vetpressАграрная наукаAgrarian science0869-81552686-701XРедакция журнала "Аграрная наука"10.32634/0869-8155-2023-368-3-40-45vetpress-2536Research ArticleЗООТЕХНИЯ И ВЕТЕРИНАРИЯZOOTECHNICS AND VETERINARY MEDICINEАнализ иммунодоминантных пептидов вируса африканской чумы свиней для конструирования кандидатных вакцинAnalysis of immunodominant African swine fever virus peptides for candidate vaccine designhttps://orcid.org/0000-0001-8786-1310ЕфимоваМ. А.EfimovaM. A.

Марина Анатольевна Ефимова, доктор биологических наук, профессорул. Сибирский тракт, 35, Казань, 420029, Российская Федерация;Научный городок — 2, Казань, 420075, Российская  Федерация;ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008, Российская  Федерация

Marina Anatolyevna Efimova, Doctor of Biological Sciences, Professor 

35 Sibirsky trakt Str., Kazan, 420029, Russian Federation;Nauchny gorodok — 2, Kazan, 420075, Russian Federation;18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008, Russian Federation 

marina-2004r@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2650-6459ГалееваА. Г.GaleevaA. G.

Антонина Глебовна Галеева, кандидат ветеринарных наук, старший научный сотрудник 

ул. Сибирский тракт, 35, Казань, 420029, Российская Федерация;Научный городок — 2, Казань, 420075, Российская  Федерация;ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008, Российская  Федерация

Antonina Glebovna Galeeva, PhD in Veterinary Sciences, senior researcher

Nauchny gorodok — 2, Kazan, 420075, Russian Federation;18 Kremlyovskaya Str., Kazan, 420008, Russian Federation 

antonina-95@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5593-2399ХамидуллинаА. И.KhamidullinaA. I.

Алина Ильфатовна Хамидуллина, студент

ул. Сибирский тракт, 35, Казань, 420029, Российская Федерация

 Alina Ilfatovna Khamidullina, Student 

35 Sibirsky trakt Str., Kazan, 420029, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-7210-7470РавиловР. Х.RavilovR. Kh.

Рустам Хаметович Равилов, доктор ветеринарных наук, профессорул. Сибирский тракт, 35, Казань, 420029, Российская Федерация

Rustam Khametovich Ravilov, Doctor of Veterinary Sciences, Professor 

35 Sibirsky trakt Str., Kazan, 420029, Russian Federation

Казанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана; Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности — Всероссийский научно-исследовательский ветеринарный институт; Казанский (Приволжский) Федеральный университетРоссияKazan state academy of veterinary medicine named after N.E. Bauman; Federal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety — All-Russian scientific research veterinary institute; Kazan (Volga Region) Federal UniversityRussian FederationКазанская государственная академия ветеринарной медицины им. Н.Э. БауманаРоссияKazan state academy of veterinary medicine named after N.E. BaumanRussian Federation202310042023034045Copyright © Ефимова М.А., Галеева А.Г., Хамидуллина А.И., Равилов Р.Х., 20232023Ефимова М.А., Галеева А.Г., Хамидуллина А.И., Равилов Р.Х.Efimova M.A., Galeeva A.G., Khamidullina A.I., Ravilov R.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vetpress.ru/jour/article/view/2536

