Идентификация иммуногенного пептида для диагностики инфекции, вызываемых ортохантавирусами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-44-02007

НазваниеИдентификация иммуногенного пептида для диагностики инфекции, вызываемых ортохантавирусами

Руководитель Ризванов Альберт Анатольевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №63 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DST)

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые слова Ортохантавирусы, иммуногенные эпитопы, искусственный интеллект, диагностика, иммуноферментный анализ

Код ГРНТИ34.15.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Геморрагическая лихорадка с почечным синдромом (ГЛПС) одна из наиболее часто диагностируемых вирусных геморрагических лихорадок (ВГЛ) в ряде стран, включая Китай, Корею, Финляндию, Германию, Россию (Jonsson, Figaueiredo et al. 2010). Вирус Хантаан (HTNV), вирус Сеула (SEOV), вирус Пуумала (PUUV), вирус Син-Номбре (SNV) и вирус Добрава-Белград (DOBV) - это разные виды ортохантавирусов, вызывающих ГЛПС. Ортохантавирусы имеют трехсегментированный РНК(-) геном, кодирующий три белка: нуклеокапсид, гликопротеин и РНК-зависимую РНК-полимеразу (Wang, Ma et al.2019). Ортохантавирусные инфекции были описаны в Индии в 2005 г. (Clement et al, 2005, Chandy et al, 2005). Начиная с 2005 года, исследования сообщали об ортохантавирусных инфекциях в Южной Индии. SEOV-подобные и PUUV-подобные инфекции были зарегистрированы среди пациентов с лептоспирозоподобным заболеванием из Ченнаи и Кочи. Большинство случаев было представлено как лихорадочное заболевание с нарушением функции почек и без него. Однако это заболевание недостаточно хорошо охарактеризовано, и имеющиеся данные серотипирования предполагают наличие более одного вида хантавируса в Индии: таиландский вирус (THAIV) и один или несколько HTNV-подбных неизвестных серотипов. (Clement et al, 2005, Chandy et al, 2005, Chandy et al, 2009). Диагностика хантавирусных инфекций достаточно затруднена, поскольку ранние признаки и симптомы заболевания неспецифичны и имитируют эндемичные для Индии заболевания, такие как лихорадка денге, лептоспироз, тиф и бруцеллез. Серологический критерий является основным в диагностике ортохантавирусных инфекций ввиду непродолжительного периода виремии у пациентов. Различают ранний и сильный гуморальный ответ против нуклеокапсидного белка, который является ключевым антигеном, лажащим в основе систем для иммуноферментного анализа (ELISA). ГЛПС характеризуется высоким уровнем антихантавирусного IgM, который может быть обнаружен в сыворотке крови в начале заболевания (Padula, Rossi et al. 2000; Meng, Chen et al. 2003). Антитела класса IgM вырабатываются к гликопротеину и нуклеокапсидному белку (Lundkvist, Hörling et al. 1993; Zöller, Yang et al. 1993; Lundkvist, Hukic et al. 1997). Ортохантавирусы вызывают ранний ответ IgG1, который усиливается по мере прогрессирования заболевания. Хотя вирус-специфические антитела подкласса IgG1 вырабатываются против всех структурных белков (Lundkvist, Björsten et al. 1993), средние титры антител к гликопротеинам выше, чем к нуклеокапсидным белкам (Bostik, Winter et al. 2000). Вирус-специфический IgG3 против белка нуклеокапсида и гликопротеинов обычно обнаруживается в крови пациентов во время госпитализации. Данные антитела достигают пика во время фазы выздоровления и постепенно уменьшаются в течение десятилетий после выздоровления (Lundkvist, Björsten et al. 1993; Groen, Gerding et al. 1994; Bostik, Winter et al. 2000). Таким образом, использование гликопротеина и нуклеокапсидного белка в качестве основных мишеней для разработки тест-систем представляется особенно актуальным и перспективным. Стоит отметить, что ГЛПС является эндемичным заболеванием в Республике Татарстан, Россия. Только в 2015 году в Республике Татарстан было диагностировано более 1000 случаев ВРП (Матросов А.