Мутации в гене A34R, приводящие к увеличению иммуногенности вируса осповакцины

Самым простым и надежным способом защиты от вирусных инфекций является вакцинопрофилактика. При этом наибольшей протективной эффективностью обладают живые вакцины, в основе которых используют слабовирулентные для человека вирусы, близкородственные патогенным, или аттенуированные (ослабленные за счет мутаций/делеций в вирусном геноме) варианты патогенного для человека вируса. Вакцинация против оспы с использованием живого вируса осповакцины (vaccinia virus, VACV), близкородственного вирусу натуральной оспы, сыграла важнейшую роль в успехе программы глобальной ликвидации оспы, которая осуществлялась под эгидой Всемирной организации здравоохранения. Прекращение после 1980 г. противооспенной вакцинации привело к тому, что огромная часть населения Земли в настоящее время не имеет иммунитета не только к оспе, но и любым другим зоонозным ортопоксвирусным инфекциям. Это создает возможность циркуляции зоонозных ортопоксвирусов в человеческой популяции и, как следствие, приводит к изменению экологии и круга чувствительных хозяев для разных видов ортопоксвирусов. При этом использование классической живой вакцины на основе VACV для защиты от этих инфекций в настоящее время не приемлемо, так как она может обусловливать тяжелые побочные реакции. В связи с этим все более актуальной становится разработка новых безопасных вакцин против ортопоксвирусных инфекций человека и животных. Аттенуация (ослабление вирулентности) VACV достигается в результате направленной инактивации определенных генов вируса и обычно приводит к уменьшению эффективности размножения VACV in vivo. Следствием этого может быть снижение иммунного ответа при введении аттенуированного вируса пациентам в стандартных дозах. Часто используемым для встройки/инактивации в геноме VACV является ген тимидинкиназы, нарушение которого приводит к аттенуации вируса. В данной работе изучено, как введение двух точечных мутаций в ген A34R аттенуированного штамма LIVP-GFP (ТК-), увеличивающих выход внеклеточныхоболочечных вирионов (EEV), влияет на свойства пато- и иммуногенности варианта VACV LIVP-GFP-A34R при интраназальном заражении лабораторных мышей. Показано, что увеличение продукции EEV рекомбинантным штаммом VACV LIVP-GFP-A34R не меняет аттенуированный фенотип, характерный для родительского штамма LIVP-GFP, но приводит к существенно большей продукции VACV-специфичных антител.

1. Бауэр Т.В., Трегубчак Т.В., Щелкунов С.Н., Максютов Р.А., Гаврилова Е.В. Получение вируса осповакцины с повышенной продукцией внеклеточных оболочечных вирионов и направляющим синтезом GM­CSF как перспективной основы для создания противоопухолевых препаратов. Медицинская иммунология. 2020;22(2):371­378. DOI 10.15789/1563­0625­OVV­1594.

2. Зверев В.В., Юминова Н.В. Вакцинопрофилактика вирусных инфекций от Э. Дженнера до настоящего времени. Вопросы вирусологии. 2012;S1:33­42.

3. Щелкунов С.Н. Противовирусные вакцины: от Дженнера до наших дней. Соросовский образовательный журнал. 1998;7:43­50.

4. Щелкунов С.Н., Сергеев А.А., Кабанов А.С., Якубицкий С.Н., Бауэр Т.В., Пьянков С.А. Патогенность и иммуногенность вариантов вируса осповакцины при разных способах их введения мышам. Инфекция и иммунитет. 2020;10. DOI 10.15789/2220­7619­PAI­1375.

5. Albarnaz J.D., Torres A.A., Smith G.L. Modulating vaccinia virus immunomodulators to improve immunological memory. Viruses. 2018; 10:e101. DOI 10.3390/v10030101.

6. Belyakov I.M., Earl P., Dzutsev A., Kuznetsov V.A., Lemon M., Wyatt L.S., Snyder J.T., Ahlers J.D., Franchini G., Moss B., Berzofsry J.A. Shared modes of protection against poxvirus infection by attenuated and conventional smallpox vaccine viruses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003;100(16):9458­9463. DOI 10.1073/10.1073/pnas.1233578100.

7. Blasco R., Sisler J.R., Moss B. Dissociation of progeny vaccinia virus from the cell membrane is regulated by a viral envelope glycoprotein: Effect of a point mutation in the lectin homology domain of the A34R gene. J. Virol. 1993;67(6):3319­3325.

8. Breiman A., Carpentier D.C.J., Ewles H.A., Smith G.L. Transport and stability of the vaccinia virus A34 protein is affected by the A33 protein. J. Gen. Virol. 2013;94:720­725. DOI 10.1099/vir.0.049486­0.

