自己組織化ナノ粒子免疫原にウイルス三量体抗原を組み込むための多目的プラットフォーム

A Versatile Platform to Incorporate Viral Trimeric Antigens into Self-Assembling Nanoparticle Immunogens.

• Baoshan Zhang
• Cara W Chao
• Yaroslav Tsybovsky
• Adam S Olia
• Guillaume Stewart-Jones
• Raffaello Verardi
• Shuishu Wang
• Tongqing Zhou
• Peter D Kwong

抄録

自己組織化ナノ粒子上に表示された抗原は、強力な免疫応答を刺激することができ、構造に基づいたワクチンでますます重要な役割を果たしている。しかし、このような免疫原の開発は、特にウイルスワクチンの標的として広く普及している準安定なグリコシル化三量体タイプ1の融合機では、その生産の非効率性によって複雑になる可能性があります。この問題を軽減するために、我々はSpyTag:SpyCatcherシステムの自発的なアイソペプチド結合形成を使用して、60サブユニットのルーマジン合成酵素（LuS）と24サブユニットのフェリチンを含む自己組織化ナノ粒子上に三量体抗原を表示するためのプラグアンドプレイプラットフォームを開発しました。LuSとフェリチンはSpyTagに結合しており、連結した糖鎖をナノ粒子表面に添加した場合、哺乳類の発現系で良好に発現した。呼吸器同期ウイルス融合（F）糖タンパク質三量体 - 多重ジスルフィドによってプレフュージョンコンフォメーションで安定化され、SpyCatcherと融合された - 効率的にLuS-SpyTagまたはフェリチン-SpyTagに結合させることができ、プレフュージョン抗原性を持つF三量体の多価表示を可能にします。同様に、ヒトパラインフルエンザウイルス3型からのF糖タンパク質三量体およびSARS-CoV-2からのスパイク糖タンパク質三量体は、適切な収率および抗原性でLuSナノ粒子上に表示することができました。このように、ここに記載されている汎用性の高いプラットフォームは、最近同定されたSARS-CoV-2を含む、ウイルス性呼吸器病原体からの三量体抗原の自己組織化ナノ粒子上での多価プラグアンドプレイ表示を可能にします。

Antigens displayed on self-assembling nanoparticles can stimulate strong immune responses and have been playing an increasingly prominent role in structure-based vaccines. However, the development of such immunogens may be complicated by inefficiencies in their production, especially with the metastable glycosylated trimeric type 1 fusion machines that are prevalent viral vaccine targets. To alleviate this issue, we developed a plug-and-play platform using the spontaneous isopeptide-bond formation of the SpyTag:SpyCatcher system to display trimeric antigens on self-assembling nanoparticles, including the 60-subunit lumazine synthase (LuS) and the 24-subunit ferritin. LuS and ferritin coupled to SpyTag expressed well in a mammalian expression system when an linked glycan was added to the nanoparticle surface. Respiratory syncytial virus fusion (F) glycoprotein trimer - stabilized in the prefusion conformation by multiple disulfides and fused with SpyCatcher - could be efficiently conjugated to LuS-SpyTag or to ferritin-SpyTag, enabling multivalent display of F trimers with prefusion antigenicity. Similarly, F-glycoprotein trimers from human parainfluenza virus-type 3 and spike-glycoprotein trimers from SARS-CoV-2 could be displayed on LuS nanoparticles with decent yield and antigenicity. The versatile platform described here thus allows for multivalent plug-and-play presentation on self-assembling nanoparticles of trimeric antigens from viral respiratory pathogens, including the recently identified SARS-CoV-2.