ВВЕДЕНИЕ
Вирусы гриппа В циркулируют преимущественно в человеческой популяции и с периодичностью в 2–3 года вызывают эпидемии. Заболевание протекает в тяжелой форме и иногда со смертельным исходом. Первичным звеном в развитии инфекции является связывание гликопротеина вируса гриппа – гемагглютинина (НА) – с экспрессированными на поверхности хозяйской клетки углеводными цепями, которые терминированы остатками нейраминовой кислоты. Чаще всего это Neu5Ac, хотя встречаются и другие модификации – все они объединены под общим названием «сиаловые кислоты» (sialic acid, SA). Известно, что вирусы гриппа А птиц преимущественно имеют сродство к углеводам с α2-3 гликозидной связью между SA и соседним остатком галактозы (Gal), тогда как вирусы гриппа А человека взаимодействуют преимущественно с SAα2-6Gal-цепями [1-4]. Рецепторсвязывающая специфичность вирусов гриппа A детально изучена и считается одним из факторов патогенности [5, 6]. Что касается вирусов гриппа В, то данных по рецепторсвязывающей специфичности НА этих вирусов крайне мало [7-9]. Хотя все вирусы гриппа В объединяют в один род, с начала 1980-х годов наметился дивергентный характер их эволюции с формированием двух антигенно отличных эво-люционных линий, родоначальниками которых были признаны референс-вирусы В/Виктория/2/1987 и В/Ямагата/16/1988 [10]. В настоящее время установлено, что В/Ямагата-подобные штаммы связываются преимущественно с SAα2-6Gal-олигосахаридами, тогда как рецепторы викторианской линии включают как SAα2-6-, так и SAα2-3-терминированные цепи [11].
Данное исследование посвящено анализу влияния отдельных аминокислотных замен в тяжелой цепи НА на рецепторсвязывающие свойства вируса гриппа В/Флорида/04/2006 ямагатской эволюционной линии.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Моноклональные антитела
Моноклональные антитела (монАТ) к вирусам гриппа В получены в лаборатории биотехнологии диа-гностических препаратов НИИ гриппа по методу [12] в нижеследующей модификации. Мышей линии BALB/c иммунизировали внутрибрюшинно 70 мкг очищенного ультрацентрифугированием вируса гриппа В/Флорида/04/2006. Через 3 месяца мышей бустировали очищенной фракцией поверхностных гликопротеинов этого же вируса (15 мкг). Через 3 суток проводили гибридизацию спленоцитов иммунных мышей с клетками мышиной миеломы линии PxAg. 653 в соотношении 10:1 в присутствии 50%-ного раствора ПЭГ-2 000 в среде Игла (DMEM). При первичном тестировании клонов использовали традиционный метод ИФА: анализируемую культуральную жидкость вносили в лунки планшетов, сенсибилизированных фракцией поверхностных гликопротеинов вируса гриппа В/Флорида/04/2006, с последующей детекцией прореагировавших монАТ пероксидазным конъюгатом к IgG мыши (1/10000) («Sigma», США). Отобранные по показателям специфической активности клоны гибридом, культивируемые в среде НАТ, подвергали 5-кратному реклонированию. Стабильные клоны-продуценты монАТ криоконсервировали или использовали для получения асцитов.
Реакция гемагглютинации
Реакцию гемагглютинации (РГА) проводили в соот-ветствии с рекомендациями ВОЗ. К двукратным раз-ведениям каждого варианта вируса в 50 мкл 0.1 М фосфатно-солевого буфера (PSB) добавляли 50 мкл 0.5%-ной суспензии эритроцитов кур. Титром вируса считали максимальное разведение, при котором на-блюдалась агглютинация эритроцитов. При анализе рецепторсвязывающих свойств в РГА использовали 1%-ную суспензию эритроцитов морской свинки и 1%-ную суспензию эритроцитов лошади.
Реакция торможения гемагглютинации
Реакцию торможения гемагглютинации (РТГА) про-водили в соответствии с рекомендациями ВОЗ. Пять-десят микролитров вирусной суспензии, содержащей 4 гемагглютинирующие единицы (ГАЕ) вируса, вносили в каждую лунку планшета с раститрованными монАТ (двукратные разведения монАТ в 50 мкл 0.1 М PBS) и инкубировали в течение 1 ч, после чего в каждую лунку вносили по 100 мкл 0.5%-ной суспензии куриных эритроцитов. Результат оценивали, как максимальное разведение монАТ, при котором наблюдали ингибирование РГА.
