Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1036210.32607/20758251-2018-10-1-85-94Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleInfluence of the Linking Order of Fragments of HA2 and M2e of the influenza A Virus to Flagellin on the Properties of Recombinant ProteinsВлияние порядка присоединения фрагментов НА2 и М2е вирусов гриппа A к флагеллину на свойства рекомбинантных белковStepanovaL. A.СтепановаЛ. А.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruKotlyarovR. Y.КотляровР Ю.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruShuklinaM. A.ШуклинаМ. А.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruBlochinaE. A.БлохинаЕ. А.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruSergeevaM. V.СергееваМ. В.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruPotapchukM. V.ПотапчукМ. В.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruKovalevaA. A.КовалеваА. А.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruRavinN. V.РавинН. В.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruTsybalovaL. M.ЦыбаловаЛ. М.
Russian Federation
stepanoval60@mail.ruResearch Institute of Influenza, Russian Federation Ministry of HealthНаучно-исследовательский институт гриппа Министерства здравоохранения Российской ФедерацииInstitute of Bioengineering, Research Center of Biotechnology of the Russian Academy of SciencesИнститут биоинженерии, Исследовательский центр биотехнологии РАН15032018101VOL 10, NO1 (2018)ТОМ 10, №1 (2018)859417012020Copyright ©; 2018, Stepanova L.A., Kotlyarov R.Y., Shuklina M.A., Blochina E.A., Sergeeva M.V., Potapchuk M.V., Kovaleva A.A., Ravin N.V., Tsybalova L.M.Copyright ©; 2018, Степанова Л.А., Котляров Р.Ю., Шуклина М.А., Блохина Е.А., Сергеева М.В., Потапчук М.В., Ковалева А.А., Равин Н.В., Цыбалова Л.М.2018Stepanova L.A., Kotlyarov R.Y., Shuklina M.A., Blochina E.A., Sergeeva M.V., Potapchuk M.V., Kovaleva A.A., Ravin N.V., Tsybalova L.M.Степанова Л.А., Котляров Р.Ю., Шуклина М.А., Блохина Е.А., Сергеева М.В., Потапчук М.В., Ковалева А.А., Равин Н.В., Цыбалова Л.М.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10362

The ectodomain of the M2 protein (M2e) and the conserved fragment of the second subunit of hemagglutinin (HA2) are promising candidates for broadly protective vaccines. In this paper, we report on the design of chimeric constructs with differing orders of linkage of four tandem copies of M2e and the conserved fragment of HA2 (76-130) from phylogenetic group II influenza A viruses to the C-terminus of flagellin. The 3D-structure of two chimeric proteins showed that interior location of the M2e tandem copies (Flg-4M2e-HA2) provides partial α-helix formation nontypical of native M2e on the virion surface. The C-terminal position of the M2e tandem copies (Flg-HA2-4M2e) largely retained its native M2e conformation. These conformational differences in the structure of the two chimeric proteins were shown to affect their immunogenic properties. Different antibody levels induced by the chimeric proteins were detected. The protein Flg-HA2-4M2e was more immunogenic as compared to Flg-4M2e-HA2, with the former offering full protection to mice against a lethal challenge. We obtained evidence suggesting that the order of linkage of target antigens in a fusion protein may influence the 3D conformation of the chimeric construct, which leads to changes in immunogenicity and protective potency.

Эктодомен белка М2 и консервативные регионы второй субъединицы НА являются перспективными антигенами для создания вакцин с широким протективным потенциалом. На основе флагеллина, четырех копий эктодомена белка М2 вирусов гриппа А и консервативного фрагмента НА2 (76-130) вирусов гриппа филогенетической группы II, содержащего В-клеточные, CD4+ и CD8+ Т-клеточные эпитопы, сконструированы два гибридных рекомбинантных белка с различным порядком присоединения таргетных антигенов к С-концу флагеллина. 3D-моделирование структуры двух гибридных белков показало, что внутренняя локализация четырех копий М2е приводила к частичной α-спирализации, нехарактерной для нативной конформации М2е на поверхности вириона. Концевое расположение М2е в большей степени обеспечивало сохранность нативной конформации М2е. Конформационные различия в структуре двух белков влияли на их иммуногенность. Выявлены различия в уровне продукции антител двумя гибридными белками. Белок с концевым положением М2е был более иммуногенным, чем белок с концевым положением участка НА2. Иммунизация гибридным белком с концевым расположением М2е полностью защищала животных от летального заражения. Показано, что порядок расположения таргетных антигенов в рекомбинантном белке может влиять на третичную структуру рекомбинантного белка, а также на его иммуногенность и протективный эффект.

