redaktionel om forskningsemnet

Epitope Discovery and Synthetic Vaccine Design

traditionelle og første generations vacciner er sammensat af levende eller faste hele patogener, mens anden generations vacciner blandt andet inkluderer de native proteinantigener oprenset fra patogenet. Og desuden består tredje generations vacciner af DNA-plasmider, der er i stand til at udtrykke sekvensen af de vigtigste patogenproteinantigener i værten. Under denne udvikling af vacciner har der imidlertid været en gevinst i sikkerhed med et tab af effektivitet, der er blevet kompenseret for ved brug af adjuvanser.

det seneste trin i udviklingen af vaccineformuleringer er udviklingen af epitopvacciner. Epitoper er korte aminosyresekvenser af et protein, der kan inducere et mere direkte og potent immunrespons end responsen induceret af hele det beslægtede protein (1).

desuden kræver strategien for udvikling af epitopvacciner en nøjagtig viden om aminosyresekvensen af det immunogene protein af interesse. Derfor, da vacciner mod parasit, bakterier eller virusinfektioner og tumorer kræver et cellulært immunrespons til forebyggelse, kontrol og helbredelse, blev der udviklet en strategi kaldet Reverse Vaccinology (RV). RV-tilgangen bruger informationen om kodonsekvensen indeholdt i patogenens DNA for at opnå et komplementært cDNA og oversætter det yderligere for at opnå sekvensen af proteinet af interesse. Når disse proteiner er inde i værtsens antigenpræsenterende celler (APC), behandles de. T-celleepitoperne spaltes derefter proteolytisk fra proteinet og eksponeres yderligere af MHC-molekylerne på APC-overfladen for at interagere med receptoren af T-celler. Derfor, med viden om den primære sekvens af proteinantigenet, epitoperne kan identificeres ved kloning af domænerne eller mindre peptider af proteinet separat og eksperimentelt bestemmelse af, hvilken der er mere immunogen, eller alternativt, ved screening af hele proteinsekvensen under anvendelse i silico-forudsigelsesprogrammer .

strukturen af MHC-molekylerne på APC, MHC klasse i-molekyler har en enkelt alfa-kæde, der påvirker binding, og bindingsrillen ligger mellem alfa 1-og alfa 2-domænerne (Fleri et al.). Da bindingsrillen er lukket, kan den kun rumme kortere peptider (8-14 aminosyrer). Rillebindende kerne har kun ni aminosyrer. MHC klasse II molekyler har derimod to kæder, alfa og beta, der påvirker binding. Bindingsrillen er åben og kan rumme længere peptider (13-25 aminosyrer), men bindekernen har 9 aminosyrerester med 0-5 rester flankerende på hver side. Kun alfa-kæden er variabel i klasse i-molekyler, så nomenklaturen er “HLA” efterfulgt af locus A, B eller C, En stjerne og antallet af allelen, den repræsenterer. For klasse II-molekyler påvirker både alfa-og beta-kæderne bindingen, og begge deres kæder er variable for DP-og DKV-loci. For DR locus er det dog kun beta-kæden, der er variabel (Fleri et al.). For alle de nævnte egenskaber er MHC klasse II bindende forudsigelse mere udfordrende end for klasse i molekyler. Baseret på forskellige maskinlæringsalgoritmer blev flere forudsigelser udviklet som værktøjer til at identificere t-celleepitoper af proteinantigenerne .