Н., 2016), что позволило этому региону занять четвертое место по распространенности данного зооноза после Удмуртии, Башкортостана и Мордовии в Приволжском федеральном округе. Вирус PUUV является одним из возбудителей ГЛПС, вызывающего легкое заболевание с летальностью менее 0,43% (Хисматуллина и др., 2016, Ли и др., 1999). Хотя PUUV идентифицирован как основной ортохантавирус, вызывающий HFRS в Татарстане, Россия, ортохантавирусная инфекция, вызываемая вирусом HNTV, зарегистрирована также на Дальнем Востоке России (Miyamoto, H., et al. 2003). Кроме того, случаи HFRS, вызванные ортохантавирусом DOBV, были продемонстрированы на юге России (Krautkrämer, Ellen, et al., 2016). Известно, что ортохантавирусы обладают перекрестной реактивностью антител между различными штаммами. Перекрестная реактивность была продемонстрирована между российским ортохантавирусом Амур и HNTV (Яшина, Людмила и др., 2001). Также была показана перекрестная реактивность между PUUV-антигенами и образцами сыворотки от хантавирусного легочного синдрома (Amada, Takako, et al., 2014). Эта перекрестная реактивность может быть причиной ложноположительных результатов, которых следует избегать в клинической практике. Кроме того, ложноположительные результаты могут повлиять на надежность эпидемиологических исследований, предназначенных для принятия надлежащих мер по профилактике заболевания. С этой точки зрения разработка высокоспецифичных серологических тестов для ортохантавирусов, циркулирующих в данном регионе, имеет важное значение для правильной диагностики, лечения, профилактики и эпидемиологического обследования. Сотрудничество между российскими и индийскими специалистами предоставляет исключительную возможность для разработки серологических тестов, которые будут обнаруживать антитела к уникальным ортохантавирусам, циркулирующим в Татарстане, России и Индии. Кроме того, в рамках проекта будет дополнительно изучена иммунологическая перекрестная реактивность ортохантавирусов PUUV, HNTV и THAIV в сыворотке от больных ГЛПС и Т-клетках от реконвалесцентов из России. Результаты исследования расширят представление об иммуногенности ортохантавирусов и позволят идентифицировать уникальные и перекрестно реагирующие эпитопы. В последние годы пептиды активно исследуются для создания вакцин, а также средств диагностики против различных вирусных инфекций. Иммуонинформационный подход был использован для выявления потенциальных обогащенных эпитопами пептидов против SARS-CoV-2, вируса гриппа H1N1, эболавирусов и вируса денге (Brinton 2002; Lohia and Baranwal 2014; Jain and Baranwal 2019; Tahir ul Qamar, Rehman et al.2020) . Подход с использованием искусственного интеллекта также использовался для идентификации потенциальных эпитопов в вирусе SARS-CoV-2 и геморрагической лихорадке Крымского Конго (Malone, Simovski et al.2020; Nosrati, Mohabatkar et al.2020). В нескольких экспериментальных исследованиях было показано, что такие отобранные компьютерным путем иммуногенные пептиды против вируса Денге, вируса гриппа и вируса Эбола индуцируют иммунный ответ (Bazhan, Antonets et al.2019; Jain and Baranwal 2019; Bazhan, Antonets et al.2020; Guevarra Jr, Боадо и др., 2020). В рамках настоящего исследования с использованием различных алгоритмов искусственного интеллекта и данных клиники будут впервые выявлены уникальные иммуногенные детерминанты ортохантавирусов, циркулирующих на территории Индии и России, обуславливающие активацию гуморального и клеточного иммунитета, которые могут быть в дальнейшем использованы для разработки вакцин.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мартынова Е.В., Скотт-Маршал Р.Дж Шакирова, В.; Саубановна, А.; Булатова, A.; Давидюк, Ю.Н.; Кабве Э.; Маркелова, М.; Хаертынова, И.;Фостер, Т.Л.; Хайбуллина С.Ф. Differential Cytokine Responses and the Clinical Severity of Adult and Pediatric Nephropathia Epidemica. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 7016. https://doi.org/10.3390/ijms24087016 International Journal of Molecular Sciences, Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 7016 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24087016

