Молекулярная биология, 2021, T. 55, № 6, стр. 987-998

Иммуногенные свойства ДНК-конструкции, кодирующей рецепторсвязывающий домен белка шипа SARS-CoV-2

М. Б. Боргоякова a*, Л. И. Карпенко a, А. П. Рудомётов a, Д. В. Шаньшин a, А. А. Исаева ab, В. С. Несмеянова ab, Н. В. Волкова a, С. В. Беленькая a, Д. Е. Мурашкин a, Д. Н. Щербаков ab, Е. А. Волосникова a, Е. В. Старостина a, Л. А. Орлова a, Н. В. Данильченко a, А. В. Зайковская a, О. В. Пьянков a, А. А. Ильичёв a

a Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора
630559Кольцово, Новосибирская область, Россия

b Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора, Центр геномных исследований мирового уровня по обеспечению биологической безопасности и технологической независимости в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий
630559 Кольцово, Новосибирская область, Россия

* E-mail: borgoyakova_mb@vector.nsc.ru

Поступила в редакцию 07.03.2021
После доработки 19.04.2021
Принята к публикации 20.04.2021

Аннотация

В связи с пандемией COVID-19 ‒ заболевания, вызванного новым коронавирусом SARS-CoV-2, ‒ чрезвычайно актуальна задача скорейшей разработки профилактической вакцины. Нами cконструирована плазмида pVAX-RBD, которая несет последовательность, кодирующую рецепторсвязывающий домен (RBD) белка шипа (S) SARS-CoV-2 в качестве иммуногена и уникальную сигнальную последовательность 176, способствующую секреции целевого белка во внеклеточное пространство, для повышения эффективности индукции гуморального иммунного ответа на вирусный антиген. Для доставки pVAX-RBD в клетки использован конъюгат полиглюкина со спермидином (PGS). При сравнении иммуногенности “голой” ДНК, pVAX-RBD, и pVAX-RBD в оболочке PGS (pVAX-RBD‒PGS) показано, что последняя эффективнее индуцирует иммунный ответ у мышей. Так, по результатам иммуноферментного анализа, у животных в группе pVAX-RBD титр RBD-специфичных антител не превышал 1 : 1000, а в группе pVAX-RBD–PGS составил 1 : 42 000. ДНК-конструкт pVAX-RBD‒PGS эффективно индуцировал и клеточный иммунный ответ. Методом ELISpot показано, что спленоциты иммунизированных животных эффективно продуцируют интерферон-γ в ответ на стимуляцию пулом пептидов из белка S. На основании полученных результатов композицию pVAX-RBD в оболочке конъюгата полиглюкина со спермидином можно рассматривать в качестве перспективной ДНК-вакцины против COVID-19.

Ключевые слова: SARS-CoV-2, ДНК-вакцина, иммунный ответ, мышиная модель

Список литературы

  1. Gao Q., Bao L., Mao H., Wang L., Xu K., Yang M., Li Y., Zhu L., Wang N., Lv Z., Gao H., Ge X., Kan B., Hu Y., Liu J., Cai F., Jiang D., Yin Y., Qin C., Li J., Gong X., Lou X., Shi W., Wu D., Zhang H., Zhu L., Deng W., Li Y., Lu J., Li C., Wang X., Yin W., Zhang Y., Qin C. (2020) Development of an inactivated vaccine candidate for SARS-CoV-2. Science. 369, 77‒81.

  2. Wang H., Zhang Y., Huang B., Deng W., Quan Y., Wang W., Xu W., Zhao Y., Li N., Zhang J., Liang H., Bao L., Xu Y., Ding L., Zhou W., Gao H., Liu J., Niu P., Zhao L., Zhen W., Fu H., Yu S., Zhang Z., Xu G., Li C., Lou Z., Xu M., Qin C., Wu G., Gao G.F., Tan W., Yang X. (2020) Development of an inactivated vaccine candidate, BBIBP-CorV, with potent protection against SARS-CoV-2. Cell. 182, 39‒51.

