Macaque HIV model-ում հազվադեպ լայն հակամարմինները ավելի արագ առաջացան — vaccine clue, ոչ դեռ vaccine

Օգտակար արդյունքը «ՄԻԱՎ պատվաստանյութ» չէ

ՄԻԱՎ պատվաստանյութ հետազոտությունի ամենադժվար խնդիրներից մեկը թաքնված է պարզ թվացող արտահայտության մեջ՝ broadly neutralizing հակամարմիններ։

Այդ հակամարմինները, որոնք սովորաբար կրճատվում են որպես bNAbs, կարող են ճանաչել ՄԻԱՎի բազմաթիվ տարբեր շտամներ, ոչ միայն մեկ նեղ տարբերակ։ Դրա համար էլ դրանք կարևոր են։ Պասիվ փոխանցման փորձերը ցույց են տվել, որ ճիշտ bNAb-ների փոխանցումը կարող է մակակներին պաշտպանել SHIV փորձարարական վարակումից, իսկ մարդկանց մոտ VRC01 հակամարմինը պաշտպանություն է տվել զգայուն վիրուսային strains-ի դեմ։ Բայց օրգանիզմին պատվաստումով ստիպել հենց այդպիսի հակամարմիններ արտադրել շատ ավելի դժվար է եղել։

Պատճառը միայն ՄԻԱՎի արագ մուտացիան չէ։ Ամենակարևոր դժվարությունն այն է, որ լավագույն bNAb-ները սովորաբար մեկ քայլով չեն առաջանում։

Դրանք հաճախ ծնվում են վիրուսի և իմունային համակարգի երկարատև էվոլյուցիոն «զրույցից»։ Սկզբում պետք է լինի հազվադեպ մեկնարկային բջիջ՝ նախորդ B բջիջ, որի ընկալիչը բավական մոտ է ճիշտ վիրուսային ձևը ճանաչելուն։ Հետո վիրուսը փոխվում է՝ արդեն առաջացած հակամարմիններից խուսափելու համար։ Դրան արձագանքելով փոխվում է նաև հակամարմին արտադրող B-բջիջ գիծը։ Փուլ առ փուլ վիրուսն ու հակամարմինների գիծը փոխադարձաբար մուտացիայի և ընտրության միջոցով մղում են իրար առաջ։

Բնական վարակում սա կարող է ամիսներ կամ տարիներ տևել, և միայն մարդկանց մի մասն է զարգացնում ուժեղ լայնություն՝ այսինքն հակամարմիններ, որոնք չեզոքացնել են բազմաթիվ տարբեր ՄԻԱՎ տարբերակներ, ոչ միայն պատասխանը սկսած տարբերակը։

Ashwin Skelly-ի, Harry Gristick-ի, Hui Li-ի, Edem Gavor-ի և գործընկերների նոր Science-ում հրապարակված աշխատանքը այս խնդիրը մարդկանց մոտ չի լուծում։ Այն անում է ավելի նեղ, բայց կարևոր բան․ ստեղծում է մակակ SHIV մոդել, որտեղ խոստումնալից bNAb դասերից մեկը շատ ավելի հաճախ և արագ է առաջանում, և վերականգնում է դրա ձևավորման երկքայլ ուղին։

Մաքուր տարբերակը «մենք ունենք ՄԻԱՎ պատվաստանյութ» չէ։ Ավելի ճիշտ է ասել․ հեղինակները կառուցել են մոդել, որը հազվադեպ հակամարմինմշակում pathway-ը դարձնում է այնքան տեսանելի, որ այն կարելի է մանրամասն ուսումնասիրել և հնարավոր է՝ հետագայում փորձել անվտանգ կերպով կրկնօրինակել։

Ի՞նչ փոխեցին հեղինակները

Թիրախը ՄԻԱՎի արտաքին թաղանթի սպիտակուցի V3-գլիկանային հատվածն է։

Այս արտահայտությունը մի քանի գաղափար է պարունակում։ ՄԻԱՎը պատված է թաղանթային սպիտակուց սպիտակուցով՝ սովորաբար Env անվամբ, որով վիրուսը մտնում է բջիջներ։ Env-ի մի հատվածը V3 օղակն է։ Այդ օղակի հիմքի մոտ կա խոցելի մակերես, որը պատված է գլիկաններով՝ սպիտակուցին կցված շաքարային խմբերով։ Այս հատվածի երկու կարևոր գլիկանները կոչվում են N332 և N301՝ ըստ Env-ի այն դիրքերի, որտեղ այդ շաքարները գտնվում են։

