Modificações de Glicanos na Pesquisa de Vacinas contra o HIV
Pesquisas sobre modificações de glicosídeos mostram potencial para melhorar as estratégias de vacinas contra o HIV.
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Índice
O sistema imunológico tem um jeito de ignorar certas moléculas presentes em vírus. Isso é importante pra entender doenças como o HIV. O vírus usa uma parte da sua estrutura externa, chamada Env, que tem várias moléculas de açúcar, conhecidas como Glicanos. Esses glicanos cobrem a maior parte da superfície e dificultam o reconhecimento e ataque do sistema imunológico ao vírus de forma eficaz. Por isso, pode demorar bastante pro pessoal desenvolver anticorpos que consigam neutralizar o vírus.
Desenvolvimento de Anticorpos
Pesquisas mostram que anticorpos amplamente neutralizantes (bNAbs) podem acabar se desenvolvendo em algumas pessoas infectadas pelo HIV, mas esse processo pode levar mais de um ano e só rola em cerca de 20% dos casos. Esses anticorpos às vezes conseguem se ligar aos glicanos do vírus, mas muitas vezes evitam certos deles pra não causar conflitos. Diferentes cepas do vírus podem ter glicanos específicos que dificultam o trabalho desses anticorpos. Por exemplo, alguns anticorpos que focam em uma área específica do vírus podem ter problemas se os glicanos próximos atrapalharem.
Influência dos Glicanos nos Anticorpos
A presença de diferentes tipos de glicanos afeta o quão bem os bNAbs conseguem neutralizar o vírus. Alguns anticorpos são melhores em neutralizar cepas com estruturas de glicanos menores, enquanto glicanos maiores podem atrapalhar a eficácia deles. Vacinas em fases iniciais de pesquisa geralmente têm dificuldade em produzir anticorpos neutralizantes fortes, e muitos desses anticorpos têm eficácia limitada contra cepas variadas do vírus.
Curiosamente, pesquisadores descobriram que remover alguns glicanos de certos tipos de vírus pode melhorar a eficiência dos anticorpos contra eles. Por exemplo, quando aumenta o número de buracos de glicano em partes específicas do vírus, pode facilitar a resposta do sistema imunológico contra o vírus.
Abordagens de Glicoinengenharia
Cientistas têm experimentado diferentes métodos pra modificar as estruturas de glicanos encontradas no vírus do HIV. Ao mudar como esses glicanos são formados, eles podem influenciar a eficácia dos anticorpos resultantes. Na pesquisa deles, aprenderam que alguns vírus engenheirados, onde glicanos grandes foram trocados por formas mais simples, resultaram em melhor interação com alguns anticorpos.
Essa pesquisa destaca a relação complexa entre a estrutura do vírus e a resposta imunológica. Enquanto os bNAbs podem ter dificuldade em atingir certas cepas por causa da interferência dos glicanos, algumas formas engenheiradas do vírus mostram potencial em superar esses problemas. A ideia é criar um vírus que seja menos reconhecível pelo sistema imunológico, tornando-o menos eficaz em se esconder, e que possa estimular a produção de anticorpos neutralizantes.
Modificando Estruturas de Glicanos
Diferentes técnicas foram desenvolvidas pra modificar as estruturas de glicanos no vírus. Um desses métodos envolve usar enzimas pra remover ou alterar glicanos de forma seletiva. Isso pode ajudar a expor áreas específicas do vírus que são mais propensas a serem alvo dos anticorpos. A ideia é que, ao mudar o vírus pra ter glicanos menos complicados, mais anticorpos possam se ligar de forma eficaz.
Pesquisadores tentaram usar certas enzimas de deglicosilação pra reduzir a complexidade dessas estruturas de glicanos. Depois do tratamento, observaram que alguns vírus engenheirados mostraram maior sensibilidade à neutralização por anticorpos específicos. Isso sugere que manipular essas estruturas de glicanos pode facilitar o reconhecimento e a resposta do sistema imunológico contra o vírus.
Efeitos das Modificações de Glicanos
As descobertas da pesquisa indicam que modificar glicanos pode aumentar a ligação dos anticorpos, tornando-os mais eficazes. Por exemplo, tratar vírus com uma mistura de enzimas específicas melhorou a sensibilidade dos anticorpos. No entanto, diferentes vírus reagiram de maneiras diferentes a esses tratamentos, indicando uma interação complexa entre as estruturas de glicanos do vírus e os anticorpos.
Em alguns casos, remover ácidos siálicos do vírus tornou os anticorpos mais eficazes, enquanto em outras situações, diminuiu a capacidade deles de se ligar. Esses resultados mistos destacam a importância de analisar cuidadosamente como mudanças na estrutura do vírus afetam as respostas imunológicas.
Desenvolvimento de Vacinas
O objetivo final desses estudos é criar vacinas que consigam estimular o sistema imunológico a produzir anticorpos fortes e amplamente neutralizantes. Os pesquisadores acreditam que, usando vírus modificados com glicanos menos complexos, podem criar vacinas que não só provocam uma resposta imunológica, mas também ajudam no desenvolvimento de anticorpos que conseguem reconhecer várias cepas do HIV.
Estudos em animais mostraram que certas combinações de modificações de glicanos podem melhorar a eficácia das respostas imunológicas. Coelhos vacinados com vírus modificados produziram respostas de anticorpos mais fortes em comparação com os vacinados com vírus não modificados.
