Иммуногенность экспериментальных ДНК-вакцин, кодирующих гемагглютинин и стебель гемагглютинина вируса гриппа A (H5N8)

   Вирус гриппа птиц A субтипа Н5 широко распространен в популяции птиц, и существует риск его передачи человеку, поэтому для предотвращения распространения вируса необходимо создание эффективной вакцины.

   Целью данного исследования являлась разработка прототипов ДНК-вакцин, кодирующих модифицированные варианты тримера гемагглютинина и стебля гемагглютинина высокопатогенного вируса гриппа птиц А (H5N8) и изучение их иммуногенных свойств.

   Материал и методы. Спроектированы, наработаны и очищены ДНК-конструкции, проведен анализ их экспрессии в эукариотических клетках с помощью ПЦР с обратной транскрипцией и вестерн-блот-анализа. Выполнена иммунизация лабораторных животных (сирийских хомяков)
экспериментальными ДНК-вакцинами методом струйной инжекции, в сыворотке их крови с помощью ИФА определен титр антител. Сыворотки также исследованы в реакции вируснейтрализации в культуре клеток MDCK.

   Результаты и их обсуждение. Подтверждена экспрессия целевых генов в составе экспериментальных ДНК-вакцин на уровне транскрипции и трансляции. Анализ иммуногенности показал, что иммунизация сирийских хомяков конструкциями pVAX-H5 и pVAX-H5 delT4, кодирующими варианты эктодомена гемагглютинина с тримеризующим доменом фибритина бактериофага T4 и без него, с помощью струйной инжекции приводит к формированию специфических антител (средние титры 1:3×104 и 1:5×103 соответственно), обладающих вирус-нейтрализующей активностью (средний 50 %-й нейтрализующий титр 1:40). При этом в группе животных, иммунизированных ДНК-вакциной, кодирующей стебель гемагглютинина, специфические антитела не выявлены.

   Заключение. В ходе работы спроектированы и получены ДНК-вакцины, кодирующие варианты тримера гемагглютинина вируса гриппа подтипа A (H5N8) и его фрагмент (стебель). Проведено сравнение иммуногенности экспериментальных ДНК-вакцин и установлен наиболее перспективный вариант конструкции – pVAX-H5–, кодирующий модифицированный тример гемагглютинина вируса гриппа с тримеризующим доменом фибритина бактериофага T4.

1. Gao F., Liu X., Dang Y., Duan P., Xu W., Zhang X., Wang S., Luo J., Li X. AddaVax-adjuvanted H5N8 inactivated vaccine induces robust humoral immune response against different clades of H5 viruses. Vaccines (Basel). 2022;10(10):1683. doi: 10.3390/vaccines10101683

2. WHO. Avian influenza weekly update number 977. Human infection with avian influenza A(H5) viruses. Available at: https://cdn.who.int/media/docs/default-source/wpro---documents/emergency/surveil-lance/avian-influenza/ai_20241213.pdf

3. WHO. Assessment of risk associated with recent influenza A(H5N1) clade 2.3.4.4b viruses 21 December 2022. Available at: https://cdn.who.int/media/docs/default-source/influenza/avian-and-other-zoonotic-in-fluenza/h5-risk-assessment-dec-2022.pdf?sfvrsn=a496333a_1&download=true

4. Eisfeld A.J., Biswas A., Guan L., Gu C., Maemura T., Trifkovic S., Wang T., Babujee L., Dahn R., Halfmann P.J., … Kawaoka Y.. Pathogenicity and transmissibility of bovine H5N1 influenza virus. Nature. 2024;633(8029):426–432. doi: 10.1038/s41586-024-07766-6

5. Жирнов О.П., Львов Д.К. Птичий грипп: «По ком звонит колокол?». Вопр. вирусол. 2024;69(2):101–118. doi: 10.36233/10.36233/0507-4088-213

6. Xiong X., Xiao H., Martin S.R., Coombs P.J., Liu J., Collins P.J., Vachieri S.G., Walker P.A., Lin Y.P., McCauley J.W., Gamblin S.J., Skehel J.J. Enhanced human receptor binding by H5 haemagglutinins. Virology. 2014;456-457(100):179–187. doi: 10.1016/j.virol.2014.03.008

7. Kok A., Fouchier R.A.M., Richard M. Cross-reactivity conferred by homologous and heterologous prime-boost A/H5 influenza vaccination strategies in humans : a literature review. Vaccines. 2021;9(12):1465. doi: 10.3390/vaccines9121465

8. Furuyama W., Reynolds P., Haddock E., Meade-White K., Quynh Le M., Kawaoka Y., Feldmann H., Marzi A. A single dose of a vesicular stomatitis virus-based influenza vaccine confers rapid protection against H5 viruses from different clades. NPJ Vaccines. 2020;5(1):4. doi: 10.1038/s41541-019-0155-z

