Гибридные белки с короткими конформационными эпитопами рецептор-связывающего домена Spike‑белка вируса SARS‑CoV‑2 способствуют выработке вируснейтрализующих антител при иммунизации

© 2022 А.С. Карягина 1,2,3*akaryagina@gmail.com, А.В. Громов 1, Т.М. Грунина 1,2, А.М. Лящук 1, М.С. Попонова 1, Д.А. Клейменов 1, Н.В. Струкова 1, М.С. Генералова 1, А.В. Рязанова 1, З.М. Галушкина 1, О.Ю. Добрынина 1, Т.Н. Большакова 1, М.В. Сергеева 4, Е.А. Романовская-Романько 4, И.В. Красильников 5, М.Е. Субботина 1,2*subbotinam@gmail.com, В.Г. Лунин 1,2

1 Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н.Ф. Гамалеи Минздрава России, 123098 Москва, Россия

2 Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, 127550 Москва, Россия

3 НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия

4 НИИ гриппа имени А.А. Смородинцева Минздрава России, 197376 Санкт-Петербург, Россия

5 Санкт-Петербургский институт вакцин и сывороток ФМБА России, 198320 Санкт-Петербург, Россия

Поступила в редакцию 31.01.2022
После доработки 16.02.2022
Принята к публикации 16.02.2022

DOI: 10.31857/S0320972522030010

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: SARS-CoV-2, Spike-белок, RBD, RBM, эпитопная вакцина, эпитоп, альдолаза.

Статья на английском языке опубликована в режиме Open Access (открытого доступа) на сайте издательства Springer. DOI: 10.1134/S0006297922040022.

Аннотация

На основе предложенного ранее подхода синтезом в клетках Escherichia coli получены гибридные рекомбинантные белки – потенциальные компоненты эпитопных вакцин, содержащие короткие конформационные эпитопы рецептор-связывающего домена Spike-белка вируса SARS‑CoV‑2 (144–153, 337–346, 414–425, 496–507 а.о.), реализующие большое количество белок-белковых взаимодействий в комплексах с нейтрализующими антителами и ACE2 (ангиотензин-превращающий фермент 2). Полученными белками трёхкратно с интервалом в 2 недели иммунизировали мышей и исследовали иммуногенность белковых антигенов и способность сывороток взаимодействовать с инактивированным вирусом SARS‑CoV‑2 и с рецептор-связывающим доменом (RBD) Spike-белка, полученным в эукариотическом продуценте. Все рекомбинантные белки демонстрировали высокую иммуногенность. Наиболее высокий титр при связывании с RBD Spike-белка продемонстрировала сыворотка, полученная при иммунизации белком на основе эпитопа 414–425. При этом титры сывороток при связывании с инактивированным вирусом и RBD в случае остальных белков оказались существенно ниже титров для полученных ранее четырёх белков на основе петлеобразных эпитопов 452–494 и 470–491, конформация которых дополнительно фиксировалась дисульфидной связью. Для всех белков – полученных ранее и в данной работе – проведено исследование активации клеточного иммунитета, детектируемой по уровню синтеза цитокинов спленоцитами иммунизированных мышей. Максимально выраженный уровень повышения синтеза цитокинов наблюдался в случае ответа на белки, включающие эпитопы с дисульфидными связями (452–494, 470–491), а также эпитопы 414–425 и 496–507. После оптимизации адъюванта для некоторых рекомбинантных белков с короткими конформационными эпитопами RBD Spike-белка были получены сыворотки мышей, демонстрирующие вируснейтрализующий эффект в реакции микронейтрализации с живым вирусом SARS‑CoV‑2 (hCoV‑19/Russia/StPetersburg-3524/2020 EPI_ISL_415710 GISAID). Полученные результаты могут быть использованы для разработки эпитопных вакцин для профилактики COVID‑19 и других вирусных инфекций.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20‑04‑6037320). Получение белка Rop-RBM-Rop-Tri-HBD и исследование его способности вызывать образование вируснейтрализующих антител было проведено в рамках государственного задания Министерства здравоохранения Российской Федерации № 056‑00119‑21‑00 («Разработка препарата блокатора рецептора АСЕ2 для профилактики и терапии коронавирусной инфекции»).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

Список литературы

1. Burton, D. R. (2002) Antibodies, viruses and vaccines, Nat. Rev. Immunol., 9, 706-713, doi: 10.1038/nri891.

2. Neu, K. E., Henry Dunand, C. J., and Wilson, P. C. (2016) Heads, stalks and everything else: how can antibodies eradicate influenza as a human disease? Curr. Opin. Immunol., 42, 48-55, doi: 10.1016/j.coi.2016.05.012.

3. Sok, D., and Burton, D. R. (2018) Recent progress in broadly neutralizing antibodies to HIV, Nat. Immunol., 19, 1179-1188, doi: 10.1038/s41590-018-0235-7.

4. Dejnirattisai, W., Supasa, P., Wongwiwat, W., Rouvinski, A., Barba-Spaeth, G., et al. (2016) Dengue virus sero-cross-reactivity drives antibody-dependent enhancement of infection with zika virus, Nat. Immunol., 17, 1102-1108, doi: 10.1038/ni.3515.

