Диэнай
Pulsing
Тяжелый острый респираторный синдром – коронавирус 2 (SARS-CoV-2), возбудитель пандемии коронавирусного заболевания 2019 года (COVID-19), распространился по всему миру более чем в 58,8 миллиона человек и стал причиной более 1,3 миллиона смертей. Стремление к разработке безопасных и эффективных вакцин для предотвращения продолжающегося распространения SARS-CoV-2 приближается к финишу, поскольку несколько многообещающих кандидатов ожидают утверждения регулирующим органом для широкомасштабного распространения и использования.
Группа исследователей из США и Китая разработала рецептор-связывающий домен (RBD), который, по их утверждениям, улучшает иммуногенность поливалентных вакцин против SARS-CoV-2. Их исследование, опубликованное на bioRxiv * в ноябре 2020 года, может способствовать продвижению еще более эффективных кандидатов-вакцин против SARS-CoV-2 в будущем.
Спайковый белок по сравнению с RBD
Спайковый белок SARS-CoV-2 является ключевым в опосредовании проникновения вируса в клетку-мишень через его связывание с рецептором клетки-хозяина, ангиотензин-превращающим ферментом 2 (ACE2). Спайк, или S, белок связывается с рецептором через RBD, длина которого составляет около 200 остатков. Он состоит из двух доменов, S1 и S2. Первый связан со связыванием с рецептором, а второй опосредует слияние и проникновение вируса.
Новый спайк-белок коронавируса SARS-CoV-2. 3D-печать шипового белка SARS-CoV-2, также известного как 2019-nCoV, вируса, вызывающего COVID-19, перед 3D-печатью частицы вируса SARS-CoV-2. Белок-шип (на переднем плане) позволяет вирусу проникать в клетки человека и инфицировать их. На модели вируса поверхность вируса (синий цвет) покрыта белками-шипами (красный цвет), которые позволяют вирусу проникать в клетки человека и инфицировать их. Для получения дополнительной информации посетите сайт NIH 3D Print Exchange по адресу 3dprint.nih.gov. Предоставлено: NIH. Изображение предоставлено: NIAID / Flickr
Открытая природа S-белка и тот факт, что его связывание может быть ингибировано специфическими нейтрализующими антителами, делают его одной из основных мишеней для вакцин против COVID-19. Его часто используют в тримерном состоянии после стабилизации, обычно путем добавления пары остатков пролина (S-2P).
Иммунологические исследования показывают, что RBD является первичным нейтрализующим эпитопом вируса и, как таковой, подчеркивает, что он является ключевой мишенью для любой вакцины COVID-19. Хотя RBD является частью субъединицы S1, он также экспрессируется и сворачивается независимо со своей собственной отличительной структурой и функцией. Внутри RBD находится вариабельная область, называемая рецептор-связывающим мотивом (RBM), которая является фактическим сайтом связывания ACE2. RBD имеет несколько важных преимуществ перед белком S.
Теоретически производство вакцины против этого вируса должно быть проще, чем для многих других, по следующим причинам. Во-первых, геном очень большой и защищен от мутаций эффективной системой корректуры, что замедляет появление изменений. Фактически, в ходе текущей пандемии RBD претерпел несколько мутаций.
Во-вторых, передача вируса происходит быстро, даже до того, как срабатывает иммунный ответ хозяина. Фактически, RBD подвергается воздействию, несмотря на его ключевую роль в инфицировании клетки-хозяина. В результате почти все экспонированные эпитопы RBD нейтрализуют по сравнению с гораздо меньшей долей эпитопов на нативном S-белке. Это означает, что почти все антитела, вызванные RBD, будут нейтрализующими.
В-третьих, RBD компактен и стабилен, что позволяет применять несколько методов рентабельного производства вакцины. Для производства можно использовать вирусные векторы или мРНК.
Использование RBD в вакцине также снизит риск молекулярной мимикрии и последующего аутоиммунного заболевания, а также антителозависимое усиление болезни из-за меньшего количества эпитопов в целом (а также линейных или конформационных эпитопы). Это ограничит возможность побочных эффектов и позволит вводить меньшие дозы вакцины. Низкая доля эпитопов-ловушек (ответственных за связывание ненейтрализующих антител) увеличивает их иммуногенность и нейтрализующую способность.
В текущем исследовании исследователи подтвердили, что RBD SARS-CoV-2 вызывает мощный нейтрализующий ответ в виде антител, которые препятствуют связыванию белка S с рецептором ACE2. Однако эти антитела не вызывают ADE.
Использование белков-носителей
Если в вакцине представлены несколько антигенов путем слияния антигена с поливалентным белком-носителем, таким как 24-мерный белок ферритина H. pylori, иммуногенность намного выше по сравнению с димерами или тримерами. Этот процесс, опять же, намного проще с маленьким RBD, чем с полноразмерным тримерным S-белком.
Исследователи заметили, что использование любого из двух белков-носителей, конъюгированных с нативным RBD, вместе с мощным адъювантом, увеличивало эффективность нейтрализующих ответов в эксперименте на грызунах по сравнению с использованием стабилизированного S-белка. эктодомен после его конъюгации с теми же носителями. Однако RBD плохо экспрессируется сам по себе или в сочетании с белком-носителем, что делает его непригодным в качестве вакцинного антигена.
Гликозилирование RBD
Исследователи описывают модификацию нативного RBD путем введения четырех новых сайтов гликозилирования. Они обнаружили, что этот гликозилированный RBD (gRBD) экспрессируется гораздо более эффективно. Неожиданно оказалось, что он также обладает способностью вызывать большую нейтрализующую способность.
Это может быть связано с тем, что гликаны улучшают укладку или растворимость RBD или маскируют иммунодоминантные эпитопы, которые вызывают ненейтрализующие антитела.
gRBD также действует как высокоиммуногенный белок по сравнению с RBD дикого типа при использовании в вакцине из белковых субъединиц. GRBD может быть конъюгирован с любым из пяти поливалентных белков-носителей для экспрессии в качестве антигена ДНК-вакцины. В этой форме он был связан с еще более мощной нейтрализующей способностью по сравнению с родным RBD или S-2P. H. pylori ферритин 24-мерный белок продемонстрировал способность вызывать наиболее сильные нейтрализующие антитела среди протестированных белков-носителей. Это могло быть связано с поливалентностью, его более высокой экспрессией и наличием эпитопов для Т-клеток.
Сконструированные гликаны SARS-CoV-2 RBD усиливают экспрессию поливалентных слитых белков RBD. Представления RBD (A) в контексте белка SARS-CoV-2 S в открытой конформации one-up, с ACE2-связывающей областью (красный), обращенной вверх, и (B), связанной с рецептором ACE2, с RBD ACE2-связывающая область обращена вниз. Синий указывает на поверхностные остатки, которые не закрыты ни в закрытой конформации (обозначены желтым), ни как часть интерфейса ACE2 (красный). Зеленым обозначены остатки, мутация которых создает новый мотив N-гликозлилирования. (C) Показана последовательность сконструированного RBD, несущего четыре новых мотива гликозилирования (gRBD). Нумерация указывает остаток S-белка. Мотивы гликозилирования (2 нативные и 4 сконструированные) подчеркнуты. Окрашивание описано в (B).
Заключение
Исследователи заключают: «Наши данные показывают, что поливалентные антигены gRBD могут снизить стоимость и дозы, а также улучшить иммуногенность всех основных классов вакцин против SARS-CoV-2».
* Важное примечание
bioRxiv публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, руководящие в клинической практике / поведении, связанном со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.