i modsætning hertil er problemet mere komplekst for parasit -, virale, bakterielle infektioner og tumorer, hvis forebyggelseskontrol og kur kræver udvikling af et potent antistofrespons. Faktisk er størstedelen af B-celleepitoper diskontinuerlige epitoper sammensat af aminosyrerester placeret på separate regioner af proteinet, og som er sammenføjet ved foldning af kæden (4). Disse grupper af rester kan ikke isoleres som sådan fra antigenet. Derfor kaldes strategien for disse tilfælde strukturel baseret revers vaccinologi (SBRV), og den fokuserer på brugen af monoklonale antistoffer mod proteinantigenet. Der er seks komplementære bestemmende regioner (4) eller antigenbindende regioner (ABRs) (5) i antistofmolekylet, der kan interagere med antigenet. Et antigenbindende sted, også kaldet en paratop, som er en lille region (med 10-15 aminosyrer) er den del af antistoffet, der genkender og binder til et antigen. Imidlertid adskiller hver ABR sig markant i sin aminosyresammensætning og har tendens til at binde forskellige typer aminosyrer på overfladen af proteiner. På trods af disse forskelle tillader den kombinerede præference for de seks Abr ‘ er ikke epitoperne at skelnes fra resten af proteinoverfladen. Disse fund forklarer den dårlige succes med tidligere og nyligt foreslåede metoder til forudsigelse af proteinepitoper (4, 5). SBVR-strategi anvendes til at studere interaktionen mellem komplekset sammensat af det monoklonale antistof med proteinet for at identificere, hvilke aminosyrer af antigenproteinet, ABR eller paratopen af det monoklonale antistof binder. Formålet med denne tilgang er at belyse den potentielle aminosyresekvens af den diskontinuerlige epitop indirekte. Søgningen efter epitoperne, der interagerer med antistoffer, er imidlertid en meget vanskeligere opgave, som vellykkede forudsigelsesalgoritmer handler om ikke-eksisterende. Derfor har denne strategi ikke opnået meget succes (4, 5).

manglende evne til syntetiske lineære peptider til effektivt at efterligne de diskontinuerlige epitoper er en af grundene til, at mange B-celle syntetiske vacciner ikke inducerer syntesen af neutraliserende antistoffer. Disse fakta forklarer delvist, hvorfor selv om mere end tusind syntetiske B-cellepeptider er blevet identificeret, er kun 125 af dem gået videre til fase i, 30 af dem til Fase II, og ingen af dem har lykkedes i fase III-forsøg eller er blevet licenseret til human brug (4).

mens RV generelt henviser til in silico-analysen af hele patogengenomet for at identificere alle antigener, som patogenet er i stand til at udtrykke, henviser SBRV til den tilgang, der forsøger at generere en vaccine fra den kendte krystallografiske struktur af de neutraliserende antistoffer bundet til epitoperne (6).

i tilfælde af infektioner, der kan forebygges ved et antistofrespons, er udtrykket antigenicitet ofte blevet forvekslet med immunogenicitet (7). Faktisk betragtes epitoperne af nogle virale antigener ofte fejlagtigt som immunogener, når de kun er antigener, da de kan interagere med en række antistoffer hævet mod en virus, men de er ikke i stand til at inducere syntesen af de neutraliserende antistoffer, der er involveret i beskyttelse (7). Tidligere blev det antaget, at hvis en antigen epitop bundet stærkt til et neutraliserende monoklonalt antistof in vitro, ville det også være i stand til at inducere syntesen af neutraliserende antistoffer, når de anvendes som en vaccine. Dette er dog ikke sandt (7).

derudover er der udviklet andre koncepter i tilknytning til RV-strategien (6). Begrebet RV 1.0 Er en tilgang baseret på bioinformatik og dyreimmunisering og udfordring, der anvendes til at bestemme, hvilke antigener der er mere egnede til vaccination (8). I modsætning hertil henviser begrebet RV 2.0 til en strategi, der opnår monoklonale antistoffer fra de få individer, der skaber et stærkt antistofrespons mod naturlig infektion. Disse monoklonale antistoffer styrer vaccinedesignet i omvendt retning af den normale strøm af vacciner til anti-kroppe (8).

desuden blev begrebet “rationelt vaccinedesign” brugt meget ofte og skabte forventningen om at have den samme succes som strategien for “rationelt lægemiddeldesign” opnået før. Det “rationelle lægemiddeldesign” er imidlertid relateret til udviklingen af kemiske analoger, der er perfekte inhibitorer af det aktive sted for vigtige vitale tegn på patogenet. I modsætning hertil hævdede efterforskere, der var involveret i udviklingen af HIV-vaccinen, at de bruger det “rationelle vaccinedesign”, mens de faktisk kun forbedrede den antigene bindingskapacitet for en epitop med hensyn til kun en paratop og ikke den immunogene kapacitet af en epitop til at fremkalde neutraliserende antistoffer. Disse konklusioner skabte stærk kritik .

