Estudo in silico das bases moleculares responsáveis pela reatividade cruzada entre epitopos virais restritos ao alelo HLA-A*02:01

Abstract

A apresentação de peptídeos endógenos pelo Complexo Principal de Histocompatibilidade (MHC, do inglês Major Histocompatibility Complex) e seu reconhecimento pelos Linfócitos T Citotóxicos representa a etapa final de uma importante via intracelular. Esta via permite ao sistema imune realizar uma constante vigilância acerca do conteúdo citoplasmático de todas as células nucleadas do organismo, sendo um mecanismo central na defesa antitumoral e antiviral. A compreensão dos detalhes moleculares que levam um dado complexo peptídeo:MHC (pMHC) a estimularem uma população de linfócitos é vital para o desenvolvimento de vacinas e imunoterapias, tendo especial aplicação no entendimento da resposta imune ao Vírus da Hepatite C (HCV, do inglês Hepatitis C Virus). Em um trabalho publicado em 2008, Paraskevi Fytili e colaboradores avaliaram a imunogenicidade de um conjunto de variantes do epitopo imunodominante HCV-NS31073 (CV/INGVCWTV) frente a uma população de linfócitos previamente estimulada com o epitopo selvagem. Foram utilizadas tanto variantes naturais quanto sintéticas, tendo sido observado uma grande variação na produção de IFN-gama pelas células específicas contra o epitopo selvagem. O presente trabalho pretende avaliar esta variabilidade em um nível molecular, através do uso de ferramentas de bioinformática. A prévia identificação de padrões alelo específicos, adotados pelos epitopos na fenda do MHC, permitiu o desenvolvimento de uma estratégia in silico para a construção de complexos pMHC, através do uso combinado de Docking Molecular e Minimização de Energia (D1-EM-D2). Esta abordagem inovadora foi aplicada para a construção de 10 complexos apresentando peptídeos sintéticos e 28 complexos apresentando variantes naturais, todos no contexto do alelo de MHC humano HLAA* 02:01. A superfície destes complexos foi posteriormente avaliada quanto à topologia, distribuição de cargas e área acessível ao solvente. Os resultados foram utilizados para agrupar as variantes de acordo com a similaridade com o complexo apresentando o peptídeo selvagem, sendo estes agrupamentos confrontados com os resultados previamente observados in vitro por Fytili e colaboradores. Esta análise, corroborada pela utilização de métodos estatísticos multivariados, permitiu evidenciar o compartilhamento de características estruturais entre os complexos que estimulavam resposta in vitro, bem como identificar possíveis aspectos moleculares responsáveis pela abolição da resposta imune celular contra determinadas variantes de HCV. Este trabalho sugere a análise estrutural in silico de complexos pMHC como uma importante ferramenta no desenvolvimento de vacinas, permitindo a predição do impacto de mutações de escape viral e a seleção de epitopos com potencial para induzir respostas imunes poli-específicas (cross-reactive immune responses).

Recognition of the Major Histocompatibility Complex (MHC) by Cytotoxic T Lymphocytes (CTLs) is the final step of an important intracellular pathway, responsible for presenting endogenous peptides. This route allows the Immune System to perform a persistent surveillance of the cytoplasmic content of all nucleated cells, being a pivotal mechanism in antiviral and antitumoral defense. The understanding of molecular issues underlying the stimulation of a given T cell population by a specific peptide:MHC (pMHC) complex is essential for vaccine development, having special application to study the immunity against Hepatits C Virus (HCV). In a recent work, Paraskevi Fytili and colleagues evaluated the immunogenicity of an HCV-NS31073 variants subset against a CTL population previously stimulated with the wild-type epitope. Both natural and synthetic variants were used, and a large variation of IFN-gamma production by wildtype- specific T cells was observed. In this work, we intend to evaluate this variability at molecular level, through bioinformatics approaches. The prior identification of allele-specific patterns, presented by epitopes in the MHC cleft, allowed the development of a strategy for in silico construction of pMHC complexes, combining Molecular Docking and Energy Minimization (D1- EM-D2). This innovative approach was used to build 10 complexes presenting synthetic peptides and 28 complexes presenting naturally occurring variants, all in the context of human MHC allele HLA-A*02:01. The molecular surface of these complexes was further evaluated regarding its topology, electrostatic potential and Accessible Surface Area (ASA). Resulting data was used to group the variants according to its similarity with the wild-type-presenting complex, being these groups confronted with in vitro data, previously published by Fytili et al. This analysis, corroborated by multivariate statistical methods, has highlighted the sharing of structural aspects among complexes that stimulate response in vitro, as well as possible molecular issues responsible for abrogation of cellular immune response against certain HCV variants. This work suggests structural in silico analysis of pMHC complexes as a reliable tool for vaccine development, affording to predict the impact of viral escape mutations and selection of epitopes with potential to induce cross-reactive immune responses.