HIV und andere Schnell Mutating Viren Gezielte Durch neue Impfstoff - Design-Ansatz

Ein Team von Wissenschaftlern des Scripps Research Institute ( TSRI ) und der Internationalen geführt AIDS Vaccine Initiative (IAVI ) ist eine neue Technik für die Impfstoff- Design, das besonders nützlich gegen sein könnte enthüllt HIV und andere sich schnell verändernden Viren.

Der Bericht, der in erscheint Science Express, Die frühe Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Wissenschaft, Bietet eine Schritt zur Lösung , was gewesen ist eines der zentralen Probleme der modernen Impfstoffentwicklung : Wie man das Immunsystem, um die richtige Art von Antikörperantwort gegen ein breites Spektrum von Virusstämmen zu schützen produzieren zu stimulieren. Die Forscher zeigten ihre neue Technik durch gentech ein Immunogen ( Substanz, die Immunität induziert ) , die Versprechen, zuverlässig eine sonst seltene Reaktion wirksam gegen viele Arten von HIV zu initiieren hat .

"Wir hoffen , diese bald Immunogen in Mäusen entwickelt, um menschliche Antikörper zu testen und schließlich beim Menschen ", sagte Teamleiter William R. Schief , der außerordentlicher Professor für Immunologie und Mitglied der IAVI neutralisierende Antikörper Center at TSRI ist .

Suche nach einem besseren Weg

Für sehr variable Viren wie HIV und Grippe Wollen Impfstoff Forscher Antikörper, die gegen die meisten oder alle Virusstämme schützen entlocken - und nicht nur ein paar Stämme , als Saison Grippe Impfstoffe, die derzeit auf dem Markt. Impfstoff -Forscher haben aus langfristigen HIV-positive Überlebenden , Ernte Antikörper-produzierenden B-Zellen aus Blutproben mehrerer dieser breit neutralisierenden Antikörpern identifiziert und dann durch sie sichten , um diejenigen, die Antikörper neutralisieren kann mehrere Stämme von HIV produzieren zu identifizieren. Solche breit neutralisierenden Antikörpern in der Regel arbeiten durch die Blockierung von entscheidender Bedeutung funktionellen Stellen an einem Virus, das unter den verschiedenen Stämmen trotz hohen Mutations anderweitig konserviert sind .

Doch selbst mit dieser mächtigen breit neutralisierenden Antikörpern in der Hand, müssen Wissenschaftler die Möglichkeit, ihre Produktion im Körper durch einen Impfstoff zu entlocken zu finden. "Zum Beispiel, breit neutralisierende Antikörper hervorzurufen genannt VRC01 Klasse- Antikörper, die 90 Prozent der bekannten HIV-Stämme neutralisieren , könnten Sie versuchen, mit dem HIV-Hüllprotein als Immunogen ", sagte Schief , "aber Sie in das Problem, dass das Hüllprotein laufen mit keiner detektierbaren Affinität zu den B-Zellen erforderlich, um eine breit neutralisierenden Antikörperreaktion zu starten binden. "

Zuverlässig zu initiieren , dass VRC01 - Klasse -Antikörper-Reaktion , Schief und seine Kollegen suchten daher , ein neues Verfahren für die Gestaltung Impfstoff Immunogene zu entwickeln.

Von schwach bis stark

Joseph Jardine , a TSRI Doktorand im Labor Schief , bewertet die Gene VRC01 - produzierenden B-Zellen , um die Identität der weniger reifen B-Zellen ableiten - aus denen sie stammen - als Keimbahn- B-Zellen bekannt. Keimbahn- B-Zellen sind die Hauptzieleder modernen viralen Impfstoffen , weil es die anfängliche Stimulation dieser B-Zellen und ihre Antikörper , die zu einer Langzeit- Antikörperantwort führt .

Als Reaktion auf die Impfung , Keimbahn- B-Zellen könnte im Prinzip , reifen in die gewünschten VRC01 - produzierenden B-Zellen - aber natürlichen HIV-Proteine ​​nicht zu binden oder diese Keimbahn- B -Zellen zu stimulieren , so dass sie nicht bekommen, der Prozess gestartet . Das Team so dargelegt, um eine künstliche Immunogen , das zur Erreichung dieses erfolgreich sein würde zu entwerfen.

Jardine verwendet ein Protein -Modellierungs-Software -Suite namens Rosetta zur Verbesserung der Bindung von VRC01 Keimbahn- B-Zell- Antikörper gegen HIV -Hüllprotein ist . "Wir fragten Rosetta für Mutationen auf der Seite des HIV-Hüllprotein , das helfen würde sie fest zu binden , um unsere Keimbahn Antikörper aussehen ", sagte er .