  3. Keech C., Albert G., Cho I., Robertson A., Reed P., Neal S., Plested J.S., Zhu M., Cloney-Clark S., Zhou H., Smith G., Patel N., Frieman M.B., Haupt R.E., Logue J., McGrath M., Weston S., Piedra P.A., Desai C., Callahan K., Lewis M., Price-Abbott P., Formica N., Shinde V., Fries L., Lickliter J.D., Griffin P., Wilkinson B., Glenn G.M. (2020) Phase 1-2 trial of a SARS-CoV-2 recombinant spike protein nanoparticle vaccine. N. Engl. J. Med. 383, 2320‒2332.

  4. Ravichandran S., Coyle E.M., Klenow L., Tang J., Grubbs G., Liu S., Wang T., Golding H., Khurana S. (2020) Antibody signature induced by SARS-CoV-2 spike protein immunogens in rabbits. Sci. Transl. Med. 12, eabc3539.

  5. Quinlan B.D., He W., Mou H., Zhang L., Guo Y., Chang J., Peng S., Ojha A., Tavora R., Parcells M.S., Luo G., Li W., Zhong G., Choe H., Farzan M. (2020) An engineered receptor-binding domain improves the immunogenicity of multivalent SARS-CoV-2 vaccines. bioRxiv. 2020.11.18.388934. https://doi.org/10.1101/2020.11.18.388934

  6. García-Arriaza J., Garaigorta U., Pérez P., Lázaro-Frías A., Zamora C., Gastaminza P., Del Fresno C., Casasnovas J.M., Sorzano C.Ó.S., Sancho D., Esteban M. (2021) COVID-19 vaccine candidates based on modified vaccinia virus Ankara expressing the SARS-CoV-2 spike induce robust T- and B-cell immune responses and full efficacy in mice. J. Virol. 95(7), e02260-20. https://doi.org/10.1128/JVI.02260-20

  7. Logunov D.Y., Dolzhikova I.V., Zubkova O.V., Tukhvatulin A.I., Shcheblyakov D.V., Dzharullaeva A.S., Grousova D.M., Erokhova A.S., Kovyrshina A.V., Botikov A.G., Izhaeva F.M., Popova O., Ozharovskaya T.A., Esmagambetov I.B., Favorskaya I.A., Zrelkin D.I., Voronina D.V., Shcherbinin D.N., Semikhin A.S., Simakova Y.V., Tokarskaya E.A., Lubenets N.L., Egoro-va D.A., Shmarov M.M., Nikitenko N.A., Morozova L.F., Smolyarchuk E.A., Kryukov E.V., Babira V.F., Borisevich S.V., Naroditsky B.S., Gintsburg A.L. (2020) Safety and immunogenicity of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine in two formulations: two open, non-randomised phase 1/2 studies from Russia. Lancet. 396, 887‒897.

  8. Smith T.R.F., Patel A., Ramos S., Elwood D., Zhu X., Yan J., Gary E.N., Walker S.N., Schultheis K., Purwar M., Xu Z., Walters J., Bhojnagarwala P., Yang M., Chokkalingam N., Pezzoli P., Parzych E., Reuschel E.L., Doan A., Tursi N., Vasquez M., Choi J., Tello-Ruiz E., Maricic I., Bah M.A., Wu Y., Amante D., Park D.H., Dia Y., Ali A.R., Zaidi F.I., Generotti A., Kim K.Y., Herring T.A., Reeder S., Andrade V.M., Buttigieg K., Zhao G., Wu J.M., Li D., Bao L., Liu J., Deng W., Qin C., Brown A.S., Khoshnejad M., Wang N., Chu J., Wrapp D., McLellan J.S., Muthumani K., Wang B., Carroll M.W., Kim J.J., Boyer J., Kulp D.W., Hu-meau L.M.P.F., Weiner D.B., Broderick K.E. (2020) Immunogenicity of a DNA vaccine candidate for COVID-19. Nat. Commun. 11, 2601.

