синтез вирусной РНК, происхождение и вакцины

В недавнем исследовании, опубликованном в Текущие исследования в области иммунологииИсследователи проанализировали характеристики коронавирусов (CoV) и новых кандидатов на вакцины против CoV.

Фон

CoV представляют собой группу вирусов с положительной цепью, оболочечных рибонуклеиновых кислот (РНК), принадлежащих к ты этого не делал заказ. В составе четыре рода Ортокоронавирины подсемейство: Бета, Альфа, Дельтаа также ГаммаКоВ. Эти четыре рода вирусов могут инфицировать многочисленных птиц и млекопитающих, даже людей, и вызывать различные клинические признаки в зависимости от пораженного органа и ткани.

Семь известных CoV могут заразить человека. Среди этих CoV HCoV-OC43, HCoV-229E, HCoV-HUK1 и HCoV-NL63 вызывают легкие инфекции, сравнимые с простудными заболеваниями. С другой стороны, коронавирус ближневосточного респираторного синдрома (MERS-CoV), коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV) и SARS-CoV-2 вызывают потенциально смертельные тяжелые респираторные инфекции. Более того, уровни смертности и трансмиссивность трех значительно патогенных CoV человека различаются.

Об исследовании

В текущем обзоре исследователи обобщили ключевые концепции биологии CoV, которые влияют на создание противовирусных подходов, таких как синтез и источник вирусной РНК. Кроме того, они рассмотрели новые методы вакцины против CoV, основанные на репликонах РНК, полученных из CoV.

Репликация, транскрипция CoV и стабильность их генома

Полипротеины CoV, такие как полипротеин 1a (pp1a), ко- и посттрансляционно превращаются в 16 неструктурных белков (nsps). Кроме того, большинство nsps CoV ответственны за продукцию субгеномной матричной РНК (sgmRNA) и репликацию вирусного генома. В то время как репликация генома CoV требует непрерывного синтеза РНК, транскрипция была прерывистой процедурой во время синтеза sgmRNAs, что характерно для РНК-вирусов.

Транскрипция включает переключение матрицы во время синтеза субгеномной РНК с отрицательной цепью для включения реплики лидерной последовательности в развивающуюся отрицательную РНК. Такие факторы, как контакты РНК-РНК высокого порядка и адгезия вируса и клеточного белка к РНК, играют роль в регуляции транскрипции CoV.

Кроме того, изменчивость генома РНК CoV значительно увеличивается за счет прерывистого синтеза. Кроме того, рекомбинация РНК с выбором копии с высокой частотой и сходством была аналогична транскрипции CoV.

Происхождение человеческих CoV

Три смертельных CoV, которые поражают людей, имеют зоонозное происхождение, включая SARS-CoV-2. Эти CoV имеют летучих мышей в качестве естественного резервуара, а промежуточный хозяин передает вирус людям. Люди заразились MERS-CoV от верблюдов и SARS-CoV от циветт. Кроме того, SARS-CoV-2, скорее всего, передавался от енотов людям, поскольку вирус с последовательностью, сходной с SARS-CoV-2 на 99,998%, был обнаружен в экскрементах енота, обнаруженных в металлических клетках на рынке Хуанань в Ухане. Угроза появления новых патогенных вариантов возрастает, когда адаптированный к животным SARS-CoV-2 может заражать людей и преодолевать видовые барьеры, как это произошло с норками.

Кандидат на вакцину MERS-CoV на основе репликона РНК

Лаборатория авторов ранее разработала дефектные по размножению и способные к репликации репликоны РНК, полученные из CoV, в качестве потенциальных платформ для разработки вакцин. По сравнению с традиционными вакцинами на основе информационной РНК (мРНК), в этих репликонах использовалась доза РНК, которая была в 60 раз ниже.

Первый метод конструирования геномов CoV был создан путем клонирования копии комплементарной дезоксирибонуклеиновой кислоты (кДНК) CoV в бактериальные искусственные хромосомы (BAC). Этот метод оказался решающим для создания самовоспроизводящихся РНК из геномов РНК CoV путем удаления группы генов.

