Coronavirus spike protein fragment-containing chimeric virus-like particles stimulate human dendritic cell maturation

V. Yu. Talayev; Талаев В. Ю.; D. V. Novikov; Новиков Д. В.; I. Ye. Zaichenko; Заиченко И. Е.; M. V. Svetlova; Светлова М. В.; E. V. Voronina; Воронина Е. В.; O. N. Babaykina; Бабайкина О. Н.; V. A. Lapin; Лапин В. А.; D. A. Melentiev; Мелентьев Д. А.; N. A. Novikova; Новикова Н. А.; A. Yu. Kashnikov; Кашников А. Ю.; V. V. Novikov; Новиков В. В.

doi:10.15789/2220-7619-CSP-17612

Химерные вирусоподобные частицы, содержащие фрагмент белка шипа коронавируса, стимулируют созревание дендритных клеток человека

Авторы: Талаев В.Ю.¹, Новиков Д.В.¹, Заиченко И.Е.¹, Светлова М.В.¹, Воронина Е.В.¹, Бабайкина О.Н.¹, Лапин В.А.¹, Мелентьев Д.А.¹, Новикова Н.А.¹, Кашников А.Ю.¹, Новиков В.В.¹
Учреждения:
1. ФБУН Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной Роспотребнадзора
Выпуск: Том 14, № 2 (2024)
Страницы: 227-237
Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
URL: https://journals.rcsi.science/2220-7619/article/view/262364
DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-CSP-17612
ID: 262364

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Введение. Белки вирусных капсидов могут собираться в вирусоподобные частицы, которые лишены инфекционности и несут антигены исходных вирусов или искусственно введенные антигены других возбудителей. Как минимум некоторые из этих частиц обладают высокой иммуногенностью и могут служить основой перспективных вакцин. В данной работе оценивали действие химерных вирусоподобных частиц, декорированных фрагментом белка шипа коронавируса SARS-CoV-2, на дендритные клетки человека — наиболее активные антигенпрезентирующие клетки, которые играют ключевую роль в индукции первичного иммунного ответа. Материалы и методы. Объектом исследования были вирусоподобные частицы, собранные из химерных молекул, содержащих антигены коронавируса SARS-CoV-2. Химерные молекулы были получены с помощью слияния генетической последовательности, кодирующей фрагмент основного капсидного белка VP1 норовируса, с последовательностью, кодирующей фрагмент коронавирусного белка шипа, включая рецептор-связывающий домен. Дендритные клетки получали из моноцитов традиционным способом, и оценивали действие частиц на фенотип и функциональные свойства дендритных клеток в условиях in vitro. Результаты. Инкубация незрелых дендритных клеток с вирусоподобными частицами индуцировала фенотипическое и функциональное созревание клеток. Фенотипическое созревание проявлялось в значительном росте экспрессии молекулы главного комплекса гистосовместимости HLA-DR, ко-стимулирующих молекул CD80 и CD86, а также маркера зрелости CD83. Фенотип дендритных клеток после инкубации с вирусоподобными частицами в максимальной использованной концентрации 10 мкг/мл не имел достоверных отличий от фенотипа зрелых дендритных клеток положительного контроля. Наряду с фенотипическим созреванием вирусоподобные частицы вызывали многократное усиление продукции провоспалительного фактора некроза опухоли-α, противовоспалительного интерлейкина-10, а также интерлейкина-6, который может стимулировать синтез антител, созревание Т-хелперов 17 типа и воспалительные реакции. Выраженная стимуляция дендритных клеток вирусоподобными частицами, покрытыми антигенами коронавируса, свидетельствует об успешном распознавании частиц. В обсуждении приводятся возможные механизмы распознавания структур исследуемых вирусоподобных частиц рецепторами дендритных клеток. Заключение. Показано, что химерные вирусоподобные частицы индуцируют фенотипическое и функциональное созревание дендритных клеток, которое проявляется в значительном росте экспрессии функционально значимых мембранных молекул, а также в многократном усилении продукции цитокинов с широким спектром функций. По нашему мнению, полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования вирусоподобных частиц на основе норовирусных белков для экспонирования антигенов коронавируса SARS-CoV-2.

