Разработка структуры и штамма-продуцента E. coli для антигена, содержащего последовательности белков N, S, M, E коронавируса SARS-CоV-2
- Авторы: Копать В.В.1, Рябченкова А.А.1, Чирак Е.Л.1, Чирак Е.Р.1, Саенко А.И.1, Колмаков Н.Н.2, Симбирцев А.С.3, Духовлинов И.В.1, Тотолян А.А.3
-
Учреждения:
- ООО «АТГ Сервис Ген»
- ФГБНУ Институт экспериментальной медицины
- ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
- Выпуск: Том 13, № 4 (2023)
- Страницы: 653-662
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://ogarev-online.ru/2220-7619/article/view/158871
- DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-DSA-15624
- ID: 158871
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Т-клеточный иммунный ответ крайне важен при защите организма человека от многих вирусных инфекций. Известно, что он может обеспечить вирусный клиренс и полное выздоровление у пациентов с гуморальным иммунодефицитом. У пациентов с COVID-19 Т-клеточный ответ направлен в основном на структурные белки вируса S, M, N, E, из которых наиболее консервативным является белок нуклеокапсида. Для оценки иммунитета пациентов в отношении коронавирусной инфекции и определения эффективности вакцинных кандидатов необходима разработка оптимального диагностического антигена, используемого для оценки формирования Т-клеточной реакции против антигенных детерминант SARS-CoV-2. Диагностический тест для определения специфической чувствительности организма к инфекции, вызываемой SARS-CoV-2, должен быть нацелен на консервативные регионы глобальных вариантов SARS-CoV-2. Целью работы была разработка структуры антигена, содержащего консервативные и иммуногенные последовательности структурных белков коронавируса SARS-CoV-2, и получение штамма Escherichia coli — продуцента рекомбинантного белка для последующего использования белка в качестве антигена для оценки Т-клеточного противовирусного иммунитета. Создание последовательности антигена проводили in silico: TepiTool и NetMHCIIpan использовали для прогнозирования и идентификации высокоаффинных эпитопов, охватывающих белки E, M, N, S SARS-CoV-2 и связывающих MHC II. Было сконструировано несколько вариантов рекомбинантных белков-антигенов, из которых выбрали один на основании его физико-химических свойств: изоэлектрической точки, индекса гидрофобности и алифатического индекса, построенной с помощью I-TASSER 3D модели. Последовательность синтезировали и клонировали в вектор pET24a(+). Полученной плазмидой pCorD_PS последовательно трансформировали штаммы E. coli DH5α, затем Rosetta (DE3). Штамм-продуцент рекомбинантного белка E. coli CorD_PS проверяли на наличие и стабильность экспрессии белка-антигена индукцией ИПТГ, также оценивали элиминирование плазмиды, кодирующей синтез рекомбинантного коронавирусного антигена. В результате разработан антиген, включающий в себя консервативные участки белков S, M, N, E коронавируса SARS-CoV-2, на которые может формироваться Т-клеточный иммунный ответ. Для белка массой 53 kDa предсказана стабильность в водных растворах и изоэлектрическая точка 9,56, что потенциально позволит упростить процесс очистки белка от нативных белков E. coli. Получена плазмидная ДНК pCorD_PS (6695 п.о.), кодирующая клонированный в вектор pET24a(+) синтезированный антиген коронавирусный рекомбинантный. Получен стабильный, продуктивный по коронавирусному рекомбинантному антигену, штамм-продуцент E. coli CorD_PS. Полученный штамм — продуцент рекомбинантного антигена E. coli CorD_PS стабилен, что позволяет перейти к созданию методики очистки антигена и последующей разработке диагностической тест-системы.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Владимир Владиславович Копать
ООО «АТГ Сервис Ген»
Email: kopat@service-gene.ru
ORCID iD: 0000-0002-6573-6743
директор по развитию
Россия, 199178, Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Васильевский, Малый пр. В.О., 57, к. 4, литера Ж, помещение 5-Н, офис 1.2.5Анастасия Андреевна Рябченкова
ООО «АТГ Сервис Ген»
Автор, ответственный за переписку.
