Вирусоподобные частицы

Вирусоподобные частицы (VLP, от Virus-Like Particle) — молекуляные комплексы, похожие на вирусы, но не способные к инфицированию, поскольку не содержат вирусного генома. VLP могут формироваться естественным путём или синтезироваться посредством индивидуальной экспрессии вирусных структурных белков, которые в ходе самосборки образуют вирусоподобную структуру[1][2][3][4]. Комбинации структурных белков капсида из разных вирусов можно использовать для создания рекомбинантных VLP.

Описание

Впервые VLP, происходящие от вируса гепатита B (HBV) и состоящие из небольшого поверхностного антигена HBsAg, были описаны в 1968 году на основе сывороток пациентов[5]. VLP были получены из компонентов самых разных семейств вирусов, включая Parvoviridae (например, аденоассоциированный вирус), Retroviridae (например, ВИЧ), Flaviviridae (например, вирус гепатита C), Paramyxoviridae (например, генипавирусы) и бактериофаги (например, Qβ, AP205)[1]. VLP могут быть получены в различных системах культур клеток, включая культуры бактерии, линии клеток млекопитающих, линии клеток насекомых, дрожжевые и растительные клетки[6][7].

К VLP могут также относиться структуры, продуцируемым некоторыми ретротранспозонами LTR (относящимися к Ortervirales) в природе. Это дефектные незрелые вирионы, иногда содержащие генетический материал, которые, как правило, неинфекционны из-за отсутствия функциональной вирусной оболочки[8][9]. Кроме того, осы продуцируют полиднавирусные векторы с патогенными генами (но не коровыми вирусными генами) или агенные VLP, чтобы помочь контролировать своего хозяина[10][11].

Использование

В биотехнологии VLP являются потенциальной платформой или системой доставки генов или других терапевтических средств[12]. Было показано, что эти агенты доставки лекарств эффективно воздействуют на раковые клетки in vitro[13]. Предполагается, что VLP могут накапливаться в участках опухоли из-за повышенной проницаемости и удерживающего эффекта, что может быть полезно для доставки лекарств или визуализации опухоли[14].

В вакцинах
Основная статья: Вакцина § Субъединичные_вакцины

Вирусоподобные частицы могут применяться в качестве вакцин. Они содержат конформационные вирусные эпитопы, способные вызывать сильный Т- и В-клеточный иммунный ответ[15]. Небольшой радиус частиц, примерно 20-200 нм, обеспечивает эффективную доставку в лимфатические узлы. Поскольку вирусоподобные частицы не могут реплицироваться, они представляют собой более безопасную альтернативу аттенуированным вирусам. Вирусоподобные частицы исползуются в производстве одобренных FDA и доступных на рынке вакцин против гепатита B и вируса папилломы человека.

К вакцинам против вируса папилломы человека на основе вирусоподобных частиц относятся Церварикс производства компании GlaxoSmithKline, а также Гардасил и Гардасил-9 производства компании Merck & Co. Гардасил состоит из рекомбинантных вирусоподобных частиц, собранных из L1 белков вируса папилломы человека типов 6, 11, 16 и 18, экспрессированых в дрожжах. Вакцина также содержит сульфат гидроксифосфата алюминия в качестве адъюванта. Гардасил-9, в дополнение к перечисленным эпитопам L1, также содержит L1 эпитопы 31, 33, 45, 52 и 58. Церварикс, в свою очередь, состоит из рекомбинантных вирусоподобных частиц, собранных из белков L1 вируса папилломы человека типов 16 и 18, экспрессированных в клетках насекомых, и дополнен 3-О-десацил-4-монофосфориллипидом (MPL) A и гидроксидом алюминия[16].

Первая вакцина против малярии на основе вирусоподобных частиц, Mosquirix (RTS,S), одобрена регулирующими органами ЕС. Частицы производятся в клетках дрожжей. RTS,S представляет собой часть белка циркумспорозоита Plasmodium falciparum, соединенного с поверхностным антигеном гепатита В (RTS), в сочетании с поверхностным антигеном гепатита В (S) и с адъювантом AS01 (состоит из (MPL)A и сапонина).

Производство подобной вакцины может начаться сразу после секвенирования штамма вируса и может занять всего 12 недель по сравнению с 9 месяцами для традиционных вакцин. Вакцины против гриппа на основе вирусоподобных частиц в ранних клинических испытаниях предположительно обеспечивали полную защиту как от вируса гриппа A подтипа H5N1, так и от гриппа, вызвавшего пандемию 1918 года[17]. Собственные вакцины против гриппа на основе вирусоподобных частиц испытывали компании Novavax и Medicago Inc[18][19]. Novavax испытывает вакцину на основе вирусоподобных частиц против COVID-19[20].

