मानव श्वसन सिंकाइटियल वायरस के खिलाफ कम्प्यूटेशनल रूप से अनुमानित टी सेल एपिटोप्स की विविधता और विकास

अमूर्त

ह्यूमन रेस्पिरेटरी सिंकाइटियल वायरस (आरएसवी) निचले श्वसन संक्रमण का एक प्रमुख कारण है। 60 से अधिक वर्षों के शोध के बावजूद, कोई लाइसेंस प्राप्त टीका नहीं है। जबकि बी सेल प्रतिक्रिया वैक्सीन डिजाइन के लिए एक प्रमुख फोकस है, आरएसवी की टी सेल एपिटोप प्रोफाइल भी वैक्सीन विकास के लिए महत्वपूर्ण है। यहां, हमने मेजर हिस्टोकोम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (एमएचसी) वर्ग I और वर्ग II बाइंडिंग एफ़िनिटी की भविष्यवाणी करके आरएसवी जंगली परिसंचारी उपभेदों के फ्यूजन प्रोटीन (एफ) और ग्लाइकोप्रोटीन (जी) में कम्प्यूटेशनल रूप से अनुमानित टी सेल एपिटोप्स की भविष्यवाणी की है। हमने अपने अनुमानों को एफ और जी दोनों प्रोटीनों में संरक्षित एपिटोप्स तक सीमित रखा है जिन्हें प्रयोगात्मक रूप से मान्य किया गया है। हमने विभिन्न आरएसवी उपभेदों में टी सेल प्रोफाइल की विविधता और विकास की जांच करने के लिए टी सेल एपिटोप परिदृश्य का निर्माण करने के लिए बहुआयामी स्केलिंग (एमडीएस) लागू किया। हम पाते हैं कि आरएसवी उपभेदों को इस टी एपिटोप परिदृश्य पर तीन आरएसवी-ए समूहों और दो आरएसवी-बी समूहों में क्लस्टर किया गया है। ये क्लस्टर संभावित रूप से भिन्न इम्युनोजेनिक प्रोफाइल वाले भिन्न आरएसवी उपभेदों का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसके अलावा, हमारे परिणाम हालिया महामारी उपभेदों के बीच एफ प्रोटीन टी सेल एपिटोप सामग्री संरक्षण का एक बड़ा अनुपात दिखाते हैं, जबकि जी प्रोटीन टी सेल एपिटोप सामग्री कम हो गई थी। महत्वपूर्ण रूप से, हमारे परिणाम बताते हैं कि आरएसवी-ए और आरएसवी-बी में एपिटोप बहाव और प्रतिस्थापन के अलग-अलग पैटर्न हैं और आरएसवी-बी टीकों को अधिक लगातार अपडेट की आवश्यकता हो सकती है। हमारा अध्ययन आरएसवी टी सेल एपिटोप विकास का अध्ययन करने के लिए एक उपन्यास रूपरेखा प्रदान करता है। टी सेल एपिटोप संरक्षण और परिवर्तन के पैटर्न को समझना वैक्सीन डिजाइन और मूल्यांकन के लिए मूल्यवान हो सकता है।

सिस्टैंच ट्यूबुलोसा के फायदे-प्रतिरक्षा प्रणाली को मजबूत करें

लेखक सारांश

ह्यूमन रेस्पिरेटरी सिंकाइटियल वायरस (आरएसवी) के कारण होने वाला निचला श्वसन संक्रमण एक वैश्विक स्वास्थ्य चुनौती है। बी सेल एपिटोप प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया आरएसवी वैक्सीन और चिकित्सीय विकास का प्रमुख फोकस रही है। हालाँकि, टी सेल एपिटोप-प्रेरित प्रतिरक्षा आरएसवी संक्रमण के समाधान में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। जबकि आरएसवी आनुवंशिक विविधता के बारे में व्यापक रूप से रिपोर्ट की गई है, कुछ अध्ययन आरएसवी टी सेल एपिटोप विविधता पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो टीके की प्रभावशीलता को प्रभावित कर सकते हैं। यहां, हम आरएसवी ए और बी के टी सेल एपिटोप की विविधता और विकास को चिह्नित करने के लिए परिसंचारी उपभेदों के कम्प्यूटेशनल रूप से अनुमानित टी सेल एपिटोप प्रोफाइल का उपयोग करते हैं। हम व्यवस्थित रूप से आरएसवी एफ और जी प्रोटीन के टी सेल एपिटोप प्रोफाइल का मूल्यांकन करते हैं। हम एक टी सेल एपिटोप लैंडस्केप विज़ुअलाइज़ेशन प्रदान करते हैं जो तीन आरएसवी-ए समूहों और दो आरएसवी-बी समूहों के सह-संचलन को दर्शाता है, जो संभावित रूप से अलग टी सेल प्रतिरक्षा का सुझाव देता है। इसके अलावा, हमारा अध्ययन एफ और जी प्रोटीन टी सेल एपिटोप सामग्री संरक्षण के विभिन्न स्तरों को दर्शाता है, जो टीका सुरक्षा की अवधि के साथ सहसंबंधित करना महत्वपूर्ण हो सकता है। यह अध्ययन आरएसवी टी सेल एपिटोप विकास का अध्ययन करने, जनसंख्या स्तर पर आरएसवी टी सेल प्रतिरक्षा का अनुमान लगाने और आरएसवी वैक्सीन प्रभावशीलता की निगरानी करने के लिए एक उपन्यास रूपरेखा प्रदान करता है।

