БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 2, с. 260–271

УДК 577.11

Характеристика комплексов, полученных методом биоконъюгации генетически модифицированных частиц ВТМ и консервативного антигена вируса гриппа А*

© 2020 Т.В. Гасанова **, А.А. Королева, Е.В. Скурат, П.А. Иванов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва, Россия; электронная почта: tv.gasanova@gmail.com

Поступила в редакцию 30.09.2019
После доработки 08.11.2019
Принята к публикации 16.11.2019

DOI: 10.31857/S0320972520020098

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: биоконъюгация, вирус табачной мозаики (ВТМ), генетическая модификация частиц, грипп А, мультивалентная нановакцина.

Аннотация

Получены биокомплексы вирионбелок между генетически модифицированными частицами вируса табачной мозаики (ВТМ, tobacco mosaic virus, TMV) и рекомбинантным белком, несущим консервативный антиген эпитоп M2e вируса гриппа. Вирусный вектор TMV-N-lys был создан на основе генома ВТМ штамма U1 путем внесения остатка реакционно-способного лизина (lys) в N-концевую область белка оболочки (БО), экспонированную на поверхности частиц. Растения Nicotiana benthamiana инокулировали культурой агробактерии, трансформированной TMV-N-lys. Вирионы TMV-N-lys были выделены из экстрактов системных листьев. Анализ препарата TMV-N-lys с помощью электрофореза в полиакриламидном геле показал наличие белка с подвижностью ~21 кДа. Электронная микроскопия препарата TMV-N-lys подтвердила стабильность модифицированных вирусных частиц. Химическое связывание частиц TMV-N-lys и M2e-антигена вируса гриппа, эспрессированного в E. coli, производили с помощью 5 mM 1-этил-3-(3-диметил-аминопропил)-карбодиимида (EDC) и 1 mM N-гидроксисукцинимида (NHS). Вестерн-блот анализ подтвердил наличие комплексов, образованных рекомбинантным белком и модифицированными частицами TMV-N-lys. Диаметр комплексов практически не отличался от исходных вирионов TMV-N-lys, но биокомплексы образовывали высокоорганизованную и разветвленную сеть с электронно-плотными «зернами». Динамическое рассеяние света продемонстрировало, что одиночные пики, соответствующие комплексам TMV-N-lys/DHFR-M2e, были значительно смещены относительно контрольных вирионов TMV-N-lys. Косвенный иммуноферментный анализ с использованием TMV- и M2e-специфических антител показал, что комплексы сохраняют стабильность при длительной адсорбции. Полученные результаты позволяют использовать данные биокомплексы для совершенствования кандидатных универсальных вакцин против вируса гриппа.

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio. msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19-282, 30.12.2019.

** Адресат для корреспонденции.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

В данной статье нет исследований, в которых были использованы в качестве объектов люди или животные.

Список литературы

1. Krammer, F. (2016) Novel universal influenza virus vaccine approaches, Cur. Opin. Virology, 17, 95–103, doi: 10.1016/j.coviro.2016.02.002.

2. Deng, L., Cho, K.J., Fiers, W., and Saelens, X. (2015) M2e-based universal influenza a vaccines, Vaccines, 3, 105–136, doi: 10.3390/vaccines3010105.

3. Virelizier, J.L., Allison, A.C., Oxford, J.S., and Schild, G.C. (1977) Early presence of ribonucleoprotein antigen on surface of influenza virus-infected cells, Nature, 266, 52–54, doi: 10.1038/266052a0.

4. Xue, C., Tian, G., Chen, X., Liu, Q., Ma, J., Xu, S., Li, X., Chen, H., and Cao, Y. (2015) Incorporation of conserved nucleoprotein into influenza virus-like particles could provoke a broad protective immune response in BALB/c mice and chickens, Virus Res., 195, 35–42, doi: 10.1016/j.virusres.2014.09.018.

5. Gotch, F., McMichael, A., Smith, G., and Moss, B. (1987) Identification of viral molecules recognised by influenza specific human cytotoxic T lymphocytes, J. Exp. Med., 165, 401–416, doi: 10.1084/jem.165.2.408.

6. Boyd, A.C., Ruiz-Hernandez, R., Peroval, M.Y., Carsona, C., Balkissoonb, D., Staines, K., Turner, A.V., Hill, A.V.S., Gilbert, S.C., and Butter, C. (2013) Towards a universal vaccine for avian influenza: protective efficacy of modified vaccinia virus Ankara and Adenovirus vaccines expressing conserved influenza antigens in chickens challenged with low pathogenic avian influenza virus, Vaccine, 31, 670–675, doi: 10.1016/j.vaccine.2012.11.047.

