Solteiro

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 1985 (2023) Citar este artigo

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O design otimizado para pré-fusão (UFO) não clivado pode estabilizar diversas glicoproteínas do envelope do HIV-1 (Envs). As nanopartículas de proteína de componente único e automontáveis ​​(1c-SApNP) podem exibir 8 ou 20 trímeros Env semelhantes aos nativos como candidatos a vacina. Caracterizamos as propriedades biofísicas, estruturais e antigênicas de 1c-SApNPs que apresentam o trímero UFO BG505 com glicanos selvagens e modificados. Para 1c-SApNPs, o corte de glicano melhora o reconhecimento do local de ligação de CD4 sem afetar os anticorpos amplamente neutralizantes (bNAbs) para os principais epítopos de glicano. Em camundongos, coelhos e primatas não humanos, o corte de glicano aumenta a frequência de respondedores à vacina (FVR) e direciona as respostas de anticorpos para longe dos orifícios e manchas de glicano imunodominantes. O mecanismo de imunidade induzida por vacina é examinado em camundongos. Em comparação com o trímero UFO, os multicamadas E2p e I3-01v9 1c-SApNPs mostram retenção 420 vezes mais longa nos folículos dos linfonodos, apresentação 20-32 vezes maior nos dendritos das células dendríticas foliculares e reações do centro germinativo até 4 vezes mais fortes. Essas descobertas podem informar o futuro desenvolvimento de vacinas contra o HIV-1.

A glicoproteína do envelope do HIV-1 (Env) medeia a entrada na célula e é o alvo da resposta imune humoral do hospedeiro. Functional Env é um trímero de heterodímeros gp120-gp41 não covalentes, que são gerados a partir da clivagem proteolítica de um precursor gp1601. Além da diversidade genética substancial causada por uma transcriptase reversa propensa a erros2, o HIV-1 explora duas estratégias dependentes de Env para escapar da imunidade do hospedeiro: (i) a metaestabilidade do Env causa dobramento incorreto do Env, libera gp120 e deixa tocos de gp41 no vírus3 e (ii) os glicanos produzidos pelo hospedeiro formam um denso "escudo de glicano" para mascarar a superfície Env4. No entanto, até 30% das pessoas infectadas eventualmente desenvolvem soroneutralização contra a maioria das cepas de HIV-1 circulantes. Centenas de anticorpos amplamente neutralizantes (bNAbs) foram isolados de doadores infectados com HIV-15 e têm como alvo sete diferentes regiões de epítopos no Env: o sítio de ligação de CD4 (CD4bs), três epítopos de peptídeo-glicano (o ápice V2, a base V3 e a gp120 -gp41), face silenciosa (SF), peptídeo de fusão (FP) e região externa proximal à membrana (MPER)6,7. Esses bNAbs e a caracterização de seus epítopos forneceram vários modelos para o design de vacina racional "guiada por anticorpos"8,9,10,11.

O design e a caracterização de trímeros Env semelhantes aos nativos marcaram um marco na pesquisa moderna de HIV-112,13. Embora os construtos derivados de gp120 sejam imunógenos CD4bs promissores14,15,16,17,18, os esforços em andamento da vacina contra o HIV-1 mudaram amplamente para os trímeros Env, como exemplificado por SOSIP19,20,21,22, Native Flexably Linked (NFL)23, 24,25 e trímeros otimizados para pré-fusão (UFO) não clivados26,27,28. Como o primeiro projeto de trímero racional, o SOSIP transformou o campo da vacina contra o HIV-1 e gerou uma riqueza de informações sobre a estrutura e imunogenicidade do Env29. Tanto o SOSIP quanto o NFL são projetos empíricos que podem exigir mutações adicionais para melhorar a estabilidade do trímero (por exemplo, SOSIP.v930). Em contraste, o UFO pode eliminar a causa raiz da metaestabilidade do Env com apenas duas implementações, UFO e UFO-BG, que foram aplicadas a diversos Envs26,27,28. Embora a metaestabilidade do Env agora possa ser tratada por essas três plataformas trímeras, o escudo glicano continua sendo um desafio devido às suas funções complexas nas interações Env-bNAb31,32,33,34,35,36. Cromatografia líquida-espectrometria de massa (LC-MS)37,38,39 e análise estrutural por cristalografia de raios X40,41,42,43,44,45,46 e microscopia crioeletrônica (crio-EM)47,48,49 revelaram detalhes críticos da glicosilação Env e interações bNAb-glicano, respectivamente. Esses estudos valorizam a imitação do escudo de glicano do Env viral funcional no desenho da vacina contra o HIV-150. Embora as estratégias vacinais de "estágios múltiplos" tenham se originado da análise evolutiva de bNAbs51, os glicanos tornaram-se uma consideração importante. Os imunógenos Env sequenciais com deleção e reintrodução de glicano foram projetados para guiar a maturação das células B em direção aos bNAbs52,53,54. A imunodominância indesejável de Env é outro fator de confusão na elicitação de bNAb usando trímeros solúveis, como exemplificado por orifícios de glicano e um neoepítopo na base do trímero55,56. Os primeiros (pequenas superfícies de proteínas expostas dentro do escudo de glicano) são o alvo principal dos NAbs autólogos de nível 2 em coelhos56,57,58,59,60,61,62,63,64,65, enquanto os últimos provocam não anticorpos neutralizantes (nNAbs) em várias espécies63,66,67 e causa a desmontagem do trímero durante a imunização68. Em roedores, os epítopos de glicano em C3/V4 e C3/V5 foram responsáveis ​​pela resposta autóloga de NAb induzida por BG505 Env69,70,71. Em primatas não humanos (NHPs), o trímero BG505 SOSIP provocou uma resposta NAb autóloga a C3/46560,72. Portanto, a resposta NAb autóloga induzida por trímero de tipo nativo parece ser dominada por superfícies Env que carecem ou superexpressam glicanos, levando a visões contraditórias sobre o escudo de glicano no desenho da vacina, ou seja, natividade de glicano50 versus remoção ou adição de glicano52,53 ,54,73. A manipulação de glicanos individuais pode melhorar o direcionamento de um epítopo de bNAb ou evitar um orifício de glicano, mas pode não fornecer uma solução de vacina geral, pois pode ser específica de Env ou cepa.