CN115975053A - 靶向新型冠状病毒的疫苗 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物技术领域,尤其涉及靶向新型冠状病毒的疫苗。本发明涉及一种精准防治新型冠状病毒的疫苗,其将SARS‑COV‑2的S\M\N蛋白的B细胞抗原表位与趋化因子CX3CL1进行了重组融合。实验结果表明:这种重组疫苗可以在体内高效诱导特异性体液免疫和细胞免疫反应,使得免疫系统对病毒进行大量杀伤,可以有效预防或治疗新型冠状病毒的感染。
Description
技术领域
本发明涉及疫苗研发领域,具体涉及靶向新型冠状病毒的疫苗。
背景技术
冠状病毒(Coronaviridae)是一类单股正链RNA病毒,基因组大小为27~32kb。在所有已知的RNA病毒(例如流感病毒、脊髓灰质炎病毒、HIV等)中,冠状病毒的基因组是最大的。因病毒囊膜上含有刺突(spike)状的包膜蛋白S,在电镜结构中类似于皇冠上镶嵌的珍珠,病毒由此而得名。按照系统发育的不同,冠状病毒可以被分成α/β/γ/δ四个属,每个属有不同的毒株,α/β属冠状病毒感染哺乳动物,而γ/δ属冠状病毒感染鸟类。
最新序列研究分析表明,从临床病人分离的SARS-CoV-2和SARS冠状病毒有79.3%的同一性。冠状基因组结构较为保守,包含11个功能性开放阅读框,依次为ORF1a、ORF1b、S、ORF3、ORF4a、ORF4b、ORF5、E、M、ORF8b和N。其中ORF1a和ORF1b分别编码在所有冠状病毒中均保守的两种复制酶PL2pro和3CLpro。ORF3、4a、4b、5和8b分别编码了病毒的5种附属蛋白。ORFs S、E、M和N编码了的4种主要结构蛋白—刺突蛋白(Spike Protein,S)、包膜蛋白(EnvelopeProtein ,E)、膜蛋白(Membrane Protein,M)和核衣壳蛋白(NucleocapsidProtein,N)。其中,E蛋白为在病毒表面形成离子通道的一种跨膜蛋白,与病毒毒力相关。N蛋白是病毒基因组RNA复制复合物的主要组成部分,并与M蛋白的C端结构域结合。M蛋白是构成冠状病毒粒子形状的蛋白,参与病毒组分在病毒粒子中的整合。S蛋白突出于病毒粒子表面,为I型跨膜糖蛋白,与病毒颗粒吸附和膜融合相关,根据相关研究报道,S蛋白是诱导机体产生中和抗体的主要免疫原,S蛋白在之后成为中东呼吸综合症病毒MERS疫苗和基因工程药物开发的重要靶点。鉴于以往工作经验,S蛋白成为针对SARS-COV-2的首选抗原。然而大量的相关病毒防御研究也揭示,针对核衣壳蛋白的抗体也可以保护机体免于病毒的攻击,例如一些针对核衣壳蛋白的乙肝疫苗。
另外,抗原蛋白经抗原提呈细胞摄取后会经蛋白酶体或者溶酶体降解成可以结合MHCII或者MHCI的多肽序列,称之为抗原表位。与全长蛋白相比,直接选择抗原表位理论上可以增强被呈递的可能性。例如,在肿瘤疫苗的研发中就经历了从使用全肿瘤细胞到单个肿瘤过表达蛋白以及生物信息学手段预测多个抗原表位的历程。初始的B细胞仅存在于淋巴结等次级淋巴组织中,淋巴结等次级淋巴组织是免疫应答发生的重要场所。外源性抗原只有被专职抗原提呈细胞摄取、加工,才能有效地提呈至细胞表面,活化初始B细胞。尽管已发现树突状细胞(DC)是强大的抗原提呈细胞,但不同亚群DC具有不同的诱导抗原特异免疫应答能力。近年来,大量研究认为,在小鼠体内,CD8α+DC是主要将抗原提呈给Th1型CD4 T细胞,Th1型CD4 T细胞可以分泌IFNr促进B细胞分泌IgG2型抗体,这类抗体是主要的中和抗体组成部分,而其他群DC细胞提呈抗原给Th2型CD4 T细胞,主要分泌IL-10介导免疫抑制性IgG1产生。故而在抗病毒的抗原递送过程中,将抗原递送次级淋巴结可以一方面给CD8α+DC细胞摄取促进辅助性Th1型CD4 T发育,一方面直接被B细胞吞噬开启免疫,二者结合可以高效的产生针对病毒的中和型抗体。在人体内也存在一群与之类似的细胞,即CD141+DC(又称为BDCA3+DC)。然而,这些细胞也主要存在于次级淋巴组织,难以直接从外周组织中摄取抗原物质。位于外周组织中的少量抗原即使通过引流淋巴管进入局部引流淋巴结内,由于淋巴结解剖结构的致密性,也难以与位于淋巴结内部的副皮质区内的CD8α+DC细胞接触而被摄取。因此,目前尚缺乏如何将病毒蛋白免疫原主动传送到CD8α+DC细胞的方式而诱导出针对抗原的T和B细胞免疫。
CX3CL1是一种最早于1997年在人体基因组中发现的免疫细胞趋化因子(Bazan,Bacon et al. 1997)。该趋化因子的家族分类非常独特,和其他常规CC家族及CXC家族趋化因子的蛋白质结构具有一定的序列差异。CX3CL1最早发现是一种全长序列中含有跨膜区的类似细胞膜糖蛋白的跨膜蛋白,这种蛋白后来被证明在人体组织分布中存在两种不同的结构模式。一种是全长的分布于细胞膜表面的糖蛋白形式,含有其N端头部的趋化结构,中间的糖茎结构以及C端的细胞膜锚定结构。另一种形式为被酶切仅含有趋化结构与糖茎结构的分泌蛋白形式。现已证明,后者的分泌蛋白形式是CX3CL1作为趋化因子在组织中分布中的主要形式,这种形式可以和其他CC家族或CXC家族的普通趋化因子一样,行驶免疫细胞的趋化能力。在很多已有研究中已经证明,CX3CL1的趋化形式具备非常高效的T细胞B细胞等单核细胞趋化能力,且并不对中性粒细胞发生反应。推测这可能与其独特的糖茎结构有关,使得其可以发挥更强的趋化因子能力。
