Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1138710.32607/actanaturae.11387Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleMechanism of Action of Monoclonal Antibodies That Block the Activity of the Lethal Toxin of Bacillus AnthracisМеханизм блокирования активности летального токсина Bacillus anthracis моноклональными антителамиhttps://orcid.org/0000-0003-1698-6516RomanenkoYana O.РоманенкоЯна Олеговна
Russian Federation

Младший научный сотрудник Лаборатории молекулярной биологии

muntian.jana@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7478-909XE-6458-20143992-7400RiabkoAlena K.РябкоАлена Константиновна
Russian Federation

Научный сотрудник Лаборатории молекулярной биологии

ryabko_alena@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0560-915X6268-4202MarinMaksim A.МарьинМаксим Александрович
Russian Federation

Научный сотрудник Лаборатории молекулярной биологии

max_m-91@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3159-64396729-3232KartsevaAlena S.КарцеваАлена Сергеевна
Russian Federation

Младший научный сотрудник Лаборатории молекулярной биологии

kartseva_as@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5329-2807SilkinaMarina V.СилкинаМарина Владимировна
Russian Federation
marksil@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9667-16743180-1459ShemyakinIgor G.ШемякинИгорь Георгиевич
Russian Federation
shemyakin@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0002-9898-98949166-9151FirstovaVictoria V.ФирстоваВиктория Валерьевна
Russian Federation

Главный научный сотрудник Лаборатории молекулярной биологии

firstova@obolensk.orgState Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology of RospotrebnadzorГосударственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии Роспотребнадзора15122021134981041903202123032021Copyright ©; 2021, Romanenko Y.O., Riabko A.K., Marin M.A., Kartseva A.S., Silkina M.V., Shemyakin I.G., Firstova V.V.Copyright ©; 2021, Романенко Я.О., Рябко А.К., Марьин М.А., Карцева А.С., Силкина М.В., Шемякин И.Г., Фирстова В.В.2021Romanenko Y.O., Riabko A.K., Marin M.A., Kartseva A.S., Silkina M.V., Shemyakin I.G., Firstova V.V.Романенко Я.О., Рябко А.К., Марьин М.А., Карцева А.С., Силкина М.В., Шемякин И.Г., Фирстова В.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/11387

Neutralization of the lethal toxin of Bacillus anthracis is an important topic of both fundamental medicine and practical health care, regarding the fight against highly dangerous infections. We have generated a neutralizing monoclonal antibody 1E10 against the lethal toxin of Bacillus anthracis and described the stages of receptor interaction between the protective antigen (PA) and the surface of eukaryotic cells, the formation of PA oligomers, assembly of the lethal toxin (LT), and its translocation by endocytosis into the eukaryotic cell, followed by the formation of a true pore and the release of LT into the cell cytosol. The antibody was shown to act selectively at the stage of interaction between Bacillus anthracis and the eukaryotic cell, and the mechanism of toxin-neutralizing activity of the 1E10 antibody was revealed. The interaction between the 1E10 monoclonal antibody and PA was found to lead to inhibition of the enzymatic activity of the lethal factor (LF), most likely due to a disruption of true pore formation by PA, which blocks the release of LF into the cytosol.

Нейтрализация летального токсина Bacillus anthracis представляет важную проблему как фундаментальной медицины, так и практического здравоохранения в разрезе борьбы с особо опасными инфекциями. Нами получено нейтрализующее моноклональное антитело 1Е10 против летального токсина B. аnthracis. Описаны этапы рецепторного взаимодействия протективного антигена с поверхностью эукариотических клеток, образования олигомеров протективного антигена, сборки летального токсина и его транслокации с помощью эндоцитоза в эукариотическую клетку с последующим образованием истинной поры и выходом летального токсина в цитозоль. Показано селективное действие антитела на стадии взаимодействия B. anthracis с эукариотической клеткой, выявлен механизм токсиннейтрализующей активности антитела 1Е10. Обнаружено, что взаимодействие моноклонального антитела 1Е10 с протективным антигеном приводит к ингибированию ферментативной активности летального фактора, по всей видимости, за счет нарушения формирования истинной поры протективного антигена, что блокирует выход летального фактора в цитозоль.