Rosetta identifiziert Dutzende von Mutationen, die helfen könnten, verbessern die Bindung an Keimbahn Antikörper. Jardine dann erzeugten Bibliotheken , die alle möglichen Kombinationen von vorteilhaften Mutationen enthalten , was zu Millionen von Mutanten und gesiebt, sie unter Verwendung von Techniken genannte Hefe- Oberflächen-Display und FACS . Diese Kombination von computergestützten Vorhersage und gerichtete Evolution erfolgreich produziert ein paar mutierte Hüllproteine ​​mit hoher Affinität für Keimbahn VRC01 - Antikörpern .

Jardine dann konzentrierte sich auf Herstellung einer minimal Immunogen - viel kleiner als HIV-Hülle - und so die weitere Entwicklung mit dem "engineered Außen Domain (EOD) " zuvor von Po -ssu Huang im Schief Labor entwickelt , während Schief war an der Universität von Washington. Mehrere iterative Runden der Gestaltung und Auswahl unter Verwendung einer Reihe von Keimbahn- Antikörper produziert eine letzte , optimierte Immunogen - ein Konstrukt, sie eOD - GT6 genannt .

Ein genauerer Blick

Um einen besseren Blick auf eOD - GT6 und seine Wechselwirkung mit Keimbahn- Antikörper zu erhalten , wandte sich das Team in das Labor von Ian A. Wilson, Vorsitzender der Abteilung für Integrative Strukturbiologie und Computational Biology und Mitglied der IAVI neutralisierende Antikörper Center at TSRI .

Jean-Philippe Julien , ein leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor Wilson , bestimmt die 3D- atomare Struktur der entworfen Immunogen mit Röntgenkristallographie - und , in einer ungewöhnlichen Kunststück , bestimmt auch die Kristallstruktur einer Keimbahn VRC01 Antikörper sowie die Struktur des Immunogens und der Antikörper aneinander gebunden .

"Wir wollten wissen, ob eOD - GT6 sah , wie wir erwartet hatten , und ob sie an den Antikörper in der Weise, dass wir vorhergesagt gebunden - und in beiden Fällen war die Antwort " Ja " ", sagte Julien . "Wir waren auch in der Lage , die wichtigsten Veränderungen, die seine Reaktivität mit Keimbahn Antikörper VRC01 verliehen zu identifizieren. "

Imitiert einen Virus

Impfstoff Forscher wissen, dass ein solches Immunogen typischerweise nicht besser auf Antikörperantwort stimulieren , wenn sie nicht als eine einzelne Kopie, sondern in einer eng beabstandeten Cluster von mehreren Kopien präsentiert und mit nur seine antikörperbindende Ende ausgesetzt ist. "Wir wollten, dass es wie ein Virus aussehen", sagte Sergey Menis , Gast Doktorand in der Schief Labor.

Menis entwickelt daher ein winziges Virus -ähnlichen Partikel von 60 Kopien von einer obskuren bakterielle Enzym hergestellt und beschichtet mit 60 Kopien eOD - GT6 . Die Partikel funktionierte gut bei Aktivierung VRC01 Keimbahn- B-Zellen und sogar reifen B-Zellen im Labor Gericht , während Einzelkopie eOD - GT6 nicht.

"Im Grunde ist es eine selbstorganisierende Nanopartikel , die das Immunogen in einem einwandorientiertpräsentiert ", sagte Menis . "Wir hoffen , dass dieser Ansatz nicht nur für einen HIV-Impfstoff , aber auch für viele andere Impfstoffe verwendet werden , auch. "

Der nächste Schritt für das EOD - GT6 Immunogen Projekt, sagte Schief , ist seine Fähigkeit, eine Antikörperantwort in Labortieren , die sich entwickelt werden , um die menschliche Keimbahn Antikörper stimulieren testen. Die Schwierigkeit bei Tests , die menschliche Keimbahn Immunogene Antikörper Ziel ist , dass die Tiere in der Regel für die Erprobung von Impfstoffen verwendet werden, können die gleichen Antikörper nicht zu machen. So wird das Team die Zusammenarbeit mit anderen Forschern, die Technik sind für die menschliche Keimbahn- Mäusen Antikörper zu produzieren. Danach hofft er, zu lernen, wie die Antwort auf die Herstellung von reifen , breit neutralisierenden Antikörper VRC01 - Klasse zu fahren , von der Aktivierung der B-Zellen der Keimbahn den ganzen Weg , mit einer Reihe von Immunogene entwickelt .

Schief hofft auch, sie in der Lage , ihre Keimbahn - Targeting- Ansatz beim Menschen eher früher als später zu testen, der Feststellung, " wird es wirklich wichtig , um herauszufinden, ob das funktioniert in einem Menschen. "