Preview

Инфекция и иммунитет

Расширенный поиск

Биоинформатический анализ возможной причины перекрестного взаимодействия антител с антигенами, принадлежащими к разным патогенным типам вируса папилломы человека

https://doi.org/10.15789/2220-7619-TBA-1263

Полный текст:

Аннотация

Вирус папилломы человека (ВПЧ) относится к группе чрезвычайно распространенных вирусных инфекций, передающихся преимущественно половым путем. Вирус папилломы человека вызывает рак шейки матки, который является четвертой по распространенности формой рака у женщин. В 2012 г. было зафиксировано 266 тыс. смертей и 528 тыс. новых случаев. На сегодняшний день в мире созданы 3 профилактические вакцины против ВПЧ — двухвалентная «Церварикс», четырехвалентная «Гардасил» и девятивалентная «Гар-дасил-9». В процессе научного исследования этих вакцин выяснилось, что они способны индуцировать выработку антител к типам ВПЧ, антигенные белки которых не содержатся в составе вакцинного препарата. Причины такого перекрестного взаимодействия антител с антигенами, принадлежащими к разным патогенным типам ВПЧ, не определены. Данная работа посвящена попытке с помощью биоинформационных методов найти вероятное объяснение перекрестного взаимодействия антител к одним типам вирусов с антигенами других. Это даст возможность в будущем оптимизировать процесс создания кандидатных вакцин и получать более эффективные поливалентные иммунобиологические препараты против ВПЧ. В исследовании нами использованы аминокислотные последовательности белка L1 оболочки вирусов ВПЧ 4 наиболее онкогенных типов (16, 18, 31, 45). Последовательности были извлечены из международной базы данных NCBI (National Center for Biotechnology Information) и выровнены в программе «Clustal Omega» и в редакторе «BioEdit». Поиск и анализ потенциальных антигенных детерминант мы проводили с помощью программ «BepiPred-2.0: Sequential B-Cell Epitope Predictor», «DiscoTope 2.0 Server», «SYFPEITHI». Результаты биоинформационного исследования выявили значительный потенциал перекрестного взаимодействия антител с антигенами, принадлежащими к патогенным типам ВПЧ (16, 18, 31, 45) за счет сходства антигенных детерминант. Были обнаружены общие линейные детерминанты для Т-клеток и В-клеток у всех 4 типов вирусных белков L1. Также обнаружены сходные трехмерные антигенные детерминанты для В-клеток у ВПЧ16 L1 и ВПЧ18 L1. Антигенные детерминанты ВПЧ16 L1 и ВПЧ31 L1 более близки друг другу. Сходство наблюдается между ВПЧ18 L1 и ВПЧ45 L1. Поэтому при иммунизации ВПЧ16 L1 стоит ожидать более выраженного перекрестного взаимодействия антител с антигенами ВПЧ31 L1 и умеренного с ВПЧ18 L1 и ВПЧ45 L1. Напротив, при иммунизации ВПЧ18 L1 возможно активное перекрестное взаимодействие антител с антигенами ВПЧ45 L1 и менее выраженное с ВПЧ16 L1 и ВПЧ31 L1.

Об авторах

А. С. Столбиков
Сибирский институт физиологии и биохимии растений, СО РАН; Иркутский государственный университет
Россия

Столбиков Алексей Сергеевич - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН; доцент кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики ИрГУ.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 132, Тел.: 8 (3952) 42-46-59, Факс: 8 (3952) 51-07-54



Р. К. Саляев
Сибирский институт физиологии и биохимии растений, СО РАН
Россия

Член-корреспондент РАН, Доктор биологических наук, советник РАН.

Иркутск



Н. И. Рекославская
Сибирский институт физиологии и биохимии растений, СО РАН; Иркутский научный центр, СО РАН
Россия

Доктор биологических наук, главный научный сотрудник, Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН; Иркутский научный центр СОРАН.

Иркутск



Список литературы

1. Костин А.А., Старинский В.В., Самсонов Ю.В., Асратов А.Т. Анализ статистических данных о злокачественных новообразованиях, ассоциированных с вирусом папилломы человека // Исследования и практика в медицине. 2016. Т. 3, № 1. С. 66—78.

2. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология: учебник; в 2-х т. Т. 1. Под ред. В.В. Зверева, М.Н. Бойченко. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. 448 с.