Актуальность. Профилактика и борьба с АЧС значительно затруднены из-за отсутствия доступных вакцин и эффективных терапевтических мер. Вирус АЧС способен вмешиваться в различные клеточные сигнальные пути, приводя к иммуномодуляции, что делает разработку эффективной вакцины крайне сложной задачей. Ввиду того что известные стратегии разработки вакцин против АЧС имеют различные ограничения, в настоящее время продолжается поиск перспективных платформ для разработки безопасных и эффективных препаратов для борьбы с вирусом. Основой для конструирования кандидатных вакцин являются выбор иммуногенных пептидов, обеспечивающих устойчивые гуморальные и клеточные иммунные ответы, и определение потенциальных мишеней иммунных реакций.Методы. Анализ 31 кандидатной аминокислотной последовательности более 100 штаммов и эпизоотических изолятов вируса африканской чумы свиней был осуществлен с использованием стандартных биоинформатических методов.Результаты. На основании выявленных в ходе первичного анализа количества Т- и В-клеточных эпитопов, типа и выраженности иммунного ответа у целевых животных было установлено, что наибольшим иммуногенным потенциалом обладают протеины p72 (B646L), p30 (CP204L), p54 (E183L), pp62 (CP530R), pp220 (CP2475L). Для анализируемых протеинов были определены in silico сайты N- и О-гликозилирования, локализация сигнальных пептидов и трансмембранных доменов, а также предсказаны их основные физико-химические свойства. Применение предложенных подходов позволило отобрать потенциально иммуногенные эпитопы протеинов вируса АЧС, которые в перспективе будут использованы для конструирования новых кандидатных векторных вакцин. Учитывая количество антигенных детерминант, рассматриваемые протеины, на наш взгляд, имеют значительный вакцинный потенциал, однако реальные данные об их иммуногенности будут установлены при практическом испытании разрабатываемых векторных конструкций.

Relevance. Prevention and control of ASF is significantly hampered by the lack of available vaccines and effective therapeutic measures. The ASF virus is capable of interfering with various cellular signaling pathways, leading to immunomodulation, which makes the development of an effective vaccine extremely difficult. Given the various limitations of known strategies for the development of ASF vaccines, the search for promising platforms for the development of safe and effective drugs to combat the virus is ongoing. The basis for the design of candidate vaccines is the choice of immunogenic peptides that provide stable humoral and cellular immune responses and the identification of potential targets for immune responses.Methods. In this study, 31 candidate amino acid sequences of more than 100 strains and epizootic isolates of the African swine fever virus was analyzed using standard bioinformatic methods.Results. Based on the number of T- and B-cell epitopes identified during the initial analysis, the type and severity of the immune response in target animals, it was found that the proteins p72 (B646L), p30 (CP204L), p54 (E183L), pp62 (CP530R), pp220 (CP2475L) have the greatest immunogenic potential. For the analyzed proteins, the N- and O-glycosylation sites, the localization of signal peptides and transmembrane domains were determined in silico, and their main physicochemical properties were predicted. The application of the proposed approaches made it possible to select potentially immunogenic epitopes of ASFV proteins, which in the future will be used to design new candidate vector vaccines. Given the number of antigenic determinants, the considered proteins, in our opinion, have a significant vaccine potential, however, real data on their immunogenicity will be established during practical testing of the developed vector constructs.