anthraxmonoclonal antibodiestoxin-neutralizing activitycytometric analysisprotective antigenlethal factorсибирская язвамоноклональные антителатоксиннейтрализующая активностьцитометрический анализпротективный антигенлетальный факторBradley K.A., Mogridge J., Mourez M., Collier R.J., Young J.A. // Nature. 2001. V. 414. № 6860. P. 225–229.Mock M., Fouet A. // Annu. Rev. Microbiol. 2001. V. 55. № 1. P. 647–671.Marinin L.I. Human anthrax: epidemiology, prevention, diagnosis, and treatment [in Russian]. Obolensk. 2008. 408 p.Маринин Л.И. Сибирская язва человека: эпидемиология, профилактика, диагностика, лечение. Оболенск: Гигиена, 2008. 408 с.Hu K., Olsen B.R., Besschetnova T.Y. // Matrix Biology. 2017. V. 62. P. 105–114.Noskov A.N. // Journal of Microbiology, Epidemiology, and Immunobiology. 2014. № 4. P. 92–101.Носков А.Н. // Журн. микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2014. № 4. C. 92–101.Jiang J., Pentelute B.L., Collier R.J., Zhou Z.H. // Nature. 2015. V. 521. № 7553. P. 545549.Petosa C., Collier R.J., Klimpel K.R., Leppla S.H., Liddington R.C. // Nature. 1997. V. 385. № 6619. P. 833–838.Wickner W., Schekman R. // Science. 2005. V. 310. № 5753. P. 1452–1456.Hardenbrook N.J., Liu S., Zhou K., Ghosal K., Zhou Z.H., Krantz B.A. // Nat. Commun. 2020. V. 11. № 1. P. 1–10.Krantz B.A., Finkelstein A., Collier R.J. // J. Mol. Boil. 2006. V. 355. № 5. P. 968–979.Krantz B.A., Finkelstein A., Collier R.J. // J. Mol. Biol. 2006. V. 355. № 5. P. 968–979.Firstova V.V., Shemyakin I.G., Dyatlov I.A. // Infection and Immunity. 2019. V. 9. № 5–6. P. 639–647.Фирстова В.В., Шемякин И.Г., Дятлов И.А. // Инфекция и иммунитет. 2019. Т. 9. № 5–6. С. 639–647.Belogurov A., Kozyr A., Ponomarenko N., Gabibov A. // Bioessays. 2009. V. 31. № 11. P. 1161–1171.Durova O.M., Vorobiev I.I., Smirnov I.V., Reshetnyak A.V., Telegin G.B. // Mol. Immunol. 2009. V. 47. № 1. P. 87–95.Stepanov A.V., Belogurov A.A., Ponomarenko N.A., Stremovskiy O.A., Kozlov L.V. // PLoS One. 2011. V. 6. e20991.Glinka E.M., Edelweiss E.F., Sapozhnikov A.M., Deyev S.M. // Gene. 2006. V. 366. № 1. P. 97–103.Belova E.V., Dubiley S.A., Kravchenko T.B., Kolesnikov A.V., Zakharova M.Yu., et al. // Molecular Genetics, Microbiology, and Virology. 2004. № 3. P. 21–26.Белова Е.В., Дубилей С.А., Кравченко Т.Б., Колесников А.В., Захарова М.Ю. // Молекуляр. генетика, микробиология и вирусология. 2004. № 3. С. 21–26.Kolesnikov A.V., Ryabko A.K., Shemyakin I.G., Kozyr A.V. // Bulletin of the Russian Academy of Medical Sciences. 2015. V. 70. № 4. P. 428–434.Колесников А.В., Рябко А.К., Шемякин И.Г., Козырь А.В. // Вестн. Росс. акад. мед. наук. 2015. Т. 70. № 4. С. 428–434.Dixon T.C., Fadl A.A., Koehler T.M., Swanson J.A., Hanna P.C. // Cell. Microbial. 2000. V. 2. № 6. P. 453–463.Belova E.V., Kolesnikov A.V., Zakharova M.Yu., Dubiley S.A., Dyatlov I.A., Shemyakin I.G. // Bioorganic Chemistry. 2008. V. 34. № 5. P. 639–644.Белова Е.В., Колесников А.В., Захарова М.Ю., Дубилей С.А., Дятлов И.А., Шемякин И.Г. // Биоорган. химия. 2008. Т. 34. № 5. С. 639–644.Zakharova M.Yu., Kuznetsov N.A., Dubiley S.A., Kozyr A.V., Fedorova O.S., Chudakov D.M., Knorre D.G., Shemyakin I.G., Gabibov A.G., Kolesnikov A.V. // J. Biol. Chem. 2009. V. 284. № 27. P. 17902–17913.Popescu N.I., Keshari R.S., Cochran J., Coggeshall K.M., Lupu F. // Microorganisms. 2020. V. 8. № 7. P. 1039.Weinreich D.M., Sivapalasingam S., Norton T., Ali S., Gao H., Bhore R., Musser B. J., Soo Y., Rofail D., Im J. et al. // N. Engl. J. Med. 2021. P. 238–251.Weinreich D.M., Sivapalasingam S., Norton T., Ali S., Gao H., Bhore R., Musser B. J., Soo Y., Rofail D., Im J., et al. // N. Engl. J. Med. 2021. P. 238–251.Terekhov S.S., Smirnov I.V., Malakhova M.V., Samoilov A.E., Manolov A.I., Nazarov A.S., Danilov D.V., Dubiley S.A., Osterman I.A., Rubtsova M.P. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. V. 115. № 38. P. 9551–9556.Terekhov S.S., Smirnov I.V., Malakhova M.V., Samoilov A.E., Manolov A.I., Nazarov A.S., Danilov D.V., Dubiley S.A., Osterman I.A., Rubtsova M.P., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. V. 115. № 38. P. 9551–9556.Wine Y., Horton A.P., Ippolito G.C., Georgiou G. // Curr. Opin. Immunol. 2015. V. 35. P. 89–97.Rappazzo C.G., Longping V.T., Kaku C.I., Wrapp D., Sakharkar M., Huang D., Deveau L.M., Yockachonis T.J., Herbert A.S., Battles M.B. et al. // Science. 2021. V. 371. № 6531. P. 823–829.Rappazzo C.G., Longping V.T., Kaku C.I., Wrapp D., Sakharkar M., Huang D., Deveau L.M., Yockachonis T.J., Herbert A.S., Battles M.B., et al. // Science. 2021. V. 371. № 6531. P. 823–829.Guo Y., Huang L., Zhang G., Yao Y., Zhou H., Shen S., Shen B., Li B., Li X., Zhang Q., et al. // Nat. Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 263. doi: 10.1038/s41467-021-22926-2.