シゲラ症の原因菌であるシゲラ・フレックスネリに対して、オートトランスポーターとHSPをベースとしたワクチン候補のインシリコ設計を行った

In silico design of a vaccine candidate based on autotransporters and HSP against the causal agent of shigellosis, Shigella flexneri.

• Yrvin León
• Lionel Zapata
• Alexis Salas-Burgos
• Angel Oñate

抄録

シゲラ症は下痢性疾患であり、特に小児、高齢者、免疫不全患者を中心に毎年高い死亡率を示しています。近年、抗生物質治療に対する耐性菌が増加しており、世界保健機関（WHO）では、シゲラ症の最も一般的な原因菌であるシゲラ・フレックスネリに対する安全なワクチンの開発を優先的に行っています。この病原体は、SigA、Pic、Sapなどのオートトランスポーター蛋白質を用いて病原性を高めており、その中には免疫原性の高い蛋白質として記載されているものもある。本研究では、S. flexneriに対する免疫を誘導するために、病原体島SHI-1上にコードされた自己輸送タンパク質の3つの乗用ドメインに、免疫インフォマティクス解析を用いて、ワクチン候補として最も抗原性の高いエピトープを同定した。エピトープの同定は、Bepipred, Bcepred, nHLAPRED, NetMHCII, Rankepp, IEDBなどの各種サーバーを用いて行い、最終的にはVaxiJenサーバーを用いて抗原性に基づいて選択した。さらに、免疫力を高めるために、Toll様受容体2（TLR2）アゴニストとしてGroELアジュバントを最終コンストラクトに添加した。一方、三次構造を予測するために、I-TASSER サーバーを用い、ProSA-web ソフトウェアと Ramachandran プロットを用いて、最適なモデルを構造的に検証した。その後、モデルを改良し、TLR2とのドッキングや分子動力学解析に使用したところ、適切で安定な相互作用が確認された。以上の結果から、適切な物理化学的特性を有するB細胞およびT細胞エピトープを含むサブユニットワクチンの候補が設計された。このマルチエピトープワクチンは、強力な体液性および細胞性免疫応答を誘発し、S. flexneriに対する防御免疫を獲得することが期待される。

Shigellosis is a diarrheal disease that causes high mortality every year, especially in children, elderly and immunocompromised patients. Recently, resistance strains to antibiotic therapy are in the rise and the World Health Organization prioritizes the development of a safe vaccine against the most common causal agent of shigellosis, Shigella flexneri. This pathogen uses autotransporter proteins such as SigA, Pic and Sap to increase virulence and some of them have been described as highly immunogenic proteins. In this study, we used immune-informatics analysis to identify the most antigenic epitope as a vaccine candidate on three passenger domains of auto-transporter proteins encoded on the pathogenic island SHI-1, to induce immunity against S. flexneri. Epitope identification was done using various servers such as Bepipred, Bcepred, nHLAPRED, NetMHCII, Rankpep and IEDB and the final selection was done based on its antigenicity using the VaxiJen server. Moreover, to enhance immunity, the GroEL adjuvant was added to the final construct as a Toll-like receptor 2 (TLR2) agonist. On the other hand, to predict the tertiary structure, the I-TASSER server was used, and the best model was structurally validated using the ProSA-web software and the Ramachandran plot. Subsequently, the model was refined and used for docking and molecular dynamics analyses with TLR2, which demonstrated an appropriate and stable interaction. In summary, a potential subunit vaccine candidate, that contains B and T cell epitopes with proper physicochemical properties was designed. This multiepitope vaccine is expected to elicit robust humoral and cellular immune responses and vest protective immunity against S. flexneri.

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