9. Litvinova V.R., Rudometov A.P., Karpenko L.I., Ilyichev A.A. mRNA vaccine platform: mRNA production and delivery. Russ. J. Bioorg. Chem. 2023;49(2): 220–235. doi: 10.1134/S1068162023020152

10. Ledesma-Feliciano C., Chapman R., Hooper J.W., Elma K., Zehrung D., Brennan M.B., Spiegel E.K. Improved DNA vaccine delivery with needle-free injection systems. Vaccines. 2023;11(2):280. doi: 10.3390/vaccines11020280

11. Bazhan S., Antonets D., Starostina E., Ilyicheva T., Kaplina O., Marchenko V., Durymanov A., Oreshkova S., Karpenko L. Immunogenicity and protective efficacy of influenza a dna vaccines encoding artificial antigens based on conservative hemagglutinin stem region and M2 protein in mice. Vaccines (Basel). 2020;8(3):448. doi: 10.3390/vaccines8030448

12. Fukuyama H., Shinnakasu R., Kurosaki T. Influenza vaccination strategies targeting the hemagglutinin stem region. Immunol. Rev. 2020;296(1):132–141. doi: 10.1111/imr.12887

13. Cui X., Vervaeke P., Gao Y., Opsomer L., Sun Q., Snoeck J., Devriendt B., Zhong Z., Sanders N.N. Immunogenicity and biodistribution of lipid nanoparticle formulated self-amplifying mRNA vaccines against H5 avian influenza. NPJ Vaccines. 2024;9(1):138. doi: 10.1038/s41541-024-00932-x

14. Borgoyakova M.B., Karpenko L.I., Rudometov A.P., Volosnikova E.A., Merkuleva I.A., Starostina E.V., Zadorozhny A.M., Isaeva A.A., Nesmeyanova V.S., Shanshin D.V., … Ilyichev A.A. Self-assembled particles combining SARS-CoV-2 RBD protein and RBD DNA vaccine induce synergistic enhancement of the humoral response in mice. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(4):2188. doi: 10.3390/ijms23042188

15. Rudometova N.B., Fando A.A., Kisakova L.A., Kisakov D.N., Borgoyakova M.B., Litvinova V.R., Yakovlev V.A., Tigeeva E.V., Vahitov D.I., Sharabrin S.V., … Karpenko L.I. Immunogenic and protective properties of recombinant hemagglutinin of influenza A (H5N8) virus. Vaccines. 2024;12(2):143. doi: 10.3390/vaccines12020143

16. Milder F.J., Jongeneelen M., Ritschel T., Bouchier P., Bisschop I.J.M., de Man M., Veldman D., Le L., Kaufmann B., Bakkers M.J.G., … Langedijk J.P.M. Universal stabilization of the influenza hemagglutinin by structure-based redesign of the pH switch regions. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2022;119(6):e2115379119. doi: 10.1073/pnas.2115379119

17. Catani J.P.P., Job E.R., Ysenbaert T., Smet A., Ray S., LaRue L., Stegalkina S., Barro M., Vogel T.U., Saelens X. Pre-existing antibodies directed against a tetramerizing domain enhance the immune response against artificially stabilized soluble tetrameric influenza neuraminidase. NPJ Vaccines. 2022;7(1):11. doi: 10.1038/s41541-022-00435-7

18. Litvinova V.R., Rudometov A.P., Rudometova N.B., Kisakov D.N., Borgoyakova M.B., Kisakova L.A., Starostina E.V., Fando A.A., Yakovlev V.A., Tigeeva E.V., … Karpenko L.I. DNA vaccine encoding a modified hemagglutinin trimer of avian influenza a virus H5N8 protects mice from viral challenge. Vaccines (Basel). 2024;12(5):538. doi: 10.3390/vaccines12050538

19. Nguyen T.Q., Rollon R., Choi Y.K. Animal models for influenza research: strengths and weaknesses. Viruses. 202;13(6):1011. doi: 10.3390/v13061011

20. Iwatsuki-Horimoto K., Nakajima N., Ichiko Y., Sakai-Tagawa Y., Noda T., Hasegawa H., Kawaoka Y. Syrian hamster as an animal model for the study of human influenza virus infection. J. Virol. 2018;92(4):e01693–17. doi: 10.1128/JVI.01693-17

21. Hoxie I., Vasilev K., Clark J.J., Bushfield K., Francis B., Loganathan M., Campbell J.D., Yu D., Guan L., Gu C. … Krammer F. A recombinant N2 neuraminidase-based CpG 1018® adjuvanted vaccine provides protection against challenge with heterologous influenza viruses in mice and hamsters. Vaccine. 2024;42(24):126269. doi: 10.1016/j.vaccine.2024.126269

22. de Jong N.M.C., Aartse A., van Gils M.J., Eggink D. Development of broadly reactive influenza vaccines by targeting the conserved regions of the hemagglutinin stem and head domains. Expert. Rev. Vaccines. 2020;19(6):563–577. doi: 10.1080/14760584.2020.1777861