Повторяющиеся зоонозные побочные эффекты α- и β-коронавирусов (CoV) значительно увеличили заболеваемость и смертность во всем мире. Распространение коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома-2 (SARS-CoV-2), вероятно, происходит от летучей мыши или панголина. Этот высокоинфекционный вирус привел к пандемии коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), унесшей более 6,64 миллиона жизней во всем мире.
Исследование: Мнаночастицы osaic RBD индуцируют межродовые перекрестно-реактивные антитела и защищают от заражения SARS-CoV-2. Изображение предоставлено: thinkhubstudio / Shutterstock
Задний план
SARS-CoV-2 содержит белок шипа (S), который состоит из двух субъединиц, а именно S1 и S2. Субъединица S1 связывается с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) хозяина, в то время как субъединица S2 способствует слиянию мембран для установления вирусной инфекции. Следовательно, белок S является основной мишенью нейтрализующих антител (нАТ).
Субъединица S1 содержит рецептор-связывающий домен (RBD) и N-концевой домен (NTD), а также два субдомена S1 (SD1 и SD2). Домен RBD отвечает за более чем 90% нейтрализующей активности, что выяснено при изучении пациентов, выздоравливающих от COVID-19, и вакцинированных лиц. Интересно, что мономер, димер и тример RBD вызывали сильные ответы антител. Кроме того, самособирающиеся мультивалентные наночастицы RBD индуцировали значительный иммунный ответ.
Вспышки вариантов SARS-CoV-2 были вызваны ослаблением иммунитета, уклонением от иммунитета и повышенной заразностью. Некоторые из вариантов, такие как штаммы Delta и Omicron, менее уязвимы к RBD-направленным антителам. Однако после введения третьей дозы вакцины от COVID-19 были зафиксированы более низкие показатели инфицирования и тяжелого течения болезни.
Иммунологический импринтинг против штаммоспецифических антигенов может вызвать чрезмерную специализацию иммунодоминантных В-клеток с ограниченной широтой. Однако гетерологичные RBD на наночастицах были более выгодными, чем перекрестно-реактивные В-клетки, особенно для индукции более широкого ответа антител. Тем не менее, ключевым недостатком платформ мозаичных наночастиц является их зависимость от стохастической сборки, когда для сборки мозаичных наночастиц используется смесь антиген-слитых меток. Исключительно сложно совместно отображать гетерологичные RBD в массовом производстве, поскольку трудно добиться равномерного распределения антигенов на наночастицах.
Новое исследование
Недавний ПНАС В исследовании, проведенном в журнале, была предпринята попытка устранить указанный выше недостаток и была разработана новая стратегия, включающая самособирающийся каркас из ядерного антигена пролиферирующих клеток (PCNA). Этот метод позволяет создавать наночастицы, содержащие равномерно включенные гетеротипические антигены.
PCNA представляет собой белок, который сворачивает ДНК как фактор процессивности. Гипертермофильные археи, а именно Saccharolobus solfataricus обладает гетеротримерным PCNA, который был выбран в качестве каркаса с тремя субъединицами (PCNA1, PCNA2 и PCNA3).
Несмотря на низкое сходство последовательностей, субъединицы PCNA имеют сходную структуру, содержат около 250 аминокислот и расположены последовательно. PCNA1 и PCNA2 объединяются и рекрутируют PCNA3 с образованием гетеротримера, константы диссоциации которого находятся между микромолярными и наномолярными диапазонами.
В текущем исследовании было отобрано шесть RBD-SD1, полученных из α- и β-коронавирусов, связанных с зоонозной инфекцией. Эти гетерологичные RBD-SD1 были слиты на концах PCNA1, PCNA2 и PCNA3, которые самособирались в точном порядке с образованием 6RBD-np. Характеристика 6RBD-np выявила кольцеобразную дисковую структуру с шестью выступающими RBD-SD1. Структура наночастиц напоминала драгоценные камни в короне размером около 40 нм.
β-CoV, hCoV HKU1, SARS-CoV, SARS-CoV-2 и MERS-CoV имеют общий пятицепочечный антипараллельный β-лист и расширенные петли рецептор-связывающих мотивов, в то время как α-CoV, hCoV 229E и NL63 разделяет β-сэндвич из трехцепочечных β-листов. При наложении шесть структур RBD имеют общий центральный β-лист с различным расположением расширенных петель.
Результаты исследования
На основании антигенной характеристики было обнаружено, что шесть гетерологичных антигенов равномерно распределены по 6RBD-np. Это открытие подчеркнуло преимущества использования субъединиц PCNA для разработки мозаичных мультивалентных антигенов по сравнению с ранее использовавшимися платформами стохастической сборки.
Примечательно, что мыши BALB/c, которым вводили 6RBD-np, демонстрировали повышенные уровни титров антител для каждого антигена в сыворотке после ревакцинации. Трансгенные мыши hACE2 после повторной вакцинации 6RBD-np продемонстрировали защищенный иммунный ответ против заражения диким типом (WT) SARS-CoV-2 и Delta. Важно отметить, что эта обработанная группа показала только 100% выживаемость среди антигенной группы.
Анализы нейтрализации на основе псевдовирусов и аутентичных вирусов показали, что 6RBD-np индуцирует значительно высокие титры nAb, которые обладают широкой способностью нейтрализовать сыворотку. В зараженных сыворотках группы S-PCNA1 и 6RBD-np демонстрировали значительные титры антител против RBD, полученных от SARS-CoV и SARS-CoV-2.
Хотя группа 6RBD-np демонстрировала высокие титры антител против RBD hCoVs HKU1 и MERS, группы S-2P и 6RBD-np продемонстрировали высокие титры против 229E и NL63. Поскольку высокие уровни антител в группе S-2P против RBD 229E и NL63 были обнаружены только при контрольном заражении WT, они соответствующим образом указывают на важность размера антигена. Это связано с тем, что S-2P и 6RBD-np были среди изученных антигенов самого большого размера.
Выводы
Недавно разработанный мозаичный 6RBD-np содержит пять RBD β-CoV и RBD α-CoV, которые индуцируют мощный ответ антител в сыворотке против RBD не только для α- и β-CoV, но и для RBD hCoV NL63. Важно отметить, что 6RBD-np также проявлял значительную эффективность против CoV летучих мышей RaTG13 и варианта Omicron (BA.1). Текущее исследование показало, что 6RBD-np играет решающую роль в достижении иммунитета широкого спектра на основе конформационно консервативных эпитопов.
