Un percorso importante verso la creazione di vaccini efficaci contro il virus della dengue e Zika coinvolge la proteina E che copre la superficie di ogni particella virale. Se potessimo sviluppare forti anticorpi contro questa proteina E, allora questo sarebbe il punto cruciale di un formidabile vaccino, basato sul fatto importante che le proteine ​​180 E vengono in coppia. Ma la creazione di un tale vaccino si è rivelata difficile per una serie di motivi. Ora i ricercatori della UNC School of Medicine hanno delineato i dettagli di uno dei principali ostacoli a un vaccino promettente. È qualcosa che tutti noi abbiamo:una temperatura corporea naturale di circa 98,6 gradi.

Precedenti studi nel laboratorio di Aravinda de Silva hanno dimostrato che gli esseri umani creano forti anticorpi contro la proteina E sulla superficie del virus, suggerendo che una versione solubile della proteina E (chiamata sRecE) potrebbe costituire un buon vaccino. Sfortunatamente, finora questo non è andato a buon fine, e i vaccini basati su sRecE hanno fallito. I ricercatori dell'UNC guidati da Brian Kuhlman, dottorato di ricerca, professore di biochimica e biofisica, e Aravinda de Silva, dottorato di ricerca, professore di microbiologia e immunologia, hanno dimostrato che la temperatura corporea riduce la propensione all'accoppiamento di sRecE e la sua capacità di essere riconosciuto da questi forti anticorpi.

Questi risultati, pubblicato in Journal of Biological Chemistry , suggeriscono che stabilizzare la propensione all'accoppiamento di sRecE può essere fondamentale per creare un vaccino efficace.

"Abbiamo mostrato come la nostra temperatura corporea naturale sovverta la potenza di sRecE e come il futuro sviluppo di vaccini basati su sRecE debba tenere conto della temperatura fin dall'inizio, ", ha dichiarato lo studente laureato UNC Stephan Kudlacek, il primo autore sul JBC carta.

Dopo decenni di intense ricerche, Lo sviluppo del vaccino contro il virus dengue e Zika ha avuto un successo limitato. Questi flavivirus trasmessi dalle zanzare sono una delle principali preoccupazioni per la salute pubblica. Oltre il 50 per cento della popolazione mondiale è a rischio di infezione, centinaia di milioni di persone sono infette, e una grande percentuale di loro affronta gravi, sintomi debilitanti. L'infezione da dengue può portare a malattie emorragiche pericolose per la vita. Nel frattempo, la recente epidemia di Zika ha collegato l'infezione di Zika a gravi disturbi neurologici, come la microcefalia nei neonati e la sindrome di Guillain-Barré negli adulti. Per queste ragioni, lo sviluppo di vaccini è stato accelerato per proteggere sia contro la dengue che contro lo Zika.

Lo sviluppo del vaccino è impegnativo perché ci sono quattro diversi sierotipi o "sapori" di dengue, e un vaccino deve fornire uguale protezione contro ciascuno di essi. Anche, un vaccino deve essere creato in modo tale che non promuova il sistema immunitario a produrre anticorpi che riconoscano ma non possano neutralizzare il virus. Se ciò accade, dengue e Zika possono usare questi anticorpi per infettare le cellule del sistema immunitario e rendere l'infezione più grave, questo è chiamato potenziamento dipendente dall'anticorpo.

Questo problema intrinseco è il motivo per cui Dengvaxia, l'unico vaccino autorizzato per la dengue, ora è raccomandato solo per l'uso in persone con immunità parziale alla dengue ottenuta da una precedente infezione da dengue perché il vaccino sembra aumentare il rischio di malattie gravi se usato in persone che hanno mai stato esposto al virus, e il vaccino fornisce una protezione parziale tra i diversi sierotipi di dengue.

La superficie delle particelle virali dengue e Zika è strutturalmente simile. Entrambi i virus sono rivestiti con una singola proteina, chiamata proteina dell'involucro (E). Ogni virus contiene 180 copie della proteina E sulla superficie, a coppie di due, conosciuti come omodimeri. Una versione solubile della proteina E, chiamato sRecE, possono formare la stessa struttura omodimerica osservata dalle proteine ​​E sulla superficie del virus. I pazienti con infezione da Dengue e Zika sviluppano anticorpi neutralizzanti e protettivi che colpiscono regioni specifiche della proteina E chiamate epitopi. Questa conoscenza ha portato i ricercatori a verificare se la proteina E o sRecE possono fungere da vaccini efficaci. Sfortunatamente, I vaccini basati su sRecE hanno avuto scarsi risultati.

