Прогнозирование будущих эпитопов кандидата на вакцину SARS-CoV-2

Быстрая вспышка тяжелого острого респираторного синдрома коронавирус-2 (SARS-CoV-2) вызвала распространение нынешней пандемии коронавируса 2019 (COVID-19). Ученые всего мира усердно работают над сдерживанием эпидемии, разрабатывая эффективные вакцины и методы лечения, разрабатывая немедикаментозные меры и изучая появление новых вариантов SARS-CoV-2.

Стади: Прогнозирование эпитопов-кандидатов для SARS-CoV-2. Изображение предоставлено: creativeneko/Shutterstock.com

задний план

Эпитопы представляют собой пептиды, присутствующие на поверхности антигена, с которым связывается антитело. Каждый эпитоп содержит уникальную последовательность аминокислот, которые классифицируются как линейные эпитопы, которые определяются как непрерывные последовательности аминокислот, а также нелинейные или идентичные эпитопы, которые представляют собой прерывистые цепи аминокислот.

Линейные эпитопы классифицируются как эпитопы Т-клеток и эпитопы В-клеток. Эпитопы Т-клеток связываются с молекулами главного комплекса гистосовместимости (МНС) на клеточной поверхности, тогда как В-клетки связываются с секретируемыми и связанными с клеткой иммуноглобулинами. Как правило, в дополнение к эпитопам В-клеток или Т-клеток вакцины на основе эпитопов содержат несколько различных эпитопов для повышения их эффективности, особенно во время развития вируса.

Одним из основных компонентов SARS-CoV-2 является белок нуклеокапсид (N), который покрывает негативную РНК. Белок N SARS-CoV-2 также участвует в вирусных функциях, включая транскрипцию информационной РНК (мРНК), репликацию и иммунную регуляцию. Белок N SARS-CoV-2 содержит два функционально различных и консервативных домена, включая N-концевой РНК-связывающий домен (NTD) и С-концевой домен (CTD).

Белок шипа (S) SARS-CoV-2 также играет жизненно важную роль в связывании, слиянии и проникновении вируса в клетку-хозяина. Белок S представляет собой слитый белок класса I, содержащий домены S1 и S2.

об учебе

за последнее время биоRxiv* В ходе исследования исследователи узнают о существовании и эволюции эпитопов SARS-CoV-2, особенно гликопротеиновых белков N и S, чтобы углубить текущее понимание адаптивного иммунного ответа на SARS-CoV-2. В этом исследовании исследователи проанализировали одиннадцать различных типов белков SARS-CoV-2, в результате чего было получено двадцать восемь тысяч уникальных белковых последовательностей.

Всего было идентифицировано 112 лабораторно подтвержденных В-клеточных эпитопов, три из которых были обнаружены на SARS-CoV-2, а другие — на SARS-CoV. Кроме того, было идентифицировано 279 лабораторно подтвержденных Т-клеточных эпитопов, из которых 221 обнаружен у SARS-CoV-2, а остальные эпитопы принадлежат SARS-CoV.

Основываясь на общем наборе эпитопов между SARS-CoV-2 и другими вирусами семейства Coronaviridae, исследователи выполнили иерархическую кластеризацию эпитопов, чтобы обнаружить эпитопы, которые перекрывают один и тот же участок белка. Прогнозирование и локализация ранее неизвестных сосков на специфических белках может идентифицировать быстро развивающиеся эпитопы. Эти усилия могут также идентифицировать более стабильные эпитопы как потенциальные кандидаты в качестве мишеней для вакцин.

Результаты

Между эпитопами SARS-COV-2 и SARS наблюдалась только полная гомогенность последовательностей. При идеальном совпадении последовательностей в геномах SARS-COV-2 не было других эпитопов Coronaviridae.

