Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1149510.32607/actanaturae.11495Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleDevelopment of Neutralizing Nanobodies to the Hemagglutinin Stem Domain of Influenza A VirusesПолучение нейтрализующих наноантител к стеблевому домену гемагглютинина вируса гриппа типа Аhttps://orcid.org/0000-0001-6629-744XVoroninaDaria V.ВоронинаДарья Владимировна
Russian Federation

Junior Researcher of the Laboratory of Immunobiotechnology

младший научный сотрудник лаборатории иммунобиотехнологии

daryavoronin2009@yandex.ruShcheblyakovDmitry V.ЩебляковДмитрий Викторович
Russian Federation
sdmitryv@yahoo.comEsmagambetovIlias B.ЕсмагамбетовИльяс Булатович
Russian Federation
esmagambetovib@gmail.comDerkaevArtem A.ДеркаевАртем Алексеевич
Russian Federation
derkaev.a@yandex.ruPopovaOlgaПоповаОльга
Russian Federation
olga.popova31@yandex.ruShcherbininDmitry N.ЩербининДмитрий Николаевич
Russian Federation
dim284@inbox.ruNational Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya of the Ministry of Health of RussiaНациональный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава России1512202113433411806202114072021Copyright ©; 2021, Voronina D.V., Shcheblyakov D.V., Esmagambetov I.B., Derkaev A.A., Popova O., Shcherbinin D.N.Copyright ©; 2021, Воронина Д.В., Щебляков Д.В., Есмагамбетов И.Б., Деркаев А.А., Попова О., Щербинин Д.Н.2021Voronina D.V., Shcheblyakov D.V., Esmagambetov I.B., Derkaev A.A., Popova O., Shcherbinin D.N.Воронина Д.В., Щебляков Д.В., Есмагамбетов И.Б., Деркаев А.А., Попова О., Щербинин Д.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/11495

The influenza virus infection claims ~650,000 lives annually. Taking into account the evolving resistance of the pathogen to antiviral drugs and the waning effectiveness of vaccination among certain populations, new approaches to the treatment of influenza are needed. The current study is aimed at obtaining single-domain antibodies (Nanobodies®) to the highly conserved stem domain of influenza A virus hemagglutinin by phage display. Two high-affinity neutralizing clones of Nanobodies® with a particular specificity were selected; they ensured 100% neutralization of the H1N1 and H5N2 influenza viruses in vivo. The obtained data demonstrate that it is possible to develop highly effective VHH-based drugs for the treatment of influenza.

Вирус гриппа ежегодно уносит порядка 650 000 жизней. В условиях прогрессирующей резистентности к противовирусным препаратам и сниженной эффективности вакцинации среди определенных групп населения возникает необходимость в новых подходах к терапии гриппозной инфекции. Представленная работа посвящена получению однодоменных антител (наноантител) к высококонсервативному стержневому домену гемагглютинина вируса гриппа типа А при помощи технологии фагового дисплея. В результате были отобраны два высокоаффинных клона наноантител, показавшие 100% нейтрализующую активность in vivo при заражении мышей летальными дозами вируса гриппа штаммов H1N1 и H5N2. Полученные данные указывают на возможность создания высокоэффективных препаратов на основе однодоменных антител для терапии гриппозной инфекции.

