stringtranslate.com

Вирусоподобная частица

Вирусоподобные частицы (VLP) — это молекулы, которые очень похожи на вирусы , но не являются инфекционными, поскольку не содержат вирусного генетического материала. Они могут встречаться в природе или синтезироваться посредством индивидуальной экспрессии вирусных структурных белков, которые затем могут самостоятельно собираться в вирусоподобную структуру. [1] [2] [3] [4] Комбинации структурных капсидных белков из разных вирусов могут использоваться для создания рекомбинантных VLP. Было успешно показано, что как сборка in vivo (т. е. сборка внутри бактерий E. coli посредством рекомбинантной коэкспрессии нескольких белков), так и сборка in vitro (т. е. самосборка белков в реакционном сосуде с использованием стехиометрических количеств ранее очищенных белков) образуют вирусоподобные частицы. VLP, полученные из вируса гепатита B (HBV) и состоящие из небольшого поверхностного антигена, полученного из HBV ( HBsAg ), были описаны в 1968 году из сыворотки пациентов. [5] VLP были получены из компонентов самых разных семейств вирусов, включая Parvoviridae (например, аденоассоциированный вирус ), Retroviridae (например, ВИЧ ), Flaviviridae (например, вирус гепатита С ), Paramyxoviridae (например, Nipah ) и бактериофаги (например, Qβ, AP205). [1] VLP могут быть получены в различных системах культивирования клеток, включая бактерии, клеточные линии млекопитающих, клеточные линии насекомых, дрожжевые и растительные клетки. [6] [7]

VLP также могут относиться к структурам, производимым некоторыми ретротранспозонами LTR (под Ortervirales ) в природе. Это дефектные, незрелые вирионы , иногда содержащие генетический материал, которые, как правило, неинфекционны из-за отсутствия функциональной вирусной оболочки . [8] [9] Кроме того, осы производят полиднавирусные векторы с патогенными генами (но не основными вирусными генами) или VLP без генов, чтобы помочь контролировать своего хозяина. [10] [11]

Приложения

На этой диаграмме показано, как суррогатные вирусы, экспрессирующие шиповидный белок SARS-CoV-2, можно использовать для измерения активности нейтрализующих антител , которые воздействуют на шиповидный белок и предотвращают проникновение вируса в клетки-хозяева .

Терапевтические и визуализирующие агенты

VLP являются кандидатами на систему доставки генов или других терапевтических средств. [12] Было показано, что эти агенты доставки лекарств эффективно воздействуют на раковые клетки in vitro . [13] Предполагается, что VLP могут накапливаться в опухолевых участках из-за повышенной проницаемости и эффекта удержания , что может быть полезно для доставки лекарств или визуализации опухолей. [14]

Вакцина

VLP полезны в качестве вакцин . VLP содержат повторяющиеся, высокоплотные проявления вирусных поверхностных белков, которые представляют конформационные вирусные эпитопы , которые могут вызывать сильные иммунные реакции Т-клеток и В-клеток . [15] Небольшой радиус частиц, примерно 20-200 нм, обеспечивает достаточный дренаж в лимфатические узлы . Поскольку VLP не могут реплицироваться, они представляют собой более безопасную альтернативу ослабленным вирусам . VLP использовались для разработки одобренных FDA вакцин против гепатита B и вируса папилломы человека , которые имеются в продаже. [16]

Доступен выбор вакцин на основе вирусоподобных частиц против вируса папилломы человека (ВПЧ), таких как Церварикс от GlaxoSmithKline, а также Гардасил и Гардасил-9, производимых Merck & Co. Гардасил состоит из рекомбинантных VLP, собранных из белков L1 ВПЧ типов 6, 11, 16 и 18, экспрессируемых в дрожжах . Он дополнен сульфатом гидроксифосфата алюминия. Гардасил-9 состоит из эпитопов L1 31, 33, 45, 52 и 58 в дополнение к перечисленным эпитопам L1, обнаруженным в Гардасиле. Церварикс состоит из рекомбинантных VLP, собранных из белков L1 ВПЧ типов 16 и 18, экспрессируемых в клетках насекомых, и дополнен 3-O-дезацил-4-монофосфорил липидом (MPL) A и гидроксидом алюминия. [17]

Первая вакцина VLP, направленная против малярии, Mosquirix ( RTS,S ), была одобрена регулирующими органами ЕС. Она была экспрессирована в дрожжах. RTS,S представляет собой часть белка циркумспорозоита Plasmodium falciparum, слитого с поверхностным антигеном гепатита B (RTS), в сочетании с поверхностным антигеном гепатита B (S) и адъювантом AS01 (состоящим из (MPL)A и сапонина ).