Մարդկային որոշ bNAb-ներ կարող են ճանաչել այս V3-գլիկան patch-ը և շատ ուժեղ չեզոքացնել անել ՄԻԱՎը։ Հեղինակները նաև նշում են, որ V3-գլիկան bNAb-ները կառուցվածքային և գենետիկ առումով ավելի բազմազան են, քան որոշ այլ bNAb դասեր։ պատվաստանյութ դիզայնի համար դա լավ լուր է․ եթե թիրախին կարող են հասնել տարբեր հնարավոր նախորդ B բջիջեր, designer-ը պարտադիր չէ կախված լինի մեկ ծայրահեղ հազվադեպ գենետիկական starting կետից։

Հեղինակներն աշխատել են simian-մարդկային immunodeficiency վիրուս կամ SHIV մոդելով։ SHIV-ը ՄԻԱՎ չէ։ Այն chimeric վիրուս է, որն օգտագործվում է մակակների մոտ, որպեսզի հնարավոր լինի ուսումնասիրել ՄԻԱՎ թաղանթային սպիտակուցի նկատմամբ իմունային պատասխանները կենդանական մոդելում։

Նրանք արհեստականորեն ձևավորված են SHIV.5MUT կոչվող վիրուսը։ Տեխնիկական անվան տակ գաղափարը պարզ է՝ վերցնել ՄԻԱՎ թաղանթային սպիտակուց կրող SHIV և այդ թաղանթային սպիտակուցի փոքր հատվածը փոխել այնպես, որ թաքնված V3-գլիկան թիրախը հակամարմիններին ավելի հասանելի դառնա։

Հիմնական փոփոխությունը ՄԻԱՎ թաղանթային սպիտակուցի V1 օղակում էր։ սպիտակուցի մեկ ամինաթթվային դիրքը այստեղ կոչվում է մնացորդ։ ծնողական SHIV.BG505.N332 թաղանթային սպիտակուցի համեմատ 5MUT-ը V1 օղակի չորս մնացորդ-ներում ունի փոփոխություններ՝ V134Y, N136P, I138L և D140N։ Յուրաքանչյուր կոդ նշում է՝ որ համարակալված դիրքում մեկ ամինաթթուն փոխարինվել է մյուսով։ Այս չորս փոխարինումները V3-գլիկան էպիտոպը՝ հակամարմնի ճանաչած մակերեսը, ավելի հասանելի են դարձրել հայտնի V3-գլիկան հակամարմինների համար։

Կենդանիների փորձը համեմատել է երեք իրավիճակ։

Մակակների մի խումբ նախ իմունացված էր ավելի վաղ արհեստականորեն ձևավորված Env իմունոգեններով, ապա վարակված՝ SHIV.5MUT-ով։ Այսինքն՝ նրանց իմունային համակարգն արդեն հանդիպել էր հատուկ ձևավորված Env սպիտակուցների հետ մինչև արհեստականորեն ձևավորված վիրուսի հայտնվելը։

Մյուս խումբը նախապես immunized չէր և ուղղակի վարակված էր SHIV.5MUT-ով։

Վերահսկիչ խումբը վարակված էր ծնողական SHIV.BG505.N332-ով՝ այն համեմատական վիրուսով, որը չուներ նույն 5MUT V1-օղակ փոփոխությունները։

Դիզայնը կարևոր է, որովհետև տպավորիչ արդյունքը պարզապես սկզբնական պատվաստումից չէր կախված։ Հեղինակների տվյալներով հենց արհեստականորեն ձևավորված վիրուսը կամ դրանից էվոլյուցիոնորեն առաջացած ածանցյալն էր bNAb գծերի գլխավոր սկզբնական խթանման հիմնական իրադարձությունը։

