Editorial on The Research Topic

Epitope Discovery and Synthetic Vaccine Design

伝統的および第一世代のワクチンは、生きているまたは固定された全病原体で構成され、第二世代のワク さらに、第三世代ワクチンは、宿主における最も重要な病原体タンパク質抗原の配列を発現することができるDNAプラスミドで構成されている。 しかし、ワクチンのこの進化の間に、安全性の向上があり、アジュバントの使用によって補償された有効性の喪失があった。

ワクチン製剤の進化の最新のステップは、エピトープワクチンの開発です。 エピトープは、同族タンパク質全体によって誘導される応答よりも、より直接的かつ強力な免疫応答を誘導することができるタンパク質の短いアミノ酸配列である（1）。

さらに、エピトープワクチンを開発するための戦略は、目的の免疫原性タンパク質のアミノ酸配列の正確な知識を必要とする。 したがって、寄生虫、細菌、またはウイルス感染症および腫瘍に対するワクチンは、予防、制御、および治癒のために細胞性免疫応答を必要とするので、逆ワクチン学(RV)と呼ばれる戦略が開発された。 RVアプローチは、病原体のDNAに含まれるコドン配列の情報を使用して相補的なcDNAを取得し、さらにそれを翻訳して目的のタンパク質の配列を取得する。 これらのタンパク質が宿主の抗原提示細胞（APC）の内部に入ると、それらは処理される。 次いで、Ｔ細胞エピトープをタンパク質からタンパク分解性に切断し、さらにＡＰＣ表面のＭＨＣ分子によって露出させて、Ｔ細胞の受容体と相互作用させる。 したがって、タンパク質抗原の一次配列の知識を持って、エピトープは、タンパク質のドメインまたはより小さなペプチドを別々にクローニングし、どちらがより免疫原性であるかを実験的に決定することによって、またはin silico予測プログラムを用いてタンパク質配列全体をスクリーニングすることによって同定することができる。

APC上のMHC分子の構造、MHCクラスI分子は結合に影響を与える単一のα鎖を有し、結合溝はα1ドメインとα2ドメインの間にある（Fleri et al.). 結合溝は閉鎖されているので、より短いペプチド（8-14アミノ酸）のみを収容することができる。 溝の結合の中心に9つのアミノ酸だけがあります。 対照的に、ＭＨＣクラスＩ ｉ分子は、結合に影響を及ぼす２つの鎖、αおよびβを有する。 結合の溝は開いて、より長いペプチッド（13-25アミノ酸）を収容できますが、結合の中心に各側面で隣接する0-5の残余が付いている9つのアミノ酸の残基 Α鎖のみがクラスｉ分子において可変であるので、命名法は「ＨＬＡ」であり、それに続いて座Ａ、Ｂ、またはＣ、星印、およびそれが表す対立遺伝子の数が続く。 クラスII分子の場合、α鎖およびβ鎖の両方が結合に影響を与え、それらの鎖の両方がDPおよびDQ遺伝子座について可変である。 しかしながら、ＤＲ遺伝子座については、β鎖のみが可変である（Ｆｌｅｒｉ ｅ ｔ ａ ｌ．). 言及されたすべての特性について、ＭＨＣクラスＩ ｉ結合予測は、クラスｉ分子の予測よりも困難である。 異なる機械学習アルゴリズムに基づいて、いくつかの予測は、タンパク質抗原のT細胞エピトープを同定するためのツールとして開発されました。対照的に、寄生虫、ウイルス、細菌感染および腫瘍の場合、その予防制御および治癒が強力な抗体応答の発生を必要とするため、問題はより複雑である。 実際、B細胞エピトープの大部分は、タンパク質の別々の領域に位置するアミノ酸残基で構成される不連続エピトープであり、鎖の折り畳みによって一緒に結合されている(4)。 これらの残基の群は、抗原からそのように単離することはできない。 したがって、これらの場合に使用される戦略は、構造ベース逆ワクチン学（SBRV）と呼ばれ、タンパク質抗原に対するモノクローナル抗体の使用に焦点を当てて 抗原と相互作用することができる抗体分子には、６つの相補的決定領域（４）または抗原結合領域（Ａｂｒ）（５）が存在する。 （10-15アミノ酸の）小さな領域であるパラトープとも呼ばれる抗原結合部位は、抗原を認識して結合する抗体の一部である。 しかしながら、各ＡＢＲは、そのアミノ酸組成が著しく異なり、タンパク質の表面上の異なるタイプのアミノ酸に結合する傾向がある。 これらの違いにもかかわらず、六つのAbrの組み合わせの好みは、エピトープがタンパク質表面の残りの部分から区別されることはできません。 これらの知見は、タンパク質エピトープを予測するための過去および新たに提案された方法の貧弱な成功を説明する（4、5）。 ＳＢＶＲ戦略は，モノクローナル抗体の抗原蛋白質，ＡＢＲまたはパラトープのどのアミノ酸が結合するかを同定するために，モノクローナル抗体からなる複合体と蛋白質との相互作用を研究するために用いられる。 このアプローチの目的は，不連続エピトープの潜在的なアミノ酸配列を間接的に解明することである。 しかし、抗体と相互作用するエピトープの探索は、成功した予測アルゴリズムが存在しないことについてのはるかに困難な作業である。 その結果、この戦略は、（多くの成功を達成していない4、5）。

