В недавнем исследовании, рассматриваемом в Портфолио природы журнал и в настоящее время размещен в Площадь исследований* сервер препринтов, исследователи разработали и оценили иммуногенность наночастиц, экспрессирующих спайковые тримеры коронавирусов (CoV).
CoV, особенно бета-CoV, процветают в животных резервуарах и постоянно угрожают здоровью человека. Семь CoV заражают людей, включая коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), и четыре циркулируют эндемически. Зоонозное распространение бета-КоВ на людей связано с повышенной заболеваемостью и смертностью, экономическим бременем и эпидемиями.
Эволюция SARS-CoV-2, вероятно, продолжится, и вирус может стать следующим эндемичным человеческим CoV (HCoV). Вызывающие озабоченность варианты SARS-CoV-2 (VOC), такие как Delta и Omicron, подчеркивают угрозу ускользания от антител, индуцированных вакциной, и настоятельную необходимость создания вакцин, которые вызывают широкий защитный иммунный ответ против различных CoV.
Исследование: Отображение наночастиц всплеска коронавируса перед слиянием вызывает перекрестно-реактивную защиту, ориентированную на S1, в различных подгруппах. Кредит изображения: Орфей FX / Shutterstock
Исследование и выводы
В настоящем исследовании ученые создали наночастицы, демонстрирующие тримеры шиповидных белков из разных CoV. Две мутации пролина (2P), которые стабилизируют конформацию шипа до слияния, были введены в шипы от SARS-CoV, ближневосточного респираторного синдрома (MERS)-CoV и SARS-CoV-2 и адаптировали антигены для отображения на ранее -описанная двухкомпонентная платформа наночастиц, I53_dn5.
Стабилизированные до слияния антигены шипа (S2P) сливали с тримерным компонентом (I53_dn5B) и собирали путем добавления пентамерного компонента (I53_dn5A). в пробирке для создания монотипных частиц, экспрессирующих 20 копий тримера S2P. Антигенность очищенных наночастиц и тримеров S2P проверяли с помощью твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) с использованием моноклональных антител (мАт) против каждого шипа CoV.
Связывание антител было сравнимо между S2P и наночастицами, что подразумевает одинаковую неповрежденную антигенность в каждой композиции с наночастицами. Затем авторы исследовали, индуцирует ли мультивалентный дисплей тримеров S2P более сильный ответ антител, чем растворимый S2P. С этой целью мышей BALB/c дважды иммунизировали растворимой формой SARS-1_S2P или составом наночастиц, экспонированным на I53_dn5 и MERS_S2P, или гемагглютинином гриппа (HA), экспрессированным на I53_dn5.
Дизайн и характеристики CoV-S-2P отображаются на I53-dn5. a Компьютерные модели стабилизированных до слияния тримеров шипов (S-2P) из MERS, SARS-1 и SARS-2 и их гомотипическое отображение на наночастице I53-dn5. Икосаэдрическая наноклетка отображает 20 тримеров. b Проследите профили очистки тримера S-2P_dn5B и наноклетки _dn5 методом эксклюзионной хроматографии. c ELISA на антигенность сравнивает связывание антител, специфичных к MERS, SARS-1 или SARS-2_S-2P, с растворимым тримером (треугольники) или сборкой dn5 (кружки) соответственно. d Репрезентативные изображения CoV-S-2P_dn5 при увеличении в 50 000 раз и средние значения класса 2D. Масштабные полосы соответствуют 100 нм (репрезентативные изображения) и 20 нм (средние значения класса 2D).
Серологические ответы оценивали через пять недель на перекрестно-реактивные антитела иммуноглобулина G (IgG). Иммунизация растворимым SARS-1_S2P вызывала более высокие титры антител против тримеров S2P SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2, чем SARS-1_I53_dn5. Антитела, индуцированные растворимым S2P и S2P, отображаемым на наночастицах, нейтрализовали псевдовирусы SARS-CoV, но не SARS-CoV-2. Примечательно, что антитела, генерируемые SARS-1_I53_dn5, нейтрализовали псевдовирус MERS-CoV на тех же уровнях, что и MERS_I53_dn5.
Кроме того, команда отметила, что сборка SARS-1_S2P на I53_dn5 ограничивает доступ рецептора В-клеток к домену S2 шипа, что приводит к отбору В-клеток и ответу антител на домен S1. Кроме того, авторы профилировали широту перекрестной реактивности антител, индуцированных дополнительными антигенами S2P бета-КоВ на I53_dn5, и мозаичными наночастицами, совместно отображающими каждый из антигенов S2P бета-КоВ.
Мыши BALB/c, иммунизированные мозаичными наночастицами бета-CoV, совместно проявляющими S2P SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2, HCoV-HKU1 и HCoV_OC43, имели высокие титры антител, сравнимые с их соответствующими монотипными аналогами I53_dn5. Более того, мозаичная наночастица индуцировала перекрестное связывание антител с альфа-КоВ, HCoV-229E.
Далее, 288/330 +/+ мышей иммунизировали SARS-1_I53_dn5, SARS-2_I53_dn5, MERS-I53_dn5 или наночастицами мозаики бета-CoV и заражали летальной дозой штамма MERS-CoV, адаптированного для мышей. Наночастицы SARS-1_I53_dn5 вызывали межподгрупповой иммунитет на уровне, близком к уровню MERS_I53_dn5. Легкие животных собирали через пять дней после смертельного заражения.
Показатель обесцвечивания легких мышей, иммунизированных наночастицами мозаики бета-CoV, был нулевым для трех (из четырех) тестируемых мышей. Титры вируса в легких мышей, иммунизированных наночастицами мозаики, были низкими на тех же уровнях, что и у мышей, иммунизированных MERS_I53_dn5. Кроме того, показатели обесцвечивания легких у лиц, иммунизированных SARS-1_I53_dn5 и SARS-2_I53_dn5, были относительно ниже, чем у лиц, иммунизированных соответствующими растворимыми тримерами S2P.
Выводы
Таким образом, авторы адаптировали платформу наночастиц I53_dn5 для совместного отображения антигенов S2P из различных CoV. Они продемонстрировали, что качество и широта перекрестно-реактивных антител, индуцированных монотипическим отображением тримеров CoV S2P, были обширными. Тем не менее, мозаичная презентация антигенов S2P CoV на I53_dn5 может давать такие же мощные ответы антител, как и их монотипические аналоги, несмотря на более низкую молярность иммуногенов S2P из каждого CoV.
Примечательно, что отсутствовали антитела против более консервативного домена S2 с использованием SARS-1_I53_dn5 в качестве иммуногена из-за ограничения доступа BCR к домену S2. Монотипические иммуногены в виде наночастиц вызывали различные перекрестно-реактивные профили антител против каждого HCoV. Оба иммуногена SARS-1_I53_dn5 и SARS-2_I53_dn5 индуцировали сходные перекрестно-реактивные антитела и MERS_S2P-реактивные антитела.
Однако иммунизация SARS-1_I53_dn5 защищала мышей только от летального заражения MERS-CoV. Как правило, нейтрализующая активность уменьшается с увеличением широты ответов, что подчеркивает важность понимания функций ортогональных антител. Таким образом, будущие исследования должны определить оптимальный дизайн мозаичных наночастиц, чтобы обеспечить максимальную широту и эффективность.
*Важное замечание
Площадь исследований публикует предварительные научные отчеты, которые не рецензируются экспертами и, следовательно, не должны рассматриваться как окончательные, направляющие клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.