由于SARS-COV-2对于人类而言是全新的病毒,人类机体对SARS-COV-2的保护性免疫应答过程仍不清楚,故而无法判断哪一种疫苗类型会取得最好的保护效果。行之有效的策略为多种疫苗平台多种免疫方法同时平行开发,以便尽快获得安全有效的疫苗。目前的研究还未将CX3CL1趋化因子与新型冠状病毒抗原结合用于新型冠状病毒应用的案例,其是否能显著提高新型冠状病毒抗原性能也未得而知。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供靶向新型冠状病毒的疫苗。
本发明提供了重组抗原,其包括CX3CL1趋化因子和新型冠状病毒B细胞抗原。其中,新型冠状病毒B细胞抗原,简称抗原(或S/M/N抗原),其包括S抗原表位、N抗原表位和M抗原表位;
所述S抗原表位氨基酸序列如SEQ ID NO:11所示;
所述N抗原表位氨基酸序列如SEQ ID NO:12所示;
所述M抗原表位氨基酸序列如SEQ ID NO:13所示。
所述S抗原表位、N抗原表位和M抗原表位之间独立的用连接肽连接,所述连接肽的氨基酸序列如SEQ ID NO:10所示。
进一步的,本发明中,所述的重组抗原中,
所述新型冠状病毒B细胞抗原具有如SEQ ID NO:5所示的氨基酸序列;
所述CX3CL1趋化因子具有如SEQ ID NO:6所示的核酸序列。
本发明所述的新型冠状病毒B细胞抗原是对B细胞表位通过生物信息学预测后得到,是国际公认的表位,其分布不仅存在于新冠病毒RBD区域,还包括了S蛋白的其他位置以及M和N蛋白,因此扩展性和泛用性强于其它新型冠状病毒专属性抗原。
本发明所述的重组抗原中,CX3CL1趋化因子与新型冠状病毒B细胞抗原之间通过linker连接,所述linker为(G5S)n,其中n为1~10。在本发明的一些具体实施例中,所述linker为GGGGGSGGGGG(如SEQ ID NO:8所示)。
进一步的,本发明所述的重组抗原还包括IgE信号肽和/或C端的Flag标签。所述IgE信号肽的氨基酸序列为MDWTWILFLVAAATRVHS,如SEQ IDNO:7所示,其在重组蛋白N端的添加促使融合蛋白分泌到胞外;所述Flag标签的氨基酸序列为DYKDDDDK,如SEQ ID NO:9所示,该序列只为鉴定蛋白表达的标签不影响序列的免疫效果。
在一些具体的实施例中,本发明所述的重组抗原的组成可以包括如下a)~e)所示中的任意一种:
a)、抗原;
b)、CX3CL1趋化因子和抗原;
c)、IgE信号肽、CX3CL1趋化因子和抗原;
d)、CX3CL1趋化因子、抗原和Flag标签;
e)、IgE信号肽、CX3CL1趋化因子、抗原和Flag标签。
进一步的,本发明所述的重组抗原具有如SEQ ID NO:3所示的氨基酸序列。
本发明中,CX3CL1是趋化因子,行使免疫细胞的趋化能力。本发明对CX3CL1蛋白结构及序列分析后,进行了CX3CL1趋化因子重构。结果表明,在重构的CX3CL1趋化因子变体中CX3CL1-b具有较高的趋化活性,可显著提高细胞抗原分子交叉呈递效果,其氨基酸序列如SEQ ID NO:6所示。
本发明所述的重组抗原,CX3CL1-b趋化因子的融合表达提高了S\M\N抗原表位进入次级淋巴结的效率以及被免疫细胞、B细胞吞噬、加工、呈递的效率,改善了诱导特异性抗体反应的效果。实验结果表明,本发明所述的抗原及重组抗原均有较高的蛋白表达,将其注射于小鼠后能有效地在血清中诱导出针对S\M\N的抗体,说明融合基因免疫的效果显著有效;且其免疫来源的血清对新型冠状病毒有较强的防治能力,其中CX3CL1-S/M/N重组抗原来源的血清效果显著高于S/M/N抗原来源的血清。
本发明提供了编码所述重组抗原的核酸。
进一步的,编码所述重组抗原的核酸中,
编码CX3CL1趋化因子的核酸如SEQ ID NO:4所示;
编码新型冠状病毒B细胞抗原的核酸如SEQ ID NO:1所示。
本发明的一些具体实施例中,所述的核酸可以为CX3CL1-抗原;
本发明的另一些实施例中,本发明所述的核酸可以为CX3CL1-linker-抗原;
本发明的另一些实施例中,本发明所述的核酸可以为IgE信号肽-CX3CL1-linker-抗原;
本发明的另一些实施例中,本发明所述的核酸可以为CX3CL1-linker-抗原-Flag标签;
本发明的另一些实施例中,本发明所述的核酸可以为IgE信号肽-CX3CL1-linker-抗原-Flag标签。
本发明中,所述的核酸具有如SEQ ID NO:2所示的核酸序列。