Вирусоподобные частицы использовались для разработки вакцины-кандидата против вируса чикунгуньи, проходящей доклинические испытания[21].

В биологии

Вирусоподобные частицы были разработаны как метод изучения интегральных мембранных белков[22]. VLP представляют собой стабильные, гомогенные частицы с высокой степенью очистки. Они могут быть сконструированы таким образом, чтобы содержать высокие концентрации определённого мембранного белка, находящегося в нативной конформации. Интегральные мембранные белки участвуют во множестве биологических функций. Они являются мишенями около 50% существующих терапевтических препаратов. Однако из-за их гидрофобных доменов мембранные белки трудно изучать вне живых клеток. VLP могут включать в себя широкий спектр структурно неповреждённых мембранных белков, включая рецепторы, связанные с G-белками (GPCR), ионные каналы и вирусные оболочки. VLP обеспечивают платформу для множества приложений, включая скрининг антител, производство иммуногенов и анализы связывания лигандов[23] [24].

Сборка VLP

Понимание самосборки VLP изначально основывалось на сборке собственно вирусов, что рационально, если сборка VLP происходит внутри клетки-хозяина (in vivo), процесс которой был обнаружен in vitro с самого начала исследования сборки вирусов[25]. Известно, что сборка VLP in vitro конкурирует с агрегацией[26], в то время как внутри клетки существуют определённые механизмы, предотвращающие образование агрегатов во время сборки[27].

