Editorial na Téma Výzkumu

Epitop Objev a Syntetické Vakcíny Design

Tradiční a první generace vakcíny jsou složeny z živých nebo pevné celá patogenů, zatímco druhá generace vakcín zahrnují, mimo jiné, nativní proteinové antigeny purifikovaný z patogenu. Vakcíny třetí generace jsou navíc složeny z DNA plazmidů schopných exprimovat sekvenci nejdůležitějších antigenů patogenního proteinu v hostiteli. Během tohoto vývoje vakcín však došlo ke zvýšení bezpečnosti se ztrátou účinnosti, která byla kompenzována použitím adjuvans.

posledním krokem ve vývoji vakcínových formulací je vývoj epitopových vakcín. Epitopy jsou krátké aminokyselinové sekvence proteinu, které mohou indukovat přímější a silnější imunitní odpověď než odpověď indukovaná celým příbuzným proteinem (1).

kromě toho, strategie pro rozvoj epitop vakcín vyžaduje přesné znalosti o pořadí aminokyselin z imunogenní protein zájmu. Protože vakcíny proti parazitům, bakteriím nebo virovým infekcím a nádorům vyžadují buněčnou imunitní odpověď pro prevenci, kontrolu a léčbu, byla vyvinuta strategie zvaná reverzní Vakcinologie (RV). RV přístup využívá informace z kodon sekvence obsažené v DNA patogenu získat komplementární cDNA, a dále překládá získat sekvence proteinu zájmu. Jakmile jsou tyto proteiny uvnitř buněk prezentujících antigen (APC) hostitele, jsou zpracovány. Epitopy T buněk jsou pak proteolyticky štěpeny z proteinu a dále vystaveny molekulám MHC povrchu APC, aby interagovaly s receptory T buněk. Proto, s vědomím primární sekvence proteinu antigeny, epitopy mohou být identifikovány pomocí klonování domény nebo menší peptidy, bílkoviny odděleně a experimentálně určit, která z nich je více imunogenní, nebo alternativně, pomocí screeningu celé proteinové sekvence pomocí in silico predikce programy .

struktura molekul MHC na molekulách APC, MHC třídy I má jediný alfa řetězec, který ovlivňuje vazbu, a vazebná drážka leží mezi doménami alfa 1 a alfa 2 (Fleri et al.). Protože je vazebná drážka uzavřena, může pojmout pouze kratší peptidy (8-14 aminokyselin). Jádro vázající drážku má pouze devět aminokyselin. Molekuly MHC třídy II mají naproti tomu dva řetězce, alfa a beta, které ovlivňují vazbu. Vazebná drážka je otevřená a může pojmout delší peptidy (13-25 aminokyselin), ale vazebné jádro má 9 aminokyselinových zbytků s 0-5 zbytky lemujícími na každé straně. Pouze alfa řetězec je variabilní v molekulách třídy I, takže nomenklatura je “ HLA “ následovaná lokusem a, B nebo C, hvězdičkou a číslem alely, kterou představuje. Pro molekuly třídy II, jak Alfa, tak beta řetězce ovlivňují vazbu a oba jejich řetězce jsou variabilní pro lokusy DP a DQ. Pro dr lokus je však variabilní pouze beta řetězec (Fleri et al .). Pro všechny uvedené charakteristiky je predikce vazby MHC třídy II náročnější než pro molekuly třídy I. Na základě různých algoritmů strojového učení bylo vyvinuto několik předpovědí jako nástroje k identifikaci epitopů T buněk proteinových antigenů .