परिचय

ह्यूमन रेस्पिरेटरी सिंकाइटियल वायरस (आरएसवी) एक नेगेटिव-स्ट्रैंड आरएनए वायरस है जिसे इसमें वर्गीकृत किया गया हैऑर्थोन्यूमोवायरसपरिवार की जातिन्यूमोविरिडे. यह युवा शिशुओं, कमजोर प्रतिरक्षा वाले व्यक्तियों और बुजुर्ग लोगों में कम श्वसन संबंधी बीमारी का एक प्रमुख कारण है, जिसके परिणामस्वरूप दुनिया भर में वार्षिक महामारी होती है [1]। आरएसवी का एकल-फंसे आरएनए जीनोम लगभग 15.2 केबी है और 11 वायरल प्रोटीन को एनकोड करता है [2]। फ़्यूज़न (एफ) और ग्लाइकोप्रोटीन (जी) प्रोटीन दो प्रमुख सतह प्रोटीन हैं [3]। एफ प्रोटीन को आम तौर पर संरक्षित माना जाता है और इसलिए यह अधिकांश मौजूदा आरएसवी वैक्सीन डिजाइनों का फोकस है। यद्यपि जी प्रोटीन अत्यधिक परिवर्तनशील है, रोग रोगजनन में इसका योगदान और संक्रमण के जीव विज्ञान में इसकी भूमिका से पता चलता है कि यह एक प्रभावी आरएसवी वैक्सीन एंटीजन भी हो सकता है [4]। दुनिया भर में आरएसवी संक्रमण के भारी बोझ के बावजूद, कोई लाइसेंस प्राप्त टीका नहीं है। एकमात्र स्वीकृत हस्तक्षेप पैलिविज़ुमैब के साथ निष्क्रिय इम्यूनो-प्रोफिलैक्सिस है, जो 24 महीने से कम उम्र के शिशुओं के अत्यधिक प्रतिबंधित समूह को मोनोक्लोनल एंटीबॉडी (एमएबी) देकर प्राप्त किया जाता है और अपेक्षाकृत आरएसवी सीज़न के दौरान उपचार को मासिक रूप से दोहराया जाना चाहिए। एंटीबॉडी का अल्प आधा जीवन [5,6]। मोनोक्लोनल एंटीबॉडी उपचार की उच्च लागत के कारण, यह हस्तक्षेप उच्च जोखिम वाले शिशुओं तक सीमित है और आमतौर पर विकासशील देशों में उपलब्ध नहीं है। आरएसवी वैक्सीन एक तत्काल वैश्विक स्वास्थ्य देखभाल प्राथमिकता है, और यह संभावना है कि विभिन्न उच्च जोखिम वाले समूहों के लिए अलग-अलग रणनीतियों की आवश्यकता है।

सिस्तांचे के फायदे-प्रतिरक्षा प्रणाली को मजबूत बनाना

1956 में इसके अलगाव और लक्षण वर्णन के बाद से कई शोध टीमों ने आरएसवी वैक्सीन के विकास पर काम किया है [7,8]। हालाँकि, आरएसवी-भोले शिशुओं और छोटे बच्चों में फॉर्मेलिन-निष्क्रिय, फिटकरी-अवक्षेपित आरएसवी (एफआई-आरएसवी) वैक्सीन के साथ टीकाकरण से वैक्सीन-वर्धित बीमारी (वीईडी) का विकास हुआ, जिसने दशकों तक वैक्सीन के विकास में बाधा उत्पन्न की। ]. इस अवांछनीय परिणाम को समझाने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं। यह संभावना है कि फॉर्मेलिन निर्धारण के कारण एक टीका तैयार हुआ जो ज्यादातर आरएसवी एफ प्रोटीन के संलयन के बाद की संरचना प्रस्तुत करता है, जिससे गैर-निष्क्रिय एंटीबॉडी और प्रतिरक्षा जटिल गठन की अधिकता होती है [10-12]। अन्य अध्ययनों से संकेत मिलता है कि Th2 तिरछापन [13,14] के साथ एक बिगड़ा हुआ टी सेल प्रतिक्रिया, साथ ही फेफड़ों में पूरक जमाव, ने न्यूट्रोफिल भर्ती को बढ़ाने में योगदान दिया [12]। एफ प्रोटीन के रिज़ॉल्यूशन [15] और आरएसवी कृंतक मॉडल [16] के विकास सहित हाल के विकास ने वर्तमान में नैदानिक ​​​​परीक्षणों [3,17,18] में नए डिजाइन और फॉर्मूलेशन के साथ कई वैक्सीन उम्मीदवारों में योगदान दिया है। जबकि अधिकांश वर्तमान आरएसवी टीकाकरण रणनीतियाँ बी-सेल-प्रेरित न्यूट्रलाइज़ेशन प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया पर ध्यान केंद्रित करती हैं, टी-सेल प्रतिरक्षा भी वायरस संक्रमण के समाधान में एक प्रमुख भूमिका निभाती है और आरएसवी वैक्सीन विकास के लिए आवश्यक है [17,18]। एक बार जब निचले वायुमार्ग में आरएसवी संक्रमण स्थापित हो जाता है, तो सीडी8 टी कोशिकाएं वायरल क्लीयरेंस में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं और सीडी4 सहायक टी कोशिकाएं सेलुलर प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को व्यवस्थित कर सकती हैं और एंटीबॉडी का उत्पादन करने के लिए बी कोशिकाओं को उत्तेजित कर सकती हैं। हालाँकि, Th2-पक्षपाती प्रतिक्रियाएँ RSV VED के पशु मॉडल के साथ जुड़ी हुई हैं, और वैक्सीन उम्मीदवारों की सुरक्षा की भविष्यवाणी करने के लिए Th1 और Th2 प्रतिक्रियाओं का मापन महत्वपूर्ण माना जाता है [12]। इसलिए, टीकाकरण के माध्यम से एक संतुलित कोशिका-मध्यस्थ प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को शामिल करने से आरएसवी क्लीयरेंस को बढ़ावा मिलेगा, लेकिन इम्यूनोपैथोलॉजी की संभावना से बचने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए। कुल मिलाकर, आरएसवी वैक्सीन के विकास के लिए टी सेल प्रतिरक्षा और टी सेल प्रतिक्रियाओं को प्रेरित करने वाले वायरस अनुक्रमों की बारीकी से जांच की आवश्यकता है।