  9. Yu J., Tostanoski L.H., Peter L., Mercado N.B., McMahan K., Mahrokhian S.H., Nkolola J.P., Liu J., Li Z., Chandrashekar A., Martinez D.R., Loos C., Atyeo C., Fischinger S., Burke J.S., Slein M.D., Chen Y., Zuiani A., Lelis F.J.N., Travers M., Habibi S., Pessaint L., Van Ry A., Blade K., Brown R., Cook A., Finneyfrock B., Dodson A., Teow E., Velasco J., Zahn R., Wegmann F., Bondzie E.A., Dagotto G., Gebre M.S., He X., Jacob-Dolan C., Kirilova M., Kordana N., Lin Z., Maxfield L.F., Nampa-nya F., Nityanandam R., Ventura J.D., Wan H., Cai Y., Chen B., Schmidt A.G., Wesemann D.R., Baric R.S., Alter G., Andersen H., Lewis M.G., Barouch D.H. (2020) DNA vaccine protection against SARS-CoV-2 in rhesus macaques. Science. 369, 806‒811.

  10. Walsh E.E., Frenck R.W. Jr, Falsey A.R., Kitchin N., Absalon J., Gurtman A., Lockhart S., Neuzil K., Mulligan M.J., Bailey R., Swanson K.A., Li P., Koury K., Kalina W., Cooper D., Fontes-Garfias C., Shi P.Y., Türeci Ö., Tompkins K.R., Lyke K.E., Raabe V., Dormitzer P.R., Jansen K.U., Şahin U., Gruber W.C. (2020) Safety and immunogenicity of two RNA-based Covid-19 vaccine candidates. N. Engl. J. Med. 383, 2439‒2450.

  11. Baden L.R., El Sahly H.M., Essink B., Kotloff K., Frey S., Novak R., Diemert D., Spector S.A., Rouphael N., Creech C.B., McGettigan J., Khetan S., Segall N., Solis J., Brosz A., Fierro C., Schwartz H., Neuzil K., Corey L., Gilbert P., Janes H., Follmann D., Marovich M., Mascola J., Polakowski L., Ledgerwood J., Graham B.S., Bennett H., Pajon R., Knightly C., Leav B., Deng W., Zhou H., Han S., Ivarsson M., Miller J., Zaks T. (2021) Efficacy and safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 vaccine. N. Engl. J. Med. 384, 403‒416.

  12. Verdecchia P., Cavallini C., Spanevello A., Angeli F. (2020) The pivotal link between ACE2 deficiency and SARS-CoV-2 infection. Eur. J. Intern. Med. 76, 14‒20.

  13. Karpenko L.I., Lebedev L.R., Bazhan S.I., Korneev D.V., Zaitsev B.B., Ilyichev A.A. (2017) Visualization of CombiHIVvac vaccine particles using electron microscopy. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 33, 323‒324.

  14. Карпенко Л.И., Бажан С.И., Богрянцева М.П., Рындюк Н.Н., Гинько З.И., Кузубов В.И., Лебедев Л.Р., Каплина О.Н., Регузова А.Ю., Рыжиков А.Б., Усова С.В., Орешкова С.Ф., Нечаева Е.А., Даниленко Е.Д., Ильичев А.А. (2016) Комбинированная вакцина против ВИЧ-1 на основе искусственных полиэпитопных иммуногенов: результаты I фазы клинических испытаний. Биоорган. химия. 42, 191‒204.

  15. Karpenko L.I., Apartsin E.K., Dudko S.G., Starostina E.V., Kaplina O.N., Antonets D.V., Volosnikova E.A., Zaitsev B.N., Bakulina A.Y., Venyaminova A.G., Ilyichev A.A., Bazhan S.I. (2020) Cationic polymers for the delivery of the Ebola DNA vaccine encoding artificial T-cell immunogen. Vaccines. 8, 718.

  16. Karpenko L.I., Rudometov A.P., Sharabrin S.V., Shcherbakov D.N., Borgoyakova M.B., Bazhan S.I., Volosnikova E.A., Rudometova N.B., Orlova L.A., Pyshnaya I.A., Zaitsev B.N., Volkova N.V., Azaev M.S., Zaykovskaya A.V., Pyankov O.V., Ilyichev A.A. (2020) Delivery of mRNA vaccine against SARS-CoV-2 using a polyglucin:spermidine conjugate. Vaccines. 9, 76.