Email: riabchenkova@service-gene.ru
ORCID iD: 0000-0002-9973-0753
научный сотрудник
Россия, 199178, Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Васильевский, Малый пр. В.О., 57, к. 4, литера Ж, помещение 5-Н, офис 1.2.5Евгений Леонидович Чирак
ООО «АТГ Сервис Ген»
Email: chirak.evgenii@service-gene.ru
ORCID iD: 0000-0001-9167-5000
научный сотрудник
Россия, 199178, Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Васильевский, Малый пр. В.О., 57, к. 4, литера Ж, помещение 5-Н, офис 1.2.5Елизавета Романовна Чирак
ООО «АТГ Сервис Ген»
Email: chirak.elizaveta@service-gene.ru
ORCID iD: 0000-0002-1610-8935
научный сотрудник
Россия, 199178, Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Васильевский, Малый пр. В.О., 57, к. 4, литера Ж, помещение 5-Н, офис 1.2.5Анна Игоревна Саенко
ООО «АТГ Сервис Ген»
Email: anna.saenko@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-1059-1991
главный технолог
Россия, 199178, Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Васильевский, Малый пр. В.О., 57, к. 4, литера Ж, помещение 5-Н, офис 1.2.5Николай Николаевич Колмаков
ФГБНУ Институт экспериментальной медицины
Email: kolmakov@service-gene.ru
ORCID iD: 0000-0002-4672-6208
научный сотрудник отдела молекулярной генетики
Россия, Санкт-ПетербургАндрей Семенович Симбирцев
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Email: simbas@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8228-4240
член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор, зав. лабораторией медицинской биотехнологии
Россия, 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д.14Илья Владимирович Духовлинов
ООО «АТГ Сервис Ген»
Email: atg@service-gene.ru
ORCID iD: 0000-0002-5268-9802
кандидат биологических наук , директор по науке
Россия, 199178, Санкт-Петербург, вн. тер. г. муниципальный округ Васильевский, Малый пр. В.О., 57, к. 4, литера Ж, помещение 5-Н, офис 1.2.5Арег Артемович Тотолян
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Email: totolian@spbraaci.ru
ORCID iD: 0000-0003-4571-8799
академик РАН, доктор медицинских наук, профессор, директор
Россия, 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, д.14Список литературы
- Кудрявцев И.В., Головкин А.С., Тотолян А.А. Т-хелперы и их клетки-мишени при COVID-19 // Инфекция и иммунитет. 2022. Т. 12, № 3. C. 409–426. [Kudryavtsev I.V., Golovkin A.S., Totolian A.A. T helper cell subsets and related target cells in acute COVID-19. Russian Journal of Infection and Immunity, 2022, vol. 12, no. 3, pp. 409–426. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-THC-1882
- Bange E.M., Han N.A., Wileyto P., Kim J.Y., Gouma S., Robinson J., Greenplate A.R., Hwee M.A., Porterfield F., Owoyemi O., Naik K., Zheng C., Galantino M., Weisman A.R., Ittner C.A.G., Kugler E.M., Baxter A.E., Oniyide O., Agyekum R.S., Dunn T.G., Jones T.K., Giannini H.M., Weirick M.E., McAllister C.M., Babady N.E., Kumar A., Widman A.J., DeWolf S., Boutemine S.R., Roberts C., Budzik K.R., Tollett S., Wright C., Perloff T., Sun L., Mathew D., Giles J.R., Oldridge D.A., Wu J.E., Alanio C., Adamski S., Garfall A.L., Vella L.A., Kerr S.J., Cohen J.V., Oyer R.A., Massa R., Maillard I.P., Maxwell K.N., Reilly J.P., Maslak P.G., Vonderheide R.H., Wolchok J.D., Hensley S.E., Wherry E.J., Meyer N.J., DeMichele A.M., Vardhana S.A., Mamtani R., Huang A.C. CD8+ T cells contribute to survival in patients with COVID-19 and hematologic cancer. Nat. Med., 2021, vol. 27, no. 7, pp. 1280–1289. doi: 10.1038/s41591-021-01386-7