Ի՞նչ գտան

Ուսումնասիրությունը սկսել է չորս խմբերում ընդհանուր 42 վարակված մակակով։ Արդյունավետ վարակ եղել է բոլոր 42-ի մոտ՝ փորձարարական վարակում վիրուսը հաստատվել է։ Հետո մեկ տարվա հիմնական վերլուծությանց բացառվել է վեց կենդանի․ հինգը ունեցել են երկարատև բարձր վիրուսային load և արագ առաջացել են AIDS, իսկ մեկը վերահսկել է վարակը՝ արյան մեջ շատ քիչ վիրուսով և առանց հայտնաբերելի ինքնածին վիրուսի չեզոքացման՝ այսինքն առանց հենց վարակող վիրուսը չեզոքացնել անող հայտնաբերելի հակամարմին պատասխանի։ Մնացել է 22 SHIV.5MUT-վարակված մակակ և 14 ծնողական-SHIV վերահսկիչ։

Հեղինակները պլազմային bNAb պատասխանը սահմանել են որպես վարակից 48 շաբաթվա ընթացքում ութ տարասեռ վիրուսից առնվազն երեքի չեզոքացում։ «Heterologous»-ը այստեղ նշանակում է infecting վիրուսից տարբեր վիրուսներ, հետևաբար թեստը ստուգում է՝ պատասխանը արդյոք դուրս է գալիս սկզբնական շտամի սահմաններից։

Այդ սահմանմամբ 22 SHIV.5MUT մակակից 14-ը զարգացրել են bNAb պատասխաններ։ ծնողական SHIV.BG505.N332 վերահսկիչ խմբում՝ 14-ից 0-ը։ Հեղինակների Ֆիշերի ճշգրիտ թեստում տարբերությունը շատ բարձր նշանակալիություն ուներ (P < 0.0001)։

SHIV.5MUT խմբի ութ կենդանու պլազման փորձարկման վահանակի ութ տարասեռ վիրուսներից առնվազն վեցը չեզոքացրել է, և ID50 տիտրերը հաճախ գերազանցել են 1:1000-ը։ ID50-ը նոսրացման չափանիշ է․ եթե չեզոքացումը դեռ հայտնաբերվում է պլազման հազարից ավելի անգամ նոսրացնելուց հետո, պատասխանը պարզապես սահմանային չէ։ Լայն չեզոքացման ամբողջ ազդանշանը քարտեզագրմամբ կապվել է V3-գլիկանային էպիտոպի հետ։

Հետո հեղինակները ամենաուժեղ պլազմային լայնություն ունեցող կենդանիներից մեկուսացրել են հակամարմին գծեր։ Նրանք էկրան են արել 238 մոնոկլոնալ հակամարմին, որոնք ներկայացնում էին 106 գիծ, և ութ մակակից գտել են 12 V3-գլիկան bNAb գիծ։

130-վիրուս գլոբալ ավելի մեծ panel-ում այդ հակամարմինները շատ տարբեր արդյունքներ են տվել։ չեզոքացում լայնությունը եղել է 6%-ից 68%։ լայնությունը այն թեստ վիրուսների բաժինն է, որոնց հակամարմինն չեզոքացնել է անում։ Երկրաչափական միջին IC50-ները եղել են 0.06–2.80 միկրոգրամ/մլ․ IC50-ը փորձաքննությունում վարակը կեսով կրճատելու համար անհրաժեշտ հակամարմին կոնցենտրացիան է, ուստի ավելի ցածր թիվը սովորաբար նշանակում է ավելի ուժեղ չեզոքացում։

Լավագույն հակամարմինների լայնությունը մոտեցել է ուժեղ մարդկանցից ստացված V3-գլիկան bNAb-ներին, բայց միջակայքը կարևոր է՝ ոչ բոլոր հակամարմիններն էին լայն ազդեցությամբ։

