Dans une étude récente publiée dans Rapports scientifiquesun groupe de chercheurs a conçu et évalué un vaccin multiépitopique ciblant la principale protéine de la membrane externe (MOMP) de Chlamydia pneumoniae (C. pneumoniae; Cpn) utilisant l’immunoinformatique.
Ils ont évalué l’interaction du vaccin avec les récepteurs immunitaires et l’ont exprimé in silico sur un vecteur baculovirus pour une protection potentielle contre les infections à Cpn.
Arrière-plan
La chlamydia est une classe de micro-organismes procaryotes avec des stades de vie distincts qui, en particulier l’espèce Cpn, affectent la santé humaine en provoquant des problèmes respiratoires ou neurologiques.
Malgré la résistance croissante aux macrolides comme traitement, il n’existe pas de vaccin efficace contre le Cpn. Cependant, le MOMP se montre prometteur en raison de ses propriétés immunogènes, et la structure extracellulaire de l’antigène 4 associé aux lymphocytes T cytotoxiques (CTLA-4) pourrait potentiellement améliorer la réponse vaccinale.
Malgré les progrès réalisés dans la compréhension de la pathogenèse du Cpn et les premiers développements de vaccins, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour approfondir les stratégies vaccinales multi-épitopes, évaluer la résistance aux traitements existants et comprendre les interactions avec les récepteurs immunitaires humains pour une protection complète contre les infections par le Cpn.
À propos de l’étude
Les séquences protéomiques de Cpn proviennent d’UniProt, tandis que la séquence d’acides aminés CTLA-4 humaine provient du National Center for Biotechnology Information (NCBI).
Le serveur SignalP 6.0 a été utilisé pour prédire le peptide signal de la principale protéine de la membrane externe, tandis que la structure extracellulaire de CTLA-4 a été analysée à l’aide de DeepTMHMM.
Pour la prédiction des épitopes, les outils BCPREDS et ABCpred ont été utilisés pour MOMP, avec des paramètres spécifiques appliqués pour la longueur et les résultats de l’épitope. Les logiciels en ligne NetNHCIIpan et SYFPEITHI ont aidé à prédire les épitopes des lymphocytes T auxiliaires (HTL) à partir de protéines sélectionnées.
EpiJen et NetCTLpan ont été utilisés pour prédire l’épitope des lymphocytes T cytotoxiques (CTL), tandis qu’ElliPro a été utilisé pour la prédiction de l’épitope conformationnel.
Pour la conception du vaccin, les épitopes dominants ont été liés à l’aide d’Alanine-Tyrosine-Tyrosine
(AYY) et Lysine-Lysine (KK). La structure extracellulaire CTLA-4 était attachée à l’épitope cellulaire avec un lieur acide glutamique-alanine-alanine-lysine (EAKK). Des outils tels que ProtParam et VaxiJen ont évalué les propriétés du vaccin.
La structure secondaire des protéines a été prédite à l’aide du serveur Prabi et la structure tertiaire du vaccin a été modélisée avec trRosetta, puis affinée à l’aide de GalaxyRefine. L’amarrage moléculaire a été réalisé avec le serveur Web LZerD.
Des simulations de dynamique moléculaire ont été exécutées à l’aide de GROMACS 2021.5. Dans la simulation de dynamique moléculaire, une analyse en composantes principales (ACP) a été réalisée pour déterminer la direction et l’ampleur du mouvement à l’aide de vecteurs propres et de valeurs propres, respectivement.
À l’aide de Gromacs 2021.5, cette PCA a été appliquée à des complexes formés par des vaccins multi-épitopes avec Toll-Like Receptor-2 (TLR-2) et TLR-4, B7-1, B7-2, projetant les résultats sur deux dimensions.
Enfin, pour le clonage in silico, la traduction inverse des séquences vaccinales a utilisé SMS2 Nanjing Tate Sacrament Mirror et la séquence optimisée a été intégrée dans le vecteur pFastBac1 à l’aide de l’outil SnapGene.
Résultats de l’étude
Les chercheurs ont obtenu les séquences d’acides aminés des protéines MOMP et CTLA-4 à partir de la base de données NCBI. À l’aide du logiciel SignalP 6.0 Server, ils ont découvert que la protéine MOMP présentait un peptide signal entre les acides aminés 23 et 24, indiquant une sécrétion potentielle vers différentes cellules. De plus, l’analyse à l’aide du logiciel DeepTMHMM-2.0 a indiqué que le domaine structurel extracellulaire du CTLA-4 humain couvrait les acides aminés 38 à 165.
Pour renforcer la précision des prédictions, BCPREDS et ABCpred ont été utilisés pour anticiper les épitopes linéaires des cellules B de la protéine MOMP, ce qui a permis de discerner quatre de ces épitopes. Les épitopes CTL et T de la protéine MOMP ont ensuite été prédits à l’aide de divers logiciels, et les séquences sélectionnées ont été mises en évidence comme épitopes dominants.
Dans la quête pour concevoir un vaccin multi-épitope, l’équipe a capitalisé sur les propriétés connues de renforcement immunitaire de la structure extracellulaire du CTLA-4. En combinant cela avec les épitopes MOMP dominants précédemment identifiés, un modèle de vaccin a été développé.
Ce vaccin, décomposé en quatre composants clés, était relié via des liens spécifiques pour garantir stabilité et efficacité. L’analyse des propriétés biochimiques à l’aide de ProtParam a indiqué que le vaccin formulé, comprenant 289 acides aminés, était à la fois stable et approprié pour le développement. De plus, l’antigénicité du vaccin a été confirmée et son caractère non allergène a été établi.
La structure secondaire du vaccin, comme prédit par le serveur Prabi, a révélé des pourcentages spécifiques d’hélices alpha, de brins étendus, de tours bêta et de spirales aléatoires. La structure tertiaire du vaccin a été établie à l’aide du logiciel en ligne Yanglab, et des améliorations ultérieures ont été apportées à l’aide du logiciel GalaxyRefine.
Pour garantir l’exactitude de la structure tertiaire du vaccin, des processus de validation ont été menés à l’aide des logiciels en ligne ProSA-Web et SWISS-MODEL. Les deux processus de validation ont présenté des résultats favorables.
L’amarrage moléculaire du vaccin à des récepteurs spécifiques a été réalisé à l’aide du serveur Web LZerD. Après l’amarrage, des simulations de dynamique moléculaire à l’aide de Gromacs 2021.5 ont été menées sur les vaccins construits pour comprendre leur stabilité lors de l’interaction avec certaines protéines. Les résultats de ces simulations ont confirmé la stabilité et la flexibilité des complexes vaccinaux avec des protéines ciblées.
L’ACP a ensuite été réalisée à l’aide de GROMACS 2021.5 pour vérifier les différences conformationnelles entre les complexes vaccinaux. Notamment, le système TLR-4 présentait une plage de premier composant principal (PC1) plus large, ce qui suggère qu’il avait une stabilité comparativement plus faible.
Enfin, pour le clonage in silico, le logiciel SMS2 Nanjing Tide BioMirror a été utilisé pour la traduction inverse des structures du vaccin. Après optimisation des codons, la séquence génique proposée a été intégrée dans le vecteur pFastBac1 à l’aide du logiciel SnapGene.
L’analyse suggère que cette construction vaccinale devrait s’exprimer efficacement au sein du vecteur pFastBac1.