африканская чума свинейкандидатные вакциныin silico прогнозированиеанализ иммуногенности пептидаafrican swine fevercandidate vaccinesin silico forecastingpeptide immunogenicity assayИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-76-00013 «Оценка эффективности векторной системы на основе аденоассоциированного вируса для доставки генов, кодирующих иммунодоминантные белки вируса африканской чумы свиней, в клетки млекопитающих».The materials were prepared as part of the grant of Russian Science Foundation No. 22-76-00013 «Evaluation of the effectiveness of a vector system based on adeno-associated virus for the delivery of genes encoding immunodominant proteins of the African swine fever virus into mammalian cells».ReferencesAlejo A., Matamoros T., Guerra M., Andrés G. A proteomic atlas of the African swine fever virus particle. J. Virol. 2018; 92: e01293-18. DOI: 10.1128/JVI.01293-18Alejo A., Matamoros T., Guerra M., Andrés G. A proteomic atlas of the African swine fever virus particle. J. Virol. 2018; 92: e01293-18. DOI: 10.1128/JVI.01293-18Gonzalez A., Talavera A., Almendral J.M., Viñuela E. Hairpin loop structure of African swine fever virus DNA. Nucleic Acids Res. 1986; 14(17): 6835-6844. DOI: 10.1093/nar/14.17.6835Gonzalez A., Talavera A., Almendral J.M., Viñuela E. Hairpin loop structure of African swine fever virus DNA. Nucleic Acids Res. 1986; 14(17): 6835-6844. DOI: 10.1093/nar/14.17.6835Dixon L.K., Chapman D.A.G., Netherton C.L., Upton C. African swine fever virus replication and genomics. Virus Res. 2013; 173: 3–14. DOI: 10.1016/j.virusres.2012.10.020.Dixon L.K., Chapman D.A.G., Netherton C.L., Upton C. African swine fever virus replication and genomics. Virus Res. 2013; 173: 3–14. DOI: 10.1016/j.virusres.2012.10.020.Власова Н.Н. и др. Проблемы специфической профилактики африканской чумы свиней. Вопросы вирусологии. 2022; 67(3): 206–216. DOI: 10.36233/0507-4088-117Vlasova N.N. et al. Problems of specific prevention of African swine fever. Voprosy virusologii. 2022; 67(3): 206–216. DOI 10.36233/0507-4088-117 (In Russian).Xian Y., Xiao C. The Structure of ASFV Advances the Fight Against the Disease. Trends Biochem Sci. 2020; 45: 276–278. DOI 10.1016/j.tibs.2020.01.007Xian Y., Xiao C. The Structure of ASFV Advances the Fight Against the Disease. Trends Biochem Sci. 2020; 45: 276–278. DOI 10.1016/j.tibs.2020.01.007Angulo A., Viñuela E., Alcamí A. Inhibition of African Swine Fever Virus Binding and Infectivity by Purified Recombinant Virus Attachment Protein P12. J. Virol. 1993; 67: 5463-5471. DOI: 10.1128/jvi.67.9.5463-5471.1993Angulo A., Viñuela E., Alcamí A. Inhibition of African Swine Fever Virus Binding and Infectivity by Purified Recombinant Virus Attachment Protein P12. J. Virol. 1993; 67: 5463-5471. DOI: 10.1128/jvi.67.9.5463-5471.1993Wang N. et al. Architecture of African swine fever virus and implications for viral assembly. Science. 2019; 366: 640–644. DOI: 10.1126/science.aaz1439Wang N. et al. Architecture of African swine fever virus and implications for viral assembly. Science. 2019; 366: 640–644. DOI: 10.1126/science.aaz1439Rodríguez J.M., García-Escudero R., Salas M.L., Andrés G. African Swine Fever Virus Structural Protein P54 Is Essential for the Recruitment of Envelope Precursors to Assembly Sites. J. Virol. 2004; 78: 4299–4313. DOI: 10.1128/JVI.78.8.4299-4313.2004Rodríguez J.M., García-Escudero R., Salas M.L., Andrés G. African Swine Fever Virus Structural Protein P54 Is Essential for the Recruitment of Envelope Precursors to Assembly Sites. J. Virol. 2004; 78: 4299–4313. DOI: 10.1128/JVI.78.8.4299-4313.2004Salas M.L., Andrés G. African Swine Fever Virus Morphogenesis. Virus Res. 2013; 173: 29–41. DOI: 10.1016/j.virusres.2012.09.016.Salas M.L., Andrés G. African Swine Fever Virus Morphogenesis. Virus Res. 2013; 173: 29–41. DOI: 10.1016/j.virusres.2012.09.016.