9. Dai K., Liu Y., Liu M., Xu J., Huang W., Huang X., Liu L., Wan Y., Hao Y., Shao Y. Pathogenicity and immunogenicity of recombinant Tiantan vaccinia virus with deleted C12L and A53R genes. Vaccine. 2008;26(39):5062­5071. DOI 10.1016/j.vaccine.2008.06.011.

10. Earley A.E., Chan W.M., Ward B.M. The vaccinia virus B5 protein requires A34 for efficient intracellular trafficking from the endoplasmic reticulum to the site of wrapping and incorporation into progeny virions. J. Virol. 2008;82(5):2161­2169. DOI 10.1128/JVI.01971­07.

11. Fenner F., Henderson D.A., Arita I., Jezek Z., Ladnyi I.D. Smallpox and Its Eradication. Geneva: World Health Organization, 1988.

12. Goncharova E.P., Ruzhenkova J.S., Petrov I.S., Shchelkunov S.N., Zenkova M.A. Oncolytic virus efficiency inhibited growth of tumour cells with multiple drug resistant phenotype in vivo and in vitro. J. Transl. Med. 2016;14(1):e241. DOI 10.1186/s12967­016­1002­x.

13. Guo Z.S., Lu B., Guo Z., Giehl E., Feist M., Dai E., Liu W., Storkus W.J., He Y., Liu Z., Bartlett D.L. Vaccinia virus­mediated cancer immunotherapy: cancer vaccines and oncolytics. J. Immunother. Cancer. 2019;7(1):6. DOI 10.1186/s40425­018­0495­7.

14. Jacobs B.L., Langland J.O., Kibler K.V., Denzler K.L., White S.D., Holechek S.A., Wong S., Huynh T., Baskin C.R. Vaccinia virus vaccines: Past, present and future. Antiviral Res. 2009;84:1­13. DOI 10.1016/j.antiviral.2009.06.006.

15. Kirn D.H., Wang Y., Liang W., Contag C.H., Thorne S.H. Enhancing poxvirus oncolytic effects through increased spread and immune evasion. Cancer Res. 2008;68(7):2071­2075. DOI 10.1158/0008­5472.CAN­07­6515.

16. Kretzschmar M., Wallinga J., Teunis P., Xing S., Mikolajczyk R. Frequency of adverse events after vaccination with different vaccinia strains. PLoS Med. 2006;3:e272. DOI 10.1371/journal.pmed.0030272.

17. Kutinova L., Ludvikova V., Simonova V., Otarova M., Krystoforova J., Hainz P., Press M., Kunke D., Vonka V. Search for optimal parent for recombinant vaccinia virus vaccines. Study of three vaccinia virus vaccinal strains and several virus lines derived from them. Vaccine. 1995;13(5):487­493.

18. Lee M.S., Roos J.M., McGuigan L.C., Smith K.A., Cormier N., Cohen L.K., Roberts B.E., Payne L.G. Molecular attenuation of vaccinia virus: Mutant generation and animal characterization. J. Virol. 1992;66(5):2617­2630.

19. Li Y., Zhu Y., Chen S., Li W., Yin X., Li S., Xiao P., Han J., Li X., Sun L., Jin N. Generation of an attenuated Tiantan vaccinia virus strain by deletion of multiple genes. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2017;7:462. DOI 10.3389/fcimb.2017.00462.

20. Li Z., Rubin S.A., Taffs R.E., Merchlinsky M., Ye Z., Carbone K.M. Mouse neurotoxicity test for vaccinia­based smallpox vaccines. Vaccine. 2004;22:1486­1493. DOI 10.1016/j.vaccine.2003.10.022.

21. Locker J.K., Kuehn A., Schleich S., Rutter G., Hohenberg H., Wepf R., Griffiths G. Entry of the two infectious forms of vaccinia virus at the plasma membrane is signaling­dependent for IMV but not the EEV. Mol. Biol. Cell. 2000;11:2497­2511. DOI 10.1091/mbc.11.7.2497.

22. Mackett M. Recombinant live virus vaccines. Immunol. Lett. 1987; 16(3­4):243­248. DOI 10.1016/0165­2478(87)90153­2.

23. McIntosh A.A.G., Smith G.L. Vaccinia virus glycoprotein A34R is required for infectivity of extracellular enveloped virus. J. Virol. 1996; 70(1):272­281.

24. McNulty S., Powell K., Erneux C., Kalman D. The host phosphoinositide 5­phosphatase SHIP2 regulates dissemination of vaccinia virus. J. Virol. 2011;85(14):7402­7410. DOI 10.1128/JVI.02391­10.

25. Monticelli S.R., Earley A.K., Tate J., Ward B.M. The ectodomain of the vaccinia virus glycoprotein A34 is required for cell binding by extracellular virions and contains a large region capable of interaction with glycoprotein B5. J. Virol. 2019;93(4):e01343­18. DOI 10.1128/JVI.01343­18.