Команда обнаружила, что в отсутствие комплементации белка оболочки (E) вирусоподобные частицы (VLP), несущие репликоны рекомбинантной РНК MERS-CoV-ΔE (rMERS-CoV-ΔE), не были заразными. Эти ВПЧ были искусственно выделены из инфицированных клеток путем замораживания-оттаивания и остались неинфекционными, что подтверждает их безопасность. Однократная иммунизация репликоном rMERS-CoV-ΔE защитила очень уязвимых трансгенных мышей с кератином 18-дипептидилпептидазой 4 человека (K18-hDPP4) от смертельной вирусной инфекции.

Удаление около пяти отдельных генов в контексте вируса, адаптированного к мышам (rMERS-MA30-Δ[4a, 3, 4b, E, 5]) улучшили безопасность РНК-репликона на основе rMERS-CoV-ΔE. Вероятность рекомбинации с другими человеческими CoV, такими как HCoV-229-E, была снижена за счет делеции других несущественных генов в РНК, таких как 5 и 3. Команда обнаружила, что у мышей с нокаутом hDPP4 (KI) рМЕРС-МА30-Δ[4a, 3, 4b, E, 5] репликон вызывал иммунитет против летальной дозы вируса MERS-MA30 и усиленный стерилизующий иммунитет с высоким уровнем нейтрализующих антител.

Кандидаты на вакцины против SARS-CoV-2 следующего поколения на основе безопасных и эффективных репликонов РНК, дефектных в отношении размножения и способных к репликации

Авторы стремились полностью или частично удалить гены репликазы и репликазы, расположенные в дистальных доменах генома, чтобы повысить биобезопасность репликона на основе SARS-CoV-2, чтобы избежать возможности того, что один случай рекомбинации с циркулирующими CoV может восстановить вирулентность вируса и возможность распространения. Генерация VLP из упаковывающих клеточных линий, транскомплементирующих РНК-репликоны белками, необходимыми для размножения репликона, была наиболее эффективным методом получения РНК-репликона на основе SARS-CoV-2.

VLP SARS-CoV-2 обеспечивали полную защиту от вирусных инфекций, что было продемонстрировано оценкой варианта вакцины на основе РНК-репликона SARS-CoV-2 на гуманизированных трансгенных мышах K18-ангиотензинпревращающий фермент 2 (hACE2) человека, иммунизированных интраназально. Для дальнейшей проверки безопасности и эффективности вакцины-кандидата на основе репликона РНК ученые оценили ее на животных-приматах и ​​моделях хомяков.

Выводы

В целом в настоящей рукописи авторы заявили, что CoV обладают самым широким геномом среди РНК-вирусов и могут хранить значительный объем данных без интеграции своих геномов при репликации в цитоплазме клетки. Транскрипция sgmRNA CoV, которая включает переключение матрицы и имитирует стратегию высокочастотной рекомбинации, которая может способствовать изменчивости генома вируса, была прерывистой процедурой, в отличие от непрерывной репликации вируса.

Три смертельных человеческих CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2 и SARS-CoV, возникли в результате зоонозной передачи. Белок шипа (S) SARS-CoV-2 содержит фуриновую протеолитическую область, облегчающую активацию вируса в любой ткани, что делает этот штамм CoV в значительной степени патогенным и политропным.

Путем исключения гена белка Е, необходимого для вирулентности и жизненно важного морфогенеза вируса, и дополнительных генов 4a, 3, 5 и 4b, отвечающих за антагонизм врожденного иммунитета, был синтезирован РНК-репликон с дефектом размножения с использованием БВРС-КоВ в качестве матрицы для ослабления БВРС-КоВ. -Δ[4a, 3, 5, 4b, E]. Этот РНК-репликон был жизнеспособной перспективой вакцины против этого вируса и интригующей платформой для создания векторной вакцины, поскольку он сильно подавлял и индуцировал стерилизующий иммунитет после однократной интраназальной иммунизации у трансгенных мышей, несущих рецептор MERS-CoV.

Кроме того, команда отметила возможность разработки подхода к разработке вакцин с РНК-репликонами, нацеленных на другие CoV, патогенные для человека.