- Boratyn G.M., Thierry-Mieg J., Thierry-Mieg D., Busby B., Madden T.L. Magic-BLAST, an accurate RNA-seq aligner for long and short reads. BMC Bioinformatics, 2019, vol. 20, no. 1, pp. 1–19. doi: 10.1186/s12859-019-2996-x
- Chang C.K., Hou M.H., Chang C.F., Hsiao C.D., Huang T.H. The SARS coronavirus nucleocapsid protein — forms and functions. Antiviral Res., 2014, vol. 103, pp. 39–50. doi: 10.1016/j.antiviral.2013.12.009
- Chen J., Lau Y.F., Lamirande E.W., Paddock C.D., Bartlett J.H., Zaki S.R., Subbarao K. Cellular immune responses to severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) infection in senescent BALB/c mice: CD4+ T cells are important in control of SARS-CoV infection. J. Virol., 2010, vol. 84, no. 3, pp. 1289–1301. doi: 10.1128/jvi.01281-09
- DiPiazza A.T., Graham B.S., Ruckwardt T.J. T cell immunity to SARS-CoV-2 following natural infection and vaccination. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2021, vol. 538, pp. 211–217. doi: 10.1016/j.bbrc.2020.10.060
- Friberg H., Burns L., Woda M., Kalayanarooj S., Endy T.P., Stephens H.A., Green S., Rothman A.L., Mathew A. Memory CD8+ T cells from naturally acquired primary dengue virus infection are highly cross-reactive. Immunol. Cell Biol., 2011, vol. 89, no. 1, pp. 122–129. doi: 10.1038/icb.2010.61
- Gordon D.E., Jang G.M., Bouhaddou M., Xu J., Obernier K., White K.M., O’Meara M.J., Rezelj V.V., Guo J.Z., Swaney D.L., Tummino T.A., Hüttenhain R., Kaake R.M., Richards A.L., Tutuncuoglu B., Foussard H., Batra J., Haas K., Modak M., Kim M., Haas P., Polacco B.J., Braberg H., Fabius J.M., Eckhardt M., Soucheray M., Bennett M.J., Cakir M., McGregor M.J., Li Q., Meyer B., Roesch F., Vallet T., Mac Kain A., Miorin L., Moreno E., Naing Z.Z.C., Zhou Y., Peng S., Shi Y., Zhang Z., Shen W., Kirby I.T., Melnyk J.E., Chorba J.S., Lou K., Dai S.A., Barrio-Hernandez I., Memon D., Hernandez-Armenta C., Lyu J., Mathy C.J.P., Perica T., Pilla K.B., Ganesan S.J., Saltzberg D.J., Rakesh R., Liu X., Rosenthal S.B., Calviello L., Venkataramanan S., Liboy-Lugo J., Lin Y., Huang X.P., Liu Y., Wankowicz S.A., Bohn M., Safari M., Ugur F.S., Koh C., Savar N.S., Tran Q.D., Shengjuler D., Fletcher S.J., O’Neal M.C., Cai Y., Chang J.C.J., Broadhurst D.J., Klippsten S., Sharp P.P., Wenzell N.A., Kuzuoglu-Ozturk D., Wang H.Y., Trenker R., Young J.M., Cavero D.A., Hiatt J., Roth T.L., Rathore U., Subramanian A., Noack J., Hubert M., Stroud R.M., Frankel A.D., Rosenberg O.S., Verba K.A., Agard D.A., Ott M., Emerman M., Jura N., von Zastrow M., Verdin E., Ashworth A., Schwartz O., d’Enfert C., Mukherjee S., Jacobson M., Malik H.S., Fujimori D.G., Ideker T., Craik C.S., Floor S.N., Fraser J.S., Gross J.D., Sali A., Roth B.L., Ruggero D., Taunton J., Kortemme T., Beltrao P., Vignuzzi M., García-Sastre A., Shokat K.M., Shoichet B.K., Krogan N.J. A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing. Nature, 2020, vol. 583, no. 7816, pp. 459–468. doi: 10.1038/s41586-020-2286-9
- Grifoni A., Weiskopf D., Ramirez S.I., Mateus J., Dan J.M., Moderbacher C.R., Rawlings S.A., Sutherland A., Premkumar L., Jadi R.S., Marrama D., de Silva A.M., Frazier A., Carlin A.F., Greenbaum J.A., Peters B., Krammer F., Smith D.M., Crotty S., Sette A. Targets of T cell responses to SARS-CoV-2 coronavirus in humans with COVID-19 disease and unexposed individuals. Cell, 2020, vol. 181, no. 7, pp. 1489–1501. doi: 10.1016/j.cell.2020.05.015
- Gupta S., Su H., Narsai T., Agrawal S. SARS-CoV-2-associated T-cell responses in the presence of humoral immunodeficiency. Int. Arch. Allergy Immunol., 2021, vol. 182, no. 3, pp. 195–209. doi: 10.1159/000514193