2. Джигьяса Верма, Неха Каушал, Маниш Маниш, Найду Суббарао, Венера Шакирова, Екатерина Мартынова, Ронг чжэн Лю, Шайма Хамза, Альберт А. Ризванов, Светлана Ф. Хайбуллина, Манодж Баранвал Identification of conserved immunogenic peptides of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein J Biomol Struct Dyn, J Biomol Struct Dyn . 2023 Sep 26:1-17. (год публикации - 2023)
10.1080/07391102.2023.2260484

3. Шакирова В., Маркелова М., Давидюк Ю., Стотт-Маршалл Р. Дж., Фостер Т. Л., Хайбуллина С., Ризванов А., Мартынова Е. Rosuvastatin as a Supplemental Treatment for the Clinical Symptoms of Nephropathia Epidemica: A Pilot Clinical Study Viruses, 16(2), 306 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/v16020306

4. Сегал А, Шарма Д, Каушал Н, Гупта Й, Мартынова E.В., Эммануэль К, Чанди С, Ризванов А.А., Хайбуллина С.Ф., Баранвал М Designing a Conserved Immunogenic Peptide Construct from the Nucleocapsid Protein of Puumala orthohantavirus Viruses, 16(7), 1030 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/v16071030

5. Шкайр Л., Шарма Д., Хамза С., Гаранина Е., Шакирова В., Хаертынова И., Маркелова М., Павелкина В., Ризванов А., Хайбуллина С., Баранвал М., Мартынова Е. Cross-reactivity of hantavirus antibodies afterimmunization with PUUV antigens Wiley, Biotechnology and Applied Biochemistry , Biotechnol Appl Biochem. 2024;71:1139–1153. 1139 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1002/bab.2604

6. Хамза Ш., Шакирова В., Хаертынова И., Маркелова М., Саксена П., Шарма Д., Каушал Н., Гупта Й., Гаранина Е., Павелькина В., Хайбуллина С., Мартынова Е., Ризванов А., Баранвал М. Identification and validation of cross-reactivity of anti-Thailand orthohantavirus nucleocapsid peptides. Human Immunology, Human Immunology. 2024 Nov 1;85(6):111157. (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1016/j.humimm.2024.111157

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках выполнения проекта по идентификации иммуногенного пептида для диагностики инфекции, вызываемых ортохантавирусами был сформирован уникальный биобанк образцов (n=300) от больных ГЛПС и условно-здоровых доноров. Были идентифицированы иммуногенные эпитопы вирусов PUUV, HNTV и THAIV, обуславливающих активацию цитотоксических лимфоцитов у переболевших с диагностированным ГЛПС. Для 2915 аллелей HLA класса I были предсказаны эпитопы CD8+ Т-клеток, и было зарегистрировано в общей сложности 151 уникальное количество эпитопов CD8+ Т-клеток. Среди 151 эпитопа Т-клеток были выбраны 52 эпитопа, которые, как было предсказано, связываются более чем с 100 аллелями HLA. Помимо этого с помощью иммуноферментного анализа было показано, что четыре идентифицированных пептида проявляют перекрёстную реактивность с сывороткой пациентов, инфицированных PUUV, HNTV и DOBV. Эти результаты позволяют предположить, что пептиды THAIV могут быть использованы для разработки диагностики ортохантивирусов, циркулирующих в Юго-Восточной Азии.

Публикации