vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2024-21-1-53-61vestim-953Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEАктивация короткими синтетическими пептидами лейкоцитов in vitro как этап создания лечебно-профилактических вакцин против COVID-19Activating the leukocytes by short synthetic peptides in vitro as a stage in the creation of treatment-prophylactic vaccines against COVID-19https://orcid.org/0000-0003-1367-7742ЦыганковА. М.TsygankovA. M.

Цыганков Арсений Михайлович – ст. преподаватель

пр-т Фрунзе, 27, 210023, г. Витебск

Arsenii M. Tsygankov – Senior Lecturer

27, Frunze Avе., 210023, Vitebsk

87senka@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6640-3388ГрибовскаяО. В.GribovskayaO. V.

Грибовская Ольга Викторовна – канд. хим. наук, заместитель директора по научной работе

ул. Академика Купревича, 5/2, 220141, г. Минск

Olga V. Gribovskaya – Ph. D. (Chem.), Deputy Director

5/2, Akad. Kuprevich Str., 220141, Minsk

o.gribovskaya@iboch.byhttps://orcid.org/0000-0002-1454-619XМартиновичВ. П.MartinovichV. P.

Мартинович Вера Павловна – канд. хим. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Академика Купревича, 5/2, 220141, г. Минск

Vera P. Martinovich ‒ Ph. D. (Chem.), Leading Researcher

5/2, Akad. Kuprevich Str., 220141, Minsk

vermar@iboch.byhttps://orcid.org/0000-0001-5324-0495ГолубовичВ. П.GolubovichV. P.

Голубович Владимир Петрович – д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академика Купревича, 5/2, 220141, г. Минск

Vladimir P. Golubovich ‒ D. Sc. (Biol.), Professor, Head of the Laboratory

5/2, Akad. Kuprevich Str., 220141, Minsk

golubovich@iboch.byХайрулинаН. В.KhairulinaN. V.

Хайрулина Наталья Васильевна – лаборант

пр-т Фрунзе, 27, 210023, г. Витебск

Natalia V. Khairulina ‒ Assistant

27, Frunze Avе., 210023, Vitebsk

highrullina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-9355-8534ЯнченкоВ. В.YanchankaU. V.

Янченко Владимир Вилиянинович – канд. мед. наук, доцент

пр-т Фрунзе, 27, 210023, г. Витебск

Uladzimir V. Yanchanka – Ph. D. (Med.), Associate Professor

27, Frunze Avе., 210023, Vitebsk

rst_vitebsk@inbox.ruВитебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университетVitebsk State Medical UniversityИнститут биоорганической химии НАН БеларусиInstitute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus2024040320242115361Copyright © Цыганков А.М., Грибовская О.В., Мартинович В.П., Голубович В.П., Хайрулина Н.В., Янченко В.В., 20242024Цыганков А.М., Грибовская О.В., Мартинович В.П., Голубович В.П., Хайрулина Н.В., Янченко В.В.Tsygankov A.M., Gribovskaya O.V., Martinovich V.P., Golubovich V.P., Khairulina N.V., Yanchanka U.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/953

Опыт борьбы с пандемиями убедительно показывает, что вакцинация населения всех категорий должна быть приоритетной задачей государства. При выборе платформы для производства вакцин следует акценти­ровать внимание на том, чтобы при минимальных затратах получить оптимальный эффект. Для достижения этих целей возможно использование пептидной вакцины или вакцины на платформе белка. Также привлекательной пер­спективой будет использование пероральных и интраназальных вакцин, что обусловлено простотой их применения для разных групп населения. Кроме того, сформированный ими иммунитет не уступает таковому при применении вакцин для внутримышечного введения.

В данной работе исследованы синтетические пептиды, представляющие собой фрагменты поверхностного бел­ ка SARS-CoV-2. Пептиды получены методом классического пептидного синтеза, причем пептид № 1 (Lys-Ile-AlaAsp-Tyr-Asn-Tyr-Lys-Leu) является иммунодоминантным для HLA-A02:01 фенотипа, отличающегося низкой расчет­ ной концентрацией полумаксимального ингибирования. Пептид № 2 (Val-Arg-Gln-Ala-Pro-Asn-Gly-Gln-Thr) выбран в качестве контроля и не является иммунодоминантным для HLA-A02:01 фенотипа, имеющего высокую расчетную концентрацию полумаксимального ингибирования (IC50).