本发明所述的编码重组抗原的核酸可以是DNA、RNA、cDNA或PNA。在本发明实施例中,所述核酸为DNA或RNA形式。所述DNA形式包括cDNA、基因组DNA或人工合成的DNA。所述DNA可以是单链的或是双链的。核酸可以包括具有不同功能的核苷酸序列,如编码区和非编码区如调控序列(例如启动子或转录终止子)。核酸在拓扑学上可以是线性或环状的。核酸可以是例如载体(如表达或克隆载体)的一部分,或一个片段。所述核酸可直接从天然来源获得,或者可由重组、酶法或化学技术辅助制备。所述RNA形式为由基因转录获得的mRNA等。
在本发明中,对编码所述重组抗原的DNA序列进行了优化,这些优化包括但不限于:密码子使用偏好性,消除不利于表达的二级结构(如发夹结构),改变GC含量,CpG二核苷酸含量,mRNA的二级结构,隐蔽剪接位点,早期多聚腺苷化位点,内部核糖体进入位点和结合位点,负CpG岛,RNA不稳定区,重复序列(直接重复、反向重复等)和可能影响克隆的限制性位点。
本发明中还提供了所述重组抗原的转录单元,所述转录单元是指启动子开始至终止子结束的DNA序列。启动子和终止子两侧或之间还可包括调控片段,所述调控片段可以包括与核酸序列可操作地连接的启动子、增强子、转录终止信号、多腺苷酸化序列、复制起点、核酸限制性位点、和同源重组位点,例如启动子的增强子,poly(A)信号等。
本发明提供了重组载体,其包括载体骨架和本发明所述的核酸。
本发明所述重组载体,是指重组的核酸载体,是一种重组DNA分子,其包含期望的编码序列和对可操作连接的编码基因在具体宿主生物内的表达所必不可少的合适的核酸序列或元件。对模式动物或哺乳动物细胞中的表达必需的核酸序列或元件包括启动子,核糖体结合位点及可能的其它序列。已知真核细胞利用启动子,增强子以及终止子。一经转化进入合适的宿主,载体可以独立于宿主基因组进行复制和发挥作用,或者,在一些情况下,自己整合进入基因组。在本说明书中,“质粒”和“载体”有时可以交换通用,因为质粒是当前最普遍使用的载体形式。然而,本发明意图包括表达载体的这样的其它形式,其发挥等价作用,其在本领域是已知的或将变为已知的,包括但不限于:质粒,噬菌体颗粒,病毒载体和/或仅为潜在的基因组插入物。具体实施例中,编码本发明提供的融合蛋白的核酸可构建于各种真核表达载体中。例如,其骨架载体可以是pVR系列载体(参见中国专利ZL202110624820.8)。
进一步的,在一些具体实施例中,本发明所述的重组载体可以包括如下所示的任意一种:
pVR-CX3CL1-抗原;
pVR-抗原。
本发明提供了转化或转染所述重组载体的宿主。用使用重组DNA技术构建的载体转化或转染宿主细胞,这样转化的宿主细胞有能力复制编码蛋白质的载体或表达期望蛋白质。
进一步的,所述的宿主包括模式动物或哺乳动物细胞。所述的模式动物包括小鼠、大鼠、兔子等生物医学领域常用的实验动物,本发明对此不做限定。所述的哺乳动物细胞包括CHO细胞、BHK细胞、Sp2/0、HEK293、HEK293T。
本发明提供了所述重组抗原的制备方法,其培养本发明所述的宿主,获得含有所述重组抗原的培养物。
本发明提供了如下I)~V)所示中至少一种在制备防治新型冠状病毒的疫苗中的应用:
I)、本发明所述的重组抗原;
II)、本发明所述的核酸;
III)、本发明所述的重组载体;
IV)、本发明所述的宿主;
V)、本发明所述的制备方法制得的含有重组抗原的培养物。
本发明提供了新型冠状病毒疫苗,其原料包括如下i)~v中的任意一种或多种:
i)、本发明所述的重组抗原;
ii)、本发明所述的核酸;
iii)、本发明所述的重组载体;
iv)、本发明所述的宿主;
v)、本发明所述的制备方法制得的含有重组抗原的培养物。
本发明所述的疫苗,可以为DNA疫苗、RNA疫苗或蛋白质疫苗,本发明对此不做限定。
进一步的,本发明所述的疫苗还包括辅料或缓冲液;所述辅料用于维持所述疫苗的活性或帮助所述疫苗发挥作用。所述辅料包括但不限于载体、表面活性剂和还原剂等;所述的载体包括慢病毒辅助载体、腺病毒辅助载体等起到辅助装配或辅助整合的载体;所述的表面活性剂包括但不限于triton;所述的还原剂包括但不限于DTT或β-巯基乙醇等。本发明所述的缓冲液包括PBS缓冲液、KCl缓冲液、NaCl缓冲液、Tris缓冲液等。
更进一步的,本发明所述的疫苗还包括所述的核酸的转录mRNA或翻译起始产物等,本发明对此不做限定。
更进一步的,所述的疫苗还包括含有所述核酸或mRNA的脂质纳米颗粒。所述的脂质纳米颗粒的制备过程包括利用动物体内转染试剂对所述的核酸或mRNA进行包裹,形成含有所述核酸或mRNA脂质纳米颗粒形式的疫苗用于新型冠状病毒的防治。
本发明提供了一种新型冠状病毒的防治的方法,其为给予本发明所述的疫苗。其给予方式可以包括注射。
本发明涉及一种精准防治新型冠状病毒的核酸疫苗。这种疫苗利用趋化因子CX3CL1经序列优化后的功能活性变体作为辅助,利用一种新型冠状病毒的特有S\M\N蛋白的B细胞表位作为靶向抗原。结果表明:这种新型疫苗可以在体内诱导高效的特异性体液免疫和细胞免疫反应,并使得免疫系统最终对病毒进行大量杀伤,可以有效预防或治疗新型冠状病毒的感染。
附图说明
图1示CX3CL1及其各种功能活性变体趋化各类专职抗原提呈细胞能力分析比较;