7. Pushko, P., Pearce, M.B., Ahmad, A., and Tretyakova, I. (2011) Influenza virus-like particle can accommodate multiple subtypes of hemagglutinin and protect from multiple influenza types and subtypes, Vaccine, 29, 5911–5918, doi: 10.1016/j.vaccine.2011.06.068.

8. Fiers, W., De Filette, M., Bakkouri, K., Schepens, B., Roose, K., Schotsaert, M., Birkett, A., and Saelens, X. (2009) M2e-based universal influenza A vaccine, Vaccine, 27, 6280–6283, doi: 10.1016/j.vaccine.2009.07.007.

9. Petukhova, N.V., Gasanova, T.V., Stepanova, L.A., Rusova, O.A., Potapchuk, M.V., Korotkov, A.V., Skurat, E.V., Tsybalova, L.M., Kiselev, O.I., Ivanov, P.A., and Atabekov, J.G. (2013) Immunogenicity and protective efficacy of candidate universal influenza A nanovaccines produced in plants by tobacco mosaic virus-based vectors, Curr. Pharm. Des., 19, 5587–5600, doi: 10.2174/13816128113199990337.

10. Stepanova, L.A., Kotlyarov, R.Y., Kovaleva, A.A., Potapchuk, M.V., Korotkov, A.V., Sergeeva, M.V., Kasianenko, M.A., Kuprianov, V.V., Ravin, N.V., Tsybalova, L.M., Skryabin, K.G., Kiselev, O.I. (2015) Protection against multiple influenza A virus strains induced by candidate recombinant vaccine based on heterologous M2e peptides linked to flagellin, PLoS One, 10, e0119520, doi: 10.1371/journal.pone.0119520.

11. Mallajosyula, J.K., Hiatt, E., Hume, S., Johnson, A., Jeevan, T., Chikwamba, R., Pogue, G.P., Bratcher, B., Haydon, H., Webby, R.J., and McCormick, A.A. (2014) Single-dose monomeric HA subunit vaccine generates full protection from influenza challenge, Hum. Vaccin. Immunother., 10, 586–595, doi: 10.4161/hv.27567.

12. Van Regenmortel, M.H. (1999) The antigenicity of tobacco mosaic virus, Philos. Trans. R Soc. Lond. B Biol. Sci., 354, 559–568, doi: 10.1098/rstb.1999.0407.

13. McCormick, A.A., Corbo, T.A., Wykoff-Clary, S., Palmer, K.E., and Pogue, G.P. (2006) Chemical ocnjugate TMV-peptide bivalent fusion vaccines improve cellular immunity and tumor protection, Bioconjugate Chem., 17, 1330-1338, doi: 10.1021/bc060124m.

14. Bruckman, M.A., Randolph, L.N., VanMeter, A., Hern, S., Shoffstall, A.J., Taurog, R.E., and Steinmetz, N.F. (2014) Biodistribution, pharmacokinetics, and blood compatibility of native and PEGylated tobacco mosaic virus nano-rods and -spheres in mice, Virology, 449, 163–173, doi: 10.1016/j.virol.2013.10.035.

15. Smith, M.L., Lindbo, J.A., Dillad-Telm, S., Brosio, P.M., Lasnik, A.B., McCormick, A.A., Nguyen, L.V., and Palmer, K.E. (2006) Modified tobacco mosaic virus particles as scaffolds for display of protein antigens for vaccine applications, Virology, 348, 475–488, doi: 10.1016/j.virol.2005.12.039.

16. Gasanova, T.V., Petukhova, N.V., and Ivanov, P.A. (2016) Chimeric particles of tobacco mosaic virus as a platform for the development of next-generation nanovaccines, Nanotechnologies in Russia, 11, 227–236, doi: 10.1134/S1995078016020051.

17. Lee, S.Y., Royston, E., Culver, J.N., and Harris, M.T. (2005) Improved metal cluster deposition on a genetically engineered tobacco mosaic virus template, Nanotechnology, 16, 435–441, doi: 10.1088/0957-4484/16/7/019.

18. Banik, S., Mansour, A.A., Suresh, R.V., Wykoff-Clary, S., Malik, M., McCormick, A.A., and Bakshi, C.S. (2015) Devel-opment of a multivalent subunit vaccine against tularemia using tobacco mosaic virus (TMV) based delivery system, PLoS One, 10, e0130858, doi: 10.1371/journal.pone.0130858.

19. Narain, R. (2014) Chemistry of bioconjugates: synthesis, characterization, and biomedical applications, doi: 10.1002/9781118775882.