Проведено анкетирование 80 и обследование 78 добровольцев. Исследование показателей клеточного иммуни­тета проводили с помощью проточного цитометра Cytomics FC 500, уровня гамма-интерферона (ИФН-γ) ‒ с помо­щью иммуноферментного анализа. Полученные данные обрабатывали с использованием программы Statistica 10. В результате работы апробирован новый метод, позволяющий оценивать активацию синтетическими пептидами лейкоцитов крови. Вне зависимости от HLA-A фенотипа обследуемых пептиды могли связываться с лейкоцитами, что свидетельствует об универсальности реакций на чужеродные пептиды, особенно клеток врожденного иммуни­тета. Пептид № 2 с высокой расчетной IC50 по сравнению с пептидом № 1 с низкой расчетной IC50 продемонстриро­вал достоверно большую связь с лимфоцитами и моноцитами, активацию базофилов. Использование в этой работе пептидов показало, что последние взаимодействуют с лейкоцитами, активируют их посредством секреции ИФН-γ. Таким образом, нами продемонстрирован подход к созданию пептидной вакцины на этапе исследований in vitro, а по увеличению уровня ИФН-γ изучен противовирусный ответ.

Experience with pandemics strongly suggests that vaccination of the population in all categories should be a national priority. The choice of a vaccine production platform should be made in such a way as to achieve an optimal effect at the lowest possible cost. A peptide vaccine or a protein platform vaccine could serve these purposes. Oral and intranasal vaccines are also attractive due to the ease of administration to different population groups, and the resulting immunity is not inferior to that of intramuscularly administered vaccines.

In this work, synthetic peptides representing the fragments of the surface protein SARS-CoV-2 were investigated. The peptides were prepared by classical peptide synthesis, with peptide No. 1 (Lys-Ile-Ala-Asp-Tyr-Asn-Tyr-Lys-Leu) being immunodominant for the HLA-A02:01 phenotype with a low calculated concentration of half-maximum inhibition. Peptide No. 2 (Val-Arg-Gln-Ala-Pro-Asn-Gly-Gln-Thr) was chosen as control and is not immunodominant for the HLA-A02:01 phenotype, with a high estimated concentration of half-maximum inhibition (IC50).

80 persons were questionnaired and 78 volunteers were examined. Cellular immunity parameters were analyzed using a Cytomics FC 500 flow cytometer and gamma interferon (IFN-γ) was determined by ELISA. The results were processed using Statistica 10 software. As a result, a new method was tested to evaluate the activation of blood leukocytes by synthetic peptides. Regardless of the HLA-A phenotype of the study subjects, the peptides were able to bind to leukocytes, indicating a universal response to foreign peptides, especially to innate immune cells. Peptide No. 2 with high calculated IC50, compared to peptide No. 1 with low calculated IC50, showed significantly higher binding to lymphocytes and monocytes and activation of basophils. The peptides used in this work showed that they interact with leukocytes, activating them through the secretion of IFN-γ. Thus, our work demonstrates an approach to creating a peptide vaccine in the in vitro research phase, as well as to studying the antiviral response by the IFN-γ growth in response to the peptides.