Производство вакцины может начаться сразу после секвенирования штамма вируса и может занять всего 12 недель по сравнению с 9 месяцами для традиционных вакцин. В ранних клинических испытаниях вакцины VLP от гриппа, по-видимому, обеспечивали полную защиту как от вируса гриппа A подтипа H5N1 , так и от пандемии гриппа 1918 года . [18] Novavax и Medicago Inc. провели клинические испытания своих вакцин против гриппа VLP. [19] [20] Несколько вакцин VLP от COVID-19 , включая Novavax , находятся в стадии разработки. [16] [21]

ВПЧ использовались для разработки доклинической вакцины-кандидата против вируса чикунгунья . [15]

Био-вдохновленный синтез материалов

Компартментализация является распространенной темой в биологии. Природа полна примеров иерархически компартментализованных многокомпонентных структур, которые самоорганизуются из отдельных строительных блоков. Черпая вдохновение из природы, синтетические подходы с использованием полимеров, фазово-разделенных микрокапель, липидов и белков использовались для имитации иерархической компартментализации природных систем и для формирования функциональных био-вдохновленных наноматериалов. [22] [23] [24] Например, самосборка белка использовалась для инкапсуляции нескольких копий клеток белка ферритина в качестве подкомпартментов внутри вирусоподобной частицы P22 в качестве более крупного компартмента, по сути, образуя вложенную структуру клетки внутри клетки, похожую на матрешку. [25] Авторы далее продемонстрировали стехиометрическую инкапсуляцию фермента β-гликозидазы, гидролизующего целлобиозу, CelB, вместе с клетками белка ферритина, используя стратегию самосборки in-vitro для формирования многокомпартментной структуры клетки белка, вдохновленной клеткой. Используя похожую стратегию, ферменты биосинтеза глутатиона были инкапсулированы внутрь вирусоподобных частиц бактериофага P22. [26] В отдельном исследовании небольшой цитохром C размером 3,5 нм с пероксидазоподобной активностью был инкапсулирован внутрь небольшой 9-нм белковой клетки Dps для формирования структуры белковой клетки, вдохновленной органеллами. [27]

Технология липочастиц

Липочастица VLP была разработана для помощи в изучении интегральных мембранных белков . [28] Липочастицы представляют собой стабильные, высокоочищенные, гомогенные VLP, которые разработаны для содержания высоких концентраций интересующего конформационно неповрежденного мембранного белка. Интегральные мембранные белки участвуют в разнообразных биологических функциях и являются мишенью почти 50% существующих терапевтических препаратов. Однако из-за их гидрофобных доменов мембранные белки трудно поддаются манипуляциям вне живых клеток. Липочастицы могут включать широкий спектр структурно неповрежденных мембранных белков, включая рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCR), ионные каналы и вирусные оболочки. Липочастицы предоставляют платформу для многочисленных приложений, включая скрининг антител, производство иммуногенов и анализы связывания лигандов. [29] [30]

Сборка

Понимание самосборки VLP когда-то основывалось на вирусной сборке. Это рационально, пока сборка VLP происходит внутри клетки-хозяина ( in vivo ), хотя событие самосборки было обнаружено in vitro с самого начала исследования вирусной сборки. [31] Исследование также показывает, что in vitro сборка VLP конкурирует с агрегацией [32] и внутри клетки существуют определенные механизмы, предотвращающие образование агрегатов во время сборки. [33]

Связывание целевых групп с поверхностями VLP

Присоединение белков, нуклеиновых кислот или малых молекул к поверхности VLP, например, для нацеливания на определенный тип клеток или для повышения иммунного ответа, является полезным. В некоторых случаях интересующий белок может быть генетически слит с вирусным белком оболочки. [34] Однако этот подход иногда приводит к нарушению сборки VLP и имеет ограниченную полезность, если нацеливающий агент не основан на белке. Альтернативой является сборка VLP и последующее использование химических сшивающих агентов, [35] реактивных неприродных аминокислот [36] или реакции SpyTag/SpyCatcher [37] [38] для ковалентного присоединения интересующей молекулы. Этот метод эффективен для направления иммунного ответа против прикрепленной молекулы, тем самым вызывая высокие уровни нейтрализующих антител и даже будучи способным нарушить толерантность к собственным белкам, отображаемым на VLP. [38]