Importância da Estrutura dos Glicanos
As descobertas desses estudos enfatizam o papel crítico das estruturas de glicanos no desenvolvimento de vacinas. Glicanos bem projetados podem ajudar a moldar a resposta imunológica e levar à produção de anticorpos mais eficazes. Quando as vacinas incorporam esses perfis de glicanos modificados, elas conseguem imitar melhor o vírus natural, facilitando o reconhecimento e a defesa do sistema imunológico.
Os pesquisadores acreditam que usar uma combinação de diferentes tipos de modificações pode levar a uma estratégia mais eficaz pra induzir anticorpos neutralizantes fortes. Essa abordagem pode ser especialmente importante na criação de vacinas que consigam resistir à natureza diversificada e em evolução do vírus HIV.
Direções Futuras
Olhando pra frente, há um grande potencial pra continuar a pesquisa em glicoinengenharia como uma forma de melhorar as estratégias de vacinas. Estudos contínuos provavelmente vão se concentrar em entender as maneiras precisas como as estruturas de glicano influenciam o desenvolvimento e a funcionalidade dos anticorpos.
Identificando as melhores combinações de modificações de glicano, os cientistas pretendem projetar vacinas que consigam estimular robustamente o sistema imunológico. A esperança é que esses esforços levem ao desenvolvimento de vacinas que não só protejam os indivíduos, mas que também possam reduzir a disseminação do HIV globalmente.
Conclusão
A relação intrincada entre glicanos e a resposta imunológica destaca os desafios enfrentados no desenvolvimento de vacinas eficazes contra o HIV. No entanto, a pesquisa em glicoinengenharia em andamento oferece novas avenidas pra melhorar o design de vacinas e potencialmente aprimorar as respostas de anticorpos. Ao continuar explorando essas modificações, há esperança de criar vacinas mais eficazes que possam ajudar a proteger contra o HIV e contribuir para os esforços de saúde global.
Título: Impact of Glycan Depletion, Glycan Debranching and Increased Glycan Charge on HIV-1 Neutralization Sensitivity and Immunogenicity
Resumo: Modifying HIV-1s envelope glycoprotein glycans can impact its neutralization sensitivity. The use of the knock out cell line GnT1-prevents the elaboration of complex-type glycans, and opens up the glycan shield, increasing bNAb vulnerability. Some bNAb precursors can bind to GnT1-trimers, supporting their use in vaccine priming. However, GnT1-trimers express poorly and exhibit very low infectious counts. Here, we describe two other potentially vaccine-relevant glycoengineered trimers, 1) To truncate complex glycans, we used of a cocktail of glycosidases, termed "NGAF3" (Neuraminidase, {beta}-Galactosidase, N-Acetylglucosaminidase and endoglycosidase F3). Like GnT1-trimers, NGAF3 reduced glycan clashes and increased bNAb potency while retaining a closed trimer conformation; 2) Modified by {beta}-1,4-galactosyltransferase 1 (B4GalT1) and {beta}-galactoside -2,6 sialyltransferase 1 (ST6Gal1) during Env biosynthesis. Glycan mass spectrometry revealed that NGAF3 removed glycan heads of 3 of 7 positions on the trimer that are largely occupied by complex glycans. It also revealed a novel B4GalT1 activity to favor glycan precursor conversion to hybrid glycans rather than complex glycans. A comparison to monomeric gp120 revealed that B4GalT1s new activity depends on tight glycan spacing. B4GalT1 affected more glycans than NGAF3 (6 out of 7 glycans), perhaps due to greater accessibility during Env folding rather than after folding. Surprisingly, the N611 glycan was unaffected by either modification. B4GalT1 and ST6Gal1 cooperatively increased the abundance of hybrid glycans and -2,6 hypersialylated termini. This occurred largely by amplifying the abundance of a limited number of hybrid glycan structures that are also present on unmodified trimers. In rabbit vaccinations, B4GalT1+ST6GalT1-modified virus-like particles reduced the frequency and titers of serum NAbs that showed a modest preference for modified glycans. Conversely, chronically HIV-1-infected donor plasma neutralizing antibody titers were 1.7- to 10.8- fold higher against B4GalT1+ST6GalT1-modified pseudovirus. Overall, our data provide tools for heterologous prime, boost and polishing vaccine regimens using modified glycans. AUTHOR SUMMARYAn HIV-1 vaccine remains one of the most significant biomedical challenges today. Vaccines often work by triggering virus fighting antibodies to stave off infection. For HIV-1, this has been exceedingly difficult because the target, called the HIV-1 envelope glycoprotein (Env) is extremely variable and carries a thick sugar coat, protecting it from all but a few rare broadly reactive antibodies (termed bNAbs) that sometimes develop during natural HIV-1 infection. Given these challenges, it is reasonable to propose that any successful vaccine will need to be rationally designed to trigger the rare bNAbs. To meet this goal might require more 3 different vaccine components. First, a vaccine "prime" to trigger rare bNAb proliferation, followed by heterologous "boosts" and "polishing" immunogens to select for bNAbs. In this study, we evaluated two potential immunogens. In one approach, we used cocktails of enzymes to strip Envs sugar coat, in the hope of reducing the barrier to stimulate bNAb precursors. In another, we used excess enzymes to build particular structures on Envs coat. We checked how well these two Env variants were recognized by antibodies. We also checked in fine detail how the sugars were changed at the molecular level. Finally, we immunized rabbits. Our data enrich the number of strategies available to further explore the concept of priming, boosting and polishing vaccine shots.
Autores: James M Binley, A. D'Addabbo, T. Tong, E. Crooks, K. Osawa, J. Xu, A. Thomas, J. Allen, M. Crispin
Última atualização: 2024-02-23 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.20.581329
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.20.581329.full.pdf
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