3. Bishop B., Dasgupta J., Klein M., Garcea R.L., Christensen N.D., Zhao R., Chen X.S. Crystal structures of four types of human papillomavirus L1 capsid proteins: understanding the specificity of neutralizing monoclonal antibodies. J. Biol. Chem, 2007, vol. 282, pp. 31803-31811. doi: 10.1074/jbc.M706380200

4. Bisset S.L., Draper E., Myers R.E., Godi A., Bedrows S. Cross-neutralizing antibodies elicited by the Cervarix® human papillomavirus vaccine display a range of Alpha-9 inter-type specificities. Vaccine, 2014, vol. 32, no. 10, pp. 1139-1146. doi: 10.1016/j.vaccine.2014.01.008

5. Bosch F.X., Broker T.R., Forman D., Moscicki A.B., Gillison M.L., Doorbar J., Stern P.L., Stanley M., Arbyn M., Poljak M., Cuzick J., Castle P.E., Schiller J.T., Markowitz L.E., Fisher WA, Canfell K., Denny L.A., Franco E.L., Steben M., Kane M.A., Schiffman M., Meijer C.J., Sankaranarayanan R., Castellsague X., Kim J.J., Brotons M., Alemany L., Albero G., Diaz M., de Sanjose S. Comprehensive control of human papillomavirus infections and related diseases. Vaccine, 2013, vol. 31, suppl. 7: H1-H31. doi: 10.1016/j.vaccine.2013.10.003

6. Brown D.R., Kjaer S.K., Sigurdsson K., Iversen O.-E., Hernandes-Avila M., Wheeler C.M., Perez G., Koutsky L.A., Tay E.H., Garcia P., Ault K.A., Garland S.M., Leodolter S., Olsson S.E., Tang G.W., Ferris D.G., Paavonen J., Steben M., Bosch F.X., Dillner J., Joura E.A., Kurman R.J., Majewski S., Munoz N., Myers E.R., Villa L.L., Taddeo F.J., Roberts C., Tadesse A., Bryan J., Lupinacci L.C., Giacoletti K.E., Sings H.L., James M., Hesley T.M., Barr E. The impact of quadrivalent human papillomavirus (HPV; types 6, 11, 16, and 18) L1 virus-like particle vaccine on infection and disease due to oncogenic nonvaccine HPV types in generally HPV-naive women aged 16—26 years. J. Infect. Dis., 2009, vol. 199, no. 7, pp. 926-935. doi: 10.1086/597307

7. Chen X.S., Garcea R.L., Goldberg I., Casini G., Harrison S.C. Structure of small virus-like particles assembled from the L1 protein of human papillomavirus 16. Mol. Cell., 2000, vol. 5 (3), pp. 557—567. doi: 10.1016/S1097-2765(00)80449-9

8. Christensen N.D., Dillner J., Eklund C., Carter J.J., Wipf G.C., Reed C.A., Cladel N.M., Galloway D.A. Surface conformational and linear epitopes on HPV-16 and HPV-18 L1 virus-like particles as defined by monoclonal antibodies. Virology, 1996, vol. 223, pp. 174-184. doi: 10.1006/viro.1996.0466

9. Combita A.L., Touze A., Bousarghin L., Christensen N.D., Coursaget P. Identification of two cross-neutralizing linear epitopes within the L1 major capsid protein of Human Papillomaviruses. J. Virol., 2002, vol. 76 (13), pp. 6480- 6486. doi: 10.1128/jvi.76.13.6480-6486.2002

10. Kemp T.J., Hildesheim A., Safaeian M., Dauner J.G., Pan Y., Porras C., Schiller J.T., Lowy D.R., Herrero R., Pinto L.A. HPV16/18 L1 VLP Vaccine Induces Cross-Neutralizing Antibodies that May Mediate Cross-Protection. Vaccine, 2011, vol. 29 (11),pp. 2011-2014. doi: 10.1016/j.vaccine.2011.01.001

11. Li Z., Song S., He M., Wang D., Shi J., Liu X., Li Y., Chi X., Wei S., Yang Y., Wang Z., Li J., Qian H., Yu H., Zheng Q., Yan X., Zhao Q., Zhang J., Gu Y., Li S., Xia N. Rational design of a triple-type human papillomavirus vaccine by compromising viral-type specificity. Nat. Commun., 2018, vol. 9: 5360. doi: 10.1038/s41467-018-07199-6

12. McLaughlin-Drubin M.E., Munger K. Oncogenic activities of human papillomaviruses. Virus Res., 2009, vol. 143 (2), pp. 195208. doi: 10.1016/j.virusres.2009.06.008