Соболев Б.Н., Поройков В.В., Оленина Л.В., Колесанова Е.Ф., Арчаков А.И. Компьютерное конструирование вакцин. Биомедицинская химия. 2003; 49(4): 309–332. eLIBRARY ID: 21358056Sobolev B.N., Poroykov V.V., Olenina L.V., Kolesanova E.F., Archakov A.I. Сomputer-aided design of vaccines. Biomeditsinskaya Khimiya. 2003; 49(4): 309–332. eLIBRARY ID: 21358056 (In Russian).Мима К.А., Каторкина Е.И., Каторкин С.А., Цыбанов С.Ж., Малоголовкин А.С. In silico идентификация B- и T-клеточных эпитопов белка CD2v вируса африканской чумы свиней (African swine fever virus, Asfivirus, Asfarviridae). Вопросы вирусологии. 2020; 65(2): 103–112. DOI: 10.36233/0507-4088-2020-65-2-103-112Mima K.A., Katorkina E.I., Tsybanov S.Zh., Malogolovkin A.S. In silico prediction of B- and T-cell epitope in the CD2v protein of African swine fever virus (African swine fever virus, Asfivirus, Asfarviridae). Voprosy virusologii. 2020; 65(2): 103–112. DOI: 10.36233/0507-4088-2020-65-2-103-112 (In Russian).Mima K.A., Burmakina G.S., Titov I.A., Malogolovkin A.S. African swine fever virus glycoproteins p54 and CD2v in the context of immune response modulation: bioinformatic analysis of genetic variability and heterogeneity. Agricultural biology. 2015; 6(50): 785–793. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.6.785rusMima K.A., Burmakina G.S., Titov I.A., Malogolovkin A.S. African swine fever virus glycoproteins p54 and CD2v in the context of immune response modulation: bioinformatic analysis of genetic variability and heterogeneity. Agricultural biology. 2015; 6(50): 785–793. DOI: 10.15389/agrobiology.2015.6.785rusHernaez B., Escribano J.M., Alonso C. African swine fever virus protein p30 interaction with heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K (hnRNP-K) during infection. FEBS Letters. 2008; 23-24(582): 3275–3280. DOI: 10.1016/j.febslet.2008.08.031Hernaez B., Escribano J.M., Alonso C. African swine fever virus protein p30 interaction with heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K (hnRNP-K) during infection. FEBS Letters. 2008; 23-24(582): 3275–3280. DOI: 10.1016/j.febslet.2008.08.031Liu S. et al. Cryo-EM Structure of the African Swine Fever Virus. Cell Host Microbe. 2019; 26: 836–843.e833. DOI: 10.1016/j.chom.2019.11.004Liu S. et al. Cryo-EM Structure of the African Swine Fever Virus. Cell Host Microbe. 2019; 26: 836–843.e833. DOI: 10.1016/j.chom.2019.11.004Kollnberger S.D., Gutierrez-Castañeda B., Foster-Cuevas M., Corteyn A., Parkhouse R.M.E. Identification of the principal serological immunodeterminants of African swine fever virus by screening a virus cDNA library with antibody. J. Gen Virol. 2002; 83(6): 1331–1342. DOI: 10.1099/0022-1317-83-6-1331Kollnberger S.D., Gutierrez-Castañeda B., Foster-Cuevas M., Corteyn A., Parkhouse R.M.E. Identification of the principal serological immunodeterminants of African swine fever virus by screening a virus cDNA library with antibody. J. Gen Virol. 2002; 83(6): 1331–1342. DOI: 10.1099/0022-1317-83-6-1331Epifano C., Krijnse-Locker J., Salas M.L., Salas J., Rodríguez J.M. Generation of filamentous instead of icosahedral particles by repression of African swine fever virus structural protein pB438L. J. Virol. 2006; 80(23): 11456–11466. DOI: 10.1128/JVI.01468-06Epifano C., Krijnse-Locker J., Salas M.L., Salas J., Rodríguez J.M. Generation of filamentous instead of icosahedral particles by repression of African swine fever virus structural protein pB438L. J. Virol. 