Nanobodies®VHHphage displayinfluenza virusнаноантителаVHHфаговый дисплейвирус гриппаГосударственное задание Министерства здравоохранения Российской ФедерацииState Assignment of the Ministry of Health of the Russian Federation121031800132-4Исследование выполнено в рамках Государственного задания Министерства здравоохранения Российской Федерации №121031800132-4.Gamblin S.J., Skehel J.J. // J. Biol. Chem. 2010. V. 285. № 37. P. 28403–28409.Krammer F., Palese P. // Nat. Rev. Drug Discov. 2015. V. 14. № 3. P. 167–182.Ekiert D.C., Friesen R.H.E., Bhabha G., Kwaks T., Jongeneelen M., Yu W., Ophorst C., Cox F., Korse H.J., Brandenburg B., et al. // Science. 2011. V. 333. № 6044. P. 843–850.Throsby M., van den Brink E., Jongeneelen M., Poon L.L.M., Alard P., Cornelissen L., Bakker A., Cox F., van Deventer E., Guan Y., Cinatl J., et al. // PLoS One. 2008. V. 3. № 12. P. e3942.Sui J., Hwang W.C., Perez S., Wei G., Aird D., Chen L.M., Santelli E., Stec B., Cadwell G., Ali M., et al. // Nat. Struct. Mol. Biol. 2009. V. 16. № 3. P. 265–273.Wyrzucki A., Dreyfus C., Kohler I., Steck M., Wilson I.A., Hangartner L. // J. Virol. 2014. V. 88. № 12. P. 7083–7092.Corti D., Suguitan A.L., Pinna D., Silacci C., Fernandez-Rodriguez B.M., Vanzetta F., Santos C., Luke C.J., Torres-Velez F.J., Temperton N.J., et al. // J. Clin. Invest. 2010. V. 120. № 5. P. 1663–1673.de Marco D., Clementi N., Mancini N., Solforosi L., Moreno G.J., Sun X., Tumpey T.M., Gubareva L.V., Mishin V., Clementi M., et al. // PLoS One. 2012. V. 7. № 4. P. 1–9.Kashyap A.K., Steel J., Rubrum A., Estelles A., Briante R., Ilyushina N.A., Xu L., Swale R.E., Faynboym A.M., Foreman P.K., et al. // PLoS Pathog. 2010. V. 6. № 7. P. 1–7.Friesen R.H.E., Lee P.S., Stoop E.J.M., Hoffman R.M.B., Ekiert D.C., Bhabha G., Yu W., Juraszek J., Koudstaal W., Jongeneelen M., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014. V. 111. № 1. P. 445–450.Corti D., Voss J., Gamblin S.J., Codoni G., Macagno A., Jarrossay D., Vachieri S.G., Pinna D., Minola A., Vanzetta F., et al. // Science. 2011. V. 333. № 6044. P. 850–856.Nakamura G., Chai N., Park S., Chiang N., Lin Z., Chiu H.., Fong R, Yan D., Kim J., Zhang J., et al. // Cell Host Microbe. 2013. V. 14. № 1. P. 93–103.Nakamura G., Chai N., Park S., Chiang N., Lin Z., Chiu H., Fong R., Yan D., Kim J., Zhang J., et al. // Cell Host Microbe. 2013. V. 14. № 1. P. 93–103.Wu Y., Cho M., Shore D., Song M., Choi J., Jiang T., Deng Y.Q., Bourgeois M., Almli L., Yang H., et al. // Nat. Commun. 2015. V. 6. P. 7708.Tharakaraman K., Subramanian V., Viswanathan K., Sloan S., Yen H.L., Barnard D.L., Leung Y.H., Szretter K.J., Koch T.J., Delaney J.C., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. № 35. P. 10890–10895.Wyrzucki A., Bianchi M., Kohler I., Steck M., Hangartner L. // J. Virol. 2015. V. 89. № 6. P. 3136–3144.Hu W., Chen A., Miao Y., Xia S., Ling Z., Xu K., Wang T., Xu Y., Cui J., Wu H., et al. // Virology. 