Ключевые слова

вирусоподобные частицы, коронавирус, норовирус, дендритные клетки, вакцина

Полный текст

Открыть статью на сайте журнала

Об авторах

В. Ю. Талаев

ФБУН Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной Роспотребнадзора

Email: talaev@inbox.ru

д.б.н., профессор, зав. лабораторией иммунохимии

Россия, г. Нижний Новгород

Список литературы

Новиков Д.В., Мелентьев Д.А., Мохонов В.В., Кашников А.Ю., Новикова Н.А., Лапин В.А., Мохонова Е.В., Новиков В.В. Получение вирусоподобных частиц норовируса (Caliciviridae: Norovirus), содержащих белок VP1 энтеровируса Echovirus 30 (Picornaviridae: Enterovirus: Enterovirus B) // Вопросы вирусологии. 2021. Т. 66, № 5. C. 383–389. [Novikov D.V., Melentev D.A., Mokhonov V.V., Kashnikov A.Y., Novikova N.A., Lapin V.A., Mokhonova E.V., Novikov V.V. Construction of norovirus (Caliciviridae: Norovirus) virus-like particles containing VP1 of the Echovirus 30 (Picornaviridae: Enterovirus: Enterovirus B). Voprosy virusologii = Problems of Virology, 2021, vol. 66, no. 5, рр. 383–389. (In Russ.)] doi: 10.36233/0507-4088-79
Талаев В.Ю., Заиченко И.Е., Бабайкина О.Н., Светлова М.В., Воронина Е.В. Пути эндоцитоза вирусоподобных частиц и презентация поглощенных антигенов // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 2. C. 219–233. [Talayev V.Yu., Zaichenko I.Ye., Babaykina O.N., Svetlova M.V., Voronina E.V. Virus-like particle endocytosis pathways and presentation of captured antigens. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 2, pp. 219–233. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-VPE-8045
Талаев В.Ю., Светлова М.В., Заиченко И.Е., Бабайкина О.Н., Воронина Е.В., Чистяков С.И. Взаимодействие В-клеточных рецепторов и антигенов с различным пространственным расположением // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 5. C. 809–821. [Talayev V.Yu., Svetlova M.V., Zaichenko I.Ye., Babaykina O.N., Voronina E.V., Chistyakov S.I. Interaction of B-cell receptors and antigens with different spatial arrangement. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 5, pp. 809–821. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-EOB-14033
Baric R.S., Yount B., Lindesmith L., Harrington P.R., Greene S.R., Tseng F.C., Davis N., Johnston R.E., Klapper D.G., Moe C.L. Expression and self-assembly of Norwalk virus capsid protein from venezuelan equine encephalitis virus replicons. J. Virol., 2002, vol. 76, no. 6, pp. 3023–3030. doi: 10.1128/jvi.76.6.3023-3030.2002
Barreda D., Santiago C., Rodríguez J.R., Rodríguez J.F., Casasnovas J.M., Mérida I., Ávila-Flores A. SARS-CoV-2 Spike Protein and Its Receptor Binding Domain Promote a Proinflammatory Activation Profile on Human Dendritic Cells. Cells, 2021, vol. 10, no. 12: 3279. doi: 10.3390/cells10123279
Battin C., De Sousa Linhares A., Paster W., Isenman D.E., Wahrmann M., Leitner J., Zlabinger G.J., Steinberger P., Hofer J. Neuropilin-1 Acts as a Receptor for Complement Split Products. Front. Immunol., 2019, vol. 10: 2209. doi: 10.3389/fimmu.2019.02209
Cantuti-Castelvetri L., Ojha R., Pedro L.D., Djannatian M., Franz J., Kuivanen S., van der Meer F., Kallio K., Kaya T., Anastasina M., Smura T., Levanov L., Szirovicza L., Tobi A., Kallio-Kokko H., Österlund P., Joensuu M., Meunier F.A., Butcher S.J., Winkler M.S., Mollenhauer B., Helenius A., Gokce O., Teesalu T., Hepojoki J., Vapalahti O., Stadelmann C., Balistreri G., Simons M. Neuropilin-1 facilitates SARS-CoV-2 cell entry and infectivity. Science, 2020, vol. 370, no. 6518, pp. 856–860. doi: 10.1126/science.abd2985
Chen R., Neill J.D., Noel J.S., Hutson A.M., Glass R.I., Estes M.K., Prasad B.V. Inter- and intragenus structural variations in caliciviruses and their functional implications. J. Virol., 2004, vol. 78, no. 12, pp. 6469–6479. doi: 10.1128/JVI.78.12.6469-6479.2004
Choudhury A., Mukherjee S. In silico studies on the comparative characterization of the interactions of SARS-CoV-2 spike glycoprotein with ACE-2 receptor homologs and human TLRs. J. Med. Virol., 2020, vol. 92, no. 10, pp. 2105–2113. doi: 10.1002/jmv.25987
