Вирусоподобные частицы, несущие Env ВИЧ-1 с модулированным составом гликанов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ранее получены высокоиммуногенные вирусоподобные частицы (VLP), содержащие белки оболочки (Env) ВИЧ-1, которые обладали способностью преодолевать природную резистентность поверхностных белков ВИЧ-1, связанную с их низким содержанием и труднодоступностью консервативных эпитопов для вируснейтрализующих антител. Разработанная технология ранее применена нами для получения VLP, несущих модифицированные тримеры Env штамма ZM53(T/F) ВИЧ-1. Для продукции VLP использовали рекомбинантные вирусы осповакцины, экспрессирующие Env и Gag-Pol (каркасный белок) ВИЧ-1/SIV, а также ген hr вируса коровьей оспы – для преодоления ограничений в репликации вируса осповакцины – в клетках СНО. Экспрессируемый белок Env содержал трансмембранный перекрывающий домен (TMS) вируса опухоли молочной железы мышей (MMTV), увеличивающий включение тримеров Env в VLP, и цитоплазматический домен (СТ) с GCN4-последовательностью, влияющей на конформацию поверхностной субъединицы (SU). Для изучения состава гликанового паттерна Env и его влияния на эффективность формирования VLP использовали мутантную клеточную линия CHO Lec1, в которой нет фермента N-ацетилглюкозаминилтрансферазы TI (GlcNAc-TI), вовлеченного в процессинг высокоманнозных углеводных цепей. Этот прием позволил модулировать состав гликанов на поверхности VLP, оптимизировать условия их формирования и наметить подходы к преодолению ограниченной иммуногенности ВИЧ-1, связанной с экранированием гликанами эпитопов Env.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. А. Каевицер

Федеральный национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Министерства здравоохранения России

Автор, ответственный за переписку.
Email: anvzorov@mail.ru
Россия, Москва, 123098

Е. И. Самохвалов

Федеральный национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Министерства здравоохранения России

Email: anvzorov@mail.ru
Россия, Москва, 123098

Д. В. Щебляков

Федеральный национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Министерства здравоохранения России

Email: anvzorov@mail.ru
Россия, Москва, 123098

А. Л. Гинцбург

Федеральный национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Министерства здравоохранения России; Кафедра инфектологии и вирусологии Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения России

Email: anvzorov@mail.ru
Россия, Москва, 123098; Москва, 123098

А. Н. Взоров

Федеральный национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Министерства здравоохранения России; Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: anvzorov@mail.ru
Россия, Москва, 123098; Москва, 119234