Примечания
  1. Zeltins A (January 2013). “Construction and characterization of virus-like particles: a review”. Molecular Biotechnology. 53 (1): 92—107. DOI:10.1007/s12033-012-9598-4. PMC 7090963. PMID 23001867.
  2. Buonaguro L, Tagliamonte M, Tornesello ML, Buonaguro FM (November 2011). “Developments in virus-like particle-based vaccines for infectious diseases and cancer”. Expert Review of Vaccines. 10 (11): 1569—83. DOI:10.1586/erv.11.135. PMID 22043956.
  3. NCI Dictionary of Cancer Terms (англ.). National Cancer Institute (2 февраля 2011). Дата обращения: 19 апреля 2019.
  4. Mohsen MO, Gomes AC, Vogel M, Bachmann MF (July 2018). “Interaction of Viral Capsid-Derived Virus-Like Particles (VLPs) with the Innate Immune System”. Vaccines. 6 (3): 37. DOI:10.3390/vaccines6030037. PMC 6161069. PMID 30004398.
  5. Bayer ME, Blumberg BS, Werner B (June 1968). “Particles associated with Australia antigen in the sera of patients with leukaemia, Down's Syndrome and hepatitis”. Nature. 218 (5146): 1057—9. Bibcode:1968Natur.218.1057B. DOI:10.1038/2181057a0. PMID 4231935.
  6. Santi L, Huang Z, Mason H (September 2006). “Virus-like particles production in green plants”. Methods. 40 (1): 66—76. DOI:10.1016/j.ymeth.2006.05.020. PMC 2677071. PMID 16997715.
  7. Huang X, Wang X, Zhang J, Xia N, Zhao Q (2017-02-09). “Escherichia coli-derived virus-like particles in vaccine development”. NPJ Vaccines. 2 (1): 3. DOI:10.1038/s41541-017-0006-8. PMC 5627247. PMID 29263864.
  8. Beliakova-Bethell N, Beckham C, Giddings TH, Winey M, Parker R, Sandmeyer S (January 2006). “Virus-like particles of the Ty3 retrotransposon assemble in association with P-body components”. RNA. 12 (1): 94—101. DOI:10.1261/rna.2264806. PMC 1370889. PMID 16373495.
  9. Purzycka KJ, Legiewicz M, Matsuda E, Eizentstat LD, Lusvarghi S, Saha A, et al. (January 2013). “Exploring Ty1 retrotransposon RNA structure within virus-like particles”. Nucleic Acids Research. 41 (1): 463—73. DOI:10.1093/nar/gks983. PMC 3592414. PMID 23093595.
  10. Burke, Gaelen R.; Strand, Michael R. (2012-01-31). “Polydnaviruses of Parasitic Wasps: Domestication of Viruses To Act as Gene Delivery Vectors”. Insects [англ.]. 3 (1): 91—119. DOI:10.3390/insects3010091. PMC 4553618. PMID 26467950.
  11. Leobold, Matthieu; Bézier, Annie; Pichon, Apolline; Herniou, Elisabeth A; Volkoff, Anne-Nathalie; Drezen, Jean-Michel; Abergel, Chantal (July 2018). “The Domestication of a Large DNA Virus by the Wasp Venturia canescens Involves Targeted Genome Reduction through Pseudogenization”. Genome Biology and Evolution. 10 (7): 1745—1764. DOI:10.1093/gbe/evy127. PMC 6054256. PMID 29931159.
  12. Petry H, Goldmann C, Ast O, Lüke W (October 2003). “The use of virus-like particles for gene transfer”. Current Opinion in Molecular Therapeutics. 5 (5): 524—8. PMID 14601522.
  13. Galaway, F. A. & Stockley, P. G. MS2 viruslike particles: A robust, semisynthetic targeted drug delivery platform. Mol. Pharm. 10, 59-68 (2013).
  14. Kovacs, E. W. et al. Dual-surface-modified bacteriophage MS2 as an ideal scaffold for a viral capsid-based drug delivery system. Bioconjug. Chem. 18, 1140—1147 (2007).
  15. Wataru Akahata, Zhi-yong Yang, Hanne Andersen, Siyang Sun, Heather A. Holdaway. A VLP vaccine for epidemic Chikungunya virus protects non-human primates against infection // Nature medicine. — 2010-3. — Т. 16, вып. 3. — С. 334–338. — ISSN 1078-8956. — doi:10.1038/nm.2105.
  16. Xiao Zhang, Lu Xin, Shaowei Li, Mujin Fang, Jun Zhang. Lessons learned from successful human vaccines: Delineating key epitopes by dissecting the capsid proteins // Human Vaccines & Immunotherapeutics. — 2015-03-09. — Т. 11, вып. 5. — С. 1277–1292. — ISSN 2164-5515. — doi:10.1080/21645515.2015.1016675.
  17. Lucy A. Perrone, Attiya Ahmad, Vic Veguilla, Xiuhua Lu, Gale Smith. Intranasal Vaccination with 1918 Influenza Virus-Like Particles Protects Mice and Ferrets from Lethal 1918 and H5N1 Influenza Virus Challenge // Journal of Virology. — 2009-6. — Т. 83, вып. 11. — С. 5726–5734. — ISSN 0022-538X. — doi:10.1128/JVI.00207-09.
  18. PRIME® Continuing Medical Education (англ.). primeinc.org. Дата обращения: 18 февраля 2022.
  19. Nathalie Landry, Brian J. Ward, Sonia Trépanier, Emanuele Montomoli, Michèle Dargis. Preclinical and Clinical Development of Plant-Made Virus-Like Particle Vaccine against Avian H5N1 Influenza // PLoS ONE. — 2010-12-22. — Т. 5, вып. 12. — С. e15559. — ISSN 1932-6203. — doi:10.1371/journal.pone.0015559.
  20. Leroy Leo. Hope to launch Covovax by September, says Serum Institute CEO (англ.). mint (27 марта 2021). Дата обращения: 18 февраля 2022.
  21. Wataru Akahata, Zhi-yong Yang, Hanne Andersen, Siyang Sun, Heather A. Holdaway. A VLP vaccine for epidemic Chikungunya virus protects non-human primates against infection (англ.) // Nature medicine. — 2010-03. — Vol. 16, iss. 3. — P. 334. — doi:10.1038/nm.2105.
  22. Integral Molecular (недоступная ссылка). Дата обращения: 30 апреля 2010. Архивировано 31 июля 2009 года.
  23. Willis S, Davidoff C, Schilling J, Wanless A, Doranz BJ, Rucker J (July 2008). “Virus-like particles as quantitative probes of membrane protein interactions”. Biochemistry. 47 (27): 6988—90. DOI:10.1021/bi800540b. PMC 2741162. PMID 18553929.
  24. Jones JW, Greene TA, Grygon CA, Doranz BJ, Brown MP (June 2008). “Cell-free assay of G-protein-coupled receptors using fluorescence polarization”. Journal of Biomolecular Screening. 13 (5): 424—9. DOI:10.1177/1087057108318332. PMID 18567842.
  25. Adolph KW, Butler PJ (November 1976). “Assembly of a spherical plant virus”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 276 (943): 113—22. Bibcode:1976RSPTB.276..113A. DOI:10.1098/rstb.1976.0102. PMID 13422.
  26. Ding Y, Chuan YP, He L, Middelberg AP (October 2010). “Modeling the competition between aggregation and self-assembly during virus-like particle processing”. Biotechnology and Bioengineering. 107 (3): 550—60. DOI:10.1002/bit.22821. PMID 20521301.
  27. Chromy LR, Pipas JM, Garcea RL (September 2003). “Chaperone-mediated in vitro assembly of Polyomavirus capsids”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (18): 10477—82. Bibcode:2003PNAS..10010477C. DOI:10.1073/pnas.1832245100. PMC 193586. PMID 12928495.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.