Современные подходы к созданию безопасных и эффективных генно-инженерных антирабических вакцин для животных

Бешенство является одним из опасных зоонозов, который вызывает поражение центральной нервной системы, приводит к энцефаломиелитам, параличам с неизбежным летальным исходом. Заболевание наносит значительный экономический ущерб, который связан с гибелью животных, ликвидацией последствий вспышек болезни, введением строгих ограничений, налагаемых на внутреннюю и международную торговлю продукцией животноводства, проведением профилактических и карантинных мероприятий, осуществлением лабораторных исследований. Для борьбы с бешенством Всемирная организация здравоохранения животных рекомендует вакцинопрофилактику. Для глобальной профилактики и борьбы с этим заболеванием производимого количества доступных высококачественных вакцин недостаточно. Стабильные аттенуированные производственные штаммы вируса бешенства с широкой перекрестной активностью против различных вариантов возбудителя являются идеальными кандидатами для создания надежных, безопасных и эффективных препаратов. На сегодняшний день применен ряд подходов для снижения вирулентности вируса и повышения безопасности антирабических вакцин. Большую популярность имеют методы обратной генетики, которые представляют собой новые подходы к исследованию функции конкретного гена путем анализа фенотипических эффектов за счет непосредственного манипулирования последовательностями нуклеотидов. Данная группа методов произвела революцию в молекулярной биологии, стала мощным инструментом для изучения генетики РНК-содержащих вирусов и широко используется в исследованиях возбудителя бешенства. Применение методов обратной генетики позволило проводить модификации производственных штаммов вируса бешенства для использования при изготовлении современных генно-инженерных антирабических препаратов, вызывающих стойкий и длительный иммунитет. В представленном обзоре кратко изложены общие подходы к разработке вирусных векторов с целью создания генно-инженерных вакцин против бешенства.

1. Hidaka Y., Lim C. K., Takayama-Ito M., Park C. H., Kimitsuki K., Shiwa N., et al. Segmentation of the rabies virus genome. Virus. Res. 2018; 252: 68–75. DOI: 10.1016/j.virusres.2018.05.017.

2. Wu X., Smith T. G., Rupprecht C. E. From brain passage to cell adaptation: the road of human rabies vaccine development. Expert. Rev. Vaccines. 2011; 10 (11): 1597–1608. DOI: 10.1586/erv.11.140.

3. Briggs D. J., Nagarajan T., Rupprecht C. E. Rabies vaccines. In: Rabies: Scientific Basis of the Disease and Its Management. Ed. by A. C. Jackson. 3rd ed. Academic Press; 2013; Chapter 13: 497–526. DOI: 10.1016/B978-0-12- 396547-9.00013-4.

4. Evans J. S., Horton D. L., Easton A. J., Fooks A. R., Banyard A. C. Rabies virus vaccines: is there a need for a pan-lyssavirus vaccine? Vaccine. 2012; 30 (52): 7447–7454. DOI: 10.1016/j.vaccine.2012.10.015.

5. Hicks D. J., Fooks A. R., Johnson N. Developments in rabies vaccines. Clin. Exp. Immunol. 2012; 169 (3): 199–204. DOI: 10.1111/j.1365-2249.2012.04592.x.

6. Hosokawa-Muto J., Ito N., Yamada K., Shimizu K., Sugiyama M., Minamoto N. Characterization of recombinant rabies virus carrying double glycoprotein genes. Microbiol. Immunol. 2006; 50 (3): 187–196. DOI: 10.1111/ j.1348-0421.2006.tb03785.x.

7. Nel L. H. Vaccines for lyssaviruses other than rabies. Expert. Rev. Vaccines. 2005; 4 (4): 533–540. DOI: 10.1586/14760584.4.4.533.

8. Rupprecht C. E., Plotkin S. A. Rabies vaccines. In: Vaccines. Ed. by S. A. Plotkin, W. A. Orenstein, P. A. Offit. 6th ed. Elsevier Saunders; 2013: 646– 668. DOI: 10.1016/B978-1-4557-0090-5.00036-7.

9. Schnell M. J., Mebatsion T., Conzelmann K. K. Infectious rabies viruses from cloned cDNA. EMBO J. 1994; 13 (18): 4195–4203. DOI: 10.1002/j.1460- 2075.1994.tb06739.x.

10. Yin J., Wang X., Mao R., Zhang Z., Gao X., Luo Y., et al. Research advances on the interactions between rabies virus structural proteins and host target cells: accrued knowledge from the application of reverse genetics systems. Viruses. 2021; 13 (11):2288. DOI: 10.3390/v13112288.