合成線状ペプチドが不連続エピトープを効果的に模倣することができないことは、多くのB細胞合成ワクチンが中和抗体の合成を誘導しない理由の一つである。 これらの事実は、1000を超える合成B細胞ペプチドが同定されたにもかかわらず、それらのうち125個のみが第I相に進行し、そのうち30個が第II相に進行し、それらのどれも第III相試験に成功していないか、またはヒト使用のために認可されていない理由を部分的に説明しています(4)。

したがって、RVは一般的に病原体が発現することができるすべての抗原を同定するために病原体ゲノム全体のin silico分析を指すのに対し、SBRVはエピトープに結合した中和抗体の既知の結晶学的構造からワクチンを生成しようとするアプローチを指す(6)。抗体応答によって予防可能な感染症の場合、抗原性という用語はしばしば免疫原性と混同されている（7）。

抗体応答によって予防可能な感染症の場合、抗原性という用語はしばしば免疫原性と混同されている（7）。

実際には、いくつかのウイルス抗原のエピトープは、ウイルスに対して発生した様々な抗体と相互作用することができるので、抗原のみである場合、誤って免疫原とみなされることが多いが、保護に関与する中和抗体の合成を誘導することはできない（7）。 これまでは、抗原エピトープがin vitroで中和モノクローナル抗体に強く結合すると、ワクチンとして使用されるときに中和抗体の合成を誘導することも しかし、これは真実ではありません（7）。さらに、RV戦略（6）に関連して他の概念が開発されています。

さらに、RV戦略に関連して他の概念が開発されています。 RV1.0の概念は、どの抗原がワクチン接種により適切であるかを決定するために使用されるバイオインフォマティクスと動物の免疫化と挑戦に基づくアプローチである(8)。 対照的に、RV2.0の概念は、自然感染に対して強い抗体応答を行う少数の個体からモノクローナル抗体を得る戦略を指す。 これらのモノクローナル抗体は、抗体へのワクチンの正常な流れの反転方向にワクチン設計を導く（8）。

