Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1085010.32607/20758251-2019-11-3-56-65Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleThe Structural and Immunological Properties of Chimeric Proteins Containing HIV-1 MPER SitesИсследование структурных и иммунологических свойств химерных белков, содержащих участки MPER ВИЧ-1RudometovA. P.РудометовА. П.
Russian Federation
andrei692@mail.ruRudometovaN. B.РудометоваН. Б.
Russian Federation
andrei692@mail.ruShcherbakovD. N.ЩербаковД. Н.
Russian Federation
andrei692@mail.ruLomzovA. A.ЛомзовА. А.
Russian Federation
andrei692@mail.ruKaplinaO. N.КаплинаО. Н.
Russian Federation
andrei692@mail.ruShcherbakovaN. S.ЩербаковаН. С.
Russian Federation
andrei692@mail.ruIlyichevA. A.ИльичевА. А.
Russian Federation
andrei692@mail.ruBakulinaA. Yu.БакулинаА. Ю.
Russian Federation
andrei692@mail.ruKarpenkoL. I.КарпенкоЛ. И.
Russian Federation
andrei692@mail.ruState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» РоспотребнадзораState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”ФБУН Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» РоспотребнадзораAltai State UniversityАлтайский государственный университетInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine SB RASИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНNovosibirsk State UniversityНовосибирский национальный исследовательский государственный университет15092019113VOL 11, NO3 (2019)ТОМ 11, №3 (2019)566521012020Copyright ©; 2019, Rudometov A.P., Rudometova N.B., Shcherbakov D.N., Lomzov A.A., Kaplina O.N., Shcherbakova N.S., Ilyichev A.A., Bakulina A.Y., Karpenko L.I.Copyright ©; 2019, Рудометов А.П., Рудометова Н.Б., Щербаков Д.Н., Ломзов А.А., Каплина О.Н., Щербакова Н.С., Ильичев А.А., Бакулина А.Ю., Карпенко Л.И.2019Rudometov A.P., Rudometova N.B., Shcherbakov D.N., Lomzov A.A., Kaplina O.N., Shcherbakova N.S., Ilyichev A.A., Bakulina A.Y., Karpenko L.I.Рудометов А.П., Рудометова Н.Б., Щербаков Д.Н., Ломзов А.А., Каплина О.Н., Щербакова Н.С., Ильичев А.А., Бакулина А.Ю., Карпенко Л.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10850

The human immunodeficiency virus (HIV-1) poses a serious risk to global public health. The development of a safe and effective vaccine could stop the HIV/AIDS pandemic. Much of the research focused on HIV-1 prevention through vaccination is aimed at developing immunogens and immunization strategies to induce the formation of antibodies with neutralizing activity against a broad range of HIV-1 isolates (bNAbs). The objective of this study was to develop immunogens capable of targeting an immune response to MPER, one of the regions of bNAb binding in Env. Two immunogens carrying MPER fragments on their scaffolds (protein YkuJ Bacillus subtilis and artificial polypeptide TBI) were constructed. Circular dichroism spectroscopy was used to show that the secondary structure of the immunogens was consistent with their theoretical models. The antigenic structure of the MPER-TBI and YkuJ-MPER proteins was characterized using bNAbs that recognize HIV-1 MPER (2F5, 4E10, and 10E8). The rabbit model made it possible to show the immunogenicity of the constructed recombinant proteins. The resulting serum was found to be cross-reactive with immunogens carrying MPER. The constructs designed and characterized in this study can be used for targeting the humoral immune response to MPER, which is known to be one of the sites of HIV-1 vulnerability.

Разработка безопасной и эффективной вакцины против вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1) могла бы способствовать прекращению пандемии ВИЧ/СПИДа, представляющей серьезную проблему здравоохранения во всем мире. Значительная часть исследований в области вакцинопрофилактики ВИЧ-1 направлена на разработку иммуногенов и стратегий иммунизации, способных вызывать формирование антител, обладающих нейтрализующей активностью в отношении широкого спектра изолятов ВИЧ-1 (bNAbs). Цель данной работы заключалась в создании иммуногенов, способных направить иммунный ответ на мембрано-проксимальную наружную область (MPER) ВИЧ-1, один из районов связывания bNAbs. Сконструированы два иммуногена, представляющие фрагменты MPER в составе двух белков-носителей: белка YkuJ Bacillus subtilis и искусственного полипептида TBI. С помощью метода кругового дихроизма показано, что вторичная структура иммуногенов согласуется с их теоретическими моделями. Антигенная структура белков MPER-TBI и YkuJ-MPER охарактеризована с помощью bNAbs, узнающих MPER ВИЧ-1 (2F5, 4E10 и 10E8). Иммуногенность полученных рекомбинантных белков показана на кроликах. Установлено, что полученные сыворотки кросс-реактивны в отношении иммуногенов, содержащих MPER. Конструкции, созданные и охарактеризованные в данной работе, могут быть использованы для фокусирования гуморального иммунного ответа на MPER, который считается одним из регионов уязвимости ВИЧ-1.