图2示pVR-CX3CL1-S/M/N和pVR-S/M/N的质粒图谱;
图3示质粒pVR-CX3CL1-S/M/N和pVR-S/M/N中目的基因的表达情况;
图4示pVR-CX3CL1-S/M/N和pVR-S/M/N两种质粒免疫小鼠后小鼠产生的中和抗体的情况;
图5示不同融合基因对小鼠进行免疫后的血清用于中和新冠病毒的效果,其中纵坐标表示各种不同血清能够完全中和病毒感染的最高稀释倍数。
具体实施方式
本发明提供了靶向新型冠状病毒的疫苗,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
除非另有定义,本文使用的所有科技术语具有本领域普通技术人员所理解的相同含义。关于本领域的定义及术语,专业人员具体可参考Current Protocols in MolecularBiology(Ausubel)。氨基酸残基的缩写是本领域中所用的指代20个常用L-氨基酸之一的标准3字母和/或1字母代码。
抗原表位(antigenic epitope),又称“抗原决定簇”或“抗原决定族位点”。抗原表位的大小与相应抗体的抗原结合部位相适合。一个抗原表位的特异性由组成它的所有残基共同决定,但其中有些残基在与抗体结合时比其它残基起更大作用,这些残基被称为免疫显性基团。
本发明中提供了新型冠状病毒SARS-COV-2的刺突蛋白、包膜蛋白、核衣壳蛋白的抗原表位。本发明中,所述S蛋白、刺突蛋白、SARS-COV-2S蛋白、SARS-COV-2刺突蛋白具有相同的意义,在本文中可以互换使用。所述M蛋白、包膜蛋白、SARS-COV-2M蛋白或包膜蛋白具有相同的意义,在本文中可以互换使用。所述N蛋白、核衣壳蛋白、SARS-COV-2N蛋白或SARS-COV-2核衣壳蛋白具有相同的意义,在本文中可以互换使用。在本发明中,SARS-COV-2的刺突蛋白的抗原表位也被称为SARS-COV-2的S蛋白的抗原表位或S蛋白的抗原表位或S表位;SARS-COV-2的包膜蛋白的抗原表位也被称为SARS-COV-2的M蛋白的抗原表位或M蛋白的抗原表位或M表位;SARS-COV-2的核衣壳蛋白的抗原表位也被称为SARS-COV-2的N蛋白的抗原表位或N蛋白的抗原表位或N表位。
本发明中,所述的连接肽或linker是指在融合蛋白中连接两个蛋白片段的连接物,一些实施例中,抗原表位之间的连接通过三肽AAY来实现。而抗原表位与趋化因子蛋白之间通过(GGGGS)n来连接。
本发明中,所述重组抗原是指通过DNA重组技术得到的基因重组后的表达产物。
一些实施例中,本发明提供的重组抗原中,包括SARS-COV-2的S蛋白的抗原表位、SARS-COV-2的N蛋白的抗原表位和SARS-COV-2的M蛋白的抗原表位,记为S\M\N。本发明中,对融合蛋白中S表位、M表位、N表位连接顺序不做限定。在本发明实施例中,由N端至C端,融合蛋白中依次包括S表位、M表位、N表位,其中S表位与M表位之间以连接肽AAY进行连接,M表位与S表位之间以连接肽AAY进行连接。
另一些实施例中,本发明提供的重组抗原中,包括CX3CL1趋化因子蛋白和SARS-COV-2的S蛋白的抗原表位、SARS-COV-2N蛋白的抗原表位和SARS-COV-2M蛋白的抗原表位;记为CX3CL1-S\M\N,对其中CX3CL1蛋白、S表位、N表位、M表位的连接顺序不做限定。本发明的一些实施例中,CX3CL1与S\M\N表位片段以linker进行连接,而表位片段之间以连接肽AAY进行连接。一些具体实施例中,CX3CL1-S\N\M的序列中,由N端至C端依次为CX3CL1蛋白-linker-S表位-AAY-M表位-AAY-N表位,其氨基酸序列如SEQ 3所示,编码该融合蛋白的核酸序列如SEQ 2所示。
S/M/N抗原基因序列(新型冠状病毒B细胞抗原)为:gtggacgctgtggactgcgccctggaccctctgagcgaaaccaagtgcactctgaagagctttaccgtggagaaaggcatttaccagacaagcaacgccgcctatgtgtgcggacctaaaaagagcaccaacctggtgaagaacaagtgcgtgaacttcaacttcaacggcctgaccggcaccggcgtgctgacagagagcaacaaaaagttcctgcctttccagcagtttggcagggacatcgcagacaccaccgacgccgtgagggaccctcagaccctggagatcctggacattacaccttgcagcttcggcggcgtgagcgtgatcgccgcctacggaaccaacaccagcaaccaggtggccgtgctgtatcaggacgtgaactgcacagaagtgcctgtggccatccacgccgaccagctgacccctacctggagggtgtacagcaccggcagcgccgcctacttcagccagattctgcctgaccccagcaaacctagcaaaagaagcttcatcgaagccgcctactttggagccggcgccgccctgcagatccctttcgcaatgcagatggcctaccggttcaacggcatcgccgcctatatggccgactccaacggcaccatcaccgtggaggagctgaagaagctgctggagcagtggaacctggtgatcgccgcttaccccctgctggagtctgagctggtgatcggagccgtgatcctgagaggccacctgagaatcgccgcttataggcctcagggcctgcctaataacaccgcctcctggttcaccgccctgacccagcacgggaaggccgcttataacaataatgctgccaccgtgctgcagctgccccagggaaccaccctgcctaaaggcttcgccgcatacaacaagcacatcgacgcctacaaaaccttcccccctaccgagcccaagaaagacaagaagaaaaagaccgacgaagcccagcctctgccccagcggcagaaaaagcagcccaccgtgaccctgctgcccgccgctgatatg(如SEQ ID NO:1所示)。
CX3CL1-S/M/N融合基因序列为:cagcaccacggagttaccaagtgtaacattacctgcagtaagatgacatccaagattcccgttgccctgttgattcactatcagcaaaaccaggcctcttgtggaaaaagggctattattctggagactcgacagcacaggctcttttgcgccgacccaaaggagcagtgggtcaaagacgccatgcagcacctggaccgccaggctgccgccctcaccagaaatggggggacattcgagaagcagattggggaagtcaaaccccgcaccacccccgcggccggcggcatggacgaatccgttgtcctcgagggaggaggaggagggagcggaggaggaggcggagtggacgctgtggactgcgccctggaccctctgagcgaaaccaagtgcactctgaagagctttaccgtggagaaaggcatttaccagacaagcaacgccgcctatgtgtgcggacctaaaaagagcaccaacctggtgaagaacaagtgcgtgaacttcaacttcaacggcctgaccggcaccggcgtgctgacagagagcaacaaaaagttcctgcctttccagcagtttggcagggacatcgcagacaccaccgacgccgtgagggaccctcagaccctggagatcctggacattacaccttgcagcttcggcggcgtgagcgtgatcgccgcctacggaaccaacaccagcaaccaggtggccgtgctgtatcaggacgtgaactgcacagaagtgcctgtggccatccacgccgaccagctgacccctacctggagggtgtacagcaccggcagcgccgcctacttcagccagattctgcctgaccccagcaaacctagcaaaagaagcttcatcgaagccgcctactttggagccggcgccgccctgcagatccctttcgcaatgcagatggcctaccggttcaacggcatcgccgcctatatggccgactccaacggcaccatcaccgtggaggagctgaagaagctgctggagcagtggaacctggtgatcgccgcttaccccctgctggagtctgagctggtgatcggagccgtgatcctgagaggccacctgagaatcgccgcttataggcctcagggcctgcctaataacaccgcctcctggttcaccgccctgacccagcacgggaaggccgcttataacaataatgctgccaccgtgctgcagctgccccagggaaccaccctgcctaaaggcttcgccgcatacaacaagcacatcgacgcctacaaaaccttcccccctaccgagcccaagaaagacaagaagaaaaagaccgacgaagcccagcctctgccccagcggcagaaaaagcagcccaccgtgaccctgctgcccgccgctgatatg(如SEQ ID NO:2所示)。