Хотя точное совпадение эпитопов не было получено с коронавирусами, отличными от SARS-CoV и SARS-CoV-2, эпитопы В-клеток содержали исходные эпитопы, которые напоминали другие организмы, такие как штамм вируса гепатита мышей JHM и вирус инфекционного перитонита кошек. штамм КУ)-2), вирус инфекционного бронхита и вирус эпидемической диареи свиней.

. Для большей ясности мы представили кольца только в одном мономере.

Представление локализации В-клеток и Т-клеток в домене CTD нуклеопротеина. Схема N-доменов SARS-CoV-2, показывающая внутренне неупорядоченную область с N-концом (IDR), за которым следует N-концевой домен (NTD), линкерный IDR, C-концевой домен (CTD) и C-конец РДЭ. ДО НАШЕЙ ЭРЫ. Бинарный код N CTD представлен в формате New Cartoon (один мономер серый, а другой прозрачный), а последовательности B-Cell (B) и T-Cell (C) окрашены в соответствии с легендой, представленной на рисунке. Последовательность эпитопов представлена ​​в легенде. Петли в линкерном домене обозначены (**), а петли в термине C IDR обозначены как

Кроме того, были также обнаружены новые Т-клеточные эпитопы, принадлежащие организмам, отличным от SARS-CoV-2 и SARS-CoV-2, включая штамм КУ-2 вируса кошачьего перитонита и вирус гепатита С. Выявление этих эпизодов может сыграть ключевую роль в разработке новых методов лечения.

Представление локализации В-клеточных и Т-клеточных эпитопов на гликопротеине шипа SARS-CoV-2 в конформации слияния и после слияния. Схема единиц S1 и S2 белка S SARS-CoV-2 и их доменов. ДО НАШЕЙ ЭРЫ. Белковый тример S представлен в формате New Cartoon (один мономер серый, а два других прозрачные) и показан в пре-конформации на левой стороне панелей и в конформации после слияния на правой стороне панелей. . Последовательность эпитопов В-клеток (А) и Т-клеток (В) показана в подписи к фигуре и окрашена соответствующим цветом в структуре S-белка.

Представление локализации В-клеточных и Т-клеточных эпитопов на гликопротеине шипа SARS-CoV-2 в конформации слияния и после слияния. Схема единиц S1 и S2 белка S SARS-CoV-2 и их доменов. ДО НАШЕЙ ЭРЫ. Белковый тример S представлен в формате New Cartoon (один мономер серый, а два других прозрачные) и показан в пре-конформации на левой стороне панелей и в конформации после слияния на правой стороне панелей. . Последовательность эпитопов В-клеток (А) и Т-клеток (В) показана в подписи к фигуре и окрашена соответствующим цветом в структуре S-белка.

Среди 10 лучших эпитопов для каждого идентифицированного типа эпитопа и белка наиболее распространенные эпитопы имеют эпитопы происхождения, принадлежащие к SARS-CoV-2 и SARS-CoV, за исключением эпитопа Spike гликопротеина Т-клеток. Было обнаружено большое разнообразие эпитопов, которые можно использовать для разработки эффективной вакцины.

Ученые также измерили скорость эволюции эпитопов на основе схем агрегации на основе последовательностей, что может помочь выбрать эпитопы, наиболее подходящие для разработки вакцин. Кроме того, оценка областей плотности мутаций и областей иммуногенности помогла предсказать, какие эпитопы могут претерпевать наименьшие изменения в своих аминокислотах.

В трехмерном представлении белков N и S эти эпитопы в основном обнаруживались в CTD белка N, тогда как их сайт в белке S был в основном ограничен субъединицей S2.

Выводы

Обнаружение эпитопов и наиболее распространенных консервативных участков имеет решающее значение для разработки вакцин и терапевтических средств ветрового спектра.

В будущем авторы текущего исследования проанализируют близость эпитопов к областям, наиболее подверженным мутациям, что поможет сузить круг потенциальных эпитопов для разработки вакцин. Исследователи также надеются разработать количественные показатели для классификации эпитопов-мишеней, подходящих для проектирования и разработки вакцин. *Важная заметка