հակամարմին գծերը նույնպես բազմազան էին։ Այստեղ աշխատանքը դիտում է հակամարմին ճարտարապետությունը՝ որ փոփոխական ծանր շղթայի գենային հատվածները են օգտագործվել, առանցքային կապման օղակը որքան երկար է, և հասունացումի ընթացքում հակամարմին գեները որքան են մուտացիաների ենթարկվել։ գծերը օգտագործել են մի քանի VH3 և VH4 գենային ընտանիքների հատվածներ, ունեցել են 14–25 ամինաթթվային CDRH3 օղակների երկարություններ և միջինում 8.4% նուկլեոտիդային մակարդակով VH somatic մուտացիա։ Հեղինակների համար սա խրախուսող է․ սկզբնական խթանումից հետո այս գծերին գուցե պետք չլինի այն ծայրահեղ մուտացիոն բեռը, որը բնորոշ է որոշ այլ ՄԻԱՎ bNAb-ների։

Երկքայլ մեխանիզմը

Աշխատանքի ամենահետաքրքիր մասը ոչ միայն այն է, որ հակամարմիններ հայտնվեցին, այլ՝ ինչպես։

Հեղինակների մոդելը երկքայլ է։

Առաջին՝ SHIV.5MUT-ը բացում է փոփոխված V1-օղակ հատվածը։ Վաղ հակամարմին պատասխանը թիրախավորում է հենց V1-ը։ Հետո վիրուսը խուսափում է անում՝ կարճացնելով V1 օղակը և փոխելով գլիկոզիլացումը՝ դրան կցված շաքարների օրինաչափությունը։

Երկրորդ՝ այդ V1-կարճացած խուսափում տարբերակները ավելի լավ են բացում ներքևում գտնվող V3-գլիկան էպիտոպը։ Դա V3-գլիկան bNAb նախորդ B բջիջերին հնարավորություն է տալիս միանալ։ Այդ նախորդների ակտիվացումից հետո վիրուսը և հակամարմին գիծը շարունակում են համատեղ էվոլյուցիայի ենթարկվել, և որոշ գծեր հասունանում են դեպի ավելի լայն չեզոքացում։

Հենց սա է պատվաստանյութդիզայն հուշումը։ Հեղինակները պարզապես իմունային պատասխան չեն նկարագրում․ նրանք քարտեզագրում են դեպքների հաջորդականություն, որը designer-ները հնարավոր է փորձեն վերարտադրել առանց բազմացող վիրուսի վարակ պահանջելու։

Աշխատանքը նաև ցույց է տալիս, որ մարդկանց մոտ այս ուղիի համար սկզբնական սկզբնական կենսաբանական նյութը հավանաբար առկա է։ մակակ bNAb նախորդների օգտագործած VH գեն segments-ը տարածված ալելներ են թե rhesus մակակ, թե մարդկային իմունոգլոբուլինների տվյալների շտեմարաններում։ Սա չի ապացուցում, որ նույն ուղիը մարդկանց մոտ կաշխատի, բայց այն դարձնում է արդյունքը ավելի համապատասխան, քան պարզապես մակակկոնկրետ յուրահատկություն։

Ի՞նչ սա չի ապացուցում

• Սա չի ցույց տալիս, որ ՄԻԱՎ պատվաստանյութ ստեղծվել է։
• Սա չի ցույց տալիս մարդկանց պաշտպանություն ՄԻԱՎ վարակից։
• Սա չի ցույց տալիս, որ պատվաստումը միայնակ կարող է վերարտադրել այս pathway-ը։
• Սա չի ցույց տալիս, որ մարդու օրգանիզմը անվտանգ կամ հուսալիորեն նույն հակամարմինները կստեղծի։
• Սա չի ապացուցում, որ արհեստականորեն ձևավորված SHIV-ը ինքնին պատվաստանյութ հարթակ է։
• Այն չի վերացնում կլինիկական փորձարկումների, անվտանգության փորձարկումների, դոզավորման ռազմավարության և իմունոգեն դիզայնի կարիքը։
• Եվ չի նշանակում, որ բոլոր V3-գլիկան հակամարմին գծերը հավասարապես օգտակար են․ մեկուսացված հակամարմինները նեղից մինչև լայն ազդեցության միջակայք էին։