さらに、”合理的なワクチン設計”の概念は、以前に得られた”合理的な薬物設計”の戦略と同じ成功を持つことを期待して非常に頻繁に使用されました。 しかし、”合理的な薬物設計”は、病原体の重要な重要な酵素の活性部位の完全な阻害剤である化学類似体の開発に関連している。 対照的に、HIVワクチンの開発に関わった研究者は、”合理的なワクチンデザイン”を使用していると主張したが、実際には、中和抗体を誘発するエピトープの免疫原性能力ではなく、一つのパラトープに対して一つのエピトープの抗原結合能力を改善しただけであった。 これらの結論は、強い批判を生成しました。これに対し、本研究では、花王とホッジス(1)が示すように、”エピトープ発見と合成ワクチンデザイン”の概念を用いている。 これらの著者らは、免疫原性エピトープを表す短いペプチドに基づく合成ワクチンが、ネイティブ同族の全タンパク質の保護可能性を損なうことができ、さらには超えていることを実証した。 彼らは、全ピリン天然タンパク質よりも14アミノ酸を有する緑膿菌のPilus Aの受容体結合ドメインに向けられた高い抗体力価を発見した。 合成ペプチド-コンジュゲートで免疫した動物の天然ピリンに対する力価は，全ピリン蛋白質で免疫した動物の力価よりも高かった。 さらに、無傷のピリン受容体結合ドメインに対する抗ペプチド血清の親和性は、抗ピリンタンパク質血清（1）の親和性よりも有意に高かった。

私たちは、免疫情報学と実験的生物学的アプローチを組み合わせたエピトープワクチンの開発を支援しています（Alves-Silva et al.;Barbosa Santos et al.). 我々は、以前の実験的な生物学的結果での関連性に応じて選択されたタンパク質抗原からなる既存のワクチンの有効性を改善するために免疫情報 我々の結果はまた、免疫原性ドメインで構成されるワクチンは、最適化し、さらには全体のタンパク質（1）によって誘導される保護電位を超えることを示 例えば、我々は、全体のNH36タンパク質の代わりに、LeishmaniaのヌクレオシドヒドロラーゼNH36の最も免疫原性エピトープを保持する二つのドメインを含む組換えキメラを使用することにより、ワクチン有効性の33％の最適化を達成した（Alves-Silva et al.). これらの２つのドメイン（Ｆ１およびＦ３）は、Ｌｅｉｓｈｍａｎｉａ（Ｌ．）ａｍａｚｏｎｅｎｓｉｓ感染に対する予防的保護の生成のための最も強力なエピトープを保持する（Ａｌｖｅｓ−Ｓｉｌｖａ ｅ ｔ ａ ｌ．). NH36タンパク質とのワクチン接種は55％（によって病変の大きさを減少させる10）。 しかし、Ｆ１およびＦ３ドメインによるワクチン接種は、独立して、７ ０および７ ７％のそれぞれの減少を決定し、Ｆ１Ｆ３キメラは、足蹠病変サイズにおいて８ ２％の減少を誘導した（Ａｌｖｅｓ−Ｓｉｌｖａ ｅ ｔ ａ ｌ．).

免疫情報ツールの出現とin silico予測を介したエピトープの発見の後に来るこの熱意は、現在まで疾患を制御するワクチンの開発に関与するすべての実験科学の経験的基盤を切り下げるべきではない(6)。 逆に、経験的およびin silicoツールの両方が、伝統的なワクチンよりも利点を提供する新しい合成エピトープワクチンの開発に一緒に使用されるべきである。 それらは有害な効果から自由な化学的に定義された抗原です。 さらに、生弱毒化ワクチンとは対照的に、彼らは免疫不全の被験者で病原性に戻らない、と遺伝的ワクチンとは異なり、彼らは倫理的な質問を伴わない。

この研究テーマでは、感染症やがんの予防、治療、制御に役立つ合成エピトープワクチンの開発に大きく貢献したと考えられています。

著者の貢献

CP-d-S、DSR、およびISSは、この社説の最終的なテキストを書き、承認しました。

利益相反に関する声明

著者らは、この研究は、利益相反の可能性と解釈される可能性のある商業的または財政的関係がない場合に行われたと宣言している。

謝辞

著者は言語レビューのためのDavid Strakerに感謝します。

資金調達

この作品は、Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico（CNPQ）とFundação Carlos Chagas de Amparo à Pesquisa do Estado de Rio de Janeiro（FAPERJ）によって支援されました。