Altri ricercatori hanno scoperto che molti dei più potenti anticorpi neutralizzanti isolati da pazienti umani si legano agli epitopi presenti sull'omodimero della proteina E sulla superficie del virus, mentre gli anticorpi debolmente neutralizzanti che promuovono il potenziamento della malattia si legano a un sito sul monomero della proteina E, una singola copia della proteina E, noto come anello di fusione. Una particolare classe di potenti anticorpi chiamati anticorpi E Dimer Epitope (EDE) riconosce in modo sorprendente una regione della proteina E sia in dengue che in Zika. Questi anticorpi sono in grado di neutralizzare tutti e quattro i sierotipi di dengue e Zika. Queste scoperte suggeriscono che per creare vaccini efficaci, sarà importante progettare antigeni che presentino questi epitopi dimeri appena scoperti.

Gli epitopi specifici del dimero potrebbero essere il tipo più semplice da creare, se si utilizzano proteine ​​ricombinanti come sRecE. Ed è stato proposto che gli omodimeri sRecE possano funzionare come vaccini efficaci.

Ma gli studi hanno suggerito che la nostra temperatura corporea naturale di 98,6 gradi cambia la capacità della proteina E di accoppiarsi e formare omodimeri sulla superficie del virus. Poiché sRecE è un antigene promettente per lo sviluppo di vaccini, e poiché la stabilità dell'omodimero sRecE è importante per presentare epitopi di anticorpo dimero come l'EDE per la vaccinazione, I laboratori di Kuhlman e de Silva hanno cercato di capire come la temperatura influenzi la stabilità della proteina sRecE e la sua capacità di formare omodimeri.

"Abbiamo utilizzato una serie di tecniche biofisiche per rispondere a queste domande". disse Kudlacek. "Come di solito osservato, abbiamo scoperto che le temperature più fredde aiutano a mantenere le proteine ​​nella loro struttura nativa o attiva. A causa di ciò, abbiamo quindi testato per vedere come sRecE da tre sierotipi di dengue e in Zika possono formare omodimeri, come si vede sulla superficie del virus, in tampone a temperatura ambiente."

I ricercatori dell'UNC hanno scoperto che la dengue e la Zika sRecE formano omodimeri a temperatura ambiente. "Ma quando abbiamo fatto l'esperimento a temperatura fisiologica [98?F], tutti gli sRecE, compreso il sierotipo dengue 2 (DENV2) e gli omodimeri di Zika sRecE, si sono disgregati e sono diventati monomeri. Questo risultato ha mostrato che i cambiamenti fisiologici della proteina E indotti dalla temperatura osservati sulla superficie del virus si verificano anche nella sRecE." Ulteriori analisi hanno mostrato che la capacità di DENV2 sRecE di formare omodimeri a temperatura corporea è ridotta di 150 volte rispetto alla capacità di formare omodimeri a temperatura ambiente.

I ricercatori si sono quindi chiesti:poiché la dimerizzazione di sRecE è ridotta a temperatura fisiologica, gli anticorpi che riconoscono specificamente l'E dimero sono in grado di legarsi a dengue e Zika sRecE a temperatura fisiologica? Hanno testato questo e hanno scoperto che gli omodimeri di dengue e Zika sRecE sono crollati a 98,6F, eliminando così gli epitopi dimerici presenti nell'omodimero sRecE e riducendo il legame dell'anticorpo.

"I nostri risultati mostrano che, a temperatura corporea, la presenza di omodimeri di dengue e Zika sRecE è notevolmente ridotta, e la presenza del monomero sRecE è aumentata, " ha detto Kudlacek. "Questo fornisce una spiegazione del motivo per cui le precedenti strategie vaccinali basate su sRecE hanno funzionato male, poiché la temperatura corporea favorisce lo sRecE del monomero, concentrando così il sistema immunitario sulla generazione di anticorpi più debolmente neutralizzanti, che può portare a un miglioramento della malattia, piuttosto che produrre anticorpi specifici per il dimero neutralizzanti".

Per il futuro sviluppo di vaccini basati su sRecE, questo lavoro suggerisce che l'omodimero sRecE deve essere riprogettato per essere stabile alla temperatura corporea in modo che il sistema immunitario possa generare anticorpi specifici per l'E-dimero abbastanza forti da proteggere dalle malattie invece di potenziarle.