20. Petukhova, N.V., Gasanova, T.V., Ivanov, P.A., and Atabekov, J.G. (2014) High-level systemic expression of conserved influenza epitope in plants on the surface of rod-shaped chimeric particles, Viruses, 6, 1789–1800, doi: 10.3390/v6041789.

21. Liu, R., Vaishnav, R.A., Roberts, A.M., and Friedland, R.P. (2013) Humans have antibodies against a plant virus: evidence from tobacco mosaic virus, PLoS One, e60621, doi: 10.1371/journal.pone.0060621.

22. Geng, Y., Dalhaimer, P., Cai, S.S., Tsai, R., Tewari, M., Minko, T., and Discher, D.E. (2007) Shape effects of filaments versus spherical particles in flow and drug delivery, Nat. Nanotechnol., 2, 249–255, doi: 10.1038/nnano.2007.70.

23. Arnida, Janát-Amsbury M.M., Ray, A., Peterson, C.M., and Ghandehari, H. (2011) Geometry and surface characteristics of gold nano particles influence their biodistribution and uptake by macrophages, Eur. J. Pharm. Biopharm., 77, 417–423, doi: 10.1016/j.ejpb.2010.11.010.

24. Huntley, J.F., Conley, P.G., Rasko, D.A., Hagman, K.E., Apicella, M.A., and Norgard, M.V. (2008) Native outer membrane proteins protect mice against pulmonary challenge with virulent type A Francisella tularensis, Infect Immun., 76, 3664–3671, doi: 10.1128/IAI.00374-08.

25. Apicella, M.A., Post, D.M., Fowler, A.C., Jones, B.D., Rasmussen, J.A., Hunt, J.R. Imagawa, S., Choudhury, B., Inzana, T.J., Maier, T.M., Frank, D.W., Zahrt, T.C., Chaloner, K., Jennings, M.P., McLendon, M.K., and Gibson, B.W. (2010) Identification, characterization and immunogenicity of an O-antigen capsular polysaccharide of Francisella tularensis, PLoS One, 5, e11060, doi: 10.1371/journal.pone.0011060.

26. Huntley, J.F., Conley, P.G., Hagman, K.E., and Norgard, M.V. (2007) Characterization of Francisella tularensis outer membrane proteins, J. Bacteriol., 189, 561–574, doi: 10.1128/JB.01505-06.

27. Mallajosyula, J.K., Jeevan, T., Chikwamba, R., Webby, R.J., and McCormick, A.A. (2016) A single dose TMV-HA vaccine protects mice from H5N1 Influenza challenge, Intern. J. Vaccine Res.,. 1, 6, doi: 10.15226/2473-2176/1/2/00106.

28. Palmer, K.E., Benko, A., Doucette, S.A., Cameron, T.I., Foster, T., Hanley, K.M., McCormick, A.A., McCulloch, M., Pogue, G.P., Smith, M.L., and Christensen, N.D. (2006) Protection of rabbits against cutaneous papillomavirus infection using recombinant tobacco mosaic virus containing L2 capsid epitopes, Vaccine, 24, 5516–5525, doi: 10.1016/j.vaccine.2006.04.058.

29. Jiang, L., Li, Q., Li, M., Zhou, Z., Wu, L., Fan, J., Zhang, Q., Zhu, H., and Xu, Z. (2006) A modified TMV-based vector facilitates the expression of longer foreign epitopes in tobacco., Vaccine, 24, 109–115, doi: 10.1016/j.vaccine.2005.09.060.

30. Fitchen, J., Beachy, R.N., and Hein, M.B. (1995) Plant virus expressing hybrid coat protein with added murine epitope elicits autoantibody response, Vaccine, 13, 1051–1057, doi: 10.1016/0264-410x(95)00075-c.

31. Frolova, O.Y., Petrunia, I.V., Komarova, T.V., Kosorukov, V.S., Sheval, E.V., Gleba, Y.Y., and Dorokhov, Y.L. (2010) Trastuzumab-binding peptide display by tobacco mosaic virus, Virology, 407, 7–13, doi: 10.1016/j.virol.2010.08.005.

32. Koo, M., Bendahmane, M., Lettieri, G.A., Paoletti, A.D., Lane, T.E., Fitchen, J.H., Buchmeier, M.J., and Beachy, R.N. (1999) Protective immunity against murine hepatitis virus (MHV) induced by intranasal or subcutaneous administration of hybrids of tobacco mosaic virus that carries an MHV epitope, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 7774–7779, doi: 10.1073/pnas.96.14.7774.