Ամենակարևոր սահմանը վարակ մոդելն է։ SHIV.5MUT-ը գործել է որպես «էվոլյուցիայի ենթարկվող իմունոգեն», որովհետև այն բազմացող վիրուս էր և իմունային pressure-ի տակ փոխվում էր։ Դա գիտականորեն օգտակար է, բայց կանխարգելիչ մարդկային պատվաստանյութը չի կարող պարզապես այս գործընթացը նույն ձևով օգտագործել։

Translational խնդիրը ավելի դժվար է․ պետք է նախագծել իմունոգեններ, որոնք օգտակար ազդեցություն հաջորդականությունը կրկնօրինակում են առանց չվերահսկվող վարակը engine դարձնելու։

Որքա՞ն ուժեղ է ապացույցը

Հենց այն պնդման համար, որն աշխատանքը իրականում անում է, ապացույցները ուժեղ է։

Գլխավոր համեմատությունը պարզ է՝ 14/22 ընդդեմ 0/14 նույն 48-շաբաթյա պատուհանում։ Հեղինակները նաև կապում են պլազմայի չեզոքացումը, մոնոկլոնալ հակամարմինների մեկուսացումը, կառուցվածքային վերլուծությունը, B-բջիջների ընկալիչների և վիրուսի երկարաժամկետ հաջորդականացումները։ Այս համադրությունն ավելի համոզիչ է, քան չեզոքացման մեկ չափման արդյունքը։

Մեխանիստական պատկերը նույնպես արտասովոր լավ է հետագծվում։ Հեղինակները տեսնում են վաղ V1 ընտրությունը, եզրակացնում են bNAb նախորդ բջիջների մասին, մեկուսացնում են հասուն հակամարմիններ, քարտեզ են անում էպիտոպները, համեմատում կառուցվածքները և ժամանակի ընթացքում հետևում վիրուսային հաջորդականություն փոփոխություններին։ Սա հենց այն է, ինչ կենդանի մոդելը այստեղ լավ է տալիս՝ երկարատև ժամանակային դիտարկման հնարավորություն, որը մարդկային վարակ ուսումնասիրություններում մաքուր ստանալը դժվար է։

Սահմանափակումները իրական են։ մոդելը մակակների վրա է, ոչ մարդկանց վրա։ SHIV-ը փոխարինիչ մոդելային համակարգ է։ ուղիը ներառում է արհեստականորեն ձևավորված վիրուս վարակ, ոչ պատրաստ պատվաստանյութ ժամանակացույց։ Եվ թեև պատասխանը վերահսկիչ խմբի համեմատ հաճախ էր, SHIV.5MUT խմբի 22 կենդանուց 8-ը դեռ չհասավ bNAb պատասխան definition-ին։

Ուստի ապացույցները ուժեղ է մոդելի և մեխանիզմի համար։ պատվաստանյութի համար դեռ վաղ է։

Ինչո՞ւ է սա կարևոր

ՄԻԱՎ պատվաստանյութ դիզայնը հաճախ ստիպված է եղել աշխատել հազվադեպ հաջող հակամարմնից հետ գնալով․ գտնել հասուն bNAb, եզրակացնել անել դրա նախորդ ձևը, հետո նախագծել իմունոգեններ, որոնք B-բջիջ գիծը նույն ճանապարհով առաջ կտանեն։

Այս աշխատանքն առաջարկում է այլ տեսակի քարտեզ։ Այն ցույց է տալիս վերարտադրելի ուղի, որտեղ մեկ արհեստականորեն ձևավորված թաղանթային սպիտակուց վիճակը ստիպում է վիրուսին խուսափում անել, իսկ այդ խուսափումը բացում է հաջորդ թիրախը։ Իմունային համակարգին պարզապես վերջնական էպիտոպը չեն «ցուցադրում»․ փոփոխվող antigen-ը աստիճանաբար տանում է դեպի այն։

Եթե պատվաստանյութ նախագծողները կարողանան բազմացողվիրուս մասը փոխարինել վերահսկվող իմունոգեն հաջորդականությունով, արդյունքը կարող է օգնել ՄԻԱՎ պատվաստանյութ աշխատանքի ամենադժվար խնդիրներից մեկին՝ ճիշտ նախորդ բջիջները սկզբնապես ակտիվացնել և հետո հասուն անել պատասխանը՝ առանց այն կողմնակի թիրախների ուղղությամբ կորցնելու։