मानव श्वसन सिंकाइटियल वायरस का मानव आबादी में एक जटिल परिसंचरण पैटर्न है। दो एंटीजेनिक समूहों, आरएसवी-ए और आरएसवी-बी के भीतर, अलग-अलग जीनोटाइप एक ही समुदाय के भीतर सह-परिचालित हो सकते हैं, जबकि उच्च जीनोमिक विविधता वाले नए आरएसवी जीनोटाइप उत्पन्न हो सकते हैं और संभावित रूप से पहले के प्रमुख जीनोटाइप की जगह ले सकते हैं [19]। हाल के वर्षों में, आरएसवी में कई अद्वितीय आनुवंशिक संशोधनों की पहचान की गई है, जिसमें आरएसवी-ए जी जीन में एक 72-न्यूक्लियोटाइड (एनटी) दोहराव (ओएन जीनोटाइप) और एक अन्य {{6}एनटी दोहराव (बीए जीनोटाइप) शामिल है। ) आरएसवी-बी में एक समान क्षेत्र में [20]। देखी गई आरएसवी आनुवंशिक विविधता ने यह सवाल उठाया है कि क्या आरएसवी वैक्सीन के प्रभावी होने के लिए कई अलग-अलग उपभेदों को शामिल करना आवश्यक है। अधिकांश वर्तमान आरएसवी वैक्सीन विकास आरएसवी ए2 प्रयोगशाला स्ट्रेन पर आधारित हैं, जो एक काइमेरिक स्ट्रेन है जो उपप्रकार ए [21] से संबंधित है। हालाँकि ये उपचार आशाजनक हैं, फिर भी वायरल उपभेदों में पलायन उत्परिवर्तन विकसित होने की संभावना है। उदाहरण के लिए, पैलिविज़ुमैब-प्रतिरोधी उपभेदों को आरएसवी कृंतक मॉडल और मनुष्यों दोनों से अलग किया गया है [17,22]। साक्ष्य की कई पंक्तियों से यह भी पता चलता है कि प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया और स्थापित संक्रमणों से बचने के लिए एंटीजेनिक भिन्नता आरएसवी की क्षमता में भूमिका निभा सकती है [23]। जबकि आरएसवी वैक्सीन में अत्यधिक संरक्षित टी सेल एपिटोप्स क्रॉस-प्रोटेक्टिव एंटीबॉडी प्रतिक्रियाओं की कमी होने पर संक्रमण के खिलाफ पूर्ण सुरक्षा प्रदान नहीं कर सकते हैं, वैक्सीन में अत्यधिक संरक्षित टी सेल एपिटोप्स अभी भी बीमारी की गंभीरता को कम कर सकते हैं और वायरस के प्रसार को सीमित कर सकते हैं। हालाँकि, टी सेल एपिटोप स्तर पर अमीनो-एसिड भिन्नता और हाल के आरएसवी परिसंचारी उपभेदों के उपन्यास टी सेल एपिटोप्स के संभावित उद्भव की सूचना दी गई है [24], और टी सेल पहचान पर अमीनो एसिड विविधताओं के प्रभावों को स्पष्ट करने के लिए आगे के अध्ययन की आवश्यकता है। . इसलिए, आरएसवी विकास को समझने के लिए विभिन्न उपभेदों में टी सेल एपिटोप प्रोफाइल को चिह्नित करना बहुत महत्वपूर्ण है और आरएसवी वैक्सीन विकास के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है।

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इस अध्ययन में, हम दो प्रमुख सतह प्रोटीन एफ और जी पर ध्यान देने के साथ विभिन्न उपभेदों में आरएसवी में टी सेल एपिटोप्स की भविष्यवाणी करने के लिए आईवीएएक्स टूलकिट [25] में लागू किए गए इम्यूनोइन्फॉर्मेटिक दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं। एक व्यापक डेटासेट के विश्लेषण के साथ, हम आरएसवी के वंश-विशिष्ट टी सेल एपिटोप प्रोफ़ाइल का मूल्यांकन करें। हम विभिन्न उपभेदों में एपिटोप सामग्री की तुलना के आधार पर अनुक्रम-आधारित टी सेल एपिटोप परिदृश्य भी बनाते हैं और वायरस के विकास के साथ आरएसवी टी सेल प्रतिरक्षा परिवर्तन को और सहसंबंधित करते हैं। पहले विकसित हुए वैक्सीन उम्मीदवार उपभेदों और विभिन्न अलगाव वर्षों और स्थानों के साथ आरएसवी परिसंचारी उपभेदों के बीच क्रॉस-संरक्षित टी सेल एपिटोप सामग्री के अनुपात की भी गणना की गई थी। ये विश्लेषण विभिन्न उपभेदों में आरएसवी टी सेल प्रतिरक्षा को समझने में सहायता कर सकते हैं और वर्तमान वैक्सीन डिजाइन प्रयासों में योगदान कर सकते हैं।

