$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Jako pierwszą odpowiedź na niedawne pojawienie się nowego szczepu wirusa grypy H7N9 w Chinach, nabyliśmy plazmidy przenoszące sekwencje genomowe dla genów hemaglutyniny (HA) i neuraminidazy (NA) pierwszych dwóch izolatów. Korzystając z tych plazmidów, byliśmy w stanie szybko skonstruować wektory ekspresyjne bakulowirusa do produkcji rekombinowanego HA i NA w komórkach owadów. Ten system odciągania pokarmu jest dobrze przyjęty w naszym laboratorium i okazał się kluczowy dla wielu naszych trwających projektów badawczych1-8. Komórki owadów są w stanie prawidłowo fałdować i modyfikować złożone białka po translacji. Modyfikacje te obejmują glikozylację sprzężoną z N, która jest ważna dla wielu glikoprotein wirusowych. W związku z tym nie jest zaskakujące, że system bakulowirusa jest dość dobrze przystosowany do ekspresji antygenów powierzchniowych wirusa grypy. W rzeczywistości wiele struktur krystalicznych HA i NA zostało rozwiązanych przy użyciu białek9-11 eksprymowanych w komórkach owadów. Kolejną zaletą systemu jest niezawodna wysoka wydajność białka do 30 mg hodowli komórkowej HA/L (w oparciu o nasze doświadczenie z ponad 50 różnymi białkami HA) - konsekwencja ekspresji silnego promotora poliedryny sterowanej infekcją wirusem.
Usunięcie transbłony i endodomeny białek HA i NA pozwala na ekspresję sekretnych, rozpuszczalnych wersji białek, a tym samym znacznie ułatwia proces oczyszczania. Ponadto te ektodomeny są znakowane heksahistydyną i dlatego można je oczyścić za pomocą chromatografii powinowactwa przy użyciu żywicy Ni2+. Domeny transbłonowe białek HA i NA przyczyniają się odpowiednio do tworzenia homotrimerów i homotetramerów. Aby zachować te oligomeryzacje, dodajemy C-końcową domenę trimeryzacji do HA- i N-końcową domenę tetrameryzacji do konstruktów NA (Rysunek 1). Wykazaliśmy niezbicie, że taka domena trimeryzacji stabilizuje funkcjonalne, konserwatywne epitopy konformacyjne na domenie łodygi HA1. Prawidłowa tetrameryzacja NA może również przyczyniać się do prawidłowego fałdowania i funkcji NA10. Sekwencje i wektory bakulotransferowe zawierające domeny trimeryzacji lub tetrameryzacji można uzyskać u autorów lub w innych laboratoriach w tej dziedzinie ,9,10,12.
Inną ważną kwestią dla ekspresji wydzielanych białek w komórkach owadów jest wybór właściwej linii komórkowej. Podczas gdy komórki Sf9 pochodzące z Spodoptera frugiperda bardzo dobrze wspierają replikację bakulowirusa i są zwykle wykorzystywane do ratowania i rozmnażania wirusów, mają ograniczoną zdolność do wydzielania dużych ilości białka. Komórki BTI-TN-5B1-4 pochodzące z Trichoplusia ni (powszechnie znane jako High Five) mają wyższą zdolność wydzielania i są linią komórkową z wyboru do ekspresji w tym protokole13,14. Ponadto pomocne jest zmniejszenie lub nawet usunięcie płodowej surowicy bydlęcej (FBS) z kultur ekspresyjnych. W związku z tym używamy pożywek o obniżonej (3%) zawartości FBS do hodowli zapasów roboczych wirusa, a ekspresję białka przeprowadzamy w pożywkach wolnych od surowicy.
Rekombinowane białka HA i NA są używane w wielu technikach immunologicznych. Być może najczęstszym z nich są testy ELISA do pomiaru konwersji surowicy po szczepieniu u ludzi lub zwierząt4,6,7,15. HA i NA są również stosowane w testach ELISPOT zarówno jako cząsteczki stymulujące, jak i odczynniki wykrywające komórki wydzielające przeciwciała16. Ich zastosowanie jako przynęt molekularnych pozwala na specyficzne sortowanie plazmablastów lub innych typów limfocytów B, które można następnie wykorzystać do wyizolowania (terapeutycznych) przeciwciał monoklonalnych (mAb). Rekombinowane cząsteczki HA i NA są dalej wykorzystywane w charakterystyce tych mAb8. Inne przykłady obejmują badanie stabilności pH lub swoistości receptorowej HA wyrażanych przez różne izolaty wirusa lub ilościową ocenę specyficznej aktywności enzymatycznej NA lub oporności na inhibitory. Ponadto rekombinowany, oczyszczony kwas hialuronowy może być stosowany do standaryzacji zawartości kwasu hialuronowego w szczepionkach przeciwko inaktywowanemu wirusowi grypy.
Co ważne, kandydaci na szczepionki rHA (i do pewnego stopnia NA) są obecnie testowani na modelach zwierzęcych i ludziach, a jedna z nich została licencjonowana przez FDA w 2013 roku2,17-19. Zaletą tych nowych szczepionek jest to, że ze względu na rekombinowany charakter tych białek, można uniknąć pracochłonnego procesu wytwarzania wirusów reasortantów o wysokim wzroście. Być może jeszcze bardziej istotny jest fakt, że ich wydajność kwasu hialuronowego jest wysoka i powtarzalna w różnych odmianach. Ponadto, ponieważ szczepionki te są produkowane w systemie bezjajowym, nie zawierają zanieczyszczeń białkowych, które są problematyczne dla osób z alergią na jaja.
Tutaj zdecydowaliśmy się na ekspresję białek HA i NA z dwóch izolatów nowego chińskiego wirusa grypy H7N9, A/Anhui/1/13 i A/Shanghai/1/1320,21. Są to aktualne przykłady, ale opisany protokół może być stosowany do ekspresji dowolnych białek grypy A i B HA lub NA i może być przystosowany do ekspresji dowolnych innych wydzielanych białek wirusowych lub komórkowych. Trymeryczne lub tetrameryczne białka transbłonowe można klonować do kaset ekspresyjnych stosowanych odpowiednio dla HA i NA. Jednak większość rozpuszczalnych wydzielanych białek komórkowych, takich jak na przykład interferony, nie potrzebuje dodatkowej domeny do stabilizacji i może być wyrażana wyłącznie za pomocą C-końcowego znacznika heksahistydyny.