influenzavaccineHA2M2erecombinant proteinflagellinвакцинагриппНА2М2ерекомбинантный белокфлагеллинThis work was supported by the Russian Scientific Foundation (grant № 15-14-00043).Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 15-14-00043).[1] Fan J., Liang X., Horton M.S., Perry H.C., Citron M.P., Heidecker G.J., Fu T.M., Joyce J., Przysiecki C.T., Keller P.M. // Vaccine. 2004. V. 22. № 23-24. 2004, V.22, №23-24, P.2993-3003[2] Huleatt J.W., Nakaar V., Desai P., Huang Y., Hewitt D., Jecobs A., Tang J., McDonald W., Song L., Evans R.K. // Vaccine. 2008, V.26, №2, P.201-214[3] Fiers W., De Filette M., El Bakkouri K., Schepens B., Roose K., Schotsaert M., Birkett A., Saelens X. // Vaccine. 2009, V.27, №45, P.6280-6283[4] Schotsaert M., De Filette M., Fiers W., Saelens X. // Expert Rev. Vaccines. 2009, V.8, №4, P.499-508[5] Turley C.B., Rupp R.E., Johnson C., Taylor D.N., Wolfson J., Tussey L., Kavita U., Stanberry L., Shaw A. // Vaccine. 2011, V.29, №32, P.5145-5152[6] Stepanova L.A., Kotlyarov R.Y., Kovaleva A.A., Potapchuk M.V., Korotkov A.V., Sergeeva M.V., Kasianenko M.A., Kuprianov V.V., Ravin N.V., Tsybalova L.M. // PLoS One. 2015, V.10, №3, e0119520[7] Tsybalova L.M., Stepanova L.A., Kuprianov V.V., Blokhina E.A., Potapchuk M.V., Korotkov A.V., Gorshkov A.N., Kasyanenko M.A., Ravin N.V., Kiselev O.I. // Vaccine. 2015, V.33, №29, P.3398-3406[8] Neirynck S., Deroo T., Saelens X., Vanlandschoot P., Jou W.M., Fiers W. // Nat. Med. 1999, V.5, №10, P.1157-1163[9] Mozdanovska K., Maiese K., Furchner M., Gerhard W. // Virology 1999, V.254, №1, P.138-146[10] Tompkins S.M., Zhao Z.C., Lo C.Y., Misplon J.A., Liu T., Ye Z., Hogan R.J., Wu Z., Benton K.A., Tumpey T.M., Epstein S.L. // Emerg. Infect. Dis. 2007, V.13, №3, P.426-435[11] Beerli R.R., Bauer M., Schmitz N., Buser R.B., Gwerder M., Muntwiler S., Renner W.A., Saudan P., Bachmann M.F. // Virology Journal 2009, V.6, P.224-235[12] Jegerlehner A., Schmitz N., Storni T., Bachmann M.F. // J. Immunol. 2004, V.172, P.5598-5605[13] El Bakkouri K., Descamps F., De Filette M., Smet A., Festjens E., Birkett A., van Rooijen N., Verbeek S., Fiers W., Saelens X. // J. Immunol. 2011, V.186, P.1022-1031[14] Treanor J.J., Tierney E.L., Zebedee SL., Lamb R.A., Murphy B.R. // Virology Journal 1990, V.64, P.1375-1377[15] Gerhard W., Mozdzanowska K., Zharikova D. // Emerg. Infect. Dis. 2006, V.12, №14, P.569-574[16] Trosby M., van den Brink E., Jongeneelen M., Poon L.L., Alard P., Cornelissen L., Bakker A., Cox F., van Deventer E., Guan Y. // PLoS One. 2008, V.3, №12, e3942[17] Prabhu N., Prabakaran M., Ho H.T., Velumani S., Qiang J., Goutama M., Kwang J. // Virology Journal 2009, V.83, №6, P.2553-2562[18] Wang T.T., Tan G. S., Hai R., Pica N., Petersen E., Moran T.M., Peter Palese P. // PLoS Pathogens. 2010, V.6, №2, e1000796[19] Wei C.J., Boyington J.C., McTamney P.M., Kong W.P., Pearce M.B., Xu L., Andersen H., Rao S., Tumpey T.M., Yang Z.Y. // Science. 2010, V.329, №5995, P.1060-1064[20] Corti D., Voss J., Gamblin S.J., Codoni G., Macagno A., Jarrossay D., Vachieri S.G., Pinna D., Minola A., Vanzetta F. // Science. 