परिणाम

आरएसवी सतह प्रोटीन में टी सेल एपिटोप्स का वितरण

हमने एमएचसी वर्ग I और वर्ग II अणुओं (छवि 1) के लिए बाध्यकारी संभावना की भविष्यवाणी करने के लिए 9 अवशेष क्षेत्रों को स्कैन करके आरएसवी सतह प्रोटीन में टी सेल इम्युनोजेनिक क्षमता का मूल्यांकन किया। आरएसवी सतह प्रोटीन के एपिटोप घनत्व का मूल्यांकन सामान्यीकृत एपिटोप घनत्व स्कोर का उपयोग करके किया गया था, जिसकी गणना प्रोटीन में अनुमानित पेप्टाइड-एमएचसी बाइंडिंग स्कोर को जोड़कर और प्रोटीन की लंबाई के साथ इसे सामान्य करके की जाती है। बेतरतीब ढंग से उत्पन्न प्रोटीन के लिए स्कोर शून्य पर सेट किया गया है और वैक्सीन एंटीजन आम तौर पर इस पैमाने पर +20 से ऊपर स्कोर करते हैं [25]। वर्ग I और वर्ग II इम्यूनोजेनेसिटी स्केल विश्लेषण दोनों के लिए एफ प्रोटीन का एपिटोप घनत्व स्कोर +20 से अधिक है, जो महत्वपूर्ण इम्यूनोजेनिक क्षमता का संकेत देता है [25]। यह दोनों आरएसवी उपप्रकारों के लिए निम्न जी प्रोटीन वर्ग I और वर्ग II एपिटोप घनत्व प्रोटीन स्कोर के विपरीत है। जी प्रोटीन का वर्ग I एपिटोप घनत्व स्कोर दोनों उपप्रकारों में +10 से अधिक था, लेकिन वर्ग II घनत्व आरएसवी-बी (छवि 1 ए) के विश्लेषण में यादृच्छिक अपेक्षा से कम था। इस परिणाम से पता चलता है कि आरएसवी सतह प्रोटीन में टी कोशिकाओं को उत्तेजित करने की क्षमता होने की संभावना है जो सुरक्षात्मक प्रतिरक्षा के लिए आवश्यक हैं। फिर हमने प्रोटीनों में टी सेल इम्युनोजेनिकिटी के वितरण की जांच की और पाया कि अपेक्षाकृत उच्च टी सेल इम्युनोजेनिक क्षमता वाले क्षेत्र हैं (चित्र 1बी)। एफ प्रोटीन की टी सेल इम्युनोजेनेसिटी का वितरण इसकी प्रोटीन संरचना पर मैप किया गया था और उच्च टी सेल प्रतिरक्षा क्षमता वाले प्रोटीन अनुक्रम क्षेत्रों के बीच ओवरलैप किया गया था और एंटीजेनिक साइट एफ और साइट II पर एंटीबॉडी को निष्क्रिय करने वाले लक्ष्य देखे गए थे।

चित्र 1. एमएचसी बाइंडिंग भविष्यवाणी के आधार पर आरएसवी सतह प्रोटीन के लिए टी सेल इम्युनोजेनिक क्षमता

वंश-विशिष्ट टी सेल एपिटोप प्रोफाइल

फिर हमने टी सेल एपिटोप भविष्यवाणियों को आरएसवी प्रतिनिधि उपभेदों से कई जंगली परिसंचारी उपभेदों तक बढ़ाया। विभिन्न उपभेदों में टी सेल एपिटोप्स के वितरण और विविधता को संबंधित समय-स्केल फ़ाइलोजेनीज़ (एस 1 और एस 2 अंजीर) के साथ हीटमैप में चित्रित किया गया है। एफ और जी दोनों प्रोटीनों में एपिटोप्स होते हैं जिन्हें सभी आरएसवी उपभेदों में लगभग 100% सैंपल आइसोलेट्स में संरक्षित किया गया था, जिससे पता चलता है कि वे वैक्सीन डिजाइन के लिए उच्च गुणवत्ता वाले टी सेल एपिटोप उम्मीदवारों के रूप में काम कर सकते हैं। इसके विपरीत, कुछ एपिटोप्स को चयनित उपभेदों में उत्परिवर्तित किया गया था, और वे एपिटोप्स जो फ़ाइलोजेनी के भीतर केवल कुछ समूहों में पाए गए थे, उन्हें क्लैड-विशिष्ट "फिंगरप्रिंट" के रूप में व्याख्या किया जा सकता है।