- Huang S., He Q., Zhou L. T cell responses in respiratory viral infections and chronic obstructive pulmonary disease. Chin. Med. J. (Engl.), 2021, vol. 134, no. 13, pp. 1522–1534. doi: 10.1097/CM9.0000000000001388
- Ikai A. Thermostability and aliphatic index of globular proteins. J. Biochem., 1980, vol. 88, no. 6, pp. 1895–1898. doi: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a133168
- Kozlowski L.P. IPC — isoelectric point calculator. Biology Direct, 2016, vol. 11, no. 1, pp. 1–16. doi: 10.1186/s13062-016-0159-9
- Kudryavtsev I.V., Arsentieva N.A., Batsunov O.K., Korobova Z.R., Khamitova I.V., Isakov D.V., Kuznetsova R.N., Rubinstein A.A., Stanevich O.V., Lebedeva A.A., Vorobyov E.A., Vorobyova S.V., Kulikov A.N., Sharapova M.A., Pevtcov D.E., Totolian A.A. Alterations in B cell and follicular T-helper cell subsets in patients with acute COVID-19 and COVID-19 convalescents. Curr. Issues Mol. Biol., 2021, vol. 44, no. 1, pp. 194–205. doi: 10.3390/cimb44010014
- Kudryavtsev I.V., Arsentieva N.A., Korobova Z.R., Isakov D.V., Rubinstein A.A., Batsunov O.K., Khamitova I.V., Kuznetsova R.N., Savin T.V., Akisheva T.V., Stanevich O.V., Lebedeva A.A., Vorobyov E.A., Vorobyova S.V., Kulikov A.N., Sharapova M.A., Pevtsov D.E., Totolian A.A. Heterogenous CD8+ T cell maturation and ‘polarization’ in acute and convalescent COVID-19 patients. Viruses, 2022, vol. 14, no. 9: 1906. doi: 10.3390/v14091906
- Kyte J., Doolittle R.F. A simple method for displaying the hydropathic character of a protein. J. Mol. Biol., 1982, vol. 157, no. 1, pp. 105–132. doi: 10.1016/0022-2836(82)90515-0
- Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 1970, vol. 227, no. 5259, pp. 680–685. doi: 10.1038/227680a0
- Lan L., Xu D., Ye G., Xia C., Wang S., Li Y., Xu H. Positive RT-PCR test results in patients recovered from COVID-19. JAMA, 2020, vol. 323, no. 15, pp. 1502–1503. doi: 10.1001/jama.2020.2783
- Le Bert N., Tan A.T., Kunasegaran K., Tham CYL, Hafezi M., Chia A., Chng MHY, Lin M., Tan N., Linster M., Chia W.N., Chen M.I., Wang L.F., Ooi E.E., Kalimuddin S., Tambyah P.A., Low J.G., Tan Y.J., Bertoletti A.. SARS-CoV-2-specific T cell immunity in cases of COVID-19 and SARS, and uninfected controls. Nature, 2020, vol. 584, no. 7821, pp. 457–462. doi: 10.1038/s41586-020-2550-z
- Matchett W.E., Joag V., Stolley J.M., Shepherd F.K., Quarnstrom C.F., Mickelson C.K., Wijeyesinghe S., Soerens A.G., Becker S., Thiede J.M., Weyu E., O’Flanagan S., Walter J.A., Vu M.N., Menachery V.D., Bold T.D., Vezys V., Jenkins M.K., Langlois R.A., Masopust D. Nucleocapsid vaccine elicits spike-independent SARS-CoV-2 protective immunity. J. Immunol., 2021, vol. 207, no. 2, pp. 376–379. doi: 10.4049/jimmunol.2100421
- Meckiff B.J., Ramírez-Suástegui C., Fajardo V., Chee S.J., Kusnadi A., Simon H., Eschweiler S., Grifoni A., Pelosi E., Weiskopf D., Sette A., Ay F., Seumois G., Ottensmeier C.H., Vijayanand P. Imbalance of regulatory and cytotoxic SARS-CoV-2-reactive CD4+ T cells in COVID-19. Cell, 2020, vol. 183, no. 5, pp. 1340–1353. doi: 10.1016/j.cell.2020.10.001
- Moss P. The T cell immune response against SARS-CoV-2. Nat. Immunol., 2022, vol. 23, no. 2, pp. 186–193. doi: 10.1038/s41590-021-01122-w
- O Murchu E., Byrne P., Carty P.G., De Gascun C., Keogan M., O’Neill M., Harrington P., Ryan M. Quantifying the risk of SARS-CoV-2 reinfection over time. Rev. Med. Virol., 2022, vol. 32, no. 1: e2260. doi: 10.1002/rmv.2260
- Paul S., Sidney J., Sette A., Peters B. TepiTool: a pipeline for computational prediction of T cell epitope candidates. Curr. Protoc. Immunol., 2016, vol. 114, no. 1, pp. 18.19.1–18.19.24. doi: 10.1002/cpim.12