CX3CL1-S/M/N融合蛋白的氨基酸序列为:QHHGVTKCNITCSKMTSKIPVALLIHYQQNQASCGKRAIILETRQHRLFCADPKEQWVKDAMQHLDRQAAALTRNGGTFEKQIGEVKPRTTPAAGGMDESVVLEGGGGGSGGGGGVDAVDCALDPLSETKCTLKSFTVEKGIYQTSNAAYVCGPKKSTNLVKNKCVNFNFNGLTGTGVLTESNKKFLPFQQFGRDIADTTDAVRDPQTLEILDITPCSFGGVSVIAAYGTNTSNQVAVLYQDVNCTEVPVAIHADQLTPTWRVYSTGSAAYFSQILPDPSKPSKRSFIEAAYFGAGAALQIPFAMQMAYRFNGIAAYMADSNGTITVEELKKLLEQWNLVIAAYPLLESELVIGAVILRGHLRIAAYRPQGLPNNTASWFTALTQHGKAAYNNNAATVLQLPQGTTLPKGFAAYNKHIDAYKTFPPTEPKKDKKKKTDEAQPLPQRQKKQPTVTLLPAADM(如SEQ ID NO:3所示)。
CX3CL1核苷酸序列为:cagcaccacggagttaccaagtgtaacattacctgcagtaagatgacatccaagattcccgttgccctgttgattcactatcagcaaaaccaggcctcttgtggaaaaagggctattattctggagactcgacagcacaggctcttttgcgccgacccaaaggagcagtgggtcaaagacgccatgcagcacctggaccgccaggctgccgccctcaccagaaatggggggacattcgagaagcagattggggaagtcaaaccccgcaccacccccgcggccggcggcatggacgaatccgttgtcctcgag(如SEQ ID NO:4所示)。
S/M/N抗原的氨基酸序列为:VDAVDCALDPLSETKCTLKSFTVEKGIYQTSNAAYVCGPKKSTNLVKNKCVNFNFNGLTGTGVLTESNKKFLPFQQFGRDIADTTDAVRDPQTLEILDITPCSFGGVSVIAAYGTNTSNQVAVLYQDVNCTEVPVAIHADQLTPTWRVYSTGSAAYFSQILPDPSKPSKRSFIEAAYFGAGAALQIPFAMQMAYRFNGIAAYMADSNGTITVEELKKLLEQWNLVIAAYPLLESELVIGAVILRGHLRIAAYRPQGLPNNTASWFTALTQHGKAAYNNNAATVLQLPQGTTLPKGFAAYNKHIDAYKTFPPTEPKKDKKKKTDEAQPLPQRQKKQPTVTLLPAADM(如SEQ ID NO:5所示)。
CX3CL1氨基酸序列为:QHHGVTKCNITCSKMTSKIPVALLIHYQQNQASCGKRAIILETRQHRLFCA DPKEQWVKDAMQHLDRQAAALTRNGGTFEKQIGEVKPRTTPAAGGMDES VVLE(如SEQ ID NO:6所示)。
IgE氨基酸序列为:MDWTWILFLVAAATRVHS(如SEQ ID NO:7所示)。
Linker氨基酸序列为:GGGGGSGGGGG(如SEQ ID NO:8所示)。
Flag标签氨基酸序列为:DYKDDDDK(如SEQ ID NO:9所示)。
连接肽:AAY(如SEQ ID NO:10所示)。
所述S抗原表位氨基酸序列为:VDAVDCALDPLSETKCTLKSFTVEKGIYQTSNAAYVCGPKKSTNLVKNKCVNFNFNGLTGTGVLTESNKKFLPFQQFGRDIADTTDAVRDPQTLEILDITPCSFGGVSVIAAYGTNTSNQVAVLYQDVNCTEVPVAIHADQLTPTWRVYSTGSAAYFSQILPDPSKPSKRSFIEAAYFGAGAALQIPFAMQMAYRFNGI(SEQ IDNO:11所示)。
所述N抗原表位氨基酸序列为:MADSNGTITVEELKKLLEQWNLVIAAYPLLESELVIGAVILRGHLRI(SEQ IDNO:12所示)。
所述M抗原表位氨基酸序列为:RPQGLPNNTASWFTALTQHGKAAYNNNAATVLQLPQGTTLPKGFAAYNKH IDAYKTFPPTEPKKDKKKKTDEAQPLPQRQKKQPTVTLLPAADM(SEQ IDNO:13所示)。
本发明实施例中,涉及的片段的氨基酸序列和编码的核酸片段如表1:
表1片段的氨基酸序列和编码的核酸序列
SEQ ID NO:1 | S/M/N抗原基因序列 |
SEQ ID NO:2 | CX3CL1-S/M/N融合基因序列 |
SEQ ID NO:3 | CX3CL1-S/M/N融合蛋白的氨基酸序列 |
SEQ ID NO:4 | CX3CL1核苷酸序列 |
SEQ ID NO:5 | S/M/N抗原序列 |
SEQ ID NO:6 | CX3CL1氨基酸序列 |
SEQ ID NO:7 | 信号肽IgE的氨基酸序列 |
SEQ ID NO:8 | Linker |
SEQ ID NO:9 | Flag标签 |
SEQ ID NO:10 | 连接肽 |
SEQ ID NO:11 | S抗原表位 |
SEQ ID NO:12 | N抗原表位 |
SEQ ID NO:13 | M抗原表位 |
本发明采用的试剂耗材皆为普通市售品,皆可于市场购得。