Ссылки

  1. ^ ab Zeltins A (январь 2013 г.). «Конструирование и характеристика вирусоподобных частиц: обзор». Молекулярная биотехнология . 53 (1): 92–107. doi :10.1007/s12033-012-9598-4. PMC  7090963. PMID  23001867 .
  2. ^ Buonaguro L, Tagliamonte M, Tornesello ML, Buonaguro FM (ноябрь 2011 г.). «Разработки вакцин на основе вирусоподобных частиц для лечения инфекционных заболеваний и рака». Expert Review of Vaccines . 10 (11): 1569–83. doi :10.1586/erv.11.135. PMID  22043956. S2CID  25513040.
  3. ^ "NCI Dictionary of Cancer Terms". Национальный институт рака . 2011-02-02 . Получено 2019-04-19 .
  4. ^ Mohsen MO, Gomes AC, Vogel M, Bachmann MF (июль 2018 г.). «Взаимодействие вирусоподобных частиц (VLP), полученных из вирусного капсида, с врожденной иммунной системой». Вакцины . 6 (3): 37. doi : 10.3390/vaccines6030037 . PMC 6161069. PMID  30004398 . 
  5. ^ Bayer ME, Blumberg BS, Werner B (июнь 1968). «Частицы, связанные с австралийским антигеном в сыворотке пациентов с лейкемией, синдромом Дауна и гепатитом». Nature . 218 (5146): 1057–9. Bibcode :1968Natur.218.1057B. doi :10.1038/2181057a0. PMID  4231935. S2CID  39890704.
  6. ^ Santi L, Huang Z, Mason H (сентябрь 2006 г.). «Производство вирусоподобных частиц в зеленых растениях». Методы . 40 (1): 66–76. doi :10.1016/j.ymeth.2006.05.020. PMC 2677071. PMID  16997715 . 
  7. ^ Хуан X, Ван X, Чжан J, Ся N, Чжао Q (2017-02-09). "Вирусоподобные частицы, полученные из Escherichia coli, в разработке вакцин". npj Vaccines . 2 (1): 3. doi :10.1038/s41541-017-0006-8. PMC 5627247. PMID  29263864 . 
  8. ^ Beliakova-Bethell N, Beckham C, Giddings TH, Winey M, Parker R, Sandmeyer S (январь 2006 г.). «Вирусоподобные частицы ретротранспозона Ty3 собираются в ассоциации с компонентами P-тела». РНК . 12 (1): 94–101. doi :10.1261/rna.2264806. PMC 1370889 . PMID  16373495. 
  9. ^ Purzycka KJ, Legiewicz M, Matsuda E, Eizentstat LD, Lusvarghi S, Saha A и др. (январь 2013 г.). «Изучение структуры РНК ретротранспозона Ty1 в вирусоподобных частицах». Nucleic Acids Research . 41 (1): 463–73. doi :10.1093/nar/gks983. PMC 3592414. PMID  23093595 . 
  10. ^ Берк, Гейлен Р.; Стрэнд, Майкл Р. (2012-01-31). «Полиднавирусы паразитических ос: одомашнивание вирусов для использования в качестве векторов доставки генов». Насекомые . 3 (1): 91–119. doi : 10.3390/insects3010091 . PMC 4553618. PMID  26467950 . 
  11. ^ Леобольд, Матье; Безье, Анни; Пишон, Аполлин; Эрниу, Элизабет А; Волкофф, Анн-Натали; Дрезен, Жан-Мишель; Абергель, Шанталь (июль 2018 г.). «Одомашнивание крупного ДНК-вируса осой Venturia canescens подразумевает целенаправленное сокращение генома посредством псевдогенизации». Genome Biology and Evolution . 10 (7): 1745–1764. doi : 10.1093/gbe/evy127 . PMC 6054256. PMID  29931159 . 
  12. ^ Petry H, Goldmann C, Ast O, Lüke W (октябрь 2003 г.). «Использование вирусоподобных частиц для переноса генов». Current Opinion in Molecular Therapeutics . 5 (5): 524–8. PMID  14601522.
  13. ^ Галауэй, ФА и Стокли, ПГ Вирусоподобные частицы MS2: надежная полусинтетическая платформа для адресной доставки лекарств. Mol. Pharm. 10, 59–68 (2013).