Curreli S., Wong B.S., Latinovic O., Konstantopoulos K., Stamatos N.M. Class 3 semaphorins induce F-actin reorganization in human dendritic cells: Role in cell migration. J. Leukoc. Biol., 2016, vol. 100, no. 6, pp. 1323–1334. doi: 10.1189/jlb.2A1114-534R
Daly J.L., Simonetti B., Klein K., Chen K.E., Williamson M.K., Antón-Plágaro C., Shoemark D.K., Simón-Gracia L., Bauer M., Hollandi R., Greber U.F., Horvath P., Sessions R.B., Helenius A., Hiscox J.A., Teesalu T., Matthews D.A., Davidson A.D., Collins B.M., Cullen P.J., Yamauchi Y. Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection. Science, 2020, vol. 370, no. 6518, pp. 861–865. doi: 10.1126/science.abd3072
Hardy M.E. Norovirus protein structure and function. FEMS Microbiol. Lett., 2005, vol. 253, no. 1, pp. 1–8. doi: 10.1016/j.femsle.2005.08.031
Herbst-Kralovetz M., Mason H.S., Chen Q. Norwalk virus-like particles as vaccines. Expert Rev. Vaccines, 2010, vol. 9, no. 3, pp. 299–307. doi: 10.1586/erv.09.163
Jiang X., Wang M., Graham D.Y., Estes M.K. Expression, self-assembly, and antigenicity of the Norwalk virus capsid protein. J. Virol., 1992, vol. 66, no. 11, pp. 6527–6532. doi: 10.1128/JVI.66.11.6527-6532.1992
Letko M., Marzi A., Munster V. Functional assessment of cell entry and receptor usage for SARS-CoV-2 and other lineage B betacoronaviruses. Nat. Microbiol., 2020, vol. 5, no. 4, pp. 562–569. doi: 10.1038/s41564-020-0688-y
Li F. Receptor recognition mechanisms of coronaviruses: a decade of structural studies. J. Virol., 2015, vol. 89, no. 4, pp. 1954–1964. doi: 10.1128/JVI.02615-14
Logunov D.Y., Dolzhikova I.V., Shcheblyakov D.V., Tukhvatulin A.I., Zubkova O.V., Dzharullaeva A.S., Kovyrshina A.V., Lubenets N.L., Grousova D.M., Erokhova A.S., Botikov A.G., Izhaeva F.M., Popova O., Ozharovskaya T.A., Esmagambetov I.B., Favorskaya I.A., Zrelkin D.I., Voronina D.V., Shcherbinin D.N., Semikhin A.S., Simakova Y.V., Tokarskaya E.A., Egorova D.A., Shmarov M.M., Nikitenko N.A., Gushchin V.A., Smolyarchuk E.A., Zyryanov S.K., Borisevich S.V., Naroditsky B.S., Gintsburg A.L. Gam-COVID-Vac Vaccine Trial Group. Safety and efficacy of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine: an interim analysis of a randomised controlled phase 3 trial in Russia. Lancet, 2021, vol. 397, no. 10275, pp. 671–681. doi: 10.1016/S0140-6736(21)00234-8
Malik Y.A. Properties of Coronavirus and SARS-CoV-2. Malays. J. Pathol., 2020, vol. 42, no. 1, pp. 3–11.
Mobini S., Chizari M., Mafakher L., Rismani E., Rismani E. Structure-based study of immune receptors as eligible binding targets of coronavirus SARS-CoV-2 spike protein. J. Mol. Graph. Model., 2021, vol. 108: 107997. doi: 10.1016/j.jmgm.2021.107997
Mohsen M.O., Gomes A.C., Vogel M., Bachmann M.F. Interaction of viral capsid-derived virus-like particles (VLPs) with the innate immune system. Vaccines, 2018, vol. 6, no 3, pp. 37. doi: 10.3390/vaccines6030037
Pang H.B., Braun G.B., Friman T., Aza-Blanc P., Ruidiaz M.E., Sugahara K.N., Teesalu T., Ruoslahti E. An endocytosis pathway initiated through neuropilin-1 and regulated by nutrient availability. Nat. Commun., 2014, vol. 5: 4904. doi: 10.1038/ncomms5904
Prasad B.V., Hardy M.E., Dokland T., Bella J., Rossmann M.G., Estes M.K. X-ray crystallographic structure of the Norwalk virus capsid. Science, 1999, vol. 286, pp. 287–290. doi: 10.1126/science.286.5438.287
Prasad B.V., Rothnagel R., Jiang X., Estes M.K. Three-dimensional structure of baculovirus-expressed Norwalk virus capsids. J. Virol., 1994, vol. 68, pp. 5117–5125. doi: 10.1128/jvi.68.8.5117-5125.1994
Rando H.M., Lordan R., Lee A.J., Naik A., Wellhausen N., Sell E., Kolla L., COVID-19 Review Consortium, Gitter A., Greene C.S. Application of Traditional Vaccine Development Strategies to SARS-CoV-2. mSystems, 2023, vol. 8, no. 2: e0092722. doi: 10.1128/msystems.00927-22