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1CX3CL1趋化因子蛋白结构分析与筛选
对CX3CL1趋化因子进行蛋白结构与序列分析。经分析发现,该分子存在三部分结构域,分别为:N端的趋化因子结构域,中间的糖茎结构域和C端的跨膜结构域。为了摸索出针对各种免疫细胞最为高效的趋化因子序列,对CX3CL1蛋白本身进行多种序列构建并同时测试蛋白分子的趋化能力。由于C端结构域为跨膜结构域,无法将抗原蛋白分子分泌出细胞外,故在不同变体测试中全部删除C端跨膜区,将CX3CL1蛋白的25~338号氨基酸序列定义为全长CX3CL1分子。以此为基础的,结合蛋白质结构学分析,设计如下分子变体构建(括号中示氨基酸序号):CX3CL1-a(25~100);CX3CL1-b(25~128);CX3CL1-c(25~185);CX3CL1-d(25~265);CX3CL1-e(25~309);CX3CL1-f(25~338,全长)和CX3CL1-g(37~388)。针对以上全部分子变体进行序列合成并构建到大肠杆菌pET28a载体中进行蛋白表达纯化,最终获得全部7种蛋白分子的粗纯样品进行后续实验。
从小鼠骨髓以及外周血分别分离单核细胞和T细胞亚群。其中骨髓单核细胞分别加入M-CSF和GM-CSF、IL4诱导分化为巨噬细胞和DC细胞后进行趋化实验。趋化小室(碳酸脂膜Transwell小室:5μm;Costar,Cat:3422)的上室中放入上述分离或诱导分化的细胞,根据实验室前期工作基础加入细胞数量为1×106/100μl/孔。同时设置自发迁移对照组以及CX3CL1细胞因子全部功能变体组,所加入的细胞数目相同。根据实验室前期已有的工作基础,100ng/ml为最佳趋化效率剂量。4小时后收集趋化下室中的细胞,并进行流式分析CX3CL1功能变体对各类免疫细胞的趋化能力。结果显示:CX3CL1不同分子变体能有效的从上室中募集各类免疫细胞到下室中(P<0.001),且不同蛋白分子的趋化能力有差别,趋化能力最强的功能活性变体并非传统序列分析理解的趋化因子结构域蛋白,而是相较之下序列更长的分子变体CX3CL1-b(图1),下述所有CX3CL1功能变体或CX3CL1基因及蛋白均表示CX3CL1-b这一分子变体,其氨基酸序列如SEQ ID NO:6所示,其核酸序列如SEQ ID NO:4所示。
实施例2抗原设计方案及哺乳动物表达质粒的构建与制备
融合基因或蛋白疫苗的抗原设计方案及哺乳动物表达质粒的构建与制备
构建pVR-CX3CL1-S/M/N质粒:S/M/N特异性BCR抗原序列采用SEQ IDNO:5所示氨基酸序列,人源CX3CL1蛋白采用SEQ ID NO:6所示氨基酸序列。在融合蛋白CX3CL1-S/M/N的N末端连接一个氨基酸序列为MDWTWILFLVAAATRVHS的IgE信号肽(SEQ ID NO:7);在融合蛋白CX3CL1-S/M/N的C末端连接一个DYKDDDDK的8个氨基酸组成的Flag标签(如SEQ ID NO:9所示)。
最终得到的融合蛋白,自N端→C端依次包括:IgE信号肽、人源CX3CL1蛋白序列、linker序列(GGGGGSGGGGG)、S/M/N序列和Flag标签序列。
将融合蛋白的氨基酸序列进行哺乳动物细胞表达偏好的密码子优化,确定其融合基因序列为SEQ ID NO:2将该融合基因序列进行基因合成,之后将其整体构建到pVR质粒载体的对应多克隆位点区域,使其能够以正确的密码子翻译顺序表达融合蛋白。最终构建形成的质粒命名为pVR-CX3CL1-S/M/N质粒。如图2中的A所示。
构建pVR-S/M/N质粒:在S/M/N特异性BCR抗原序列之前在连接一个氨基酸序列为MDWTWILFLVAAATRVHS的IgE信号肽,之后连接DYKDDDDK的8个氨基酸组成的Flag标签。
使得最终得到的融合蛋白自N端→C端依次包括:IgE信号肽、S/M/N特异性BCR蛋白序列、Flag标签序列。如图2中的B所示。
将融合蛋白的氨基酸序列进行哺乳动物细胞表达偏好的密码子优化,确定其融合基因序列为SEQ ID NO:1该融合基因序列进行基因合成,之后将其整体构建到pVR质粒载体的对应多克隆位点区域,使其能够以正确的密码子翻译顺序表达融合蛋白。最终构建形成的质粒命名为pVR-S/M/N质粒。
实施例3构建质粒的体外细胞转染实验
转染前24小时,在6孔细胞培养板内接种2.5×105个HEK293T细胞,待细胞密度长到60%~70%时开始转染试验。转染时提前在37℃水浴锅中预热细胞培养基、无血清的Opti-MEM培养基。转染时将5微克空载体(Vector),pVR-CX3CL1-S/M/N表达载体,pVR-S/M/N表达载体和20μL PEI转染试剂先后加入到200μL无血清的Opti-MEM中,混合均匀后,室温下静置20分钟。将需要转染的细胞更换新鲜培养基,轻柔加入上述转染体系,轻轻摇匀。将细胞放回细胞培养箱中培养6小时后换液。转48小时后收取细胞用Western Blot检测融合基因质粒HEK293T细胞中的表达效果。
