Noile cercetări alimentează dezvoltarea de vaccinuri universale

Pregătirea pentru pandemii cere imunogene capabile să ofere protecție în interiorul familiilor virale, nu doar pentru un singur virus. În Coronaviridae, Betacoronavirusurile (Sarbecovirus, Merbecovirus, Embecovirus, Nobecovirus) includ patogeni cu potențial pandemic (SARS, MERS, SARS-CoV-2) și virusuri sezoniere (OC43, HKU1). Răspunsurile celulelor T sunt stabile pe termen lung, tolerează mutații și pot recunoaște epitope conservate – premise pentru vaccinuri cu acoperire largă.
Analizele epidemiologice și experimentale au legat răspunsurile T precoce și poliantigenice de severitate mai mică a COVID-19, cu reactivitate încrucișată atât între variantele SARS-CoV-2, cât și între coronavirusuri umane „răceală comună”. Pe acest fundal, autorii studiului publicat în jurnalul Cell propun o strategie de proiectare a imunogenelor care să focalizeze răspunsul pe regiuni conservate și imunogene din proteomul betacoronavirusurilor.

Despre studiu

Obiectiv și abordare

• Obiectiv: identificarea și validarea regiunilor conservate de epitopi T (CTERs – Conserved T-cell Epitope Regions) din SARS-CoV-2 care sunt recunoscute și în alte betacoronavirusuri.
• Pași cheie: (1) extragerea epitopilor din Immune Epitope DataBase (IEDB); (2) evaluarea conservării secvențiale în subgenuri Beta folosind seturi reprezentative de secvențe; (3) integrarea imunogenicității (scor RF din ImmunomeBrowser) cu conservarea pentru a defini CTER-uri; (4) testare experimentală a reactivității T și a reactivității încrucișate.

Peisajul epitopilor (date IEDB)

• Spike (S): 414 epitopi CD4 și 386 epitopi CD8 – antigenul cel mai studiat și imunogen.
• Nucleocapsidă (N): 172 (CD4) și 141 (CD8) – al doilea ca dominanță între proteinele structurale.
• Nesp3: 41 (CD4) și 300 (CD8) – cel mai proeminent dintre nestrucurale.
• Altele (M, E, nsp4, nsp12, nsp13, ORF3a, ORF7a, ORF8): încă 224 (CD4) și 524 (CD8), indicând un peisaj antigenic larg al răspunsului T.
• Restricții HLA: epitopi pe 68 alele clasa I și 85 alele clasa II, cu studii provenite din SUA, Europa, China și alte regiuni – sugerând diversitate acceptabilă a surselor.

Selecția conservării și definirea CTER

• Conservare: seturi reprezentative (≈20–30) per subgen din 1.257.887 genomi disponibili; aliniere și consens, apoi mapare pe secvențe naturale apropiate.
• Praguri: pentru CD4, RF > 0,05 și conservare ≥ 67%; pentru CD8, conservare ≥ 80% (praguri validate anterior experimental).
• Agregare: suprapunerea regiunilor CD4/CD8 pentru a defini CTER-uri bifuncționale, candidabile pentru vaccinuri.

Metode experimentale (validare umană)

• Cohortă: 29 adulți (vârsta mediană 36 ani), vaccinați anti-COVID-19 și cu infecție confirmată recent (mediana 45 zile), HLA tipați.
• Probă: Activation-Induced Marker (AIM) pentru CD4+/CD8+, testând megapool-uri de peptide 15-mer din S-CTER vs S-non-CTER și regiuni RP-CTER (N + non-S).
• Prototiouri virale testate pentru reactivitate încrucișată: OC43, HKU1 (Embecovirus), HKU9 (Nobecovirus), MERS (Merbecovirus), Bat-SARS-like și SARS-CoV Tor2 (Sarbecovirus).

Rezultate cheie

CTER în Spike (S2) și reactivitate încrucișată

• CTER identificate în S: patru regiuni (811–840, 901–940, 961–1015, 1206–1230), predominant în S2.
• Imunogenicitate absolută: S-non-CTER a indus răspunsuri mai mari ca magnitudine decât S-CTER (CD4 p=0,0002; CD8 p<0,0001) – așteptat, deoarece focale CTER sunt subseturi ale întregului antigen.
• Reactivitate încrucișată: S-CTER a generat fold-change semnificativ mai mare vs S-non-CTER pentru CD4 la HKU9 (p=0,0191), MERS (p=0,0211), SARS Tor2 (p=0,0325) și pentru CD8 la SARS Tor2 (p=0,0024). Frecvența indivizilor cu răspunsuri încrucișate a fost mai mare pentru S-CTER la ambele subseturi T (p=0,0312).

