Auswirkung einzelner Aminosäuresubstitutionen auf die Erkennung von Influenza Hemagglutinin durch Antikörper

Autor: Cozzarini, Helena
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Popis: Influenzaviren stellen eine Herausforderung sowohl für die globale Gesundheit als auch gegenüber Impfbemühungen dar, da sie in periodischen Abständen der humanen Antikörperimmunität entkommen. In der Regel sind es nur einzelne Aminosäuresubstitutionen in Hämagglutinin, dem wichtigsten Oberflächenprotein des Virus, die solche 'Immune escape events' verursachen. Basierend auf den Auswirkungen solcher Substitutionen auf die Antikörpererkennung werden virale Varianten in so genannte antigenische Cluster eingeteilt. Die Entstehung eines neuen antigenischen Clusters geht häufig mit verminderter Impfstoffwirksamkeit einher. Daher ist die Vorhersage von Cluster-Übergängen und der dafür verantwortlichen Substitutionen ein wichtiges wissenschaftliches Ziel. Die zugrunde liegenden molekularen und evolutionären Mechanismen sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit zwei Faktoren, die den Zeitpunkt und die Position von Cluster-Übergängen potenziell beeinflussen: Abhängigkeit vom genetischen Kontext und Immunodominanz. Wir untersuchen beide Faktoren mit Hilfe von 'Single substitution mutant viruses', die in Antikörper-Bindungstests gegen menschliche und Frettchen-Antiseren titriert wurden, und vergleichen ihre antigenischen und genetischen Profile. Eine bestimmte Substitution wurde in mehrere Viren desselben antigenischen Clusters eingefügt, um zu testen, ob sie in in allen davon effektiv die Antikörperbindung unterbindet. Es zeigte sich, dass alle getesteten viralen Stämme allein durch diese Substitution der Neutralisation durch Antikörper entfliehen konnten. Obwohl das Ausmaß des antigenischen Effekts zwischen den einzelnen Viren variierte, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass der Zeitpunkt einer Cluster-Transition nicht vom genetischen Kontext abhängt. Es ist daher wahrscheinlich, dass alle Viren eines bestimmten Clusters als Grundlage für die Vorhersage von nachfolgenden Varianten und Clustern genutzt werden könnten. Darüber hinaus präsentieren wir eine Reihe von Hypothesen, die spekulieren, wie Immunodominanz die Position von Escape-Substitutionen innerhalb von Hämagglutinin bestimmen könnte. Wir verwendeten die Sensitivität gegenüber Mutationen als Approximator für Immunodominanz und mutierten die antigenischen Hauptpositionen von Hämagglutinin, um auf die Immunodominanz verschiedener Positionen schließen zu können. Dadurch konnten wir zeigen, dass humane Seren aus dem Jahr 1989 am stärksten auf die exakte Position von Hämagglutinin fokussiert waren, die auch tatsächlich in der Natur mutierte und einen neuen Cluster hervorbrachte. Dieses Ergebnis deutet auf einen Zusammenhang zwischen der Immunodominanz in der Bevölkerung und der Position von Escape-Substitutionen hin. Unsere Ergebnisse beleuchten zwei bisher wenig erforschte Aspekte der Influenzaevolution und könnten zur Entwicklung von Methoden zur Vorhersage von Escape-Mutationen genutzt werden, bevor diese natürlich entstehen. Influenza viruses burden global health and challenge vaccination efforts by periodically escaping antibody immunity. Escape events are typically caused by single amino acid substitutions in hemagglutinin, the virus's main surface protein. Based on the effects of such substitutions on antibody recognition, viral variants are grouped into so-called antigenic clusters. The emergence of new antigenic clusters often goes hand in hand with reduced vaccine efficacy. Predicting cluster transitions and their causative amino acid substitutions is thereby a significant scientific goal. However, the concrete molecular and evolutionary mechanisms underlying cluster transitions still need to be fully understood. Here, we examine two factors potentially influencing the timing and position of cluster-transition substitutions in influenza: genetic-context dependency and immunodominance. We investigated both these factors using single amino acid substitution mutant viruses titrated against human and ferret antisera in antibody-binding assays and compared the antigenic profiles of the viruses with their genetic profiles. The same cluster transition substitution was inserted into several viruses from a given antigenic cluster to test if it was effective at abrogating antibody binding in all these viruses. We found that all tested viruses could escape serum antibodies via the same escape substitution. Although the magnitude of the substitution's antigenic effect varied between viruses, our results suggest that context dependency does not dictate the timing of cluster transitions. This indicates that all viruses of a given antigenic cluster could be used as a basis for predicting viral variants. We further proposed a set of hypotheses explaining how immunodominance might determine the position of escape substitutions. By mutating key antigenic sites and using sensitivity to mutations as a proxy for immunodominance, we show that human sera from 1989 were most focused on the exact position in hemagglutinin that was mutated in nature to give rise to a new cluster. This finding hints towards a connection between population immunodominance and the location of upcoming escape mutations. Our findings shed light on two under-explored aspects of influenza antigenic cluster transition and could be used to develop methods for predicting escape mutations before they arise. Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Masterarbeit Wien, FH Campus Wien 2023
Databáze: OpenAIRE
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