将收集细胞,加入60μL的含有PMSF或Cocktail蛋白酶抑制剂的0.5% NP40裂解缓冲液。充分重悬细胞,4℃旋转裂解细胞30分钟。12000rpm,4℃离心裂解液10分钟,收集上清至新的1.5mL EP管中,弃掉沉淀。根据样品实际体积加入5×SDS-PAGE蛋白上样缓冲液,混合均匀后将样品放在100℃空气浴中加热10分钟,立即进行Western blot,利用Flag标签抗体(Sigma,F3165)进行检测,结果如图3(利用Western blot检测C端带有Flag标签的融合蛋白表达情况)显示空载体(Vector)无蛋白表达,pVR-CX3CL1-S/M/N表达蛋白大小位置明显高于pVR-S/M/N,说明实验组质粒pVR-CX3CL1-S/M/N和对照组质粒pVR-S/M/N都能够顺利正常在哺乳动物细胞中表达。
实施例4融合蛋白质粒免疫后小鼠血清中针对S\M\N蛋白的抗体检测
将C57B6(购自为通利华)周龄雄性小鼠,分为注射实验组质粒pVR-CX3CL1-S/M/N和对照组质粒pVR-S/M/N和PBS对照的3组,每组10只,利用脱毛膏进行小鼠右侧靠近腹股沟淋巴结处脱毛处理。之后利用电转仪在脱毛处注射质粒,每只50μg,每周一次,共注射四次,分别在第一次注射前,第二次注射后以及第四次注射后的一周进行内眦采血,12000rpm离心20min获得血清冻存于-80℃保存。在最后一次采血后利用ELISA检测各组小鼠血清中针对S\M\N蛋白的抗体情况。结果如图4中所示,免疫注射XCL1-S\M\N质粒能有效地在血清中诱导出针对S\M\N蛋白的抗体。说明融合基因免疫的效果显著有效。
实施例5融合蛋白质粒免疫后小鼠血清中针对新冠活病毒的中和能力检测
抗体中和实验:取小鼠免疫血清20μL,和相同体积的新冠病毒液37℃混合1小时,然后加入12孔板培养的Vero细胞,感染2小时后,去感染细胞培养液,换新鲜细胞培养液并37℃培养。3天之后,通过细胞病变效应CPE确定血清中和能力。通过实验,我们发现pVR-CX3CL1-S/M/N免疫来源的血清,能够极大地降低病毒感染的效率,在抗体中和后,病毒感染细胞的能力显著降低,说明血清中的特异性抗体能阻断S蛋白介导的新冠病毒颗粒进入细胞,如图5所示。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.重组抗原,其特征在于,
包括CX3CL1趋化因子和新型冠状病毒B细胞抗原;
所述新型冠状病毒B细胞抗原包括S抗原表位、N抗原表位和M抗原表位;
所述S抗原表位氨基酸序列如SEQ ID NO:11所示;
所述N抗原表位氨基酸序列如SEQ ID NO:12所示;
所述M抗原表位氨基酸序列如SEQ ID NO:13所示。
2.根据权利要求1所述的重组抗原,其特征在于,
所述新型冠状病毒B细胞抗原具有如SEQ ID NO:5所示的氨基酸序列;
所述CX3CL1趋化因子具有如SEQ ID NO:6所示的核酸序列。
3.根据权利要求1或2所述的重组抗原,其特征在于,所述CX3CL1趋化因子与新型冠状病毒B细胞抗原之间通过linker连接,所述linker为(G5S)n,其中n为1~10。
4.根据权利要求1~3任一项所述的重组抗原,其特征在于,所述重组抗原还包括IgE信号肽和/或Flag标签。
5.根据权利要求1~4任一项所述的重组抗原,其特征在于,所述重组抗原具有如SEQID NO:3所示的氨基酸序列。
6.编码权利要求1~5任一项所述重组抗原的核酸。
7.根据权利要求6所述的核酸,其特征在于,
编码CX3CL1趋化因子的核酸如SEQ ID NO:4所示;
编码新型冠状病毒B细胞抗原的核酸如SEQ ID NO:1所示。
8.根据权利要求6或7所述的核酸,其特征在于,具有如SEQ ID NO:2所示的核酸序列。
9.重组载体,其包括载体骨架和权利要求6~8任一项所述的核酸。
10.根据权利要求9所述的重组载体,其特征在于,所述载体骨架包括pVR。
11.转化或转染权利要求9或10所述重组载体的宿主。
12.根据权利要求11所述的宿主,其特征在于,包括模式动物和/或哺乳动物细胞。
13.权利要求1~5任一项所述的重组抗原的制备方法,其特征在于,培养权利要求11或12所述的宿主,获得含有所述重组抗原的培养物。
14.如下I)~V)所示中至少一种在制备防治新型冠状病毒的疫苗中的应用:
I)、权利要求1~5任一项所述的重组抗原;
II)、权利要求6~8任一项所述的核酸;
III)、权利要求9或10所述的重组载体;
IV)、权利要求11或12所述的宿主;
V)、权利要求13所述的制备方法制得的含有重组抗原的培养物。
15.新型冠状病毒疫苗,其原料包括如下i)~v中的任意一种或多种:
i)、权利要求1~5任一项所述的重组抗原;
ii)、权利要求6~8任一项所述的核酸;
iii)、权利要求9或10所述的重组载体;
iv)、权利要求11或12所述的宿主;
v)、权利要求13所述的制备方法制得的含有重组抗原的培养物。
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