2013. V. 435. № 2. P. 320–328.Li G.M., Chiu C., Wrammert J., McCausland M., Andrews S.F., Zheng N.Y., Lee J.H., Huang M., Qu X., Edupuganti S., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. V. 109. № 23. P. 9047–9052.Henry Dunand C.J., Leon P.E., Kaur K., Tan G.S., Zheng N.Y., Andrews S., Huang M., Qu X., Huang Y., Salgado-Ferrer M., et al. // J. Clin. Invest. 2015. V. 125. № 3. P. 1255–1268.Clementi N., de Marco D., Mancini N., Solforosi L., Moreno G.J., Gubareva L.V., et al. // PLoS One. 2011. V. 6. № 12. P. e28001.Kallewaard N.L., Corti D., Collins P.J., Neu U., McAuliffe J.M., Benjamin E., Wachter-Rosati L., Palmer-Hill F.J., Yuan A.Q., Walker P.A., et al. // Cell. 2016. V. 166. № 3. P. 596–608.Joyce M.G., Wheatley A.K., Thomas P.V., Chuang G.Y., Soto C., Bailer R.T., Druz A., Georgiev I.S., Gillespie R.A., Kanekiyo M., et al. // Cell. 2016. V. 166. № 3. P. 609–623.Dreyfus C., Laursen N.S., Kwaks T., Zuijdgeest D., Khayat R., Ekiert D.C., Lee J.H., Metlagel Z., Bujny M.V., Jongeneelen M., et al. // Science. 2012. V. 337. № 6100. P. 1343–1348.Laursen N.S., Friesen R.H.E., Zhu X., Jongeneelen M., Blokland S., Vermond J., van Eijgen A., Tang C., van Diepen H., Obmolova G., et al. // Science. 2018. V. 362. № 6414. P. 598–602.Gaiotto T., Hufton S.E. // PLoS One. 2016. V. 11. № 10. P. 1–27.Hamers-Casterman C., Atarhouch T., Muyldermans S., Robinson G., Hamers C., Songa E.B., Bendahman N., Hamers R. // Nature. 1993. V. 363. № 6428. P. 446–448.Harmsen M.M., van Solt C.B., van Zijderveld-Van Bemmel A.M., Niewold T.A., van Zijderveld F.G. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2006. V. 72. № 3. P. 544–551.van Heeke G., Allosery K., De Brabandere V., De Smedt T., Detalle L., de Fougerolles A. // Pharmacol. Ther. 2017. V. 169. P. 47–56.Arbabi-Ghahroudi M. // Front. Immunol. 2017. V. 8. P. 1589.Jovčevska I., Muyldermans S. // BioDrugs. 2020. V. 34. № 1. P. 11–26.Impagliazzo A., Milder F., Kuipers H., Wagner M.V., Zhu X., Hoffman R.M., van Meersbergen R., Huizingh J., Wanningen P., Verspuij J., et al. // Science. 2015. V. 349. № 6254. P. 1301–1306.Arbabi Ghahroudi M., Desmyter A., Wyns L., Hamers R., Muyldermans S. // FEBS Lett. 1997. V. 414. № 3. P. 521–526.Ledsgaard L., Kilstrup M., Karatt-Vellatt A., McCafferty J., Laustsen AH. // Toxins (Basel). 2018. V. 10. № 6. P. 236.Fischer S., Handrick R., Otte K. // Biotechnol. Adv. 2015. V. 33. № 8. P. 1878–1896.Godakova S.A., Noskov A.N., Vinogradova I.D., Ugriumova G.A., Solovyev A.I., Esmagambetov I.B., Tukhvatulin A.I., Logunov D.Y., Naroditsky B.S., Shcheblyakov D.V., et al. // Toxins (Basel). 2019. V. 11. № 8. P. 464.De Genst E., Silence K., Decanniere K., Conrath K., Loris R., Kinne J., Muyldermans S., Wyns L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. № 12. P. 4586–4591.Stijlemans B., Conrath K., Cortez-Retamozo V., van Xong H., Wyns L., Senter P., Revets H., De Baetselier P., Muyldermans S., Magez S. // J. Biol. Chem. 2004. V. 279. № 2. P. 1256–1261.Nobusawa E., Aoyama T., Kato H., Suzuki Y., Tateno Y., Nakajima K. // Virology. 1991. V. 182. № 2. P. 475–485.