глобального охвата населения около 40%. Тем не менее, один, в частности, расположенный в orf1b, охватил 85% населения. Этот эпитоп может играть решающую роль в функционировании фермента РНК-полимеразы SARS-CoV-2.
Веб-панель мониторинга Т-клеточных эпитопов SARS-CoV-2
Чтобы облегчить дальнейший централизованный сбор данных, касающихся эпитопов Т-клеток, исследователи создали веб-панель, содержащую всю информацию, которую они получили на данный момент. Они стремятся постоянно обновлять информационную панель по мере публикации экспериментальной информации. Они надеются, что это будет способствовать исследованиям в области иммунологии и вакцинации SARS-CoV-2.
Для вакцин на основе вирусных пептидов Т-клеточные эпитопы могут быть интегрированы в саму вакцину. Для тех, кто использует конструкции ДНК или РНК, нуклеиновая кислота, кодирующая эпитоп, может быть использована с необходимыми характеристиками, позволяющими индивидууму вызывать соответствующий клеточный иммунный ответ.
Значение для разработки вакцин
Универсальная вакцина против COVID-19 может возникнуть в результате использования конкретных эпитопов для получения максимально возможного охвата населения. Текущее исследование, например, определяет 12 эпитопов, которые могут охватывать почти 100% населения мира. Если выбрано только 3, предполагаемое покрытие составляет 97%.
Добавление эпитопов Т-клеток SARS-CoV-2, идентифицированных на животных моделях, может помочь расширить поле потенциальных иммунных мишеней у уже инфицированных и понять, чем ответы Т-клеток после вакцинации отличаются от тех, которые возникают после естественного заражения вирусом. .
Хотя известно, что перекрестно-реактивные Т-клеточные эпитопы встречаются в вирусах Зика и денге, необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, что конкретные комбинации HLA и эпитопов действительно являются иммуногенными против SARS-CoV-2.
Исследователи резюмируют: « В целом данные, которые мы описываем на основе недавних экспериментальных исследований, демонстрируют впечатляющий и разнообразный список Т-клеточных эпитопов SARS-CoV-2, на которые нацелены выздоравливающие пациенты с COVID-19 . ” Следующим шагом будет выбор набора эпитопов, которые являются высококонсервативными и, следовательно, маловероятными для развития иммуногенных мутаций ускользания, и которые связываются с аллелями HLA, встречающимися в основной части глобальной популяции.
Вакцины, нацеленные на эти эпитопы, могут привести к всеобъемлющему защитному покрытию и эффективно и в долгосрочной перспективе сдержать распространение пандемии.
* Важное примечание
bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, руководящие клинической практикой / поведением, связанным со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.