Editorial on the Research Topic

Epitope Discovery and Synthetic Vaccine Design

Traditional and first generation vaccines are composed of live or fixed whole pathogenesis, while second generation vaccines include, among others, the native protein antigens purified from the pathogen. Além disso, as vacinas de terceira geração são compostas por plasmídeos de ADN capazes de expressar a sequência dos mais importantes antigénios proteicos patógenos no hospedeiro. Durante esta evolução das vacinas, houve um aumento na segurança, no entanto, com uma perda de eficácia que foi compensada com o uso de adjuvantes.

O último passo na evolução das formulações da vacina é o desenvolvimento de vacinas epítopes. Epítopos são sequências curtas de aminoácidos de uma proteína que pode induzir uma resposta imunitária mais direta e potente, do que a resposta induzida pela proteína cognato inteira (1).além disso, a estratégia para o desenvolvimento de vacinas epítopes requer um conhecimento preciso da sequência de aminoácidos da proteína imunogénica de interesse. Portanto, uma vez que as vacinas contra parasitas, bactérias, ou infecções virais e tumores requerem uma resposta imunitária celular para a prevenção, controle e cura, uma estratégia chamada Vacinologia reversa (RV) foi desenvolvida. A abordagem RV usa a informação da sequência de codon contida no DNA do patógeno para obter um cDNA complementar, e traduz-lo ainda para obter a sequência da proteína de interesse. Uma vez que estas proteínas estão dentro das células que apresentam antigénios (APC) do hospedeiro, elas são processadas. Os epítopos das células T são então proteoliticamente clivados da proteína, e ainda mais expostos pelas moléculas MHC da superfície APC, para interagir com os receptores das células T. Portanto, com o conhecimento da seqüência primária da proteína antígeno, os epitopos pode ser identificado por clonagem de domínios ou de pequenos peptídeos da proteína separadamente e experimentalmente determinar qual é o mais imunogênico, ou, alternativamente, pela triagem de toda a sequência de proteínas usando métodos in silico previsões programas .

a estrutura das moléculas MHC em APC, as moléculas MHC classe I têm uma única cadeia alfa que influencia a ligação, e o sulco de ligação encontra-se entre os domínios alfa 1 e alfa 2 (Fleri et al.). Uma vez que o sulco de ligação é fechado, ele só pode acomodar peptídeos mais curtos (8-14 aminoácidos). O núcleo de ligação do sulco tem apenas nove aminoácidos. As moléculas MHC classe II em contraste, têm duas cadeias, alfa e beta que influenciam a ligação. O sulco de ligação está aberto e pode acomodar peptídeos mais longos (13-25 aminoácidos), mas o núcleo de ligação tem 9 resíduos de aminoácidos com 0-5 resíduos flanqueando em cada lado. Somente a cadeia alfa é variável em moléculas de classe I, então a nomenclatura é “HLA” seguida pelo locus A, B, ou C, um asterisco, e o número do alelo que representa. Para moléculas de classe II, tanto a ligação de impacto das cadeias alfa como beta são variáveis para o loci DP e DQ. No entanto, para o Dr. locus, apenas a cadeia beta é variável (Fleri et al.). Para todas as características mencionadas, a previsão de ligação MHC classe II é mais desafiadora do que a de moléculas de classe I. Com base em diferentes algoritmos de aprendizagem de máquinas, várias previsões foram desenvolvidas como ferramentas para identificar os epítopos de células T dos antigénios proteicos .em contraste, para parasitas, infecções virais, bacterianas e tumores, cuja prevenção e cura requerem o desenvolvimento de uma resposta potente de anticorpos, o problema é mais complexo. Na verdade, a maioria dos epítopos de células B são epítopos descontínuos compostos de resíduos de aminoácidos localizados em regiões separadas da proteína, e que são unidos pelo dobramento da cadeia (4). Estes grupos de resíduos não podem ser isolados como tal do antigénio. Portanto, a estratégia utilizada para estes casos é chamada de vaccinologia reversa estrutural (SBRV), e centra-se no uso de anticorpos monoclonais contra o antigénio proteico. Existem seis regiões determinantes complementares (4) ou regiões de ligação a antigénios (ABRs) (5), na molécula de anticorpos que podem interagir com o antigénio. Um local de ligação do antigénio, também chamado de paratópio, que é uma pequena região (de 10-15 aminoácidos) é a parte do anticorpo que reconhece e se liga a um antigénio. No entanto, cada ABR difere significativamente na sua composição de aminoácidos e tende a ligar diferentes tipos de aminoácidos na superfície das proteínas. Apesar destas diferenças, a preferência combinada dos seis ABRs não permite distinguir os epítopos do resto da superfície proteica. Estes achados explicam o fraco sucesso dos métodos anteriores e recentemente propostos para a previsão de epitópios proteicos (4, 5). A estratégia do SBVR é utilizada para estudar a interacção do complexo composto pelo anticorpo monoclonal com a proteína, a fim de identificar a que aminoácidos da proteína antigénica, o ABR ou o paratopo do anticorpo monoclonal se liga. O objetivo desta abordagem é elucidar indiretamente a sequência potencial de aminoácidos do epítopo descontínuo. No entanto, a busca pelos epítopos que interagem com anticorpos é uma tarefa muito mais difícil para a qual algoritmos de previsão de sucesso são sobre não-existentes. Consequentemente, esta estratégia não obteve grande sucesso (4, 5).