Sallusto F., Lanzavecchia A. Efficient presentation of soluble antigen by cultured human dendritic cells is maintained by granulocyte/macrophage colony-stimulating factor plus interleukin 4 and downregulated by tumor necrosis factor alpha. J. Exp. Med., 1994, vol. 179, pp. 1109–1118. doi: 10.1084/jem.179.4.1109
Santi L., Batchelor L., Huang Z., Hjelm B., Kilbourne J., Arntzen C.J., Chen Q., Mason H.S. An efficient plant viral expression system generating orally immunogenic Norwalk virus-like particles. Vaccine, 2008, vol. 26, no. 15, pp. 1846–1854. doi: 10.1016/ j.vaccine.2008.01.053
Song X., Hu W., Yu H., Zhao L., Zhao Y., Zhao X., Xue H.H., Zhao Y. Little to no expression of angiotensin-converting enzyme-2 on most human peripheral blood immune cells but highly expressed on tissue macrophages. Cytometry A, 2023, vol. 103, no. 2, pp. 136–145. doi: 10.1002/cyto.a.24285
Steinman R.M. The dendritic cell system and its role in immunogenicity. Annu. Rev. Immunol., 1991, vol. 9, pp. 271–296. doi: 10.1146/annurev.iy.09.040191.001415
Talayev V., Zaichenko I., Svetlova M., Matveichev A., Babaykina O., Voronina E., Mironov A. Low-dose influenza vaccine Grippol Quadrivalent with adjuvant Polyoxidonium induces a T helper-2 mediated humoral immune response and increases NK cell activity. Vaccine, 2020, vol. 38, no. 42, pp. 6645–6655. doi: 10.1016/j.vaccine.2020.07.053
Tan M., Jiang X. The p-domain of norovirus capsid protein forms a subviral particle that binds to histo-blood group antigen receptors. J. Virol., 2005, vol. 79, pp. 14017–14030. doi: 10.1128/JVI.79.22.14017-14030.2005
Teesalu T., Sugahara K.N., Kotamraju V.R., Ruoslahti E. C-end rule peptides mediate neuropilin-1-dependent cell, vascular, and tissue penetration. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2009, vol. 106, no. 38, pp. 16157–16162. doi: 10.1073/pnas.0908201106
Tordjman R., Lepelletier Y., Lemarchandel V., Cambot M., Gaulard P., Hermine O., Roméo P.H. A neuronal receptor, neuropilin-1, is essential for the initiation of the primary immune response. Nat. Immunol., 2002, vol. 3, no. 5, pp. 477–482. doi: 10.1038/ni789
Tortorici M.A., Veesler D. Structural insights into coronavirus entry. Adv. Virus. Res., 2019, vol. 105, pp. 93–116. doi: 10.1016/bs.aivir.2019.08.002
Tulimilli S.V., Dallavalasa S., Basavaraju C.G., Kumar Rao V., Chikkahonnaiah P., Madhunapantula S.V., Veeranna R.P. Variants of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and Vaccine Effectiveness. Vaccines (Basel), 2022, vol. 10, no. 10: 1751. doi: 10.3390/vaccines10101751
Walls A.C., Park Y.J., Tortorici M.A., Wall A., McGuire A.T., Veesler D. Structure, Function, and Antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein. Cell, 2020, vol. 181, no. 2, pp. 281–292.e6. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.058
Wu A., Peng Y., Huang B., Ding X., Wang X., Niu P., Meng J., Zhu Z., Zhang Z., Wang J., Sheng J., Quan L., Xia Z., Tan W., Cheng G., Jiang T. Genome Composition and Divergence of the Novel Coronavirus (2019-nCoV) Originating in China. Cell Host Microbe, 2020, vol. 27, no. 3, pp. 325–328. doi: 10.1016/j.chom.2020.02.001
Yan R., Zhang Y., Li Y., Xia L., Guo Y., Zhou Q. Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Science, 2020, vol. 367, no. 6485, pp. 1444–1448. doi: 10.1126/science.abb2762
Zhou P., Yang X.L., Wang X.G., Hu B., Zhang L., Zhang W., Si H.R., Zhu Y., Li B., Huang C.L., Chen H.D., Chen J., Luo Y., Guo H., Jiang R.D., Liu M.Q., Chen Y., Shen X.R., Wang X., Zheng X.S., Zhao K., Chen Q.J., Deng F., Liu L.L., Yan B., Zhan F.X., Wang Y.Y., Xiao G.F., Shi Z.L. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature, 2020, vol. 579, no. 7798, pp. 270–273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рисунок 1. Характеристика VLP SN-RBD. Примечание. А) Схема генетической конструкции, кодирующей химерный белок SN-RBD. Б) Электрофореграмма очищенного белка SN-RBD. В) Электронно-микроскопические фотографии VLP; увеличение ×15 000.

