合理的に設計された合成モデルウイルスタンパク質免疫原間の相互作用のモデル化 (EAVI2020_01)

人間の免疫系の最も効果的な手段の 1 つは、非常に低濃度の抗体タンパク質がウイルス、細菌、および毒素に結合し、それらの活動または感染能力を「中和」する能力です。 組織の破壊や病状を引き起こす可能性のある細胞性免疫とは対照的に、抗体媒介性免疫は非常に受動的でありながら、感染を完全に防ぎます。 抗体が標的に結合する方法は、役に立たない「ブロッキング」抗体または狭い焦点の中和抗体から、同じ病原体の幅広い株を中和できる高度に保護的な「広域中和」抗体 (bNAb) まで、非常に多様です。 このような bNAb は、HIV、インフルエンザなどのウイルス感染で特に求められており、ウイルスが変異して、免疫応答が狭すぎたり集中したりしないように回避します。 抗体は、「免疫原」(免疫原とは、免疫応答を誘発するもので、通常は外来タンパク質) が免疫系に取り込まれ、特殊な免疫細胞によって白血球 (T 細胞および B 細胞) に示されるときに発生します。 場合によっては、T 細胞と B 細胞が免疫原をその表面の受容体に結合させ、T 細胞が B 細胞が特定の抗体を製造するのを「助ける」という免疫応答を引き起こします。 タンパク質がどのように処理されて扱いやすい断片に加工され、T 細胞と B 細胞に示されるか、および免疫細胞によって生成される化学シグナルのパターンは非常に複雑ですが、最終的には抗体応答の範囲 (幅) が決まります。 HIV やインフルエンザなどの感染症については、何十年にもわたる研究と臨床ワクチン試験の成功は限定的か、まったくありませんでした。 HIV を例にとると、免疫原がナイーブなヒト B 細胞受容体 (BCR) レパートリーとどのように相互作用するか、および感染中または予防接種後に bNAb を誘導するために必要な経路について、研究者はほとんど完全に理解していません。 非ヒト種のナイーブで生殖細胞系列にコードされた B 細胞抗体受容体レパートリーは、ヒトのものとは十分に異なり、非ヒト種に基づくワクチンの設計と選択に問題が生じるため、動物モデルは失敗しました。 さらに、HIV-1 感染者から分離された bNAbs は、エンベロープ スパイクの表面のグリカンを通過するために必要な異常に長いループ結合領域 (CDRH3 ループ) など、他の哺乳動物ではめったにまたはまったく発生しない構造的特徴を持っています。シールドキー中和エピトープ (Mascola JR 2013)。 したがって、免疫チャレンジのヒト実験医学モデルにおいて、防御的bNAb抗ウイルス応答の発生において免疫原とB / T細胞がどのように相互作用するかをよりよく理解することが非常に重要です。

この行き詰まりを解決するための私たちのアプローチは、合理的に設計されたモデル免疫原でヒト免疫系に挑戦し、ヒトB細胞抗体応答を中和幅に向けて駆動するために必要な構造およびその他の特性を決定することです. 研究者は、抗 HIV bNAb の特異性と機能について合理的な理解があり、何十年にもわたる失敗またはあまり成功していない試験の後、新しい免疫アプローチを特定する緊急の必要性があるため、実験モデルとして HIV を選択しました。 また、HIV タンパク質を免疫原として使用する安全性に関する膨大なデータベースと、HIV ウイルスタンパク質を設計および製造するための技術的専門知識もあります。 HIV 中和活性のアッセイも、当社の研究室で十分に確立されています。 HIVに焦点を当てていますが、私たちの調査結果は他のウイルス感染にも適用できます。