COVID-19вакцинасинтетические пептидыгамма-интерферонIC50HLAпроточная цито­метрияИФАCOVID-19vaccinepeptidegamma interferonIC50HLAflow cytometryELISAReferencesCOVID-19 vaccine tracker: COVID-19 Landscape of novel coronavirus candidate vaccine development worldwide [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidatevaccines. – Date of access: 09.10.2022.COVID-19 vaccine tracker: COVID-19 Landscape of novel coronavirus candidate vaccine development worldwide. Available at: https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape-of-covid-19-candidate-vaccines (accessed 09.10.2022).COVID-19 vaccine tracker [Electronic resource]. – Mode of access: https://covid19.trackvaccines.org. – Date of access: 29.11.2022.COVID-19 vaccine tracker. Available at: https://covid19.trackvaccines.org (аccessed 29.11.2022).A global database of COVID-19 vaccinations / E. Mathieu [et al.] // Nat. Human Behav. – 2021. – Vol. 5, N 7. – P. 947–953. https://doi.org/10.1038/s41562-021-01122-8Mathieu E., Ritchie H., Ortiz-Ospina E., Roser M., Hasell J., Appel C., Giattino Ch., Rodés-Guirao L. A global database of COVID-19 vaccinations. Nature Human Behaviour, 2021, vol. 5, no. 7, pp. 947–953. https://doi.org/10.1038/s41562-021-01122-8Pollard, A. J. A guide to vaccinology: from basic principles to new developments / A. J. Pollard, E. M. Bijker // Nat. Rev. Immunol. – 2021. – Vol. 21, N 2. – P. 83–100. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00479-7Pollard A. J., Bijker E. M. A guide to vaccinology: from basic principles to new developments. Nature Reviews Immunology, 2021, vol. 21, no. 2, pp. 83–100. https://doi.org/10.1038/s41577-020-00479-7Park, J. H. Delivery routes for COVID-19 vaccines / J. H. Park, H. K. Lee // Vaccines. – 2021. – Vol. 9, N 5. – P. 524. https://doi.org/10.3390/vaccines9050524Park J. H., Lee H. K. Delivery routes for COVID-19 vaccines. Vaccines, 2021, vol. 9, no. 5, pp. 524–539. https://doi.org/10.3390/vaccines9050524Developing an effective peptide-based vaccine for COVID-19: Preliminary studies in mice models / H. Yang [et al.] // Viruses. – 2022. – Vol. 14, N 3. – P. 449. https://doi.org/10.3390/v14030449Yang H., Cao J., Lin X., Yue J., Zieneldien T., Kim J. [et al.]. Developing an effective peptide-based vaccine for COVID-19: Preliminary studies in mice models. Viruses, 2022, vol. 14, no. 3, p. 449. https://doi.org/10.3390/v14030449A comprehensive review of the protein subunit vaccines against COVID-19 / M. Heidary [et al.] // Front. Microbiol. – 2022. – Vol. 13. – Art. 927306. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.927306Heidary M., Kaviar V. H., Shirani M., Ghanavati R., Motahar M., Sholeh M., Ghahramanpour H., Khoshnood S. A comprehensive review of the protein subunit vaccines against COVID-19. Frontiers in Microbiology, 2022, vol. 13, art. 927306. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.927306Contemporary COVID-19 vaccines: The science and marketing / S. Chiplunkar [et al.] // J. Young Pharmacists. – 2022. – Vol. 14, N 2. – P. 133–139.Chiplunkar S., Baravkar A., Paricharak S., Masal A., Aher N. Contemporary COVID-19 vaccines: The science and marketing. Journal of Young Pharmacists, 2022, vol. 14, no. 2, pp. 133–139.Triccas, J. A. Affordable SARS-CoV-2 protein vaccines for the pandemic endgame / J. A. Triccas, J. Kint, F. M. Wurm // NPJ Vaccines. – 2022. – Vol. 7, N 1. – P. 1–2.Triccas J. A., Kint J., Wurm F. M. Affordable SARS-CoV-2 protein vaccines for the pandemic endgame. NPJ Vaccines, 2022, vol. 7, no. 1, pp. 1–2. https://doi.org/10.1038/s41541-022-00507-8The many faces of innate immunity in SARS-CoV-2 infection / N. Hanan [et al.] // Vaccines. – 2021. – Vol. 9, N 6. – Art. 596. https://doi.org/10.3390/vaccines9060596Hanan N., Doud Jr. R. L., Park In-W., Jones H. P., Mathew S. O. The many faces of innate immunity in SARS-CoV-2 infection. Vaccines, 2021, vol. 9, no. 6, art. 596. https://doi.org/10.3390/vaccines9060596Effect of COVID-19 peptides on leukocytes / О. V. Gribovskaya [et al.] // VII International сonference on “Chemistry, structure and function of biomolecules”, Minsk, November 23‒25, 2021 : book of abstracts / ed.: A. V. Lapko, N. B. Khripach, A. B. Sachanka. – Minsk, 2021. ‒ P. 87‒88.Gribovskaya О. V., Yanchenko V. V., Tsygankov А. M., Martinovich1 V. P., Golubovich V. P. Effect of COVID-19 peptides on leukocytes. VII International conference on (Chemistry, structure and function of biomolecules”, Minsk, November 23‒25, 2021: book of abstracts. Minsk, 2021, pp. 87‒88.Hermiston, M. L. CD45+: a critical regulator of signaling thresholds in immune cells / M. L. Hermiston, Z. Xu, A. Weiss// Annu.Rev.Immunol. – 2003. – Vol. 21, N 1. – P. 