naproti tomu u parazitních, virových, bakteriálních infekcí a nádorů, jejichž preventivní kontrola a léčba vyžaduje vývoj silné protilátkové odpovědi, je problém složitější. Ve skutečnosti, většina B buněk epitopy jsou diskontinuální epitopy skládá z aminokyselinových zbytků se nachází na samostatné regiony bílkovin, a které jsou vzájemně spojeny pomocí skládání řetězce (4). Tyto skupiny reziduí nemohou být izolovány jako takové z antigenu. Strategie použitá pro tyto případy se proto nazývá strukturní reverzní vakcinologie (SBRV) a zaměřuje se na použití monoklonálních protilátek proti proteinovému antigenu. V molekule protilátky existuje šest komplementárních určujících oblastí (4) nebo oblastí vázajících antigen (ABRs) (5), které mohou interagovat s antigenem. Místo vázající antigen, také nazývané paratop, což je malá oblast (10-15 aminokyselin), je část protilátky, která rozpoznává a váže se na antigen. Každá ABR se však významně liší ve složení aminokyselin a má tendenci vázat různé typy aminokyselin na povrch proteinů. Navzdory těmto rozdílům kombinovaná preference šesti Abr neumožňuje odlišit epitopy od zbytku proteinového povrchu. Tato zjištění vysvětlují špatný úspěch minulých a nově navržených metod pro predikci proteinových epitopů (4, 5). SBVR strategie je použit ke studiu interakce komplex se skládá z monoklonální protilátky s proteinem s cílem určit, které aminokyseliny antigenu proteinu, ABR nebo paratope z monoklonální protilátka váže. Cílem tohoto přístupu je nepřímo objasnit potenciální aminokyselinovou sekvenci diskontinuálního epitopu. Hledání epitopů, které interagují s protilátkami, je však mnohem obtížnější úkol, ke kterému úspěšné Predikční algoritmy neexistují. V důsledku toho tato strategie nedosáhla velkého úspěchu (4, 5).

neschopnost syntetických lineárních peptidů účinně napodobovat diskontinuální epitopy je jedním z důvodů selhání mnoha syntetických vakcín B buněk k indukci syntézy neutralizačních protilátek. Tyto skutečnosti částečně vysvětlit, proč, i když více než tisíc syntetické B buněk peptidy byly identifikovány pouze 125 z nich pokročila do fáze I, 30 z nich do Fáze II, a žádný z nich se podařilo ve studiích fáze III, nebo byly licencovány pro použití u člověka (4).

Proto, když RV obecně se odkazuje na in silico analýzu celého genomu patogenu identifikovat všechny antigeny, které patogen je schopen vyjádřit, SBRV odkazuje na přístup, který se snaží vytvořit vakcínu ze známé krystalografické struktury neutralizační protilátky vázané na epitopy (6).

V případě infekcí, které lze předejít tím, že protilátkovou odpověď, termín antigenicity často byla zaměňována s imunogenicity (7). Ve skutečnosti, epitopů z nějaké virové antigeny jsou často mylně považovány za immunogens, když jsou pouze antigeny, protože mohou komunikovat s různými protilátky vznesené proti viru, ale nejsou schopny vyvolat syntézu neutralizační protilátky zabývající se ochranou (7). Dříve se předpokládalo, že pokud se antigenní epitop silně váže na neutralizační monoklonální protilátku in vitro, byl by také schopen indukovat syntézu neutralizačních protilátek při použití jako vakcína. To však není pravda (7).

kromě toho byly vyvinuty další koncepty v souvislosti se strategií RV (6). Koncept RV 1.0 je přístup založený na bioinformatice a imunizaci zvířat a výzva používaná k určení, které antigeny jsou vhodnější pro očkování (8). V kontrastu, koncept RV 2.0 odkazuje na strategii, která získá monoklonální protilátky z mála osob, které tvoří silnou protilátkovou odpověď proti přirozené infekci. Tyto monoklonální protilátky vedou konstrukci vakcíny ve směru obrácení normálního toku vakcín do anti-těl (8).

dále byl velmi často používán koncept „racionálního návrhu vakcíny“, který vytvářel očekávání stejného úspěchu jako strategie“ racionálního designu léčiv “ získaná dříve. Nicméně „racionální návrh léků“ souvisí s vývojem chemických analogů, které jsou dokonalými inhibitory aktivního místa důležitých životně důležitých enzymů patogenu. V kontrastu, vyšetřovatelé se podílejí na vývoji vakcíny proti HIV tvrdil, že oni používají „racionální vakcíny design“ vzhledem k tomu, že ve skutečnosti oni jen lepší antigenní vazebné kapacity pro jeden epitop s ohledem na pouze jeden paratope, a není imunogenní kapacita epitop vyvolat neutralizačních protilátek. Tyto závěry vyvolaly silnou kritiku .