Список литературы

  1. Melikyan G.B., Markosyan R.M., Hemmati H., Delmedico M.K., Lambert D.M., Cohen F.S. (2000) Evidence that the transition of HIV-1 gp41 into a six-helix bundle, not the bundle configuration, induces membrane fusion. J. Cell Biol. 151, 413–423.
  2. Rutten L., Lai Y.T., Blokland S., Truan D., Bisschop I.J.M., Strokappe N.M., Koornneef A., van Manen D., Chuang G.Y., Farney S.K., Schuitemaker H., Kwong P.D., Langedijk J.P.M. (2018) A universal approach to optimize the folding and stability of prefusion-closed HIV-1 envelope trimers. Cell Rep. 23, 584–595.
  3. Vzorov A.N., Wang L., Wang B.Z., Compans R.W. (2016) Effects of modification of the HIV-1 Env cytoplasmic tail on immunogenicity of VLP vaccines. Virology. 489, 141–150.
  4. Vzorov A.N., Compans R.W. (1996) Assembly and release of SIV env proteins with full-length or truncated cytoplasmic domains. Virology. 221, 22–33.
  5. Vzorov A.N., Lea-Fox D., Compans R.W. (1999) Immunogenicity of full length and truncated SIV envelope proteins. Viral Immunol. 12, 205–215.
  6. Vzorov A.N., Compans R.W. (2000) Effect of the cytoplasmic domain of the simian immunodeficiency virus envelope protein on incorporation of heterologous envelope proteins and sensitivity to neutralization. J. Virol. 74, 8219–8225.
  7. Vzorov A.N., Compans R.W. (2011) Effects of stabilization of the gp41 cytoplasmic domain on fusion activity and infectivity of SIVmac239. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 27, 1213–1222.
  8. Haynes B.F., Wiehe K., Borrow P., Saunders K.O., Korber B., Wagh K., McMichael A.J., Kelsoe G., Hahn B.H., Alt F., Shaw G.M. (2023) Strategies for HIV-1 vaccines that induce broadly neutralizing antibodies. Nat. Rev. Immunol. 23, 142–158.
  9. Back N.K., Smit L., De Jong J.J., Keulen W., Schutten M., Goudsmit J., Tersmette M. (1994) An N-glycan within the human immunodeficiency virus type 1 gp120 V3 loop affects virus neutralization. Virology. 199, 431–438.
  10. Cole K.S., Steckbeck J.D., Rowles J.L., Desrosiers R.C., Montelaro R.C. (2004) Removal of N-linked glycosylation sites in the V1 region of simian immunodeficiency virus gp120 results in redirection of B-cell responses to V3. J. Virology. 78, 1525–1539.
  11. Koch M., Pancera M., Kwong P.D., Kolchinsky P., Grundner C., Wang L., Hendrickson W.A., Sodroski J., Wyatt R. (2003) Structure-based, targeted deglycosylation of HIV-1 gp120 and effects on neutralization sensitivity and antibody recognition. Virology. 313, 387–400.
  12. McCaffrey R.A., Saunders C., Hensel M., Stamatatos L. (2004) N-linked glycosylation of the V3 loop and the immunologically silent face of gp120 protects human immunodeficiency virus type 1 SF162 from neutralization by anti-gp120 and anti-gp41 antibodies. J. Virology. 78, 3279–3295.
  13. Reitter J.N., Means R.E., Desrosiers R.C. (1998) A role for carbohydrates in immune evasion in AIDS. Nat. Med. 4, 679–684.
  14. Julien J.P., Lee P.S., Wilson I.A. (2012) Structural insights into key sites of vulnerability on HIV-1 Env and influenza HA. Immunol. Rev. 250, 180–198.
  15. Sok D., Doores K.J., Briney B., Le K.M., Saye-Francisco K.L., Ramos A., Kulp D.W., Julien J.P., Menis S., Wickramasinghe L., Seaman M.S., Schief W.R., Wilson I.A., Poignard P., Burton D.R. (2014) Promiscuous glycan site recognition by antibodies to the high-mannose patch of gp120 broadens neutralization of HIV. Sci. Transl. Med. 6, 236ra63.