5. Lu, S., Xie, X. X., Zhao, L., Wang, B., Zhu, J., et al. (2021) The immunodominant and neutralization linear epitopes for SARS-CoV-2, Cell Rep., 34, 108666, doi: 10.1016/j.celrep.2020.108666.

6. Sekimukai, H., Iwata-Yoshikawa, N., Fukushi, S., Tani, H., Kataoka, M., et al. (2020) Gold nanoparticle-adjuvanted S protein induces a strong antigen-specific IgG response against severe acute respiratory syndrome-related coronavirus infection, but fails to induce protective antibodies and limit eosinophilic infiltration in lungs, Microbiol. Immunol., 64, 33-51, doi: 10.1111/1348-0421.12754.

7. Karyagina, A. S., Gromov, A. V., Grunina, A. M., Lyaschuk, A. M., Grishin, A. V., et al. (2021) Development of a platform for producing recombinant protein components of epitope vaccines for the prevention of COVID-19, Biochemistry (Moscow), 86, 1275-1287, doi: 10.1134/S0006297921100096.

8. Manenti, A., Maggetti, M., Casa, E., Martinuzzi, D., Torelli, A., et al. (2020) Evaluation of SARS-CoV-2 neutralizing antibodies using a CPE-based colorimetric live virus micro-neutralization assay in human serum samples, J. Med. Virol., 92, 2096-2104, doi: 10.1002/jmv.25986.

9. Barchuk, A., Shirokov, D., Sergeeva, M., Tursun Zade, R., Dudkina, O., et al. (2021) Evaluation of the performance of SARS-CoV-2 antibody assays for a longitudinal population-based study of COVID-19 spread in St. Petersburg, Russia, J. Med. Virol., 93, 5846-5852, doi: 10.1002/jmv.27126.

10. Lan, J., Ge, J., Yu, J., Shan, S., Zhou, H., et al. (2020) Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor, Nature, 581, 215-220, doi: 10.1038/s41586-020-2180-5.

11. Ju, B., Zhang, Q., Ge, J., Wang, R., Sun, J., et al. (2020) Human neutralizing antibodies elicited by SARS-CoV-2 infection, Nature, 584, 115-119, doi: 10.1038/s41586-020-2380-z.

12. Cao, Y., Su, B., Guo, X., Sun, W., Deng, Y., et al. (2020) Potent neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 identified by high-throughput single-cell sequencing of convalescent patients’ B cells, Cell, 182, 73-84.e16, doi: 10.1016/j.cell.2020.05.025.

13. Brouwer, P., Caniels, T. G., van der Straten, K., Snitselaar, J. L., Aldon, Y., et al. (2020) Potent neutralizing antibodies from COVID-19 patients define multiple targets of vulnerability, Science, 369, 643-650, doi: 10.1126/science.abc5902.

14. Hansen, J., Baum, A., Pascal, K. E., Russo, V., Giordano, S., et al. (2020) Studies in humanized mice and convalescent humans yield a SARS-CoV-2 antibody cocktail, Science, 369, 1010-1014, doi: 10.1126/science.abd0827.

15. Jones, B. E., Brown-Augsburger, P. L., Corbett, K. S., Westendorf, K., Davies, J., et al. (2021) The neutralizing antibody, LY-CoV555, protects against SARS-CoV-2 infection in nonhuman primates, Sci. Transl. Med., 13, eabf1906, doi: 10.1126/scitranslmed.abf1906.

16. Chi, X., Yan, R., Zhang, J., Zhang, G., Zhang, Y., et al. (2020) A neutralizing human antibody binds to the N-terminal domain of the Spike protein of SARS-CoV-2, Science, 369, 650-655, doi: 10.1126/science.abc6952.

17. Suryadevara, N., Shrihari, S., Gilchuk, P., VanBlargan, L. A., Binshtein, E., et al. (2021) Neutralizing and protective human monoclonal antibodies recognizing the N-terminal domain of the SARS-CoV-2 spike protein, Cell, 184, 2316-2331.e15, doi: 10.1016/j.cell.2021.03.029.

18. McCallum, M., De Marco, A., Lempp, F. A., Tortorici, M. A., Pinto, D., et al. (2021) N-terminal domain antigenic mapping reveals a site of vulnerability for SARS-CoV-2, Cell, 184, 2332-2347.e16, doi: 10.1016/j.cell.2021.03.028.

19. Sarkar, I., Garg, R., and van Drunen Littel-van den Hurk, S. (2019) Selection of adjuvants for vaccines targeting specific pathogens, Expert Rev. Vaccines, 18, 505-521, doi: 10.1080/14760584.2019.1604231.

20. Iwata-Yoshikawa, N., Uda, A., Suzuki, T., Tsunetsugu-Yokota, Y., Sato, Y., et al. (2014) Effects of Toll-like receptor stimulation on eosinophilic infiltration in lungs of BALB/c mice immunized with UV-inactivated severe acute respiratory syndrome-related coronavirus vaccine, J. Virol., 88, 8597-8614, doi: 10.1128/JVI.00983-14.

21. He, X., Hong, W., Pan, X., Lu, G., and Wei, X. (2021) SARS-CoV-2 Omicron variant: Characteristics and prevention, MedComm, 2, 838-845, doi: 10.1002/mco2.110.