  17. Reed L.J., Muench H. (1938) A simple method of estimating fifty per cent endpoints. Am. J. Hyg. 27(3), 493–497. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a118408

  18. Brito L.A., Singh M. (2011) Acceptable levels of endotoxin in vaccine formulations during preclinical research. J. Pharm. Sci. 100, 34‒37.

  19. Milani A., Bolhassani A., Heshmati M. (2017) Delivery of HIV-1 Nef linked to heat shock protein 27 using a cationic polymer is more effective than cationic lipid in mammalian cells. Bratisl. Lek. Listy. 118, 334‒338.

  20. Saljoughian N., Zahedifard F., Doroud D., Doustdari F., Vasei M., Papadopoulou B., Rafati S. (2013) Cationic solid-lipid nanoparticles are as efficient as electroporation in DNA vaccination against visceral leishmaniasis in mice. Parasite Immunol. 35, 397‒408.

  21. Jiang J. (2021) Cell-penetrating peptide-mediated nanovaccine delivery. Curr. Drug Targets. 22(8), 896‒912. https://doi.org/10.2174/1389450122666210203193225

  22. Akhtar N., Singh V., Yusuf M., Khan R.A. (2020) Non-invasive drug delivery technology: development and current status of transdermal drug delivery devices, techniques and biomedical applications. Biomed Tech. 65, 243‒272.

  23. Tebas P., Yang S., Boyer J.D., Reuschel E.L., Patel A., Christensen-Quick A., Andrade V.M., Morrow M.P., Kraynyak K., Agnes J., Purwar M., Sylvester A., Pawlicki J., Gillespie E., Maricic I., Zaidi F.I., Kim K.Y., Dia Y., Frase D., Pezzoli P., Schultheis K., Smith T.R.F., Ramos S.J., McMullan T., Buttigieg K., Carroll M.W., Ervin J., Diehl M.C., Blackwood E., Mammen M.P., Lee J., Dallas M.J., Brown A.S., Shea J.E., Kim J.J., Weiner D.B., Broderick K.E., Humeau L.M. (2021) Safety and immunogenicity of INO-4800 DNA vaccine against SARS-CoV-2: a preliminary report of an open-label, phase 1 clinical trial. EClinicalMedicine. 31, 100689. https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2020.100689

  24. Seo Y.B., Suh Y.S., Ryu J.I., Jang H., Oh H., Koo B.S., Seo S.H., Hong J.J., Song M., Kim S.J., Sung Y.C. (2021) Soluble spike DNA vaccine provides long-term protective immunity against SARS-CoV-2 in mice and nonhuman primates. Vaccines. 9, 307.

  25. Prompetchara E., Ketloy C., Tharakhet K., Kaewpang P., Buranapraditkun S., Techawiwattanaboon T., Sathean-Anan-Kun S., Pitakpolrat P., Watcharaplueksadee S., Phumiamorn S., Wijagkanalan W., Patarakul K., Palaga T., Ruxrungtham K. (2021) DNA vaccine candidate encoding SARS-CoV-2 spike proteins elicited potent humoral and Th1 cell-mediated immune responses in mice. PLoS One. 16, e0248007.

  26. Nishikawa T., Chang C.Y., Tai J.A., Hayashi H., Sun J., Torii S., Ono C., Matsuura Y., Ide R., Mineno J., Sasai M., Yamamoto M., Nakagami H., Yamashita K. (2021) Anti-CoVid19 plasmid DNA vaccine induces a potent immune response in rodents by Pyro-drive Jet Injector intradermal inoculation. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2021.01.13.426436

  27. Chang H.I., Yeh M.K. (2012) Clinical development of liposome-based drugs: formulation, characterization, and therapeutic efficacy. Int. J. Nanomedicine. 7, 49‒60.

  28. Lagunas-Rangel F.A, Chávez-Valencia V. (2021) What do we know about the antibody responses to SARS-CoV-2? Immunobiology. 226, 152054.

Дополнительные материалы отсутствуют.