  16. Lanteri M., Giordanengo V., Hiraoka N., Fuzibet J.G., Auberger P., Fukuda M., Baum L.G., Lefebvre J.C. (2003) Altered T cell surface glycosylation in HIV-1 infection results in increased susceptibility to galectin-1-induced cell death. Glycobiology. 13, 909–918.
  17. Binley J.M., Ban Y.E., Crooks E.T., Eggink D., Osawa K., Schief W.R., Sanders R.W. (2010) Role of complex carbohydrates in human immunodeficiency virus type 1 infection and resistance to antibody neutralization. J. Virol. 84, 5637–5655.
  18. Wagh K., Hahn B.H., Korber B. (2020) Hitting the sweet spot: exploiting HIV-1 glycan shield for induction of broadly neutralizing antibodies. Curr. Opin. HIV AIDS. 15, 267–274.
  19. Lechner F., Jegerlehner A., Tissot A.C., Maurer P., Sebbel P., Renner W.A., Jennings G.T., Bachmann M.F. (2002) Virus-like particles as a modular system for novel vaccines. Intervirology. 45, 212–217.
  20. Blasco R., Moss B. (1995) Selection of recombinant vaccinia viruses on the basis of plaque formation. Gene. 158, 157–162.
  21. Moore P.L., Crooks E.T., Porter L., Zhu P., Cayanan C.S., Grise H., Corcoran P., Zwick M.B., Franti M., Morris L., Roux K.H., Burton D.R., Binley J.M. (2006) Nature of nonfunctional envelope proteins on the surface of human immunodeficiency virus type 1. J. Virol. 80, 2515–2528.
  22. Ramsey-Ewing A., Moss B. (1996) Recombinant protein synthesis in Chinese hamster ovary cells using a vaccinia virus/bacteriophage T7 hybrid expression system. J. Biol. Chemistry. 271, 16962–16966.
  23. Checkley M.A., Luttge B.G., Freed E.O. (2011) HIV-1 envelope glycoprotein biosynthesis, trafficking, and incorporation. J. Mol. Biol. 410, 582–608.
  24. Vzorov A.N., Yang C., Compans R.W. (2015) An amphipathic sequence in the cytoplasmic tail of HIV-1 Env alters cell tropism and modulates viral receptor specificity. Acta Virol. 59, 209–220.
  25. Tedbury P.R., Novikova M., Ablan S.D., Freed E.O. (2016) Biochemical evidence of a role for matrix trimerization in HIV-1 envelope glycoprotein incorporation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 113(2), E182–E190.
  26. doi: 10.1073/pnas.1516618113
  27. Nguyen N.T.B., Lin J., Tay S.J., Mariati, Yeo M., Nguyen-Khuong T., Yang Y. (2021) Multiplexed engineering glycosyltransferase genes in CHO cells via targeted integration for producing antibodies with diverse complex-type N-glycans. Sci. Rep. 11, 12969.
  28. Derdeyn C.A., Decker J.M., Bibollet-Ruche F., Mokili J.L., Muldoon M., Denham S.A., Heil M.L., Kasolo F., Musonda R., Hahn B.H., Shaw G.M., Korber B.T., Allen S., Hunter E. (2004) Envelope-constrained neutralization-sensitive HIV-1 after heterosexual transmission. Science. 303, 2019–2022.
  29. Patnaik S.K., Stanley P. (2006) Lectin-resistant CHO glycosylation mutants. Methods Enzymol. 416, 159–182.
  30. Zhu X., Borchers C., Bienstock R.J., Tomer K.B. (2000) Mass spectrometric characterization of the glycosylation pattern of HIV-gp120 expressed in CHO cells. Biochemistry. 39, 11194–11204.
  31. Raska M., Takahashi K., Czernekova L., Zachova K., Hall S., Moldoveanu Z., Elliott M.C., Wilson L., Brown R., Jancova D., Barnes S., Vrbkova J., Tomana M., Smith P.D., Mestecky J., Renfrow M.B., Novak J. (2010) Glycosylation patterns of HIV-1 gp120 depend on the type of expressing cells and affect antibody recognition. J. Biol. Chem. 285, 20860–20869.