  14. ^ Kovacs, EW et al. Бактериофаг MS2 с двойной модифицированной поверхностью как идеальный каркас для системы доставки лекарств на основе вирусного капсида. Bioconjug. Chem. 18, 1140–1147 (2007).
  15. ^ ab Akahata W, Yang ZY, Andersen H, Sun S, Holdaway HA, Kong WP и др. (март 2010 г.). «Вакцина на основе вирусоподобных частиц от эпидемического вируса Чикунгунья защищает нечеловекообразных приматов от инфекции». Nature Medicine . 16 (3): 334–8. doi :10.1038/nm.2105. PMC 2834826 . PMID  20111039. 
  16. ^ ab Hotez, Peter J.; Bottazzi, Maria Elena (27 января 2022 г.). «Вакцины COVID-19 на основе цельного инактивированного вируса и белка». Annual Review of Medicine . 73 (1): 55–64. doi : 10.1146/annurev-med-042420-113212 . ISSN  0066-4219. PMID  34637324. S2CID  238747462. Получено 14 апреля 2022 г.
  17. ^ Чжан X, Синь L, Ли S, Фан M, Чжан J, Ся N, Чжао Q (2015). «Уроки, извлеченные из успешных человеческих вакцин: определение ключевых эпитопов путем анализа капсидных белков». Вакцины для человека и иммунотерапия . 11 (5): 1277–92. doi :10.1080/21645515.2015.1016675. PMC 4514273. PMID  25751641 . 
  18. ^ Perrone LA, Ahmad A, Veguilla V, Lu X, Smith G, Katz JM и др. (июнь 2009 г.). «Интраназальная вакцинация частицами, подобными вирусу гриппа 1918 года, защищает мышей и хорьков от летального заражения вирусами гриппа 1918 года и H5N1». Journal of Virology . 83 (11): 5726–34. doi :10.1128/JVI.00207-09. PMC 2681940 . PMID  19321609. 
  19. ↑ Джон Гевер (12 сентября 2010 г.). «ICAAC: высокие титры антител наблюдаются при использовании новой вакцины против гриппа».
  20. ^ Landry N, Ward BJ, Trépanier S, Montomoli E, Dargis M, Lapini G, Vézina LP (декабрь 2010 г.). Fouchier RA (ред.). "Доклиническая и клиническая разработка вакцины на основе вирусоподобных частиц растительного происхождения против птичьего гриппа H5N1". PLOS ONE . 5 (12): e15559. Bibcode : 2010PLoSO ...515559L. doi : 10.1371/journal.pone.0015559 . PMC 3008737. PMID  21203523. 
  21. ^ Leo L (27 марта 2021 г.). «Надеюсь запустить Covovax к сентябрю, говорит генеральный директор Serum Institute». mint . Архивировано из оригинала 13 мая 2021 г. . Получено 28 марта 2021 г. .
  22. ^ ang, T.-YD; Hak, CRC; Thompson, AJ; Kuimova, MK; Williams, DS; Perriman, AW; Mann, S. Сборка мембран жирных кислот на коацерватных микрокаплях как шаг к гибридной модели протоклетки. Nat. Chem. 2014, 6, 527−533.
  23. ^ Марге, М.; Сандре, О.; Лекомманду, С. Полимерсомы в «гелевых» полимерсомах: к структурной клеточной мимикрии. Ленгмюр, 2012, 28, 2035–2043.
  24. ^ Алкер, С.А.; Кеннеди, М.Т.; Засадзинский, Дж.А. Инкапсуляция двухслойных везикул путем самосборки. Nature 1997, 387, 61−64.
  25. ^ Waghwani HK, Uchida M, Douglas, T (апрель 2020 г.). «Вирусоподобные частицы (VLP) как платформа для иерархической компартментализации». Biomacromolecules . 21 (6): 2060–2072. doi : 10.1021/acs.biomac.0c00030 . PMID  32319761.
  26. ^ Wang Y, Uchida M, Waghwani HK, Douglas, T (декабрь 2020 г.). «Синтетические вирусоподобные частицы для биосинтеза глутатиона». ACS Synthetic Biology . 9 (12): 3298–3310. doi :10.1021/acssynbio.0c00368. PMID  33232156. S2CID  227167991.