Селекция эскейп-мутантов
Для получения эскейп-мутантов использовали ранее описанный метод [13]. Образцы вируса В/Флори-да/04/2006 (дикий тип) инкубировали с вирусспеци-фическими монАТ в течение 1 ч при 37°С, после чего вводили в куриные эмбрионы. Содержание вируса в аллантоисной жидкости оценивали в РГА. Пробы, содержащие эскейп-мутанты вируса, подвергали клонированию методом предельных разведений, после чего исследовали их антигенные свойства в РТГА с панелью монАТ.
Секвенирование
РНК вируса гриппа В выделяли с помощью набора QIAamp Viral RNA MiniKit («Qiagen»). Обратную транскрипцию РНК проводили в течение 40 мин при 37°С, используя случайные гексамерные праймеры и коммерческий набор «Реверта-L» («Интерлабсервис», Россия). Для амплификации использовали полимеразу ДиаТак («Интерлабсервис», Россия). Прямое секвенирование выполняли с помощью набора BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit («Applied Biosystems», США) с применением генетического анализатора GA3130 («Applied Biosystems»).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Характеристика использованных в исследовании моноклональных антител
В целях идентификации вируснейтрализующих эпитопов в молекуле НА вирусов гриппа В ямагатской эволюционной линии нами была разработана панель из четырех монАТ к вирусу гриппа В/Флорида/04/2006: 8Н3, 8Н11, 9А3 и 10F4. Полученные монАТ специфически ингибировали РГА вирусов ямагатской линии, не обладая ни вируснейтрализующей, ни ингибиторной активностью в отношении вирусов В викторианской линии. Согласно данным анализа вестерн-блот, все монАТ связывались с субъединицей НА1 (неопубликованные данные). Благодаря высокой вируснейтрализующей активности этих монАТ, удалось получить эскейп-мутанты вируса В/Флорида/04/2006.
Селекция и характеристика антигенных свойств эскейп-мутантов
В результате селекции вируса гриппа В/Флорида/04/2006 в присутствии каждого из указанных выше монАТ получено 4 эскейп-мутанта – по одному для каждого клона монАТ. Для идентификации специфических аминокислотных замен в составе эскейпмутантов проведено секвенирование гена НА. Установлено, что все полученные эскейп-мутанты несли единичные аминокислотные замены. В эскейп-мутантах, отобранных с использованием монАТ 8Н11 и 10F4, идентифицированы соответственно аминокислотные замены His→Tyr в позиции 85 (88 – по общепринятой нумерации для H3 HA вируса гриппа A, которая далее будет указана в скобках) и Tyr→His в позиции 40 (50), которые расположены вблизи стебля НА вируса гриппа В (Рис. 1).
Эскейп-мутант, полученный под действием монАТ 8Н3, нес аминокислотную замену Asn→Lys в позиции 202 (193), которая входит в состав спирали 190 [14] и формирует антигенный сайт ВВ1 [15]. Эскейпмутант 9А3, отобранный с соответствующим монАТ, имел замену Ser242(227)→Arg. Этот аминокислотный остаток расположен в петле 240 и принимает участие в формировании рецепторсвязывающего кармана вируса гриппа типа В [16]. Пространственная трехмерная модель локализации иммунодоминантных эпитопов в молекуле НА построена нами на основе идентификации вариабельных эпитопов в составе эскейп-мутантов и опубликованных данных по кри-сталлической структуре молекулы НА вируса гриппа B/Яманаши/166/1998 (PDB ID: 4М40) [16] с использованием программы RasMol (версия 2.7.4.2).
Полученные эскейп-мутанты проанализированы в перекрестной РТГА с использованием панели монАТ (Табл. 1).Установлено, что все полученные эскейп-му-танты полностью утратили способность взаимодей-ствовать с гомологичными монАТ. Важно заметить, что эскейп-мутанты 8Н3, 8Н11 и 10F4 сохранили ро-дительский фенотип связывания с гетерологичными монАТ (Табл. 2). Вместе с тем, эскейп-мутант 9А3, кроме приобретенной устойчивости к гомологичному монАТ, потерял способность взаимодействовать с гетерологичным монАТ 8Н3. Аналогичный феномен описан в литературе [17]. Из 8 вариантов эскейп-му-тантов (V1–V8) вируса В/Осака/983/97 викторианской линии, которые были отобраны с монАТ 10В8, два, V3 и V8, с заменой Lys→Thr в позиции 203 (202 по нуме-рации НА ямагатской линии и 193 по нумерации H3 HA), потеряли способность взаимодействовать с ге-терологичным монАТ 8Е6. В то же время эскейп-му-танты М1 и М2 с заменой Pro→Ser в позиции 241 (240 по HA ямагатской линии и 225 по H3 HA), селекци-онированные с монАТ 8Е6, взаимодействовали с ге-терологичным монАТ 10В8. Авторы предположили, что аминокислотный остаток в позиции 203 (202/193) входит в состав или находится вблизи эпитопа монАТ 8Е6.