  32. Srinivas R.V., Compans R.W. (1983) Glycosylation and intracellular transport of spleen focus-forming virus glycoproteins. Virology. 125, 274–286.
  33. Cao L., Pauthner M., Andrabi R., Rantalainen K., Berndsen Z., Diedrich J.K., Menis S., Sok D., Bastidas R., Park S.R., Delahunty C.M., He L., Guenaga J., WyattR.T., Schief W.R., Ward A.B., Yates J.R. 3rd., Burton D.R., Paulson J.C. (2018) Differential processing of HIV envelope glycans on the virus and soluble recombinant trimer. Nat. Commun. 9, 3693.
  34. Kwong P.D., Wyatt R., Robinson J., Sweet R.W., Sodroski J., Hendrickson W.A. (1998) Structure of an HIV gp120 envelope glycoprotein in complex with the CD4 receptor and a neutralizing human antibody. Nature. 393, 648–659.
  35. Rizzuto C.D., Wyatt R., Hernández-Ramos N., Sun Y., Kwong P.D., Hendrickson W.A., Sodroski J. (1998) A conserved HIV gp120 glycoprotein structure involved in chemokine receptor binding. Science. 280, 1949–1953.
  36. Kolchinsky P., Kiprilov E., Sodroski J. (2001) Increased neutralization sensitivity of CD4-independent human immunodeficiency virus variants. J. Virol. 75, 2041–2050.
  37. Puffer B.A., Pöhlmann S., Edinger A.L, Carlin D., Sanchez M.D., Reitter J., Watry D.D., Fox H.S., Desrosiers R.C., Doms R.W. (2002) CD4 independence of simian immunodeficiency virus Envs is associated with macrophage tropism, neutralization sensitivity, and attenuated pathogenicity. J. Virol. 76, 2595–2605.
  38. Edwards T.G., Hoffman T.L., Baribaud F., Wyss S., LaBranche C.C., Romano J., Adkinson J., Sharron M., Hoxie J.A., Doms R.W. (2001) Relationships between CD4 independence, neutralization sensitivity, and exposure of a CD4-induced epitope in a human immunodeficiency virus type 1 envelope protein. J. Virol. 75, 5230–5239.
  39. Johnson W.E., Morgan J., Reitter J., Puffer B.A., Czajak S., Doms R.W., Desrosiers R.C. (2002) A replication-competent, neutralization-sensitive variant of simian immunodeficiency virus lacking 100 amino acids of envelope. J. Virol. 76, 2075–2086.
  40. Center R.J., Earl P.L., Lebowitz J., Schuck P., Moss B. (2000) The human immunodeficiency virus type 1 gp120 V2 domain mediates gp41-independent intersubunit contacts. J. Virol. 74, 4448–4455.
  41. Vzorov A.N., Compans R.W. (2016) Cytoplasmic domain effects on exposure of co-receptor-binding sites of HIV-1 Env. Arch. Virol. 161, 3011–3018.
  42. Liao H.X., Tsao C.Y., Alam S.M., Muldoon M., Vandergrift N., Ma B.J., Lu X., Sutherland L.L., Scearce R.M., Bowman C., Parks R., Chen H., Blinn J.H., Lapedes A., Watson S., Xia S.M., Foulger A., Hahn B.H., Shaw G.M., Swanstrom R., Montefiori D.C., Gao F., Haynes B.F., Korber B. (2013) Antigenicity and immunogenicity of transmitted/founder, consensus, and chronic envelope glycoproteins of human immunodeficiency virus type 1. J. Virol. 87, 4185–4201.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние экспрессии гена hr вируса коровьей оспы на синтез белков Env и Gag ВИЧ-1 в клетках CHO и Hep2. Клетки Hep2 (дорожки 1, 3, 5) или CHO (дорожки 2, 4, 6) коинфицированы VVEnvIIIB (дорожки 1–6), VVGag-Pol (дорожки 1, 2), VVCP (дорожки 1–4) или VVSC11 (контрольный вирус без генов hr ВКО и ВИЧ-1) (дорожки 5, 6). Номера справа указывают на местоположение стандартов молекулярных масс белков (кДа).