HIV-1neutralizing antibody epitopesrecombinant immunogensbNAbsMPERВИЧ-1рекомбинантные иммуногеныэпитопы нейтрализующих антителbNAbsMPERThis study was supported by the Russian Foundation for Basic Research (project No. 18-34-00314).Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-34-00314.1. Eisinger R.W., Fauci A.S. // Emerg. Infect. Dis. 2018. V. 24. № 3. P. 413-416.2. Durova O.M., Vorobiev I.I., Smirnov I.V., Reshetnyak A.V., Telegin G.B., Shamborant O.G., Orlova N.A., Genkin D.D., Bacon A., Ponomarenko N.A., et al. // Mol. Immunol. 2009. V. 47. № 1. P. 87-95.3. Huang J., Kang B.H., Pancera M., Lee J. H., Tong T., Feng Y., Imamichi H., Georgiev I.S., Chuang G., Druz A., et al. // Nature. 2014. V. 515. № 7525. P. 138-142.4. Sok D., Burton D.R. // Nat. Immunol. 2018. V. 19. № 11. P. 1179-1188.5. Hessell A.J., Rakasz E.G., Tehrani D.M., Huber M., Weisgrau K.L., Landucci G., Forthal D.N., Koff W.C., Poignard P., Watkins D.I., et al. // J. Virol. 2010. V. 84. № 3. P. 1302-1313.6. Pegu A., Hessell A.J., Mascola J.R., Haigwood N.L. // Immunol. Rev. 2017. V. 275. № 1. P. 296-312.7. Subbaraman H., Schanz M., Trkola A. // Retrovirilogy. 2018. V. 15. № 1. P. 1-14.8. Vzorov A.N., Uryvaev L.V. // Mol. Biol. 2017. V. 51. № 6. P. 819-829.9. Saunders K.O., Verkoczy L.K., Jiang C., Zhang J., Parks R., Chen H., Housman M., Bouton-Verville H., Shen X., Trama A.M., et al. // Cell. Rep. 2017. V. 21. № 13. P. 3681-3690.10. Haynes B.F., Moody M.A., Alam M., Bonsignori M., Verkoczy L., Ferrari G., Gao F., Tomaras G.D., Liao H., Kelsoe G. // J. Allergy Clin. Immunol. 2014. V. 134. № 1. P. 3-10.11. Shcherbakov D.N., Bakulina A.Y., Karpenko L.I., Ilyichev A.A. // Acta Naturae. 2015. V. 7. № 4. P. 11-21.12. Montero M., Houten N.E., Wang X., Scott J.K. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2008. V. 72. № 1. P. 54-84.13. Williams L.D., Ofek G., Schätzle S., McDaniel J.R., Lu X., Nicely N.I., Wu L., Lougheed C.S., Bradley T., Louder M.K., et al. // Sci. Immunol. 2017. V. 2. № 7. P. eaal2200.14. Liu H., Su X., Si L., Lu L., Jiang S. // Protein Cell. 2018. V. 9. № 7. P. 1-20.15. Venditto V.J., Wieczorek L., Molnar S., Teque F., Landucci G., Watson D.S., Forthal D., Polonis V.R., Levy J.A., Szoka F.C. // J. Clin. Vaccine Immunol. 2014. V. 21. № 8. P. 1086-1093.16. Ye L., Wen Z., Dong K., Wang X., Bu Z., Zhang H., Compans R.W., Yang C. // PLoS One. 2011. V. 6. № 5. P. 1-12.17. Correia B.E., Ban Y.E., Holmes M.A., Xu H., Ellingson K., Kraft Z., Carrico C., Boni E., Sather D.N., Zenobia C., et al. // Structure. 2010. V. 18. № 9. P. 1116-1126.18. Kelsoe G., Haynes B.F. // Immunol. Rev. 2017. V. 275. № 1. P. 79-88.19. Irimia A., Serra A.M., Sarkar A., Jacak R., Kalyuzhniy O., Sok D., Saye-Francisco K.L., Schiffner T., Tingle R., Kubitz M., et al. // PLoS Pathog. 2017. V. 13. № 2. P. 1-20.20. Scholz C., Schaarschmidt P., Engel A.M., Andres H., Schmitt U., Faatz E., Balbach J., Schmid F.X. // J. Mol. Biol. 2005. V. 345. № 5. P. 1229-1241.21. Kim M., Song L., Moon J., Sun Z.Y., Bershteyn A., Hanson M., Cain D., Goka S., Kelsoe G., Wagner G., et al. // J. Biol. Chem. 2013. V. 288. № 44. P. 31888-31901.22. Rudometov A.P., Andreeva N.B., Chikaev A.N., Shcherbakova N.S., Kaplina O.N., Karpenko L.I. // Siberian Scientific Medical Journal. 2018. V. 8. № 4. P. 37-43.23. Kozlowski L.P., Bujnicki J.M. // BMC Bioinformatics. 2012. V. 13. № 1. P. 1-11.24. Perczel A., Hollósi M., Tusnády G., Fasman G.D. // Protein Eng. 1991. V. 4. № 6. P. 669-679.25. Karpenko L.I., Bazhan S.I., Bogryantseva M.P., Ryndyuk N.N., Ginko Z.I., Kuzubov V.I., Lebedev L.R., Kaplina O.N., Reguzova A.Y., Ryzhikov A.B., et al. // Russ. J. Bioorgan. Chem. 2016. V. 42. № 2. P. 170-182.26. Rathore U., Kesavardhana S., Mallajosyula V.V., Varadarajan R. // Biochim. Biophys. Acta. 2014. V. 1844. № 11. P. 1891-1906.27. Zolla-Pazner S., Kong X., Xunqing J., Cardozo T., Nádas A., Cohen S., Totrov M., Seaman M.S., Wang Sh., Lu Sh. // J. Virol. 2011. V. 85. № 19. P. 9887-9898.28. Xu K., Acharya P., Kong R., Cheng C., Chuang G.Y., Liu K., Louder M.K., O'Dell S., Rawi R., Sastry M., et al. // Nat. Med. 2018. V. 4. № 6. P. 857-867.