Regiuni conservate în restul proteomului (RP) și acoperire extinsă

• Nucleocapsidă (N): două CTER acoperind ~81% din proteină (340/419 aa).
• Envelope (E): un CTER (~47% din proteină; 35/75 aa); Membrană (M): fără CTER detectabile.
• Nestrucurale: nsp12 cu 11 CTER (~36%, 300/932 aa); nsp13 cu 7 CTER (~32%, 173/601 aa); nsp3 o regiune scurtă (~2%).
• Accesorii: ORF3a (3 regiuni; ~58%) și ORF7a (2 regiuni; ~71%).
• Total: 1.326 reziduuri CTER din 6.484 analize (≈20% din aceste proteine) – adică ≈13% din proteomul SARS-CoV-2 (31 CTER definite).

Validare la nivel de epitop unic

• Linie scurtă de celule T (TCL) pentru epitopi N și ORF7a a arătat că reactivitatea încrucișată variază între subgenuri și omologi – unele variante sunt frecvente doar în subseturi virale, argumentând pentru țintirea de regiuni (nu epitopi singulari) pentru robustețe.

RP-CTER vs Spike integral: reactivitate încrucișată superioară

• CD4: RP-CTER a depășit Spike integral ca fold-change de reactivitate în OC43 (p=0,0013), HKU9 (p=0,0003), MERS (p=0,0007), Bat-SARS (p=0,0075), SARS Tor2 (p=0,0061).
• CD8: avantaje în HKU1 (p=0,0380), OC43 (p=0,0050), MERS (p=0,0410), Bat-SARS (p=0,0419), SARS Tor2 (p=0,0418).
• Global, frecvența reactivității încrucișate a fost mai mare pentru RP-CTER atât la CD4, cât și la CD8 (p=0,0312).
• Conservare vs imunogenitate: corelații Spearman pozitive (clasa II r=0,6768; clasa I r=0,4626; ambele p<0,0001) – regiunile foarte conservate tind să fie și frecvent imunogene.

Acoperire populațională (HLA) îmbunătățită

• Combinarea Spike integral + RP-CTER a dublat aproximativ acoperirea populațională estimată pentru epitopi clasa II și I (p<0,0001), atât în model global, cât și în cohorta tipată HLA.
• Optimizarea prin eliminarea CTER cu acoperire mică (high-coverage set) a păstrat acoperirea și magnitudinea răspunsului, cu complexitate antigenică redusă (≈18% din CTER selectate; ≈12% din proteom).

Interpretare și implicații pentru vaccinologie

Strategia multi-antigen care adaugă regiuni conservate din proteine non-S (în special N, nsp12/13, accesorii) la Spike poate lărgi repertoriul de epitopi CD4/CD8, crește reactivitatea încrucișată între subgenuri Beta și extinde acoperirea HLA fără a supraîncărca constructul. S2 rămâne un nucleu valoros în S, însă grosul conservării utile pentru celulele T este în proteomul replicativ (RP). Această logică poate ghida vaccinuri pan-Betacoronavirus și, prin analogie, cadre pentru alte familii virale cu risc pandemic.

Limitări

• Biasuri IEDB/HLA: deși baza e largă, selecția epitopilor reflectă activitatea de publicare și distribuția alelelor în studii; este posibilă biasare regională.
• Predicția ≠ magnitudine: numărul de combinații epitop-HLA prezise nu a corelat cu magnitudinea AIM, subliniind nevoia de validare experimentală paralelă.
• Epitop unic vs regiune: conservarea la nivel de epitop poate varia puternic; regiunile multi-epitop sunt mai robuste pentru acoperire inter-subgen.

Concluzie

Autorii definesc un cadru practic pentru selectarea regiunilor T-imunogene și conservate (CTER) în Betacoronavirus, arătând că integrarea Spike cu regiuni conservate din proteinele RP maximizează reactivitatea încrucișată, acoperirea HLA și eficiența antigenică. Acest design susține dezvoltarea unor imunogene pan-Betacoronavirus cu potențial de protecție largă în fața viitoarelor amenințări pandemice.