26. Moss B. Smallpox vaccines: targets of protective immunity. Immunol. Rev. 2011;239(1):8­26. DOI 10.1111.j.1600­065X.2010.00975.x.

27. Payne L.G. Significance of extracellular enveloped virus in the in vitro and in vivo dissemination of vaccinia. J. Gen. Virol. 1980;50:89­100.

28. Petrov I.S., Goncharova E.P., Pozdnyakov S.G., Shchelkunov S.N., Zenkova M.A., Vlasov V.V., Kolosova I.V. Antitumor effect of the LIVPGFP recombinant vaccinia virus. Dokl. Biol. Sci. 2013;451(1):248­252. DOI 10.1134/S0012496613040133.

29. Phelps A., Gates A.J., Eastaugh L., Hillier M., Ulaeto D.O. Comparative efficacy of intramuscular and scarification routes of administration of live smallpox vaccine in a murine challenge model. Vaccine. 2017;35:3889­3896. DOI 10.1016/j.vaccine.2017.05.058.

30. Reynolds M.G., Doty J.B., McCollum A.M., Olson V.A., Nakazawa Y. Monkeypox re­emergence in Africa: a call to expand the concept and practice of One Health. Expert Rev. Anti Infect. Ther. 2019;17(2): 129­139. DOI 10.1080/14787210.2019.1567330.

31. Sanchez­Sampedro L., Perdiguero B., Mejias­Perez E., Garcia­Arriaza J., Di Pilato M., Esteban M. The evolution of poxvirus vaccines. Viruses. 2015;7:1726­1803. DOI 10.3390/v7041726.

32. Shchelkunov S.N. An increasing danger of zoonotic orthopoxvirus infections. PLoS Pathog. 2013;9(12):e1003756. DOI 10.1371/journal.ppat.1003756.

33. Shchelkunov S.N. Emergence and reemergence of smallpox: the need in development of a new generation smallpox vaccine. Vaccine. 2011;29S:D49­D53. DOI 10.1016/j.vaccine.2011.05.037.

34. Shchelkunov S.N., Marennikova S.S., Moyer R.W. Orthopoxviruses Pathogenic for Humans. New York: Springer, 2005.

35. Shchelkunov S.N., Nesterov A.E., Ryazankin I.A., Ignat’ev G.M., Sandakhchiev L.S. Development of a candidate polyvalent live vaccine against human immunodeficiency, hepatitis B, and orthopoxviruses. Dokl. Biochem. Biophys. 2003;390:180­183.

36. Shchelkunov S.N., Razumov I.A., Kolosova I.V., Romashchenko A.V., Zavjalov E.L. Virotherapy of the malignant U87 human glioblastoma in the orthotopic xenotransplantation mouse SCID model. Dokl. Biochem. Biophys. 2018;478:30­33. DOI 10.1134/S1607672918010088.

37. Shchelkunov S.N., Shchelkunova G.A. Genes that control vaccinia virus immunogenicity. Acta Naturae. 2020;12(1):33­41. DOI 10.32607/actanaturae.10935.

38. Smith G.L., Vanderplasschen A., Law M. The formation of extracellular enveloped vaccinia virus. J. Gen. Virol. 2002;83:2915­2931. DOI 10.1099/vir.0.18733­0.

39. Styczynski A., Burgado J., Walteros D., Usme­Ciro J., Laiton K., Farias A.P., Nakazawa Y., Chapman C., Davidson W., Mauldin M., Morgan C., Martinez­Ceron J., Patina E., Lopez Sepulveda L.L., Torres C.P., Cruz Suarez A.E., Olaya G.P., Riveros C.E., Cepeda D.Y., Lopez L.A., Espinosa D.G., Gutierrez Lozada F.A., Li Y., Satheshkumar P.S., Reynolds M., Gracia­Romero M., Petersen B. Seroprevalence and risk factors possibly associated with emerging zoonotic vaccinia virus in a farming community, Colombia. Emerg. Infect. Dis. 2019;25(12):2169­2176. DOI 10.3201/eid2512.181114.

40. Sumner R.P., Ren H., Ferguson B.J., Smith G.L. Increased attenuation but decreased immunogenecity by deletion of multiple vaccinia virus immunomodulators. Vaccine. 2016;34:4827­4834. DOI 10.1016/j.vaccine.2016.08.002.

41. Thirunavukarasu P., Sathaiah M., Gorry M.C., O’Malley M.E., Ravindranathan R., Austin F., Thorne S.H., Guo Z.S., Bartlett D.I. A rationally designed A34R mutant oncolytic poxvirus: Improved efficacy in peritoneal carcinomatosis. Mol. Ther. 2013;21(5):1024­1033. DOI 10.1038/mt.2013.27.

42. Yakubitskiy S.N., Kolosova I.V., Maksyutov R.A., Shchelkunov S.N. Attenuation of vaccinia virus. Acta Naturae. 2015;7(4):113­121.