107–137. https://doi.org/10.1146/annurev.immunol.21.120601.140946Hermiston M. L. Xu Z., Weiss A. CD45+: a critical regulator of signaling thresholds in immune cells. Annual Review of Immunology, 2003, vol. 21, no. 1, pp. 107–137. https://doi.org/10.1146/annurev.immunol.21.120601.140946Sancho, D. CD69 is an immunoregulatory molecule induced following activation / D. Sancho, M. Gómez, F. Sánchez– Madrid // Trends Immunol. – 2005. – Vol. 26, N 3. – P. 136–140. https://doi.org/10.1016/j.it.2004.12.006Sancho D. Gómez M., Sánchez–Madrid F. CD69 is an immunoregulatory molecule induced following activation. Trends in Immunology, 2005, vol. 26, no. 3, pp. 136–140. https://doi.org/10.1016/j.it.2004.12.006Structural basis for nucleotide recognition by the ectoenzyme CD 203c / A. Gorelik [et al.] // FEBS J. – 2018. – Vol. 285, N 13. – P. 2481–2494. https://doi.org/10.1111/febs.14489Gorelik A., Randriamihaja A., Illes K., Nagar B. Structural basis for nucleotide recognition by the ectoenzyme CD 203c. FEBS Journal, 2018, vol. 285, no. 13, pp. 2481–2494. https://doi.org/10.1111/febs.14489Pols, M. S. Trafficking and function of the tetraspanin CD63 / M. S. Pols, J. Klumperman // Exp. Cell Res. – 2009. – Vol. 315, N 9. – P. 1584–1592. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2008.09.020Pols M. S., Klumperman J. Trafficking and function of the tetraspanin CD63. Experimental Cell Research, 2009, vol. 315, no. 9, pp. 1584–1592. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2008.09.020Interferon-γ release assay for accurate detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 T-cell response / K. Murugesan [et al.] // Clin. Infect. Dis. – 2021. – Vol. 73, N 9. – P. 3130–3132. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa1537Murugesan K., Jagannathan P., Pham Th. D., Pandey S., Bonilla H. F., Jacobson K. [et al.]. Interferon-γ release assay for accurate detection of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 T-cell response. Clinical Infectious Diseases, 2021, vol. 73, no. 9, pp. 3130–3132. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa1537Accuracy of QuantiFERON SARS-CoV-2 research use only assay and characterization of the CD4+ and CD8+ T cellSARS-CoV-2 response: comparison with a homemade interferon-γ release assay / A. Aiello [et al.] // Int. J. Infect. Dis. – 2022. – Vol. 122. – P. 841–849. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2022.07.049Aiello A., Coppola A., Vanini V., Petrone L., Cuzzi G., Salmi A. [et al.]. Accuracy of QuantiFERON SARS-CoV-2 research use only assay and characterization of the CD4+ and CD8+ T cell-SARS-CoV-2 response: comparison with a homemade interferon-γ release assay. International Journal of Infectious Diseases, 2022, vol. 122, pp. 841–849. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2022.07.049Todorović-Raković, N. Between immunomodulation and immunotolerance: The role of IFNγ in SARS-CoV-2 disease / N. Todorović-Raković, J. R. Whitfield // Cytokine. – 2021. – Vol. 146. – Art. 155637. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2021.155637Todorović-Raković N., Whitfield J. R. Between immunomodulation and immunotolerance: The role of IFNγ in SARS-CoV-2 disease. Cytokine, 2021, vol. 146, art. 155637. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2021.155637Designing a SARS-COV-2 T-cell-inducing vaccine for high-risk patient groups / H. G. Rammensee [et al.] // Vaccines. – 2021. – Vol. 9, N 5. – P. 428. https://doi.org/10.3390/vaccines9050428Rammensee H. G., Gouttefangeas C., Heidu S., Klein R., Preuß B., Walz J. S. [et al.]. Designing a SARS-COV-2 T-cell-inducing vaccine for high-risk patient groups. Vaccines, 2021, vol. 9, no. 5, p. 428. https://doi.org/10.3390/vaccines9050428Peptide candidates for the development of therapeutics and vaccines against β-coronavirus infection / R. Chourasia [et al.] // Bioengineered. – 2022. – Vol. 13, N 4. – P. 9435–9454. https://doi.org/10.1080/21655979.2022.206045+3Chourasia R., Padhi S., Phukon L. Ch., Abedin M. M., Sirohi R., Singh R. S., Rai A. K. Peptide candidates for the development of therapeutics and vaccines against β-coronavirus infection. Bioengineered, 2022, vol. 13, no. 4, pp. 9435–9454. https://doi.org/10.1080/21655979.2022.2060453Cid, R. Platforms for production of protein-based vaccines: from classical to next-generation strategies / R. Cid, J. Bolívar // Biomolecules. – 2021. – Vol. 11, N 8. – P. 1072–1105. https://doi.org/10.3390/biom11081072Cid R., Bolívar J. Platforms for production of protein-based vaccines: from classical to next-generation strategies. Biomolecules, 2021, vol. 11, no. 8, pp. 1072–1105. https://doi.org/10.3390/biom11081072

The authors declare that there are no conflicts of interest present.