Proteiny mimikující epitopy široce neutralizujících protilátek jako nadějná cesta k vývoji účinné vakcíny proti infekci virem HIV a onemocnění AIDS

Původcem onemocnění je virus HIV (human imunonodeficiency virus), zejména jeho varianta HIV-1. I přes značné úsilí předních vědeckých týmů se stále nedaří vyvinout účinnou preventivní vakcínu, která by potlačila schopnost viru napadnout lidskou imunitní buňku, potlačila pomnožení viru v organismu infikovaného jedince a postupný rozvoj těžké poruchy imunitního systému vedoucí k smrti pacienta v důsledku infekčních či nádorových komplikací.

Důvodů, proč je tak obtížné neutralizovat HIV-1 virové částice, je více. Virus má mohutný cukerný (glykanový) štít na povrchu obalového glykoproteinu Env, který brání neutralizujícím protilátkám v přístupu ke klíčovým vazebným doménám nutným k rozpoznání a pevnému ukotvení viru k lidské hostitelské imunitní buňce - T-lymfocytu. Protože počet molekul Env na povrchu HIV-1 je velmi malý, nemohou protilátky na povrchu specifických buněk - B lymfocytů - využít zesilovacího efektu přemostění sousedních Env terčů a aktivace imunitní protilátkové odpovědi je tak slabá. Navíc virové částice maskují klíčové epitopy změnou struktury Env proteinu v období volného šíření v mezibuněčném prostoru a po prvním kontaktu s cílovou buňkou (T-lymfocytem). Největší překážku však představuje obrovská variabilita vytvořených virových částic a zejména obalového proteinu Env, která je výsledkem extrémně vysoké frekvence mutací genu Env při zachování jeho funkce při zahájení infekce buňky. HIV-1 virové částice tak účinně unikají z imunitního dozoru hostitele.

Zásadním posunem v naději na vytvoření účinné vakcíny byla identifikace malého počtu ochranných monoklonálních protilátek, které byly získány z B-buněk jedinců infikovaných HIV-1 virem, u kterých se nerozvinulo onemocnění AIDS. Tyto protilátky produkované ve vysokých titrech v sérech těchto jedinců, tzv. „elite neutralizers“, účinně blokují vazbu viru na povrch lidské T-buňky. Molekulární klonování těchto protilátek umožnilo detailně zjistit jejich neutralizační účinnost vůči širokému spektru testovaných variant HIV-1 virů a rozpoznat místo jejich zásahu. Některé z těchto široce neutralizujících protilátek tlumí až 90% virových variant.

Účinná vakcína proti infekci a šíření viru HIV-1 proto musí vyvolat takové ochranné široce neutralizující protilátky. Klíčovou komplikací je nízká účinnost všech dosud testovaných vakcín při indukci široce neutralizačních protilátek u experimentálně imunizovaných lidí. Příčin je několik, a to zejména glykanový štít bránící rozlišení některých domén Env proteinu klíčových k vazbě na T lymfocyty, nízká schopnost jiných, zejména glykanových domén navodit dostatečně silnou a trvalou protilátkovou imunitní odpověď, a například i poměrně vysoká autoreaktivita skupiny široce neutralizačních protilátek která ve svém důsledku znamená absenci prekurzorů B lymfocytů, z nichž se takové protilátky budou produkovat.
 

Nyní se zdá, že by vývoj účinné vakcíny proti viru HIV-1 mohl nabrat nový směr. Díky spolupráci Laboratoře inženýrství vazebných proteinů s týmem prof. Milana Rašky z LF Univerzity Palackého v Olomouci a s týmem z Výzkumného ústavu veterinárního lékařství v Brně se podařilo identifikovat malé vazebné proteiny, které mimikují epitop široce neutralizující protilátky VRC01 a mohly by překonat dlouholeté potíže s nízkou efektivitou současně testovaných vakcín spojenou s nízkou produkcí dostatečně širokého portfolia ochranných neutralizačních protilátek u imunizovaných lidí. Navržená radikální koncepce spočívá v imunizaci proteinem, který se váže na velmi efektivní široce neutralizující protilátku VRC01, a je jakousi kopií původního epitopu na obalovém Env glykoproteinu. Identifikované proteiny byly vyselektovány z vysoce komplexní sbírky proteinových variant a dají se snadno produkovat v bakteriálních kulturách.

Vhodnou kombinací jednotlivých proteinových variant během imunizace vyvolají tyto tzv. VRA proteiny produkci protilátek, které rozpoznávají epitopy gp120 podjednotky obalového glykoproteinu Env. V pilotní studii séra imunizovaných myší neutralizovaly 8 z 12 testovaných HIV-1 pseudovirů. Je předpoklad, že další molekulární úpravou VRA proteinů, optimalizací imunizačních schémat a použitím účinnějšího adjuvans bude možné produkci neutralizujících protilátek ještě zvýšit. Výsledky této přelomové studie byly publikovány ve špičkovém časopise pro biomedicínský translační výzkum EBioMedicine vydávaný časopisem The Lancet.

Více je možné se dozvědět na této stránce:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396419304505

Význam nově navržené koncepce pro vývoj HIV-1 vakcíny je podrobně okomentován zde:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352396419304827

Proteiny řady VRA jsou předmětem patentové přihlášky – viz
http://www.ibt.cas.cz/vyzkum/laboratore/laborator-inzenyrstvi-vazebnych-proteinu/index.html