Скачать (256KB)

Метаданные

3. Рисунок 2. Экспрессия мембранных молекул на нестимулированных нДК (тонкая серая линия) и на ДК, инкубированных с 10 мкг/мл VLP SN-RBD (толстая черная линия) или с эквивалентным количеством КО (тонкая черная линия). Примечание. Пунктирная линия показывает отрицательный контроль окрашивания ДК, инкубированных с VLP. Мембранные молекулы и интенсивность флюоресценции обозначены под осью абсцисс. Представлен результат репрезентативного эксперимента (n = 11).

Скачать (265KB)

Метаданные

4. Рисунок 3. Действие VLP SN-RBD на созревание ДК. Примечание. По оси ординат — процент экспрессирующих молекулу клеток или GMFI окрашенной молекулы. Тип стимулятора обозначен под осью абсцисс, концентрация VLP — в легенде. Достоверные отличия (р < 0,05 в парном t-тесте с поправкой Бонферрони) при сравнении с нестимулированными ДК (*) и ДК с КО (†). Данные представлены как М±m (n = 11).

Скачать (393KB)

Метаданные

5. Рисунок 4. Действие VLP SN-RBD на продукцию цитокинов в культурах ДК. Примечание. Тип стимулятора — под осью абсцисс, концентрации цитокинов — по оси ординат, концентрация VLP — в легенде. Достоверные отличия (р < 0,05; критерий Вилкоксона с поправкой Бонферрони) при сравнении с нестимулированными ДК (*) и ДК с КО (†). Данные представлены как Медиана ± квартиль (n = 11).

Скачать (242KB)

Метаданные

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация

Имя пользователя
Пароль
Запомнить меня

Забыли пароль?	Регистрация