Սա իրական առաջընթաց է։ Բայց հենց այնպիսի առաջընթաց, որը պետք է զգուշորեն նկարագրել։ Աշխատանքը պատվաստանյութ դիզայնին տալիս է ավելի լավ blueprint։ Այն պատրաստ շենք չի տալիս։

Կարճ ամփոփում

Skelly-ն, Gristick-ը, Li-ն, Gavor-ը և գործընկերները արհեստականորեն ձևավորված SHIV մոդել են ստեղծել, որը մակակների մոտ V3-գլիկան broadly neutralizing հակամարմինները շատ ավելի հաճախ է առաջացրել, քան ծնողական վերահսկիչ վիրուսը։ 48 շաբաթում 22 SHIV.5MUT-վարակված մակակից 14-ը զարգացրել են plasma bNAb պատասխան, մինչ ծնողական SHIV.BG505.N332-ով վարակված 14 կենդանիներից ոչ մեկը՝ 0/14։ Հեղինակները մեկուսացրել են 12 V3-գլիկան bNAb գիծ և հետևել երկքայլ մեխանիզմի․ փոփոխված V1 օղակի դեմ վաղ հակամարմինները ընտրել են V1-կարճացած խուսափում տարբերակներ, որոնք բացել են V3-գլիկան էպիտոպը և prime արել bNAb նախորդները։ Արդյունքը կարևոր մոդել և դիզայն հուշում է ՄԻԱՎ իմունոգեն մշակումի համար։ Այն մարդկային պատվաստանյութ արդյունք չէ։

Առանց չափազանցության

Ի՞նչ է ցույց տալիս աշխատանքը։ Engineered մակակ SHIV մոդելը ՄԻԱՎ broadly neutralizing հակամարմինների մեկ դաս շատ ավելի հաճախ է առաջացրել, քան ծնողական վերահսկիչ վիրուսը, և հեղինակները կարողացել են հետևել հավանական երկքայլ ուղիին, որով այդ հակամարմինները զարգացել են։

Ի՞նչն է հավանական, բայց ապացուցված չէ։ Որ պատվաստանյութ նախագծողները կարող են այս ուղիը կրկնօրինակել վերահսկվող իմունոգեն հաջորդականությունով։ Դա կլինիկական կիրառության հույսը է, բայց աշխատանքը մարդկանց մոտ դա չի ցույց տալիս և պատրաստ պատվաստանյութ ժամանակացույց չի տալիս։

Ի՞նչ չի ցույց տալիս։ ՄԻԱՎ պատվաստանյութ, մարդկանց պաշտպանություն ՄԻԱՎից, կամ բազմացող արհեստականորեն ձևավորված վիրուսը որպես անվտանգ պատվաստանյութ օգտագործելու ուղի։ Այն նաև չի ցույց տալիս, որ բոլոր V3-գլիկան հակամարմին գծերը broad կամ օգտակար կլինեն։

Գլխավոր սահմանափակումը ընդհանուր ընթերցողի համար։ Օգտակար մեխանիզմը կատարվել է վարակ մոդելի ներսում։ SHIV.5MUT-ը բազմացող վիրուս էր, իմունային pressure-ից խուսափում էր անում և փոխվելով բացում հաջորդ թիրախը։ մարդկային prophylactic պատվաստումը չի կարող պարզապես նույն չվերահսկվող գործընթացը կրկնել․ դրա համար պետք են անվտանգ, նախագծված իմունոգեններ։

Որքա՞ն վստահություն պետք է ունենա ընդհանուր ընթերցողը։ Բարձր՝ որ մակակ մոդելը և մեխանիզմը իրական են այս փորձի պայմաններում։ Շատ ավելի ցածր՝ որ սա ուղիղ կանխատեսում է մարդկային պատվաստանյութի հաջողություն։ Ազնիվ հիմնական եզրակացությունը ՄԻԱՎ իմունոգեն դիզայնի ավելի ուժեղ ուղեցույցն է, ոչ պատվաստանյութ բեկումնային արդյունքը։