11. Conzelmann K. K. Reverse Genetics of Mononegavirales: The Rabies Virus Paradigm. In: Sendai Virus Vector. Ed. by Y. Nagai. Tokyo: Springer; 2013: 1–20. DOI: 10.1007/978-4-431-54556-9_1.

12. Huang Y., Tang Q., Nadin-Davis S. A., Zhang S., Hooper C. D., Ming P., et al. Development of a reverse genetics system for a human rabies virus vaccine strain employed in China. Virus. Res. 2010; 149 (1): 28–35. DOI: 10.1016/j.virusres.2009.12.009.

13. Larsen D. D., Wickersham I. R., Callaway E. M. Retrograde tracing with recombinant rabies virus reveals correlations between projection targets and dendritic architecture in layer 5 of mouse barrel cortex. Front. Neural Circuits. 2008; 1:5. DOI: 10.3389/neuro.04.005.2007.

14. Conzelmann K. K., Cox J. H., Schneider L. G., Thiel H. J. Molecular cloning and complete nucleotide sequence of the attenuated rabies virus SAD B19. Virology. 1990; 175 (2): 485–499. DOI: 10.1016/0042-6822(90)90433-r.

15. Finke S., Conzelmann K. K. Recombinant rhabdoviruses: vectors for vaccine development and gene therapy. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2005; 292: 165–200. DOI: 10.1007/3-540-27485-5_8.

16. Finke S., Mueller-Waldeck R., Conzelmann K. K. Rabies virus matrix protein regulates the balance of virus transcription and replication. J. Gen. Virol. 2003; 84: 1613–1621. DOI: 10.1099/vir.0.19128-0. PMID: 12771432.

17. Mebatsion T. Extensive attenuation of rabies virus by simultaneously modifying the dynein light chain binding site in the P protein and replacing Arg333 in the G protein. J. Virol. 2001; 75 (23): 11496–11502. DOI: 10.1128/ JVI.75.23.11496-11502.2001.

18. Morimoto K., Shoji Y., Inoue S. Characterization of P gene-deficient rabies virus: propagation, pathogenicity and antigenicity. Virus. Res. 2005; 111 (1): 61–67. DOI: 10.1016/j.virusres.2005.03.011.

19. Wang Z. W., Sarmento L., Wang Y., Li X. Q., Dhingra V., Tseggai T., et al. Attenuated rabies virus activates, while pathogenic rabies virus evades, the host innate immune responses in the central nervous system. J. Virol. 2005; 79 (19): 12554–12565. DOI: 10.1128/JVI.79.19.12554-12565.2005.

20. Walker P. J., Dietzgen R. G., Joubert D. A., Blasdell K. R. Rhabdovirus accessory genes. Virus. Res. 2011; 162 (1–2): 110–125. DOI: 10.1016/j.virusres.2011.09.004.

21. Faber M., Faber M. L., Papaneri A., Bette M., Weihe E., Dietzschold B., Schnell M. J. A single amino acid change in rabies virus glycoprotein increases virus spread and enhances virus pathogenicity. J. Virol. 2005; 79 (22): 14141–14148. DOI: 10.1128/JVI.79.22.14141-14148.2005.

22. Etessami R., Conzelmann K. K., Fadai-Ghotbi B., Natelson B., Tsiang H., Ceccaldi P. E. Spread and pathogenic characteristics of a G-deficient rabies virus recombinant: an in vitro and in vivo study. J. Gen. Virol. 2000; 81: 2147–2153. DOI: 10.1099/0022-1317-81-9-2147.

23. Yan X., Prosniak M., Curtis M. T., Weiss M. L., Faber M., Dietzschold B., Fu Z. F. Silver-haired bat rabies virus variant does not induce apoptosis in the brain of experimentally infected mice. J. Neurovirol. 2001; 7 (6): 518–527. DOI: 10.1080/135502801753248105.

24. Zhang G., Wang H., Mahmood F., Fu Z. F. Rabies virus glycoprotein is an important determinant for the induction of innate immune responses and the pathogenic mechanisms. Vet. Microbiol. 2013; 162 (2–4): 601–613. DOI: 10.1016/j.vetmic.2012.11.031.

25. Tao L., Ge J., Wang X., Wen Z., Zhai H., Hua T., et al. Generation of a recombinant rabies Flury LEP virus carrying an additional G gene creates an improved seed virus for inactivated vaccine production. Virol. J. 2011; 8:454. DOI: 10.1186/1743-422X-8-454.

26. Tan Y., Liang H., Chen A., Guo X. Coexpression of double or triple copies of the rabies virus glycoprotein gene using a ‘self-cleaving’ 2A peptide-based replication-defective human adenovirus serotype 5 vector. Biologicals. 2010; 38 (5): 586–593. DOI: 10.1016/j.biologicals.2010.06.001.