आरएसवी में जी जीन दोहराव की घटनाएं, जो अद्वितीय जीन हस्ताक्षर हैं, या तो एपिटोप्स की स्थिति को बदल सकती हैं (स्थान अलग-अलग हैं लेकिन एपिटोप्स के अमीनो एसिड दोहराव के बिना जी प्रोटीन आइसोलेट्स के समान हैं) या नए एपिटोप्स के उद्भव का कारण बन सकते हैं। दो नए वर्ग I एपिटोप्स, (एस2ए चित्र में संख्या 31 और संख्या 40), आरएसवी-ए उपभेदों में पाए गए जिनमें जी जीन दोहराव होता है। इसके अलावा, आरएसवी-ए अनुक्रमों में एक उभरते वर्ग II एपिटोप (एस2ए चित्र में संख्या 25) की पहचान की गई थी जिसमें जी जीन दोहराव शामिल था, जो एक एपिटोप (संख्या 24) से एक बदलाव था जिसे अन्य उपभेदों में देखा गया है। आरएसवी-बी उपभेदों से जिनमें जी जीन दोहराव की घटना होती है, हमने कई वंश-विशिष्ट वर्ग आईटी सेल एपिटोप्स भी देखे, जो इन उपभेदों में 2-एमिनो एसिड (एए) विलोपन (एए157 और एए158) के कारण होते हैं। सीधे तौर पर 60-एनटी दोहराव घटना के कारण। आरएसवी-बीजी प्रोटीन जिनमें दोहराव की घटना होती है, उनमें कई नए एपिटोप (संख्या 22, 23, 26, 28, 30, 37) होते हैं, लेकिन कई एपिटोप (संख्या 24, 25, 27, 29, 31, 38) नहीं होते हैं। जो अन्य उपभेदों (S2B चित्र) में पहचाने जाते हैं। यह निर्धारित करने के लिए कि क्या उच्च एमएचसी बाइंडिंग क्षमता वाले कम्प्यूटेशनल रूप से अनुमानित टी सेल एपिटोप्स इम्युनोजेनिक हैं, हमने टी सेल एपिटोप्स की पहचान करने के लिए जानूसमैट्रिक्स [27] एल्गोरिदम का उपयोग किया है जो मानव पेप्टाइड्स के साथ क्रॉस-संरक्षित होने की संभावना है और इस तरह प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा सहन किया जाता है। . इस विश्लेषण के आधार पर, आरएसवी प्रमुख सतह प्रोटीन के 6.45% अनुमानित वर्ग I एपिटोप्स और 1.12% अनुमानित वर्ग II एपिटोप्स टी सेल रिसेप्टर (टीसीआर)-फेसिंग अवशेषों पर मानव प्रोटीओम-व्युत्पन्न एपिटोप्स के साथ क्रॉस-संरक्षित हैं। चूंकि इन पेप्टाइड्स में समान एचएलए बाइंडिंग प्राथमिकताएं हैं जो मानव प्रोटीन (एस 3 अंजीर) में निहित हैं, इसलिए उन्हें इम्युनोजेनिक नहीं माना गया। ऊपर पहचाने गए उच्च-जेनसमैट्रिक्स स्कोर एपिटोप्स को बाहर करने के बाद, हम टी सेल एपिटोप्स की पहचान करने में सक्षम थे जो वर्तमान में प्रसारित आरएसवी उपभेदों के 60% से अधिक में संरक्षित थे। हमने यह निर्धारित करने के लिए IEDB एपिटोप डेटाबेस की खोज की कि क्या ये एपिटोप प्रयोगात्मक रूप से मान्य आरएसवी टी सेल एपिटोप्स या एचएलए लिगेंड्स (एस 1 टेक्स्ट में तालिका ए) से संबंधित थे। संरक्षित आरएसवी टी सेल एपिटोप अनुक्रम जो भविष्य के टीके के विकास के लिए महत्वपूर्ण हो सकते हैं, तालिका 1 और 2 (एस1 पाठ में तालिका बी और सी) में दिखाए गए हैं।

तालिका 1. आरएसवी प्रमुख सतह प्रोटीन में प्रयोगात्मक रूप से मान्य संरक्षित एमएचसी वर्ग I एपिटोप्स पेप्टाइड्स

अनुमानित आरएसवी टी सेल एपिटोप परिदृश्य 

To investigate the evolution of RSV on T cell immunity profiles, we use a multidimensional scaling (MDS) approach to visualize the T cell immunity profile of multiple RSV strains on a landscape. We performed a T cell epitope content pairwise comparison between RSV strains using in silico predicted peptide-HLA allele binding affinity. The pairwise T-cell epitope distances were then calculated using the algorithm reported in this study (Eq 1). We then applied a multidimensional scaling (MDS) approach using these estimated pair-wise T epitope distances to map RSV strains to a landscape to characterize their T-cell immunity profile. We found both class I and class II T cell immunity profiles of F and G proteins of different RSV strains were clustered into groups on this T cell epitope landscape (S4 Fig). Combining the class I and class II T-cell epitope binding profiles, RSV-A major surface protein isolates can be divided into three clusters and RSV-B major surface protein isolates can be divided into two clusters (Figs 2 and S5). We observe that the G gene sequence isolates that contain 72-nt (RSV-A) or 60-nt (RSV-B) duplications clustered together with other sequences instead of forming isolated groups. To further investigate the T cell epitope diversity, we correlated this clustering pattern with the phylogenetic histories (Fig 2B). The phylogenetic tree topologies of the RSV-A F gene and the G gene are similar. The F gene cluster 1 is paraphyletic, while clusters 2 and 3 are monophyletic. Cluster 1 is the closest to the ancestral sequence and mapping this group onto the phylogeny shows that this cluster has a basal relationship with clusters 2 and 3 indicating that the phylogenetic divergence occurred prior to epitope drift. The RSV-B F and G gene genealogies are very different. In particular, the RSV-B F gene topologies are indicative of strong immune selection, similar to observed human influenza A virus or within host HIV phylogenies [28]. In contrast, the RSV-B G gene phylogeny shows the co-circulation of multiple lineages, though this could reflect the sequencing bias of G genes (Fig 2B). We then calculated the T-cell epitope immune distance of each strain from a reconstructed ancestral sequence (Fig 2C). These distances were then plotted against the year of isolation and colored according to the cluster identified in Fig 2A. RSV-A shows that multiple predicted immune phenotypes co-circulate and persist for long periods (>2 दशक)। आरएसवी-बी का विश्लेषण सह-परिसंचरण की छोटी अवधि के साथ अनुमानित प्रतिरक्षा फेनोटाइप का कारोबार दिखाता है (<5 years) for F and G protein T cell epitopes. The limited periods of co-circulation are again consistent with phenotype patterns observed for viruses under strong immune selection (e.g. H3N2 influenza A virus) [29,30]. In contrast, genetic distances from the reconstructed ancestral sequence plotted against year of isolation show patterns typical of gradual genetic drift, except in the G gene where a 72-nt and 60-nt insertion is present (Fig 2D). Taken together, these results suggest that genetic and predicted T-cell epitope immune diversity are different and may be an important factor to consider when evaluating RSV vaccine efficacy.