13. Modis Y., Trus B.L., Harrison S.C. Atomic model of the papillomavirus capsid. EMBO J., 2002, vol. 21, no. 18, pp. 4754-4762. doi: 10.1093/emboj/cdf494

14. Myers E.R., McCrory D.C., Nanda K., Bastian L., Matchar D.B. Mathematical model for the natural history of human papillomavirus infection and cervical carcinogenesis. Am. J. Epidemiol., 2000, vol. 151 (12), pp. 1158-1171. doi: 10.1093/oxfordjournals.aje.a010166

15. Nakagawa M., Greenfield W., Moerman-Herzog A., Coleman H.M. Cross-reactivity, epitope spreading, and de novo immune stimulation are possible mechanisms of cross-protection of nonvaccine human papillomavirus (HPV) types in recipients of HPV therapeutic vaccines. Clin. Vaccine Immunol., 2015, vol. 22, no. 7, pp. 679-687. doi: 10.1128/CVI.00149-15

16. Namvar A., Bolhassani A., Javadi G., Noormohammadi Z. In silico/in vivo analysis of high-risk papillomavirus L1 and L2 conserved sequences for development of cross-subtype prophylactic vaccine. Sci. Rep., 2019, vol. 9 (1): 15225. doi: 10.1038/s41598-019-51679-8

17. Salyaev R.K., Rekoslavskaya N.I., Stolbikov A.S. Cross-reactivity of antigens and antibodies belonging to different pathogenic types of human papillomaviruses. Dokl. Biochem. Biophys., 2017, vol. 477, no. 3, pp. 371-375. doi: 10.1134/S1607672917060084

18. Salyaev R.K., Rekoslavskaya N.I., Stolbikov A.S., Tretyakova A.V. Using the omega leader sequence of tobacco mosaic virus to transform tomato fruits with the papillomavirus HPV16 L1 gene to enhance production of the antigenic protein HPV16 L1. Dokl. Biochem. Biophys., 2016, vol. 468, no. 1, pp. 187-189. doi: 10.1134/S1607672916030078

19. Salyaev R.K., Rekoslavskaya N.I., Tretyakova A.V. The study of immunogenicity оf the antigenic protein оf high risk oncogenic type оf the human papillomavirus HPV16 l1 produced in the plant expression system on the base of transgenic tomato. Dokl. Biochem. Biophys,, 2017, vol. 474, no. 1, pp. 186-188. doi: 10.1134/S1607672917030140

20. Scherpenisse M., Schepp R.M., Mollers M., Meijer C.J.L.M., Berbers G.A.M. Characteristics of HPV-specific antibody responses induced by infection and vaccination: cross-reactivity, neutralizing activity, avidity and IgG subclasses. PLoS One, 2013, vol. 8, no. 9: e74797. doi: 10.1371/journal.pone.0074797

21. Shen Z.T., Nguyen T.T., Daniels K.A., Welsch R.M., Stern L.J. Disparate epitopes mediating protective heterologous immunity to unrelated viruses share pMHC structural features recognized by cross-reactive T cells. J. Immunol., 2013, vol. 191, no. 10, pp. 5139-5152. doi: 10.4049/jimmunol.1300852

22. Toft L., Tolstrup M., Muller M., Sehr P., Bonde J., Storgaard M., 0stergaard L., S0gaard O.S. Comparison of the immunogenicity of Cervarix® and Gardasil® human papillomavirus vaccines for oncogenic non-vaccine serotypes HPV-31, HPV-33, and HPV-45 in HIV-infected adults. Hum. Vaccin. Immunother., 2014, vol. 10, iss. 5, pp. 1147-1154. doi: 10.4161/hv.27925


Для цитирования:


Столбиков А.С., Саляев Р.К., Рекославская Н.И. Биоинформатический анализ возможной причины перекрестного взаимодействия антител с антигенами, принадлежащими к разным патогенным типам вируса папилломы человека. Инфекция и иммунитет. 2020;10(4):695-706. https://doi.org/10.15789/2220-7619-TBA-1263

For citation:


Stolbikov A.S., Salyaev R.K., Rekoslavskaya N.I. Bioinformatics analysis of putative causes for сross-reactive antibodies interacting with antigens derived from various pathogenic human papillomaviruses. Russian Journal of Infection and Immunity. 2020;10(4):695-706. (In Russ.) https://doi.org/10.15789/2220-7619-TBA-1263

Просмотров: 284


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-7619 (Print)
ISSN 2313-7398 (Online)