2006; 80(23): 11456–11466. DOI: 10.1128/JVI.01468-06Ivanov V. et al. Vaccination with viral protein-mimicking peptides postpones mortality in domestic pigs infected by African swine fever virus. Mol Med Rep. 2011; 4(3): 395–401. DOI: 10.3892/mmr.2011.454Ivanov V. et al. Vaccination with viral protein-mimicking peptides postpones mortality in domestic pigs infected by African swine fever virus. Mol Med Rep. 2011; 4(3): 395–401. DOI: 10.3892/mmr.2011.454Hayat S., Peters C., Shu N., Tsirigos K.D., Elofsson A. Inclusion of dyad-repeat pattern improves topology prediction of transmembrane β-barrel proteins. Bioinformatics. 2016; 32(10): 1571–1573. DOI: 10.1093/bioinformatics/btw025Hayat S., Peters C., Shu N., Tsirigos K.D., Elofsson A. Inclusion of dyad-repeat pattern improves topology prediction of transmembrane β-barrel proteins. Bioinformatics. 2016; 32(10): 1571–1573. DOI: 10.1093/bioinformatics/btw025Ong E., Wong M.U., He Y. Identification of New Features from Known Bacterial Protective Vaccine Antigens Enhances Rational Vaccine Design. Front Immunol. 2017; 8:1382. DOI: 10.3389/fimmu.2017.01382Ong E., Wong M.U., He Y. Identification of New Features from Known Bacterial Protective Vaccine Antigens Enhances Rational Vaccine Design. Front Immunol. 2017; 8:1382. DOI: 10.3389/fimmu.2017.01382Low K.O., Jonet M.A., Ismail N.F., Illias R.M. Optimization of a Bacillus sp signal peptide for improved recombinant protein secretion and cell viability in Escherichia coli: Is there an optimal signal peptide design? Bioengineered. 2012; 3(6): 334–338. DOI: 10.4161/bioe.21454Low K.O., Jonet M.A., Ismail N.F., Illias R.M. Optimization of a Bacillus sp signal peptide for improved recombinant protein secretion and cell viability in Escherichia coli: Is there an optimal signal peptide design? Bioengineered. 2012; 3(6): 334–338. DOI: 10.4161/bioe.21454Kovjazin R., Carmon L. The use of signal peptide domains as vaccine candidates. Hum Vaccin Immunother. 2014; 10(9): 2733–2740. DOI 10.4161/21645515.2014. 970916Kovjazin R., Carmon L. The use of signal peptide domains as vaccine candidates. Hum Vaccin Immunother. 2014; 10(9): 2733–2740. DOI 10.4161/21645515.2014. 970916Zsak L., Onisk D.V., Afonso C.L., Rock D.L. Virulent African swine fever virus isolates are neutralized by swine immune serum and by monoclonal antibodies recognizing a 72-kDa viral protein. Virology. 1993; 196(2): 596–602. DOI: 10.1006/viro.1993.1515Zsak L., Onisk D.V., Afonso C.L., Rock D.L. Virulent African swine fever virus isolates are neutralized by swine immune serum and by monoclonal antibodies recognizing a 72-kDa viral protein. Virology. 1993; 196(2): 596–602. DOI: 10.1006/viro.1993.1515Neilan J., Zsak L., Lu Z., Burrage T., Kutish G., Rock D. Neutralizing antibodies to African swine fever virus proteins p30, p54, and p72 are not sufficient for antibody-mediated protection. Virology. 2004; 319: 337–342. DOI: 10.1016/j.virol.2003.11.011Neilan J., Zsak L., Lu Z., Burrage T., Kutish G., Rock D. Neutralizing antibodies to African swine fever virus proteins p30, p54, and p72 are not sufficient for antibody-mediated protection. Virology. 2004; 319: 337–342. DOI: 10.1016/j.virol.2003.11.011Середа А.Д., Иматдинов А.Р., Дубровская О.А., Колбасов Д.В. Механизмы иммунной защиты и перспективы создания ДНК-вакцин против африканской чумы свиней. Сельскохозяйственная биология. 2017; 52(6): 1069–1082. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.6.1069rusSereda A.D., Imatdinov A.R., Dubrovskaya O.A., Kolbasov D.V. Mechanisms of immune response and prospects for DNA vaccines against African swine fever. Agricultural biology. 2017; 52(6): 1069–1082. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.6.1069eng (In Russian).Ravilov R.Kh. et al. Viral Vector Vaccines Against ASF: Problems and Prospectives. Front Vet Sci. 2022; 9: 830244. DOI: 10.3389/fvets.2022.830244Ravilov R.Kh. et al. Viral Vector Vaccines Against ASF: Problems and Prospectives. Front Vet Sci. 2022; 9: 830244. DOI: 10.3389/fvets.2022.830244

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