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Nature Communications volume 14, numero articolo: 1985 (2023) Citare questo articolo

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Il design non tagliato ottimizzato per la prefusione (UFO) può stabilizzare diverse glicoproteine ​​dell'involucro dell'HIV-1 (Envs). Le nanoparticelle proteiche monocomponente e autoassemblanti (1c-SApNP) possono visualizzare 8 o 20 trimeri Env di tipo nativo come candidati al vaccino. Caratterizziamo le proprietà biofisiche, strutturali e antigeniche degli 1c-SApNP che presentano il trimero UFO BG505 con glicani wildtype e modificati. Per gli 1c-SApNP, il taglio dei glicani migliora il riconoscimento del sito di legame del CD4 senza influenzare gli anticorpi ampiamente neutralizzanti (bNAb) contro i principali epitopi dei glicani. Nei topi, nei conigli e nei primati non umani, il trimming dei glicani aumenta la frequenza dei soggetti che rispondono al vaccino (FVR) e allontana le risposte anticorpali dai buchi dei glicani immunodominanti e dalle macchie di glicani. Il meccanismo dell'immunità indotta dal vaccino viene esaminato nei topi. Rispetto al trimero UFO, gli E2p multistrato e I3-01v9 1c-SApNP mostrano una ritenzione 420 volte più lunga nei follicoli linfonodali, una presentazione 20-32 volte maggiore sui dendriti delle cellule dendritiche follicolari e reazioni del centro germinale fino a 4 volte più forti. Questi risultati possono informare il futuro sviluppo del vaccino contro l’HIV-1.

La glicoproteina dell'involucro dell'HIV-1 (Env) media l'ingresso cellulare ed è il bersaglio della risposta immunitaria umorale dell'ospite. Functional Env è un trimero di eterodimeri non covalenti gp120-gp41, che vengono generati dalla scissione proteolitica di un precursore gp1601. Oltre alla sostanziale diversità genetica causata da una trascrittasi inversa soggetta a errori2, l’HIV-1 sfrutta due strategie dipendenti da Env per eludere l’immunità dell’ospite: (i) la metastabilità di Env causa un ripiegamento errato di Env, perde gp120 e lascia ceppi gp41 sul virus3, e (ii) i glicani prodotti dall'ospite formano un denso "scudo glicanico" per mascherare la superficie Env4. Tuttavia, fino al 30% delle persone infette sviluppa prima o poi la neutralizzazione del siero contro la maggior parte dei ceppi circolanti di HIV-1. Centinaia di anticorpi ampiamente neutralizzanti (bNAbs) sono stati isolati da donatori infetti da HIV-15 e prendono di mira sette diverse regioni epitopiche su Env: il sito di legame CD4 (CD4bs), tre epitopi peptide-glicani (l'apice V2, la base V3 e gp120 -gp41), faccia silenziosa (SF), peptide di fusione (FP) e regione esterna prossimale della membrana (MPER)6,7. Questi bNAb e la caratterizzazione dei loro epitopi hanno quindi fornito una serie di modelli per la progettazione razionale di vaccini "guidati da anticorpi"8,9,10,11.

La progettazione e la caratterizzazione dei trimeri Env di tipo nativo hanno segnato una pietra miliare nella moderna ricerca sull'HIV-112,13. Mentre i costrutti derivati ​​​​da gp120 sono promettenti immunogeni CD4bs14,15,16,17,18, gli sforzi in corso per il vaccino contro l'HIV-1 si sono in gran parte spostati sui trimeri Env, come esemplificato da SOSIP19,20,21,22, native flexibly linked (NFL)23, 24,25 e trimeri non tagliati ottimizzati per la prefusione (UFO)26,27,28. Come primo progetto razionale di trimero, SOSIP ha trasformato il campo dei vaccini contro l'HIV-1 e ha generato una grande quantità di informazioni sulla struttura dell'Env e sull'immunogenicità29. Sia SOSIP che NFL sono disegni empirici che potrebbero richiedere ulteriori mutazioni per migliorare la stabilità del trimero (ad esempio, SOSIP.v930). Al contrario, UFO può eliminare la causa principale della metastabilità di Env con solo due implementazioni, UFO e UFO-BG, che sono state applicate a diversi Envs26,27,28. Sebbene la metastabilità di Env possa ora essere gestita da queste tre piattaforme trimeri, lo scudo di glicani rimane una sfida a causa dei suoi ruoli complessi nelle interazioni Env-bNAb31,32,33,34,35,36. Cromatografia liquida-spettrometria di massa (LC-MS)37,38,39 e analisi strutturale mediante cristallografia a raggi X40,41,42,43,44,45,46 e microscopia crioelettronica (crio-EM)47,48,49 hanno rivelato dettagli critici rispettivamente sulla glicosilazione Env e sulle interazioni bNAb-glicani. Questi studi hanno privilegiato l’imitazione dello scudo glicanico dell’Env virale funzionale nella progettazione del vaccino contro l’HIV-150. Sebbene le strategie vaccinali “multistadio” abbiano avuto origine dall’analisi evolutiva dei bNAbs51, i glicani sono diventati una considerazione importante. Gli immunogeni Env sequenziali con delezione e reintroduzione dei glicani sono stati progettati per guidare la maturazione delle cellule B verso i bNAb52,53,54. L'immunodominanza indesiderata di Env è un altro fattore di confusione nell'elicitazione di bNAb utilizzando trimeri solubili, come esemplificato dai buchi dei glicani e da un neoepitopo alla base del trimero55,56. I primi (piccole superfici proteiche esposte all'interno dello scudo di glicani) sono il bersaglio primario degli NAbs autologhi di livello 2 nei conigli56,57,58,59,60,61,62,63,64,65, mentre i secondi suscitano non- anticorpi neutralizzanti (nNAbs) in più specie63,66,67 e provoca il disassemblaggio del trimero durante l'immunizzazione68. Nei roditori, gli epitopi dei glicani in C3/V4 e C3/V5 rappresentavano la risposta autologa NAb indotta da BG505 Env69,70,71. Nei primati non umani (NHP), il trimero SOSIP BG505 ha suscitato una risposta NAb autologa a C3/46560,72. Pertanto, la risposta NAb autologa indotta da trimeri di tipo nativo sembra essere dominata da superfici Env che mancano o sovraesprimono glicani, portando a visioni contraddittorie sullo scudo dei glicani nella progettazione del vaccino, vale a dire, natività dei glicani50 rispetto alla rimozione o aggiunta di glicani52,53 ,54,73. La manipolazione dei singoli glicani può migliorare il targeting di un epitopo bNAb o evitare un buco glicanico, ma potrebbe non fornire una soluzione vaccinale generale poiché potrebbe essere specifica per Env o ceppo.