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Epítopos inmunosubdominantes

Las infecciones por el virus de la influenza causan una morbilidad y mortalidad considerables cada año a nivel mundial. Las vacunas actuales contra el patógeno funcionan cuando están bien adaptadas a las cepas circulantes. Sin embargo, debido a la deriva antigénica y a las mutaciones virales de adaptación al huevo de gallina donde se "crecen" los virus para la producción de vacunas, pueden surgir desajustes que reducen la eficacia de las mismas contra las cepas circulantes. Por lo tanto, alcanzar el objetivo de una amplia protección contra el virus de la influenza es una prioridad importante. Los anticuerpos neutralizantes que se dirigen a la cúspide de la hemaglutinina viral (HA) son típicamente específicos de la cepa. Sin embargo, en el estudio llevado a cabo por Masaru Kanekiyo y colaboradores (DOI: 10.1038/nature12202) se propuso aumentar los anticuerpos de reacción cruzada poco comunes dirigidos contra este dominio proteico viral.

Los autores diseñaron nanopartículas basadas en ferritina que despliegan los dominios de 8 HA virales del subtipo H1 de la influenza (HAs1). Usando estos constructos, indujeron la producción de anticuerpos ampliamente reactivos en un modelo de ratón, los que eran capaces de neutralizar un panel de virus de influenza H1N1 que representan casi 100 años de cambio antigénico. Un anticuerpo monoclonal (mAb) aislado de un ratón vacunado muestra un perfil de neutralización igualmente amplio, como confirmación de los hallazgos serológicos. Se han propuesto dos estrategias principales de diseño de vacunas para reorientar el sistema inmunológico desde los epítopos inmunodominantes específicos hacia epítopos inmunosubdominantes conservados (figura 1).

La primera se basa en la exposición secuencial del sistema inmunológico a antígenos relacionados de manera divergente que comparten epítopos conservados. La exposición al primer antígeno inducirá un cebado de bajo nivel de células B con especificidades para el epítopo inmunosubdominante. La re-inmunización con un antígeno distinto pero relacionado que comparte el epítopo inmunosubdominante conducirá entonces a una respuesta de memoria de esas células B cebadas, en lugar de una respuesta de novo a los epítopos específicos del antígeno (figura 1a). Este fenómeno se ha observado en la naturaleza cuando los humanos están expuestos secuencialmente a virus influenza divergentes, lo que da lugar a un aumento de anticuerpos que se dirigen principalmente al dominio conservado de HA. Las vacunas universales contra el virus de la influenza basadas en este fenómeno se están probando actualmente en ensayos clínicos (ClinicalTrials.gov NCT03300050 y NCT03275389).

 

Figura 1. Estrategias para la inducción de respuestas de anticuerpos a epítopos conservados inmunosubdominantes en HA del virus influenza.

a, Estrategia de exposición secuencial. Una HA (variante de antígeno A) que muestra principalmente epítopos inmunodominantes específicos de la cepa (sombreado azul) y un pequeño número de epítopos inmunosubdominantes conservados (estrellas negras) se presentan al sistema inmunológico. Esto resulta en una fuerte respuesta de novo dirigida contra los epítopos dominantes, específicos de la cepa y un cebado de bajo nivel contra los epítopos conservados inmunosubdominantes. La reexposición a una HA diferente que contenga diferentes epítopos específicos de la cepa, pero las mismas regiones conservadas (variante antigénica B) da lugar a una respuesta de retirada dirigida contra los epítopos conservados y aleja la imunodominancia de los epítopos específicos de la cepa. Una tercera inmunización con otra HA (variante C del antígeno) conduce a una fuerte respuesta de retirada dirigida contra los epítopos conservados y una respuesta suprimida dirigida contra los epítopos específicos de la cepa. Este enfoque ha sido ampliamente explorado y es la base de las vacunas candidatas universales contra el virus de la influenza actualmente en ensayos clínicos. b, El enfoque utilizado por Kanekiyo y sus colegas (DOI: 10.1038/nature12202) es una versión modificada del enfoque de "dilución de antígenos". En las nanopartículas de ferritina se muestran los dominios de la cabeza de varias HA. Estas HA (variante de antígeno A, variante de antígeno B y variante de antígeno C) expresan todos los epítopos conservados, lo que conduce a una alta densidad en la partícula, mientras que la densidad de epítopos más específicos de cada cepa es menor. Esto da una ventaja a las células B con especificidades para epítopos conservados, ya que son capaces de unirse a la nanopartícula con mayor avidez, lo que conduce a la inducción preferencial de anticuerpos a epítopos conservados.