i modsætning hertil bruger det nuværende forskningsemne begrebet” Epitopopdagelse og syntetisk Vaccinedesign ” som illustreret af Kao og Hodges (1). Disse forfattere viste, at syntetiske vacciner baseret på korte peptider, som repræsenterer immunogene epitoper, er i stand til at forringe og endog overstige beskyttelsespotentialet for det native cognate hele protein. De fandt højere antistoftitere rettet mod det receptorbindende domæne af Pilus A af Pseudomonas aeruginosa, som har 14 aminosyrer end til hele pilins native protein. Titrene mod den indfødte pilin af dyrene immuniseret med det syntetiske peptidkonjugat var højere end titrene af dyr immuniseret med hele pilinproteinet. Derudover var affiniteterne af anti-peptidseraen for det intakte pilinreceptorbindende domæne signifikant højere end affiniteterne af anti-pilinproteinsera (1).

Vi støtter udviklingen af epitopvacciner, der kombinerer immunoinformatik og eksperimentelle biologiske tilgange (Alves-Silva et al. Barbosa Santos et al.). Vi brugte en immunoinformatisk tilgang til at forbedre effektiviteten af eksisterende vacciner sammensat af proteinantigener, der blev valgt i henhold til deres relevans i tidligere eksperimentelle biologiske resultater. Vores resultater viste også, at vacciner sammensat af de immunogene domæner optimerer og endda overstiger det beskyttende potentiale induceret af hele proteinet (1). For eksempel opnåede vi 33% optimering af vaccineeffektivitet ved hjælp af en rekombinant kimær, som indeholder de to domæner, der indeholder de mest immunogene epitoper af Nukleosidhydrolasen NH36 af Leishmania, i stedet for hele nh36-proteinet (Alves-Silva et al.). Disse to domæner (F1 og F3) har de mest potente epitoper til generering af profylaktisk beskyttelse mod Leishmania (L.).). Vaccination med nh36-proteinet reducerer læsionsstørrelserne med 55% (10). Imidlertid bestemte vaccination med F1-og F3-domænerne uafhængigt respektive reduktioner på 70 og 77%, og F1F3-kimæren inducerede en reduktion på 82% i footpad-læsionsstørrelserne (Alves-Silva et al.).

denne entusiasme, der kommer efter fremkomsten af immunoinformatiske værktøjer og fundet af epitoper via in silico-forudsigelser, bør ikke devaluere de empiriske fundamenter for al eksperimentel videnskab, der er involveret i udviklingen af vacciner, der kontrollerer sygdomme indtil nu (6). Tværtimod bør både de empiriske og in silico-værktøjer bruges sammen i udviklingen af nye syntetiske epitopvacciner, der giver fordele i forhold til traditionelle vacciner. De er kemisk definerede antigener fri for skadelige virkninger. I modsætning til levende svækkede vacciner vender de ikke tilbage til virulens hos immunkompromitterede forsøgspersoner, og forskellige fra genetiske vacciner involverer de ikke etiske spørgsmål.

med dette forskningsemne troede vi, at vi har ydet betydelige bidrag til udviklingen af syntetiske epitopvacciner, der kan hjælpe med forebyggelse, behandling og kontrol af infektionssygdomme og kræft.

Forfatterbidrag

CP-d-s, DSR og ISS skrev og godkendte den endelige tekst til denne Redaktion.

interessekonflikt Erklæring

forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.

anerkendelser

forfatterne takker David Straker for sproganmeldelse.

Funding

dette arbejde blev støttet af Conselho Nacional de Desenvolvimento cient Currifico e Tecnol Currifico (CNP) og Funda Currito Carlos Chagas de Amparo Curriculum do Estado de Rio de Janeiro (faperj) .