Вирусы | Титр монАТ в РТГА а | Аминокислотные замены в HA | |||
---|---|---|---|---|---|
8Н3 | 8Н11 | 9А3 | 10F4 | ||
B/Флорида/04/2006 | 20480 | 160 | 5120 | 320 | - |
Эскейп-мутант 8H3 | 20 | 80 | 2560 | 160 | 202Asn→Lys |
Эскейп-мутант 8H11 | 20480 | < 20 | 2560 | 160 | 85His→Tyr |
Эскейп-мутант 9A3 | < 20 | 80 | < 20 | 160 | 242Ser→Arg |
Эскейп-мутант 10F4 | 20480 | 160 | 2560 | < 20 | 40Tyr→His |
Представленные значения – максимальное разведение монАТ, при котором еще наблюдается ингибирование РГА.
Рецепторсвязывающая специфичность эскейпмутантов
Недавно показано, что штаммы вирусов гриппа В ямагатской линии взаимодействуют преимущественно с SAα2-6Gal-содержащими углеводными цепями, тогда как викторианские изоляты узнают оба типа сиалозидов [11]. С целью исследовать влияние отдельных аминокислотных остатков HA на рецепторсвязывающую специфичность вируса мы проанализировали относительную активность полученных эскейп-мутантов по отношению к эритроцитам различных видов животных (Табл. 2). Известно, что структуры сиалированных олигосахаридных цепей, экспрессированных на поверхности эритроцитов кур, морских свинок и лошадей, отличаются, прежде всего, по типу связи между остатком SA и Gal [18].
Вирус | Титр РГА | Аминокислотные замены в HA | ||
---|---|---|---|---|
Куриные эритроциты а | Эритроциты морской свинки б | Эритроциты лошади в | ||
В/Флорида/04/2006 | 128 | 128 | ≤ 2 | - |
Эскейп-мутант 8Н3 | 128 | 64 | 64 | 202Asn→Lys |
Эскейп-мутант 8Н11 | 128 | 128 | < 2 | 85His→Tyr |
Эскейп-мутант 9А3 | 128 | 64 | 8–16 | 242Ser→Arg |
Эскейп-мутант 10F4 | 64 | 64 | < 2 | 40Tyr→His |
Углеводные цепи терминированы как SAα2-3Gal, так и SAα2-6Gal.
Углеводные цепи преимущественно терминированы SAα2-6Gal.
Преобладают SAα2-3Gal-цепи.
Как видно из Табл. 2, вирус дикого типа В/Фло-рида/04/2006 практически не взаимодействует с эритроцитами лошади, в отличие от эритроцитов морской свинки и кур, что позволяет предполагать преимущественное связывание этого штамма с α2,6-сиалированными цепями. Аналогичным образом вели себя эскейп-мутанты 8Н11 (85His→Tyr) и 10F4 (40Tyr→His). Однако мутант 8Н3, с заменой 202Asn→Lys, приобрел способность активно взаи-модействовать с эритроцитами лошади, на которых экспрессированы преимущественно SAα2-3Gal-терминированные олигосахариды. Ранее показано [19], что большинство аминокислотных остатков, окру-жающих рецепторсвязывающий карман НА вируса гриппа В, идентичны у штаммов ямагатской и викто-рианской эволюционных линий, за исключением не-скольких позиций: 163, 198, 202 и 203 (нумерация для вирусов гриппа викторианской линии); при этом по-тенциальный сайт N-гликозилирования при Asn163 отсутствует в НА вирусов ямагатской разновидности. Кроме того, отрицательно заряженный Glu198, ней-тральный Ala202 и положительно заряженный остаток Lys203 у вирусов викторианской линии, расположенные в спирали 190, заменены соответственно на остатки Lys197, Lys201 и Asn202 у вирусов ямагатской линии. Предполагается, что эти четыре аминокислотных остатка могут играть важную роль в специфичности узнавания сиалированных цепей [11]. Как видно из Табл. 2, замена Asn на Lys в позиции 202 (203 для НА викторианской линии) повлияла на рецепторсвязывающие свойства HA, по-видимому, расширив репертуар рецепторов. Так, в отличие от вируса дикого типа, эскейп-мутант 8H3 связывается с эритроцитами лошади (преимущественно α2-3-сиалированные цепи), сохранив при этом родительский фенотип агглютинации эритроцитов морской свинки (преимущественно α2-6-сиалированные цепи). Необходимо отметить, что и дикий тип В/Флорида/04/2006, и все эскейп-мутанты в положениях 197 (198 викторианской линии) и 201 (202 викторианской линии) содержат характерные для штаммов ямагатской линии остатки Lys. Ранее показано, что штамм ямагатской линии В/Виктория/504/2000, рецепторами которого служат олигосахариды, терминированные SAα2-6Gal, при адаптации к росту в куриных эмбрионах приобретал замены 141Gly→Glu, 162Arg→Met и 196Asp→Tyr. В результате рецепторная специфичность HA адаптированного вируса изменилась – в репертуар его рецепторов вошли и SAα2-3Gal-содержащие олигосахариды [7]. Анализ последовательности НА вируса В/Флорида/04/2006 и всех эскейп-мутантов показал, что в этих положениях никаких изменений не произошло и все полученные эскейп-мутанты несли Gly141, Arg162 и Asp196, так же как и дикий тип вируса, использованный для селекции. Кроме того, мы установили, что ни штамм дикого типа В/Флорида/04/2006, ни какой-либо из полученных эскейп-мутантов не имели замены в позиции 95 (Phe), которая играет важную роль в формировании рецепторсвязывающего кармана и обусловливает более низкую, по сравнению с вирусом гриппа А (Tyr98), аффинность вируса гриппа B к рецепторам [20].
Еще один эскейп-мутант, 9А3, так же как и 8Н3, приобрел способность взаимодействовать с эритроцитами лошади. Эскейп-мутант 9А3 несет аминокислотную замену 242(227)Ser→Arg в составе петли 240. Петля 240 и спираль 190 расположены на удаленном от мембраны участке молекулы НА и фор-мируют вершину и левую кромку рецепторсвязываю-щего кармана НА вирусов гриппа В. Переориентация боковых цепей в петле 240 может сильно изменять антигенные свойства этого региона [16]. Между остатками Ser 242(227) и Рro 240(225) существует во-дородная связь, и, вероятно, замена Ser на Arg в по-ложении 242 приводит к ее нарушению, что влияет не только на антигенные, но и на рецепторсвязывающие свойства НА. Тот факт, что эскейп-мутант 9А3 потерял способность взаимодействовать с монАТ 8Н3, также подтверждает предположение о взаимном влиянии аминокислотных остатков, входящих в петлю 240 и спираль 190.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного исследования показано, что аминокислотные замены в молекуле НА, появившиеся вследствие ускользания вируса гриппа B/Флорида/04/2006 от нейтрализующего действия монАТ 8Н3, 8Н11, 9А3 или 10F4, не только влияют на антигенные свойства, но и могут изменять рецепторную специфичность вируса. Так, появление Lys в позиции 202 (вместо Asn) молекулы НА, по-видимому, расши-ряет спектр узнаваемых вирусом рецепторов – кроме эритроцитов, в гликом которых входят преимущественно SAα2-6Gal-звенья (морской свинки), появляется взаимодействие и с эритроцитами, на поверхности которых экспрессированы главным образом SAα2-3Gal-цепи. Аминокислотный остаток в позиции 242 (замена Ser на Arg) также может влиять на репертуар рецепторов вируса гриппа B/Флорида/04/2006.
Необходимо подчеркнуть, что очень важно осу-ществлять мониторинг рецепторсвязывающих ха-рактеристик циркулирующих и вновь появляющихся штаммов вирусов гриппа как А, так и В, поскольку структура рецепторов вируса определяет его тканевой тропизм, а значит, и вирулентный фенотип [5, 6]. Так, уже показано, что пациенты, инфицированные штаммами вируса гриппа В, которые связываются не только с SAα2-6Gal-звеньями, но и с сиалозидами «птичьего» типа (SAα2-3Gal), более склонны к развитию бронхопневмонии и чаще имели симптомы поражения желудочно-кишечного тракта [11]. В целом, знание механизмов взаимодействия вирусов гриппа с хозяйской клеткой, которое напрямую связано с рецепторсвязывающими свойствами НА, дает ключ к пониманию тенденций в эволюции вируса, обусловленной изменением антигенных характеристик.