तालिका 2. आरएसवी प्रमुख सतह प्रोटीन में प्रयोगात्मक रूप से मान्य संरक्षित एमएचसी वर्ग II एपिटोप्स पेप्टाइड्स

चित्र 2. अनुमानित टी सेल एपिटोप परिदृश्य और आरएसवी सतह प्रोटीन का आनुवंशिक विकास

टी सेल एपिटोप्स की भविष्यवाणी करने के लिए कई विधियां उपलब्ध हैं [31], जिसके परिणामस्वरूप भविष्यवाणी पद्धति में व्यवस्थित पूर्वाग्रह होने पर अलग-अलग पुनर्निर्मित परिदृश्य हो सकते हैं। हमने टी सेल एपिटोप्स की भविष्यवाणी करने और आरएसवी-एएफ प्रोटीन के लिए एमएचसी वर्ग I बाइंडिंग भविष्यवाणियों का उपयोग करके समान परिदृश्य पुनर्निर्माण करने के लिए नेटएमएचसीपैन विधि [32] का उपयोग किया। हमारे विश्लेषण ने टी सेल एपिटोप भविष्यवाणी विधि (एस7 चित्र) की परवाह किए बिना परिदृश्य पर आरएसवी टी एपिटोप प्रोफाइल का एक सुसंगत क्लस्टर पैटर्न दिखाया।

चित्र 3. परिसंचारी उपभेदों की टी सेल एपिटोप सामग्री के साथ पहले इस्तेमाल किए गए आरएसवी वैक्सीन उम्मीदवार उपभेदों का मूल्यांकन

टी सेल एपिटोप सामग्री के साथ वैक्सीन उम्मीदवार उपभेदों का आकलन

T cell epitopes that are similar between vaccine strains and wild strains (cross-conserved T epitopes, which are defined as epitopes that share identical T cell receptor-facing residues and are restricted by the same alleles [33]) may be responsible for the T cell immune protection of the vaccine. To quantitatively evaluate whether it might be necessary to include multiple RSV strains to prepare an effective vaccine, two live attenuated RSV strains that are previously considered as vaccine candidates, CP248, a recombinant virus that belongs to subtype A, and CP52, which is a recombinant RSV-B strain, were included in our analysis and we evaluated their T cell epitope conservation with different RSV wild-type strains. We calculated the average proportion of cross-conserved T cell epitope content between the selected vaccine strains and wild-circulating strains from different isolation years and WHO regional groups (Figs 3 and S8). Different proportions of cross-conserved T cell epitope content against isolates from two different subtypes, A and B, were observed in both the F and G protein analyses. In the comparison of the vaccine strains and wild strains belonging to the same subtype, the proportion of cross-conserved T cell epitope in RSV F protein is relatively stable in different groups, all are higher than 78% for RSV-A and higher than 85% for RSV-B. In contrast, changes in the proportion of cross-conserved T cell epitopes were detected among groups within the same RSV subtype, especially in different temporal groups in the G protein analysis (Fig 3). Vaccine strain CP248 appears to have a relatively higher proportion of cross-conserved T cell epitopes within G protein when compared to the RSV-A strains that were isolated before 1991 (>70%) और हाल ही में अलग किए गए उपभेदों के खिलाफ संरक्षण की अपेक्षाकृत कम डिग्री। समय के साथ टी सेल एपिटोप संरक्षण में इसी तरह की कमी को प्रसारित आरएसवी-बी उपभेदों के बीच वैक्सीन तनाव सीपी52 के लिए पहचाना गया था।

बहस

यद्यपि सीडी4 और सीडी8 टी कोशिकाएं प्राथमिक संक्रमण के बाद आरएसवी-प्रेरित बीमारी से सुरक्षा में योगदान देती हैं [16,34], आरएसवी अनुसंधान प्रयास में टी सेल एपिटोप्स पर सीमित ध्यान दिया गया है। हम प्रदर्शित करते हैं कि आरएसवी सतह प्रोटीन में एमएचसी आणविक बाइंडिंग भविष्यवाणी द्वारा निर्धारित उनके टी सेल एपिटोप घनत्व स्कोर के आधार पर कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण का उपयोग करके टी सेल प्रतिरक्षा को चलाने की महत्वपूर्ण क्षमता है। अपेक्षाकृत उच्च अनुमानित टी सेल एपिटोप घनत्व एफ प्रोटीन को आरएसवी वैक्सीन के लिए एक अच्छा लक्ष्य बना सकता है। टी सेल एपिटोप घनत्व और आरएसवी प्रमुख सतह प्रोटीन में वितरण के विश्लेषण के अलावा, हमने टी सेल एपिटोप सामग्री में वंश-विशिष्ट विविधताएं भी प्रदर्शित कीं। भले ही आरएसवी एफ प्रोटीन को अच्छी तरह से संरक्षित माना जाता है, एफ प्रोटीन के भीतर विभिन्न वंशों में एपिटोप उत्परिवर्तन देखे जाते हैं, यह सुझाव देते हुए कि आरएसवी में वंश-विशिष्ट टी सेल एपिटोप्स का अध्ययन वायरल विविधता और दृढ़ता पर प्रतिरक्षा चयन के प्रभाव में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है। . संरक्षित एफ प्रोटीन के विपरीत, आरएसवी जी प्रोटीन को अत्यधिक परिवर्तनशील बताया गया है, हमने अभी भी विभिन्न उपभेदों में संभावित संरक्षित टी सेल एपिटोप्स देखे हैं, जो टी सेल प्रतिरक्षा सुरक्षा पर संभावित टीका लक्ष्य के रूप में जी प्रोटीन संरक्षित डोमेन में एक बड़ी रुचि का सुझाव देता है। . जबकि प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता है, यह विश्लेषण जनसंख्या-स्तरीय एपिटोप संरक्षण को समझने के महत्व पर प्रकाश डालता है क्योंकि यह आरएसवी संक्रमण के खिलाफ टी सेल एपिटोप-संचालित टीकों के विकास में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है।