La segunda estrategia apunta a exponer el sistema inmunológico simultáneamente a un gran número de antígenos diferentes que comparten un epítopo conservado e inmunosubdominante. La idea es que el epítopo conservado está presente en todos los diferentes antígenos, mientras que los epítopos específicos de la cepa son menos abundantes. Cuanto más diferentes sean los antígenos utilizados, mayor será la dilución de los epítopos específicos de la cepa, mientras que el número de epítopos conservados permanecerá constante (Figura 1b). Mientras que la estrategia de "exposición secuencial" ha sido explorada e investigada por muchos laboratorios, menos grupos se han centrado en la estrategia de "dilución de antígenos". El trabajo publicado ha demostrado que la vacunación con constructos que se dirigen específicamente a las células presentadoras de antígenos y que al mismo tiempo liberan HA de los subtipos H5, H6, H8, H9, H11 y H13, induce anticuerpos que protegen a los ratones contra el desafío letal de varios virus H1N1.

En su estudio, Kanekiyo y sus colaboradores amplían esa idea. En lugar de utilizar un antígeno soluble, utilizan nanopartículas basadas en la ferritina para la exhibición de un gran número de dominios de HA en la misma partícula. El dominio principal de HA es un objetivo muy difícil. Mientras que el dominio del tallo de HA está relativamente conservado, el dominio de la cabeza contiene los sitios antigénicos inmunodominantes específicos de la cepa. Estos sitios tienen una alta plasticidad y son las áreas más afectadas por la deriva antigénica. El dominio de la cabeza también presenta áreas conservadas, incluyendo el sitio de unión al receptor y los aminoácidos que forman el marco estructural del dominio. Sin embargo, estos sitios conservados rara vez son atacados por el sistema inmunológico, y sólo aproximadamente entre el 5 y el 10% de la población humana produce anticuerpos dirigidos contra ellos a niveles mensurables.

Al desplegar simultáneamente los dominios de cabeza de ocho diferentes HA de cepas H1 divergentes, los autores evitan la presentación de los mismos epítopos específicos de cepa uno al lado del otro, mientras que los epítopos conservados están presentes en cada copia de cabeza de HA en la superficie de la nanopartícula. Esto conduce a la inducción de respuestas inmunitarias capaces de neutralizar cepas virales de un amplio rango de años (1918 a 2009).

Los autores plantean la hipótesis de que la disposición mencionada anteriormente confiere una ventaja a las células B con especificidades para epítopos inmunosubdominantes conservados, ya que la unión con una mayor afinidad es posible gracias a la presentación repetitiva, un proceso que ellos denominan "inmunofocalizante". Los linfocitos B que se relacionan con los epítopos específicos de la cepa encontrarán menos copias de su objetivo y, por lo tanto, estarán en desventaja. La competencia por la ayuda restringida de células T podría entonces suprimir las respuestas a los epítopos que están presentes en menor abundancia.

Kanekiyo y sus colegas además encontraron que un mAB de un ratón vacunado también muestra una amplitud excepcional. Tal anticuerpo no muestra actividad inhibidora de la hemaglutinación, lo cual es usualmente el caso de los anticuerpos que se unen al dominio de la cabeza. Sin embargo, se demostró que neutraliza eficazmente una amplia gama de virus, con la inducción de la agregación del virus como principal mecanismo antiviral. Cabe destacar que el mAb se une al dominio de la cabeza fuera de los sitios antigénicos clásicos, acercándose a un área en el lado de la HA que se superpone al dominio esterasa vestigial.

En resumen, Kanekiyo y sus colegas han construido nanopartículas que contienen y son capaces de exhibir múltiples copias de ocho dominios principales diferentes de la proteína viral hemaglutinina. Estos constructos nanomoleculares activan preferentemente las células B que se dirigen a epítopos conservados. Los epítopos específicos de cepa se diluyen y se presentan a una densidad más baja, por lo que los linfocitos B que se dirigen a estos epítopos se ven desfavorecidos. Este grupo ha trasladado un concepto teórico a un enfoque vacunal viable que podría proporcionar una amplia protección contra los virus influenza del subtipo H1.