実験的医学研究で提案されたモデル免疫原は、ワクチンとして適切である可能性は低く、臨床開発には、これらの実験的調査から収集された免疫学的洞察に基づく設計の改良と開発の反復サイクルが必要です。 したがって、実際のワクチンの設計プロセスに情報を提供する可能性がある、合理的に設計されたモデル免疫原に対する誘発された免疫応答の詳細な特性評価に焦点が当てられています。 この実験的な医学的アプローチは、ヒトの免疫システムを研究し、ワクチン接種に対する免疫応答に関する完全な情報を得る能力が前例のない進歩を遂げたために初めて可能になりました。マウス。 この研究の主な焦点は、どの設計戦略がヒト生殖系列 (ナイーブ) B 細胞をプライミングし、中和抗体幅の誘導に向けて抗体応答を駆動できるかを判断することです。

モデル免疫原の当社の範囲は、HIV-1 のエンベロープ (Env) 糖タンパク質に基づいています。これは、中和抗体の唯一の標的であり、したがって、免疫化によるそのような抗体の誘導に関連する唯一のウイルスにコードされた免疫原です。 結果の再現性と最高レベルのボランティアの安全性を確保するために、すべての免疫原は、ワクチン免疫原に適用される技術を使用して cGMP の下で製造されます。

Env には、広範なアミノ酸変異、構造およびコンフォメーションの不安定性、および超可変領域の免疫優性があります (Kwong PD、2011; Sattentau QJ、2013)。 私たちのチームは、ネイティブのウイルス三量体を in situ で厳密に模倣するが、固有のウイルス免疫回避メカニズムを変更する可能性のある設計戦略を組み込んだ可溶性免疫原を設計しました (Sanders RW, 2013)。 Env は 3 つの同一の複合体 (三量体) で構成され、それぞれに gp120 と gp41 の 2 つの分子が含まれています。 研究者は、すべての HIV-1 サブタイプで表される共通のエピトープに対する B 細胞応答をプライミングするように設計されたモデル コンセンサス gp140 Env 三量体 (すべてのグローバル株のコンセンサス) を開発しました。 研究者は、これらをネイティブのようなコンフォメーションで安定させるために、ConM SOSIP と ConS UFO という 2 つの設計戦略を利用しました。 ConM SOSIP 三量体には、gp120 と gp41 外部ドメイン (gp140 を構成する) との間のジスルフィド結合の組み込みを含む新規変異が含まれ、単量体サブユニットへの解離を防ぎます。

ConS UFO には、Env 三量体の解離を防ぐための代替戦略として、gp120 サブユニットと gp41 サブユニットをつなぎ合わせる短い柔軟なアミノ酸リンカーが含まれています。 研究者は、両方のデザインをテストして、B 細胞レパートリーへの影響を判断したいと考えています。 グローバル アーキテクチャをさらに安定させるために、研究者は、bNAb エピトープを保存し、非抗ウイルス抗体応答を減らし、全体的な免疫原安定性を高めることが示されている EDC 架橋アプローチを採用しました (Schiffner et al., 2015)。 したがって、この調査のパート 1 では、調査員は EDC ConM SOSIP と EDC ConS UFO バージョンを並行してテストします。

コンセンサスに基づくモデル設計の重要な補助は、Env の超可変領域の免疫優位性を克服し、これが抗体応答を保存された中和エピトープに集中させるかどうかを判断するために、ブースト (パート 2) として 3 つのモザイク gp140 Env 三量体のカクテルを使用することです。 . これらのモザイクは、コンピューター アルゴリズムを使用して設計されていますが、完全に機能し、コンフォメーションがネイティブな本物の Env 構造を表しています。 私たちの新しいデザインは、望ましくない免疫優性抗体応答を排除し、特に第四級bNAbエピトープに重点を置いて、B細胞をEnv上の脆弱性の高度に保存されたスーパーサイトに集中させることを目的としています（Julien、JP、2013; Kong L、2013; Lyumkis D、2013）。 これらの異なる戦略が中和幅を誘発する可能性がある程度、および関与するメカニズムとドライバーの特定は、ヒト免疫原チャレンジ研究を通じて経験的にのみ決定できます。