हमारे काम का एक प्रमुख फोकस विभिन्न दागों में टी सेल प्रतिरक्षा के विकास को मैप करने के लिए अनुक्रम-आधारित विधि का विकास है। पहले के महत्वपूर्ण कार्य के बाद, जिसमें एमएचसी वर्ग I एपिटोप्स [35] की उपस्थिति और अनुपस्थिति का उपयोग करके सीडी8 टी कोशिकाओं द्वारा प्रेरित इन्फ्लूएंजा ए वायरस के विकासवादी अनुकूलन को मैप करने के लिए एमडीएस पद्धति का उपयोग किया गया था, हमने प्रतिरक्षा दूरी का उपयोग करके आरएसवी टी सेल प्रतिरक्षा परिदृश्य का निर्माण किया। टी सेल एपिटोप क्रॉस-संरक्षण विश्लेषण द्वारा उत्पन्न किए गए थे, जो विभिन्न उपभेदों के बीच टी सेल प्रतिरक्षा संबंधों की क्षमता की आसान कल्पना और सहज समझ की अनुमति देता है। सभी उपभेदों की तुलना करने पर, हमने पाया कि विभिन्न उपभेदों से आरएसवी सतह प्रोटीन की टी सेल एपिटोप सामग्री को क्लस्टर किया जा सकता है, जैसा कि अन्य रोगजनकों में रिपोर्ट किए गए एंटीजेनिक संबंध के लिए देखा गया है [36,37]। हमारे परिणाम आरएसवी टी सेल प्रतिरक्षा समूहों और उनके संबंधित फाइलोजेनी के बीच पत्राचार को भी प्रदर्शित करते हैं, एक ही क्लैड में अनुक्रम आमतौर पर एक ही टी सेल प्रतिरक्षा क्लस्टर से संबंधित होते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, हम उनके आनुवंशिक विकास की तुलना में आरएसवी जंगली उपभेदों के टी-सेल एपिटोप विकास के विभिन्न पैटर्न भी देखते हैं। हम पाते हैं कि जी जीन दोहराव के साथ आरएसवी उपभेद अभी भी टी सेल एपिटोप एमडीएस स्पेस पर पिछले आरएसवी आइसोलेट्स के साथ क्लस्टर कर सकते हैं। हमारे परिणाम आरएसवी में टी सेल एपिटोप परिवर्तनों को चिह्नित करने के महत्व पर प्रकाश डालते हैं।

सिस्टैंच ट्यूबुलोसा-प्रतिरक्षा प्रणाली में सुधार

हमने इस अध्ययन में अत्यधिक संरक्षित आरएसवी टी सेल एपिटोप्स की पहचान की, जिनमें से कुछ को पहले ही प्रयोगात्मक रूप से मान्य किया गया है और आईईडीबी डेटाबेस में प्रकाशित किया गया है। हालाँकि, हमने कई अन्य संरक्षित टी-सेल एपिटोप्स की भी पहचान की है जिनका पहले वर्णन नहीं किया गया है। ये वैक्सीन डिज़ाइन के लिए मूल्यवान हो सकते हैं, हालाँकि प्रायोगिक सत्यापन की आवश्यकता होगी। इसके अलावा, मानव पेप्टाइड्स के लिए चयनित आरएसवी एपिटोप्स की समरूपता से पता चलता है कि कुछ अनुमानित आरएसवी टी सेल एपिटोप्स को मानव प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा सहन किया जा सकता है या एक सहायक के साथ प्रशासित होने पर मानव प्रोटीन के खिलाफ हानिकारक क्रॉस-रिएक्टिव प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकता है [27]। इस अध्ययन में आरएसवी के प्रति प्रतिरक्षा के कुछ पहलुओं पर ध्यान नहीं दिया गया। उदाहरण के लिए, निष्क्रिय करने वाली एंटीबॉडी प्रतिक्रियाओं को वर्तमान में प्रतिरक्षा का सबसे महत्वपूर्ण सहसंबंध माना जाता है। जबकि टी सेल एपिटोप-संचालित वैक्सीन द्वारा सीधे एंटीबॉडी को निष्क्रिय नहीं किया जाएगा, उच्च आत्मीयता, उच्च विशिष्टता एंटीबॉडी उत्पन्न करने के लिए सहायक (सीडी 4) टी सेल एपिटोप की आवश्यकता होती है। हम यह भी ध्यान देते हैं कि हमने अपने वर्तमान विश्लेषण में दो प्रमुख आरएसवी सतह प्रोटीनों पर अपना ध्यान सीमित कर दिया है, लेकिन अन्य आरएसवी प्रोटीन जैसे एन, एम, या एम 2-2 प्रोटीन भी टीके की प्रभावकारिता में योगदान दे सकते हैं [38]।

