Одинокий

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1985 (2023) Цитировать эту статью

3531 Доступов

96 Альтметрика

Подробности о метриках

Нерасщепленная конструкция, оптимизированная для предварительной слияния (UFO), может стабилизировать различные гликопротеины оболочки ВИЧ-1 (Envs). Однокомпонентные самособирающиеся белковые наночастицы (1c-SApNP) могут отображать 8 или 20 нативных тримеров Env в качестве кандидатов на вакцину. Мы охарактеризовали биофизические, структурные и антигенные свойства 1c-SApNP, которые представляют тример UFO BG505 с диким типом и модифицированными гликанами. Для 1c-SApNP обрезка гликанов улучшает распознавание сайта связывания CD4, не затрагивая антитела широкой нейтрализации (bNAbs) к основным эпитопам гликанов. У мышей, кроликов и приматов, не являющихся человеком, обрезка гликанов увеличивает частоту ответов на вакцину (FVR) и уводит реакцию антител от иммунодоминантных гликановых отверстий и гликановых участков. Механизм вакциноиндуцированного иммунитета изучен на мышах. По сравнению с тримером UFO, многослойные 1c-SApNP E2p и I3-01v9 демонстрируют в 420 раз более длительную удержку в фолликулах лимфатических узлов, в 20-32 раза большую презентацию на дендритах фолликулярных дендритных клеток и в 4 раза более сильную реакцию зародышевого центра. Эти результаты могут послужить основой для будущей разработки вакцины против ВИЧ-1.

Гликопротеин оболочки ВИЧ-1 (Env) опосредует проникновение в клетку и является мишенью гуморального иммунного ответа хозяина. Функциональный Env представляет собой тример нековалентных гетеродимеров gp120-gp41, которые образуются в результате протеолитического расщепления предшественника gp1601. В дополнение к существенному генетическому разнообразию, вызванному склонной к ошибкам обратной транскриптазой2, ВИЧ-1 использует две Env-зависимые стратегии для уклонения от иммунитета хозяина: (i) метастабильность Env вызывает неправильное сворачивание Env, выделяет gp120 и оставляет на вирусе пни gp413 и (ii) гликаны, продуцируемые хозяином, образуют плотный «гликановый щит», маскирующий поверхность Env4. Тем не менее, до 30% инфицированных людей со временем развивают сывороточную нейтрализацию большинства циркулирующих штаммов ВИЧ-1. Сотни широко нейтрализующих антител (bNAb) были выделены от ВИЧ-1-инфицированных доноров5 и нацелены на семь различных эпитопных областей Env: сайт связывания CD4 (CD4bs), три пептидно-гликановых эпитопа (вершина V2, основание V3 и gp120). -интерфейс gp41), молчащая грань (SF), слитый пептид (FP) и проксимальная внешняя область мембраны (MPER)6,7. Таким образом, эти bNAb и характеристика их эпитопов предоставили ряд шаблонов для «ориентированной на антитела» рациональной разработки вакцин8,9,10,11.

Разработка и описание нативных тримеров Env стали важной вехой в современных исследованиях ВИЧ-112,13. В то время как конструкции, полученные из gp120, являются многообещающими иммуногенами CD4bs14,15,16,17,18, текущие усилия по созданию вакцины против ВИЧ-1 в значительной степени сместились на тримеры Env, о чем свидетельствует SOSIP19,20,21,22, нативные гибко связанные (NFL)23, 24,25 и нерасщепленные тримеры, оптимизированные для предварительной слияния (UFO)26,27,28. Являясь первым рациональным дизайном тримера, SOSIP преобразовал область вакцин против ВИЧ-1 и получил огромное количество информации о структуре и иммуногенности Env29. И SOSIP, и NFL представляют собой эмпирические разработки, которые могут потребовать дополнительных мутаций для улучшения стабильности тримера (например, SOSIP.v930). Напротив, UFO может устранить основную причину метастабильности Env с помощью только двух реализаций, UFO и UFO-BG, которые были применены к различным Envs26,27,28. Хотя метастабильность Env теперь может быть решена с помощью этих трех тримерных платформ, гликановый щит остается проблемой из-за его сложной роли во взаимодействиях Env-bNAb31,32,33,34,35,36. Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС)37,38,39 и структурный анализ методами рентгеновской кристаллографии40,41,42,43,44,45,46 и криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ)47,48,49 выявили важные детали гликозилирования Env и взаимодействий bNAb-гликан, соответственно. В этих исследованиях особое внимание уделялось имитации гликанового щита функционального вирусного Env при разработке вакцины против ВИЧ-150. Хотя стратегии «многоэтапных» вакцин возникли в результате эволюционного анализа bNAbs51, гликаны стали основным фактором, требующим внимания. Последовательные иммуногены Env с делецией и повторным введением гликанов были разработаны для управления созреванием B-клеток в сторону bNAbs52,53,54. Нежелательное иммунодоминирование Env является еще одним мешающим фактором при выделении bNAb с использованием растворимых тримеров, примером чего являются гликановые дырки и неоэпитоп в основании тримера55,56. Первые (небольшие открытые белковые поверхности внутри гликанового щита) являются основной мишенью аутологичных NAb 2-го уровня у кроликов56,57,58,59,60,61,62,63,64,65, тогда как последние вызывают не- нейтрализующие антитела (nNAbs) у многих видов63,66,67 и вызывают разборку тримера во время иммунизации68. У грызунов гликановые эпитопы C3/V4 и C3/V5 ответственны за аутологичный ответ NAb, индуцированный BG505 Env69,70,71. У приматов, не являющихся человеком (NHP), тример SOSIP BG505 вызывал аутологичный ответ NAb на C3/46560,72. Таким образом, в аутологичном ответе NAb, индуцированном нативным тримером, по-видимому, доминируют поверхности Env, на которых либо отсутствуют, либо сверхэкспрессируются гликаны, что приводит к противоречивым взглядам на гликановый щит при разработке вакцин, т.е. нативность гликанов50 по сравнению с удалением или добавлением гликанов52,53 ,54,73. Манипулирование отдельными гликанами может улучшить нацеливание на эпитоп bNAb или избежать образования гликановой дыры, но не может обеспечить общее решение для вакцины, поскольку оно может быть специфичным для Env или штамма.