- Qiu C., Xiao C., Wang Z., Zhu G., Mao L., Chen X., Gao L., Deng J., Su J., Su H., Fang E.F., Zhang Z.J., Zhang J., Xie C., Yuan J., Luo O.J., Huang L.A., Wang P., Chen G. CD8+ T-cell epitope variations suggest a potential antigen HLA-A2 binding deficiency for spike protein of SARS-CoV-2. Front. Immunol., 2022, vol. 12: 764949. doi: 10.3389/fimmu.2021.764949
- Ramachandran Gn., Ramakrishnan C., Sasisekharan V. Stereochemistry of polypeptide chain configurations. J. Mol. Biol, 1963, vol. 7, pp. 95–99. doi: 10.1016/s0022-2836(63)80023-6
- Reynisson B., Barra C., Kaabinejadian S., Hildebrand W.H., Peters B., Nielsen M. Improved prediction of MHC II antigen presentation through integration and motif deconvolution of mass spectrometry MHC eluted ligand data. J. Proteome Res., 2020, vol. 19, no. 6, pp. 2304–2315. doi: 10.1021/acs.jproteome.9b00874
- Sauer K., Harris T. An effective COVID-19 vaccine needs to engage T cells. Front. Immunol., 2020, vol. 11: 581807. doi: 10.3389/fimmu.2020.581807
- Sette A., Sidney J. Nine major HLA class I supertypes account for the vast preponderance of HLA-A and-B polymorphism. Immunogenetics, 1999, vol. 50, no. 3–4, pp. 201–212. doi: 10.1007/s002510050594
- Smith-Garvin J.E., Koretzky G.A., Jordan M.S. T cell activation. Ann. Rev. Immunol., 2009, vol. 27, pp. 591–619. doi: 10.1146/annurev.immunol.021908.132706
- Springer I., Besser H., Tickotsky-Moskovitz N., Dvorkin S., Louzoun Y. Prediction of specific TCR-peptide binding from large dictionaries of TCR-peptide pairs. Front. Immunol., 2020, vol. 11: 1803. doi: 10.3389/fimmu.2020.01803
- Steiner S., Schwarz T., Corman V.M., Sotzny F., Bauer S., Drosten C., Volk H.D., Scheibenbogen C., Hanitsch L.G. Reactive T cells in convalescent COVID-19 patients with negative SARS-CoV-2 antibody serology. Front. Immunol., 2021, vol. 12: 2557. doi: 10.3389/fimmu.2021.687449
- Su L.F., Kidd B.A., Han A., Kotzin J.J., Davis M.M. Virus-specific CD4+ memory-phenotype T cells are abundant in unexposed adults. Immunity, 2013, vol. 38, no. 2, pp. 373–383. doi: 10.1016/j.immuni.2012.10.021
- Teng I.T., Nazzari A.F., Choe M., Liu T., Oliveira de Souza M., Petrova Y., Tsybovsky Y., Wang S., Zhang B., Artamonov M., Madan B., Huang A, Lopez Acevedo S.N., Pan X., Ruckwardt T.J., DeKosky B.J., Mascola J.R., Misasi J., Sullivan N.J., Zhou T., Kwong P.D. Molecular probes of spike ectodomain and its subdomains for SARS-CoV-2 variants, Alpha through Omicron. PLoS One, 2022, vol. 17, no. 5: e0268767. doi: 10.1371/journal.pone.0268767
- The proteomics protocols handbook. Ed. by Walker J.M. Humana Press, 2005. 576 p. URL: https://link.springer.com/content/pdf/10.1385/1592598900.pdf (10.07.23)
- Wu Y., Guo C., Tang L., Hong Z., Zhou J., Dong X., Yin H., Xiao Q., Tang Y., Qu X., Kuang L., Fang X., Mishra N., Lu J., Shan H., Jiang G., Huang X. Prolonged presence of SARS-CoV-2 viral RNA in faecal samples. Lancet Gastroenterol. Hepatol., 2020, vol. 5, no. 5, pp. 434–435. doi: 10.1016/S2468-1253(20)30083-2
- Zhang Y. I-TASSER server for protein 3D structure prediction. BMC Bioinformatics, 2008, vol. 9, pp. 1–8. doi: 10.1186/1471-2105-9-40
- Zhou P., Yang X.L., Wang X.G., Hu B., Zhang L., Zhang W., Si H.R., Zhu Y., Li B., Huang C.L., Chen H.D., Chen J., Luo Y., Guo H., Jiang R.D., Liu M.Q., Chen Y., Shen X.R., Wang X., Zheng X.S., Zhao K., Chen Q.J., Deng F., Liu L.L., Yan B., Zhan F.X., Wang Y.Y., Xiao G.F., Shi Z.L. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature, 2020, vol. 579, no. 7798, pp. 270–273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7
Дополнительные файлы