Скачать (104KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Трансляция белка Env ВИЧ-1 сопровождается гликозилированием синтезируемой полипептидной цепи и олигомеризацией в тримеры в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) клетки. Олигомеризация способствует перемещению тримеров в аппарат Гольджи (Г), где происходит нарезание полипептидной цепи на SU и трансмембранную субъединицу и дальнейшее созревание углеводной цепи. В составе тримера Env при наличия α-спирали в СТ-домене некоторые субстраты могут быть недоступны для ферментов. (1) Env-предшественник; (2) олигоманнозные цепи (бежевый цвет), присоединенные по остатку аспарагина в сайте потенциального N-гликозилирования (Asn-X-Thr/Ser, где Х ≠ Pro) на мономере Env (gp160); (3) олигомеризация и перемещение тримеров Env; (4) протеолитическое расщепление gp160 клеточным фурином с образованием gp120 и gp41; (5) процессинг углеводных цепей и образование комплексных гликанов (зеленый цвет). Описание состава белков Env-22 и Env-22hb см. в табл. 1.

Скачать (105KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Образование тримеров белком Env ВИЧ-1, экспрессируемым VVEnv-22. Клетки Hep2 заражали вирусом с разной множественностью инфекции (MOI): 0.1 (дорожка 1), 0.2 (дорожка 2), 0.5 (дорожки 3, 5) БОЕ/клетка. Негативный контроль – неинфицированные клетки Hep2 (дорожка 4). Через 48 ч клетки снимали и очищали фракцию плазматических мембран, содержащую белки ВИЧ-1. Образцы растворяли в буфере для нанесения образцов без восстановителей при комнатной температуре (дорожки 1‒3) или c восстановителями (200 мM дитиотреитол, 200 мМ β-меркаптоэтанол, 8 М мочевина) 5 мин при 96°C (дорожка 5). Белки разделяли в 4–15%-ном SDS-PAAG и анализировали методом иммуноблотинга.

Скачать (56KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Кинетика продукции VLP ВИЧ-1. а – Анализ продукции VLP методом иммуноблотинга. Клетки CHO коинфицировали тремя вирусами: VVCP : VVEnv-22 : VVGag-Pol в соотношении 1 : 1 : 1 – с MOI 0.5 БОЕ/клетка; культуральную среду, содержащую VLP, собирали на 0 (дорожка 6), 48 (1), 60 (2), 72 (3), 84 (4) и 96 (5) ч после начала заражения. б – Денситометрический анализ проведен с использованием программного обеспечения ImageJ. Данные представлены на основании двух независимых экспериментов.

Скачать (96KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Иммуноблот-анализ молекулярной массы белков Env ВИЧ-1 на поверхности клеток CHO, коинфицированных смесью rVV. Содержание вирусов VVCP + VVEnv-22 + VVGag-Pol в инокуляте соответствовало 0.5 : 0.5 : 0.5 (дорожка 2), 1 : 1 : 1 (дорожка 3), 0.5 : 1.5 : 0.5 (дорожка 4), 1 : 1.5 : 0.5 (дорожка 5) БОЕ/клетка. Негативный контроль – клетки СНО, коинфицированные VVCP и VVGag-Pol в соотношении 1 : 1 БОЕ/клетка (дорожка 1). Белки разделяли в 8%-ном SDS-PAAG и анализировали методом иммуноблотинга, как описано в разделе “Экспериментальная часть”.

Скачать (67KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Иммуноблотинг белков Env ВИЧ-1, экспрессируемых клетками CHO (1‒3) и CHO Lec1 (4–6), зараженных VVEnvIIIB. Фракцию плазматических мембран обрабатывали Endo H (дорожки 1, 4), PNGase F (дорожки 2, 5) или не обрабатывали (дорожки 3, 6). Белки разделяли в 8%-ном SDS-PAAG и анализировали методом иммуноблотинга, как описано в разделе “Экспериментальная часть”.

Скачать (85KB)
Метаданные
8. Рис. 7. BN-PAGE-анализ VLP, обработанных гликозидазами или протеазами. VLP, полученные в клетках Lec1, инфицированных с одинаковой множественностью VVGag-Pol и VVEnv-22 (а), с избытком VVEnv-22 или VVEnv-22hb по отношению к VVGag-Pol (б). VLP Env-22 (а, 1‒3; б, 1‒3); VLP Env-22hb (б, 4‒6). Необработанные VLP (а, 1; б, 3 и 6), обработанные Endo H (а, 2; б, 2 и 5), смесью ферментов: химотрипсин, трипсин, субтилизин/протеиназа K) (а, 3; б, 1 и 4).

Скачать (98KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024