27. Ito Y., Ito N., Saito S., Masatani T., Nakagawa K., Atoji Y., Sugiyama M. Amino acid substitutions at positions 242, 255 and 268 in rabies virus glycoprotein affect spread of viral infection. Microbiol. Immunol. 2010; 54 (2): 89–97. DOI: 10.1111/j.1348-0421.2009.00192.x.

28. Zandi F., Khalaj V., Goshadrou F., Meyfour A., Gholami A., Enayati S., et al. Rabies virus matrix protein targets host actin cytoskeleton: a protein-protein interaction analysis. Pathog. Dis. 2021; 79 (1):ftaa075. DOI: 10.1093/femspd/ftaa075.

29. Mebatsion T., Konig M., Conzelmann K. K. Budding of rabies virus particles in the absence of the spike glycoprotein. Cell. 1996; 84 (6): 941–951. DOI: 10.1016/s0092-8674(00)81072-7.

30. Wirblich C., Tan G. S., Papaneri A., Godlewski P. J., Orenstein J. M., Harty R. N., Schnell M. J. PPEY motif within the rabies virus (RV) matrix protein is essential for efficient virion release and RV pathogenicity. J. Virol. 2008; 82 (19): 9730–9738. DOI: 10.1128/JVI.00889-08.

31. Schnell M. J., McGettigan J. P., Wirblich C., Papaneri A. The cell biology of rabies virus: using stealth to reach the brain. Nat. Rev. Microbiol. 2010; 8 (1): 51–61. DOI: 10.1038/nrmicro2260.

32. Schnell M. J., Tan G. S., Dietzschold B. The application of reverse genetics technology in the study of rabies virus (RV) pathogenesis and for the development of novel RV vaccines. J. Neurovirol. 2005; 11 (1): 76–81. DOI: 10.1080/13550280590900436.

33. Jacob Y., Badrane H., Ceccaldi P. E., Tordo N. Cytoplasmic dynein LC8 interacts with lyssavirus phosphoprotein. J. Virol. 2000; 74 (21): 10217–10222. DOI: 10.1128/jvi.74.21.10217-10222.2000.

34. Ceccaldi P. E., Fayet J., Conzelmann K. K., Tsiang H. Infection characteristics of rabies virus variants with deletion or insertion in the pseudogene sequence. J.Neurovirol. 1998; 4 (1): 115–119. DOI: 10.3109/13550289809113489.

35. Inoue K., Shoji Y., Kurane I., Iijima T., Sakai T., Morimoto K. An improved method for recovering rabies virus from cloned cDNA. J. Virol. Methods. 2003; 107 (2): 229–236. DOI: 10.1016/s0166-0934(02)00249-5.

36. Le Mercier P., Jacob Y., Tanner K., Tordo N. A novel expression cassette of lyssavirus shows that the distantly related Mokola virus can rescue a defective rabies virus genome. J. Virol. 2002; 76 (4): 2024–2027. DOI: 10.1128/jvi.76.4.2024-2027.2002.

37. Buchholz U. J., Finke S., Conzelmann K. K. Generation of bovine respiratory syncytial virus (BRSV) from cDNA: BRSV NS2 is not essential for virus replication in tissue culture, and the human RSV leader region acts as a functional BRSV genome promoter. J. Virol. 1999; 73 (1): 251–259. DOI: 10.1128/JVI.73.1.251-259.1999.

38. Wenqiang J., Yin X., Lan X., Li X., Liu J. Development of a reverse genetics system for the aG strain of rabies virus in China. Arch. Virol. 2014; 159 (5): 1033–1038. DOI: 10.1007/s00705-013-1919-9.

39. Wall N. R., Wickersham I. R., Cetin A., De La Parra M., Callaway E. M. Monosynaptic circuit tracing in vivo through Cre-dependent targeting and complementation of modified rabies virus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010; 107 (50): 21848–21853. DOI: 10.1073/pnas.1011756107.

40. Wickersham I. R., Finke S., Conzelmann K. K., Callaway E. M. Retrograde neuronal tracing with a deletion-mutant rabies virus. Nat. Methods. 2007; 4 (1): 47–49. DOI: 10.1038/nmeth999.

41. Wickersham I. R., Sullivan H. A., Seung H. S. Production of glycoprotein-deleted rabies viruses for monosynaptic tracing and high-level gene expression in neurons. Nat. Protoc. 2010; 5 (3): 595–606. DOI: 10.1038/ nprot.2009.248.