Gripas vīrusa hemaglutinīna peptīdu attīrīšana, strukturālā izpēte un imunoloģiskās īpašības

Abstract

Gripas vīrusa mažorais virsmas antigēns hemaglutinīns (HA) ir primārais vīrusa neitralizējošo antivielu mērķis. HA stiebrs jeb stalks ir strukturāli konservatīvs proteīna domēns, kas šobrīd raisa plašu interesi kā potenciāls universālas gripas vakcīnas kandidāts. Darba ietvaros tika analizēti divu HA apakštipu (H1 un H3) stalka peptīdi, kas savstarpēji pārklājas C galā, – 57 aminoskābju garais peptīds 1 un N-galā pagarinātais 72 aminoskābju garais peptīds 2. Darbā tika veikta stalka peptīdu ekspresija, attīrīšana un kristalizācija. Analizējot H1 peptīda 1 kristālstruktūru, tika noteikts, ka apstākļos pie pH 6,7 tas ir trimērs, kura konformācija atbilst pilna garuma HA post-fusion struktūrai. Attīrītie peptīdu trimēri tika tālāk izmantoti peļu imunizācijai. Imūnfermentatīvā analīze ar vakcinētu peļu asins serumu atklāja, ka imunizācija ar H1 un H3 peptīdu 1 un H3 peptīdu 2 nespēj izsaukt krosreaktīvu HA specifisku antivielu atbildi, savukārt H1 peptīda 2 vakcīnas gadījumā novēroja serokonversiju arī pret heterologo H3 peptīdu 2. Atšķirībā no H1 peptīda 1, peptīds 2 nodrošināja daļēju protekciju pret homologa H1N1 gripas vīrusa infekciju, kas liecina par tā N-gala pagarinājuma lomu imūnās atbildes inducēšanā. Tālāk tika optimizēti apstākļi stalka peptīdu 2 ķīmiskai piesaistei pie fāga Qβ vīrusiem līdzīgajām daļiņām. Peļu imunizācija ar šādām himērām daļiņām inducēja spēcīgu krosreaktīvu antivielu atbildi gan pret 1., gan pret 2. grupas gripas vīrusu HA, taču nespēja būtiski labāk aizsargāt pret gripas vīrusa infekciju kā peptīdu vakcīnas. Kopumā H1 peptīds 2 uzskatāms par perspektīvu vakcīnas kandidātu, tomēr nepieciešami turpmāki eksperimenti, lai nodrošinātu pilnīgu protekciju pret gripas vīrusa infekciju.

Hemagglutinin is the major surface antigen of influenza virus and the primary target of virus neutralizing antibodies. The HA stalk is a structurally conserved protein domain that currently draws interest as a potential universal flu vaccine candidate. Two HA stalk peptides of subtypes H1 and H3 overlapping at the C terminus were analyzed in this study – peptide 1 (57 amino acids) and N-terminally extended peptide 2 (72 amino acids). In this work stalk peptides were expressed, purified and crystallized. The analysis of H1 peptide 1 crystal structure revealed that at pH 6,7 it is a trimer corresponding to the full length post-fusion form of HA. The purified peptide trimers were further used for mice immunization. The enzyme-linked immunosorbent assay with the sera of vaccinated mice showed that immunization with H1 and H3 peptide 1 and H3 peptide 2 was unable to elicit cross-reactive HA specific antibody response whereas after immunization with H1 peptide 2 seroconversion to the heterologous H3 peptide 2 was observed. Unlike H1 peptide 1 peptide 2 provided partial protection against the homologous H1N1 influenza virus infection suggesting the role of N-terminal extension in inducing the immune response. Next the conditions for chemical conjugation of stalk peptide 2 to virus like particles of phage Qβ were optimized. Mice immunization with such chimeric particles induced robust cross-reactive antibody response to HA from both group 1 and 2 but was unable to induce higher protection against influenza virus infection than a peptide vaccine. Overall, H1 peptide 2 is a promising vaccine candidate, but further experiments to provide complete protection against influenza virus infection are needed.