a incapacidade dos peptídeos sintéticos lineares para imitar eficazmente os epítopos descontínuos é uma das razões para a incapacidade de muitas vacinas sintéticas das células B induzirem a síntese de anticorpos neutralizantes. Estes fatos explicam parcialmente por que, embora mais de mil peptídeos sintéticos de células B tenham sido identificados, apenas 125 deles progrediram para a fase I, 30 deles para a fase II, e nenhum deles teve sucesso em ensaios de fase III ou foram licenciados para uso humano (4).

por isso, enquanto RV geralmente se refere a in silico análise de todo o genoma de patógenos para identificar todos os antígenos que o patógeno é capaz de expressar, a SBRV refere-se à abordagem que tenta gerar uma vacina a partir do conhecido estrutura cristalográfica dos anticorpos neutralizantes vinculado ao epitopos (6).no caso de infecções evitáveis por resposta a anticorpos, o termo antigenicidade foi frequentemente confundido com imunogenicidade (7). Na verdade, o epitopos de alguns antigénios virais são muitas vezes erroneamente considerado como imunógenos, quando eles são apenas antígenos, uma vez que eles podem interagir com uma variedade de anticorpos produzidos contra um vírus, mas eles não são capazes de induzir a síntese de anticorpos neutralizantes envolvidos no processo de proteção (7). Anteriormente, pensava-se que, se um epítopo antigénico se ligasse fortemente a um anticorpo monoclonal neutralizante in vitro, também seria capaz de induzir a síntese de anticorpos neutralizantes quando usado como vacina. No entanto, isso não é verdade (7).além disso, outros conceitos foram desenvolvidos em associação com a estratégia RV (6). O conceito de RV 1.0 é uma abordagem baseada em bioinformática e imunização animal e desafio usado para determinar quais antigénios são mais adequados para a vacinação (8). Em contraste, o conceito de RV 2.0 refere-se a uma estratégia que obtém anticorpos monoclonais dos poucos indivíduos que fazem uma forte resposta de anticorpos contra a infecção natural. Estes anticorpos monoclonais orientam o desenho da vacina na direcção inversa do fluxo normal de vacinas para os anti-corpos (8).além disso, o conceito de “design racional de vacinas” foi usado muitas vezes criando a expectativa de ter o mesmo sucesso que a estratégia de “design racional de drogas” obtida antes. No entanto, o” design racional de drogas ” está relacionado ao desenvolvimento de análogos químicos que são inibidores perfeitos do local ativo de importantes enzimas vitais do patógeno. Em contraste, os investigadores envolvidos no desenvolvimento da vacina contra o HIV alegaram que eles usam o “desenho racional da vacina”, enquanto na verdade eles apenas melhoraram a capacidade de ligação antigênica de um epítopo com relação a apenas um paratope, e não a capacidade imunogênica de um epítopo para provocar anticorpos neutralizantes. Estas conclusões geraram fortes críticas .