naproti tomu současné výzkumné téma používá koncept „objevu epitopů a návrhu syntetické vakcíny“, jak ilustrovali Kao a Hodges (1). Tito autoři prokázali, že syntetické vakcíny založené na krátké peptidy, které představují imunogenní epitopy jsou schopni ovlivnit, a dokonce překročen ochranný potenciál nativní příbuzný celý protein. Našli vyšší titry protilátek namířených na receptor-vazebné domény pro Pilus A Pseudomonas aeruginosa, která má 14 aminokyselin než celá pilin nativní protein. Na titry proti nativní pilin ze zvířat imunizovaných s syntetický peptid-konjugát byly vyšší, než titry zvířat imunizovaných s celou pilin bílkovin. Kromě toho, afinity anti-peptidového séra pro neporušený pilin receptor-vazebné domény byly výrazně vyšší, než spřízněnost anti-pilin bílkovin séra (1).

podporovat rozvoj epitop vakcín, které kombinují immunoinformatics a experimentální biologické přístupy (Alves-Silva et al.; Barbosa Santos et al.). Použili jsme imunoinformatický přístup ke zlepšení účinnosti stávajících vakcín složených z proteinových antigenů, které byly vybrány podle jejich relevance v předchozích experimentálních biologických výsledcích. Naše výsledky také ukázaly, že vakcíny složené z imunogenních domén optimalizují a dokonce překračují ochranný potenciál indukovaný celým proteinem (1). Například, jsme dosáhli 33% optimalizace účinnost vakcíny pomocí rekombinantní chiméra, která obsahuje dvě domény, které drží nejvíce imunogenní epitopy Nukleosidových hydrolázy NH36 Leishmania, namísto celé NH36 bílkovin (Alves-Silva et al.). Tyto dvě domény (F1 a F3) drží nejsilnější epitopy pro generování profylaktické ochrany proti infekci Leishmania (L.) amazonensis (Alves-Silva et al.). Očkování proteinem NH36 snižuje velikost lézí o 55% (10). Nicméně, očkování s F1 a F3 domény nezávisle určí příslušné snížení 70 a 77%, a F1F3 chiméra vyvolané snížení o 82% v tlapka léze velikosti (Alves-Silva et al.).

Toto nadšení přichází po příchodu immunoinformatic nástroje a zjištění epitopů prostřednictvím in silico predikce by neměla devalvovat empirických základech všechny experimentální vědy se podílejí na vývoji vakcíny, které kontrolují onemocnění až do současnosti (6). Naopak, oba empirické a in silico nástroje by měly být použity společně v rozvoji nových syntetických epitop vakcín, které nabízejí výhody oproti tradiční vakcíny. Jsou to chemicky definované antigeny bez škodlivých účinků. Navíc, na rozdíl od živých atenuovaných vakcín, nevracejí se k virulenci u imunokompromitovaných subjektů a na rozdíl od genetických vakcín nezahrnují etické otázky.

S tímto Tématem Výzkumu, věřili jsme, že jsme učinili významné příspěvky k vývoji syntetických epitop vakcín, které mohou pomoci v prevenci, léčbu a kontrolu infekčních onemocnění a rakoviny.

Autor Příspěvky

CP-d-S, DSR, a ISS napsal a schválil konečné znění tohoto Úvodníku.

Prohlášení o střetu zájmů

autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být vykládány jako potenciální střet zájmů.

poděkování

autoři děkují Davidu Strakerovi za jazykovou recenzi.

finanční Prostředky

Tato práce byla podpořena Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) a Fundação Carlos Chagas de Amparo à Pesquisa do Estado de Rio de Janeiro (FAPERJ) .