सिस्टैंच ट्यूबुलोसा-प्रतिरक्षा प्रणाली में सुधार

परिवर्तनशील वायरस के खिलाफ एक प्रभावी टीके में टी-सेल एपिटोप्स शामिल होने चाहिए जो परिसंचारी उपभेदों के बीच अत्यधिक संरक्षित होते हैं [39]। यदि रोगज़नक़ों के नए स्ट्रेन उभरते हैं तो वैक्सीन स्ट्रेन में टी सेल एपिटोप्स मेल नहीं खाते हैं तो वैक्सीन की प्रभावकारिता कम हो सकती है। इस अध्ययन में, हमने दो जीवित क्षीणित वैक्सीन उम्मीदवार उपभेदों और आरएसवी परिसंचारी जंगली उपभेदों के बीच क्रॉस-संरक्षित टी सेल एपिटोप सामग्री का अनुमान लगाने के लिए एक इम्यूनोइंफॉर्मेटिक-आधारित दृष्टिकोण का उपयोग किया। हमने पाया कि विभिन्न एंटीजेनिक समूहों से संबंधित वैक्सीन स्ट्रेन के साथ क्रॉस-संरक्षित टी सेल एपिटोप सामग्री का अनुपात कम था, जो आरएसवी टीकों में एकल उपप्रकार स्ट्रेन का उपयोग करने के जोखिम को इंगित करता है। इसके अलावा, हमने एक ही एंटीजेनिक समूह में वैक्सीन उपभेदों और हाल ही में प्रसारित होने वाले उपभेदों के बीच क्रॉस-संरक्षित जी-प्रोटीन टी सेल एपिटोप सामग्री का कम अनुपात देखा, जो बताता है कि एक ही एंटीजेनिक समूह में विभिन्न उपभेदों से टी सेल एपिटोप भी शामिल हो सकते हैं। आरएसवी वैक्सीन विकास के लिए महत्वपूर्ण। हालाँकि हमने एफ प्रोटीन में क्रॉस-संरक्षित टी सेल एपिटोप सामग्री में कोई महत्वपूर्ण बदलाव नहीं देखा है, हम इस संभावना से इंकार नहीं कर सकते हैं कि भविष्य में एफ प्रोटीन की भिन्नता एकल-स्ट्रेन-आधारित वैक्सीन को कम प्रभावी बना सकती है। हमारा वर्तमान विश्लेषण एपिटोप सामग्री तुलना करने के लिए आवश्यक भारी कम्प्यूटेशनल क्षमता के कारण कम डेटासेट पर आधारित है। हमने भौगोलिक क्षेत्रों और अलग-अलग वर्षों के अनुसार संपूर्ण डेटासेट को यादृच्छिक रूप से उप-नमूना करके इन प्रतिनिधि डेटासेट का निर्माण किया। हमारे निष्कर्ष सार्वजनिक रूप से उपलब्ध आरएसवी उपभेदों की टी सेल एपिटोप विविधता को प्रतिबिंबित कर सकते हैं, हालांकि, आरएसवी की टी सेल एपिटोप परिवर्तनशीलता की पूरी तस्वीर प्राप्त करने के लिए अतिरिक्त आरएसवी निगरानी प्रयासों की आवश्यकता हो सकती है।

हमारा वर्तमान अध्ययन टी सेल एपिटोप भविष्यवाणी की प्रयोगात्मक मान्यता की कमी के कारण सीमित है। हम टी-सेल एपिटोप्स की पहचान करने के लिए कम्प्यूटेशनल रूप से अनुमानित एमएचसी बाइंडिंग पर ध्यान केंद्रित करते हैं। यद्यपि एमएचसी बाइंडिंग की ताकत प्रमुख पैरामीटर है जो पेप्टाइड की इम्युनोजेनसिटी निर्धारित करती है, लेकिन एक मॉड्यूल के इम्युनोजेनिक होने के लिए पर्याप्त नहीं है [40]। इस अध्ययन में रोगज़नक़-प्रेरित टी सेल प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया से जुड़े अन्य पहलुओं, जैसे उचित एंटीजन-प्रसंस्करण [41] और टी सेल रिसेप्टर मान्यता [40] पर विचार नहीं किया गया है, जो कम्प्यूटेशनल-आधारित टी सेल एपिटोप परिदृश्य में पूर्वाग्रह पैदा कर सकता है। हालाँकि, इस अध्ययन में टी सेल एपिटोप परिदृश्य पर आरएसवी सतह प्रोटीन का देखा गया क्लस्टर पैटर्न विभिन्न उपभेदों के भीतर टी सेल एपिटोप की विविधता को दर्शाता है। यह खोज टी-सेल प्रतिरक्षा के पहलुओं में वायरस के विकास में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करती है और वैक्सीन डिजाइन के लिए तनाव चयन में योगदान कर सकती है। कुल मिलाकर, यह अध्ययन कम्प्यूटेशनल उपकरणों का उपयोग करके आरएसवी प्रमुख सतह प्रोटीन में टी सेल एपिटोप्स का एक केंद्रित विश्लेषण प्रदान करता है। हमने आरएसवी के लिए एक व्यापक टी सेल एपिटोप भविष्यवाणी की, जो आरएसवी सतह प्रोटीन में टी सेल एपिटोप के प्रतिरक्षाविज्ञानी संबंध को दर्शाती है। यह अध्ययन दर्शाता है कि टी सेल एपिटोप विकास आनुवंशिक भिन्नता से भिन्न हो सकता है और एक एकीकृत एपिटोप-आधारित आरएसवी वैक्सीन और मूल्यांकन विधियों को विकसित करने के लिए एक रूपरेखा प्रदान करता है जिसका उपयोग टीकाकरण रणनीतियों को अनुकूलित करने के लिए किया जा सकता है।

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