em contraste, o presente tópico de pesquisa usa o conceito de “descoberta de epítopos e design de vacinas sintéticas” como ilustrado por Kao e Hodges (1). Estes autores demonstraram que as vacinas sintéticas baseadas em peptídeos curtos, que representam epitópios imunogênicos, são capazes de prejudicar e até mesmo exceder o potencial protetor da proteína integral do cognato nativo. Encontraram títulos de anticorpos mais elevados dirigidos ao domínio de ligação aos receptores do Pilus A da Pseudomonas aeruginosa, que tem 14 aminoácidos do que a proteína nativa da pilina. Os títulos contra a pilina nativa dos animais imunizados com o conjugado peptídico sintético foram mais elevados do que os títulos dos animais imunizados com a proteína pilina inteira. Além disso, as afinidades dos soros anti-péptidos para o domínio de ligação ao receptor da pilina intacta foram significativamente mais elevadas do que as afinidades dos soros de proteína anti-pilina (1).apoiamos o desenvolvimento de vacinas epítopes que combinam imunoinformática e abordagens biológicas experimentais (Alves-Silva et al.; Barbosa Santos et al.). Usámos uma abordagem imunoinformática para melhorar a eficácia das vacinas existentes compostas por antigénios proteicos que foram seleccionados de acordo com a sua relevância em resultados biológicos experimentais anteriores. Nossos resultados também mostraram que as vacinas compostas pelos domínios imunogênicos, otimizam e até excedem o potencial protetor induzido por toda a proteína (1). Por exemplo, obteve 33% de otimização da eficácia da vacina usando uma quimera recombinante, que contém dois domínios que prendem o mais imunogênico epitopos de Nucleosídeo hydrolase NH36 de Leishmania, em vez de toda a NH36 proteína (Alves-Silva et al.). Estes dois domínios (F1 e F3) possuem os epítopos mais potentes para a geração de proteção profilática contra a infecção por Leishmania (L.) amazonensis (Alves-Silva et al.). A vacinação com a proteína NH36 reduz os tamanhos das lesões em 55% (10). No entanto, a vacinação com os domínios F1 e F3 determinou de forma independente reduções respectivas de 70 e 77%, e a quimera F1F3 induziu uma redução de 82% nos tamanhos das lesões da footpad (Alves-Silva et al.).este entusiasmo que vem após o advento das ferramentas imunoinformáticas e a descoberta de epítopos através de previsões in silicas não deve desvalorizar os fundamentos empíricos de toda a ciência experimental envolvida no desenvolvimento das vacinas que controlam as doenças até o presente (6). Pelo contrário, tanto as ferramentas empíricas como in silico devem ser utilizadas em conjunto no desenvolvimento de novas vacinas epitópicas sintéticas que ofereçam vantagens sobre as vacinas tradicionais. São antígenos quimicamente definidos, isentos de efeitos deletérios. Além disso, ao contrário das vacinas vivas atenuadas, não revertem para a virulência em indivíduos imunocomprometidos, e diferentes das vacinas genéticas, não envolvem questões éticas.com este tópico de pesquisa, acreditamos ter contribuído significativamente para o desenvolvimento de vacinas de epítopos sintéticos que podem ajudar na prevenção, tratamento e controle de doenças infecciosas e câncer.

Autor Contributions

CP-d-S, DSR, and ISS wrote and approved the final text of this Editorial.

Declaração de conflito de interesses

os autores declaram que a investigação foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que possam ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

agradecimentos

os autores agradecem David Straker pela revisão da linguagem.Este trabalho foi apoiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) e pela Fundação Carlos Chagas de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) .