2011, V.333, №6044, P.850-856[21] Wrammert J., Koutsonanos D., Li G.M., Edupuganti S., Sui J., Morrissey M., McCausland M., Skountzou I., Hornig M., Lipkin W.I. // J. Exp. Med. 2011, V.208, №1, P.181-193[22] Ekiert D.C., Friesen R.H., Bhabha G., Kwaks T., Jongeneelen M., Yu W., Ophorst C., Cox F., Korse H.J., Brandenburg B. // Science. 2011, V.333, №6044, P.843-850[23] Wang T.T., Tan G.S., Hai R., Pica N., Ngai L., Ekiert D.C., Wilson I.A., García-Sastre A., Moran T.M., Palese P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, №44, P.18979-18984[24] Bommakanti G., Citron M.P., Hepler R.W., Callahan C., Heidecker G.J., Najar T.A., Lu X., Joyce J.G., Shiver J.W., Casimiro D.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, №31, P.13701-13706[25] Schneemann A., Speir J.A., Tan G.S., Khayat R., Ekiert D.C., Matsuoka Y., Wilson I.A. // Virology Journal 2012, V.86, №21, P.11686-11697[26] Stanekova Z., Adkins I., Kosova M., Janulíkova J., Sebo P., Vareckova E. // Antiviral Res. 2013, V.97, №1, P.24-35[27] Stepanova L.A., Sergeeva M.V., Shuklina M.A., Shaldzhyan A.A., Potapchuk M.V., Korotkov A.V., Tsybalova L.M. // Acta Naturae. 2016, V.8, №2, P.116-126[28] Delaney K.N., Phipps J.P., Johnson J.B., Mizel S.B. // Viral Immunol. 2010, V.23, P.201-210[29] Cuadros C., Lopez-Hernandez F.G., Dominguez A.L., McClelland M., Lustgarten J. // Infect. Immun. 2004, V.72, P.2810-2816[30] Honko A.N., Sriranganathan N., Lees C.J., Mizel S.B. // Infect. Immun. 2006, V.74, P.1113-1120[31] Bates J.T., Honko A.N., Graff A.H., Kock N., Mizel S.B. // Mech. Ageing Dev. 2008, V.129, P.271-281[32] Song L., Zhang Y., Yun N.E., Poussard A.L., Smith J.N., Smith J.K., Borisevich V., Linde J.J., Zacks M.A., Li H. // Vaccine. 2009, V.27, №42, P.5875-5884[33] Wang B.Z., Xu R., Quan F.S., Kang S.M., Wang L., Compans R.W. // PLoS One. 2010, V.5, e13972[34] Liu G., Tarbet B., Song L., Reiserova L., Weaver B., Chen Y., Li H., Hou F., Liu X., Parent J. // PLos One. 2011, V.6, №6, e20928[35] Katoh K., Misawa K., Kuma K., Miyata T. // Nucleic Acids Research 2002, V.30, №14, P.3059-3066[36] Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. // Bioinformatics. 2012, V.28, №8, P.1166-1167[37] Vita R., Zarebski L., Greenbaum J.A., Emami H., Hoof I., Salimi N., Damle R., Sette A., Peters B. // Nucleic Acids Research 2010, V.38, №Database issue, P.D854-D862[38] Stranzl T., Larsen M.V., Lundegaard C., Nielsen M. // Immunogenetics. 2010, V.62, №6, P.357-368[39] Pettersen E.F., Goddard T.D., Huang C.C., Couch G.S., Greenblatt D.M., Meng E.C., Ferrin T.E. // J. Comput. Chem. 2004, V.25, №13, P.1605-1612[40] Kelley L.A., Sternberg M.J. // Nature Protocols 2009, V.4, №3, P.363-371[41] Grant S., Jessee J., Bloom F., Hanahan D. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990, V.87, №12, P.4645-4649[42] Laemmli U.K. // Nature 1970, V.227, №5259, P.680-685[43] Zharikova D., Mozdzanowska K., Feng J., Zhang M., Gerhard W. // Virology Journal 2005, V.79, P.6644-6654