  27. ^ Waghwani HK, Douglas, T (март 2021 г.). «Цитохром C с пероксидазоподобной активностью, инкапсулированный внутри небольшой наноклетки белка DPS». Journal of Materials Chemistry B. 9 ( 14): 3168–3179. doi : 10.1039/d1tb00234a . PMID  33885621.
  28. ^ "Integral Molecular" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2009-07-31 . Получено 2010-04-30 .
  29. ^ Willis S, Davidoff C, Schilling J, Wanless A, Doranz BJ, Rucker J (июль 2008 г.). «Вирусоподобные частицы как количественные зонды мембранно-белковых взаимодействий». Биохимия . 47 (27): 6988–90. doi :10.1021/bi800540b. PMC 2741162. PMID  18553929 . 
  30. ^ Jones JW, Greene TA, Grygon CA, Doranz BJ, Brown MP (июнь 2008 г.). «Бесклеточный анализ рецепторов, связанных с G-белком, с использованием поляризации флуоресценции». Журнал биомолекулярного скрининга . 13 (5): 424–9. doi : 10.1177/1087057108318332 . PMID  18567842.
  31. ^ Adolph KW, Butler PJ (ноябрь 1976 г.). «Сборка сферического растительного вируса». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Серия B, Биологические науки . 276 (943): 113–22. Bibcode : 1976RSPTB.276..113A. doi : 10.1098/rstb.1976.0102 . PMID  13422.
  32. ^ Ding Y, Chuan YP, He L, Middelberg AP (октябрь 2010 г.). «Моделирование конкуренции между агрегацией и самосборкой во время обработки вирусоподобных частиц». Биотехнология и биоинженерия . 107 (3): 550–60. doi :10.1002/bit.22821. PMID  20521301. S2CID  24129649.
  33. ^ Chromy LR, Pipas JM , Garcea RL (сентябрь 2003 г.). «Сборка капсидов полиомавируса in vitro с помощью шаперона». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (18): 10477–82. Bibcode : 2003PNAS..10010477C. doi : 10.1073 /pnas.1832245100 . PMC 193586. PMID  12928495. 
  34. ^ Wetzel D, Rolf T, Suckow M, Kranz A, Barbian A, Chan JA и др. (Февраль 2018 г.). «Создание платформы VLP на основе дрожжей для презентации антигена». Microbial Cell Factories . 17 (1): 17. doi : 10.1186/s12934-018-0868-0 . PMC 5798182. PMID  29402276 . 
  35. ^ Jegerlehner A, Tissot A, Lechner F, Sebbel P, Erdmann I, Kündig T и др. (август 2002 г.). «Молекулярная система сборки, которая делает антигены выбора высокоповторяющимися для индукции защитных реакций В-клеток». Вакцина . 20 (25–26): 3104–12. doi :10.1016/S0264-410X(02)00266-9. PMID  12163261.
  36. ^ Patel KG, Swartz JR (март 2011 г.). «Поверхностная функционализация вирусоподобных частиц путем прямого сопряжения с использованием азидно-алкиновой клик-химии». Bioconjugate Chemistry . 22 (3): 376–87. doi :10.1021/bc100367u. PMC 5437849. PMID 21355575  . 
  37. ^ Brune KD, Leneghan DB, Brian IJ, Ishizuka AS, Bachmann MF, Draper SJ и др. (январь 2016 г.). «Подключи и покажи: декорирование вирусоподобных частиц с помощью изопептидных связей для модульной иммунизации». Scientific Reports . 6 : 19234. Bibcode :2016NatSR...619234B. doi :10.1038/srep19234. PMC 4725971 . PMID  26781591. 
  38. ^ ab Thrane S, Janitzek CM, Matondo S, Resende M, Gustavsson T, de Jongh WA и др. (апрель 2016 г.). «Бактериальный суперклей облегчает разработку эффективных вакцин на основе вирусоподобных частиц». Журнал нанобиотехнологий . 14 (1): 30. doi : 10.1186/s12951-016-0181-1 . PMC 4847360. PMID  27117585 . 

Внешние ссылки