Published April 13, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

A Synthetic SARS-CoV-2-Derived T-Cell and B-Cell Peptide Cocktail Elicits Full Protection against Lethal Omicron BA.1 Infection in H11-K18-hACE2 Mice

Creators

  • 1. National Institute for Viral Disease Control and Prevention

Description

Emerging variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) have been developing the capacity for immune evasion and resistance to existing vaccines and drugs. To address this, development of vaccines against coronavirus disease 2019 (COVID-19) has focused on universality, strong T cell immunity, and rapid production. Synthetic peptide vaccines, which are inexpensive and quick to produce, show low toxicity, and can be selected from the conserved SARS-CoV-2 proteome, are promising candidates. In this study, we evaluated the effectiveness of a synthetic peptide cocktail containing three murine CD4+ T-cell epitopes from the SARS-CoV-2 nonspike proteome and one B-cell epitope from the Omicron BA.1 receptor-binding domain (RBD), along with aluminum phosphate (Al) adjuvant and 5' cytosine-phosphate-guanine 3' oligodeoxynucleotide (CpG-ODN) adjuvant in mice. The peptide cocktail induced good Th1-biased T-cell responses and effective neutralizing-antibody titers against the Omicron BA.1 variant. Additionally, H11-K18-hACE2 transgenic mice were fully protected against lethal challenge with the BA.1 strain, with a 100% survival rate and reduced pulmonary viral load and pathological lesions. Subcutaneous administration was found to be the superior route for synthetic peptide vaccine delivery. Our findings demonstrate the effectiveness of the peptide cocktail in mice, suggesting the feasibility of synthetic peptide vaccines for humans. IMPORTANCE Current vaccines based on production of neutralizing antibodies fail to prevent the infection and transmission of SARS-CoV-2 Omicron and its subvariants. Understanding the critical factors and avoiding the disadvantages of vaccine strategies are essential for developing a safe and effective COVID-19 vaccine, which would include a more effective and durable cellular response, minimal effects of viral mutations, rapid production against emerging variants, and good safety. Peptide-based vaccines are an excellent alternative because they are inexpensive, quick to produce, and very safe. In addition, human leukocyte antigen T-cell epitopes could be targeted at robust T-cell immunity and selected in the conserved region of the SARS-CoV-2 variants. Our study showed that a synthetic SARS-CoV-2-derived peptide cocktail induced full protection against lethal infection with Omicron BA.1 in H11-K18-hACE2 mice for the first time. This could have implications for the development of effective COVID-19 peptide vaccines for humans.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعمل المتغيرات الناشئة لفيروس كورونا 2 المرتبط بالمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2) على تطوير القدرة على التهرب المناعي ومقاومة اللقاحات والأدوية الموجودة. ولمعالجة ذلك، ركز تطوير اللقاحات ضد مرض فيروس كورونا 2019 (COVID -19) على العالمية، والمناعة القوية للخلايا التائية، والإنتاج السريع. لقاحات الببتيد الاصطناعية، وهي غير مكلفة وسريعة الإنتاج، وتظهر سمية منخفضة، ويمكن اختيارها من بروتيوم سارس- كوف-2 المحفوظ، وهي مرشحة واعدة. في هذه الدراسة، قمنا بتقييم فعالية كوكتيل ببتيد اصطناعي يحتوي على ثلاثة قمم لاصقة من الخلايا التائية CD4 + الفئران من البروتين غير الشبيه بـ SARS - CoV -2 وقبة لاصقة واحدة من الخلايا البائية من مجال ربط مستقبلات أوميكرون BA.1 (RBD)، جنبًا إلى جنب مع مادة فوسفات الألومنيوم المساعدة (Al) و 5'سيتوسين- فوسفات- جوانين 3' أوليجوديوكسينوكليوتيد (CpG - ODN) في الفئران. أدى خليط الببتيد إلى استجابات الخلايا التائية الجيدة المتحيزة لـ Th1 وتيارات الأجسام المضادة المحايدة الفعالة ضد متغير أوميكرون BA.1. بالإضافة إلى ذلك، كانت الفئران المعدلة وراثيا H11 - K18 - hACE2 محمية تماما ضد التحدي القاتل مع سلالة BA.1، مع معدل البقاء على قيد الحياة بنسبة 100 ٪ وانخفاض الحمل الفيروسي الرئوي والآفات المرضية. تم العثور على أن الإعطاء تحت الجلد هو الطريق الأفضل لإيصال لقاح الببتيد الاصطناعي. توضح النتائج التي توصلنا إليها فعالية كوكتيل الببتيد في الفئران، مما يشير إلى جدوى لقاحات الببتيد الاصطناعية للبشر. أهمية تفشل اللقاحات الحالية القائمة على إنتاج الأجسام المضادة المعادلة في منع عدوى وانتقال فيروس سارس- كوف-2 أوميكرون ومتغيراته الفرعية. يعد فهم العوامل الحاسمة وتجنب عيوب استراتيجيات اللقاح أمرًا ضروريًا لتطوير لقاح آمن وفعال لـ COVID -19، والذي سيشمل استجابة خلوية أكثر فعالية ومتانة، والحد الأدنى من تأثيرات الطفرات الفيروسية، والإنتاج السريع ضد المتغيرات الناشئة، والسلامة الجيدة. اللقاحات القائمة على الببتيد هي بديل ممتاز لأنها غير مكلفة وسريعة الإنتاج وآمنة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استهداف حاتمات الخلايا التائية لمستضد الكريات البيض البشرية في مناعة الخلايا التائية القوية واختيارها في المنطقة المحفوظة من متغيرات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة. أظهرت دراستنا أن كوكتيل الببتيد الاصطناعي المشتق من فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة أحدث حماية كاملة ضد العدوى القاتلة بالأوميكرون BA.1 في فئران H11 - K18 - hACE2 لأول مرة. وقد يكون لذلك آثار على تطوير لقاحات ببتيد فعالة لكوفيد-19 للبشر.

Translated Description (French)

Les variantes émergentes du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) ont développé la capacité d'évasion immunitaire et de résistance aux vaccins et médicaments existants. Pour y remédier, le développement de vaccins contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) s'est concentré sur l'universalité, la forte immunité des lymphocytes T et la production rapide. Les vaccins peptidiques synthétiques, qui sont peu coûteux et rapides à produire, présentent une faible toxicité et peuvent être sélectionnés à partir du protéome SARS-CoV-2 conservé, sont des candidats prometteurs. Dans cette étude, nous avons évalué l'efficacité d'un cocktail de peptides synthétiques contenant trois épitopes murins de lymphocytes T CD4+ du protéome non piqué SARS-CoV-2 et un épitope de lymphocytes B du domaine de liaison au récepteur (RBD) Omicron BA.1, ainsi qu'un adjuvant de phosphate d'aluminium (Al) et un adjuvant de 5'cytosine-phosphate-guanine 3' oligodésoxynucléotide (CpG-ODN) chez la souris. Le cocktail peptidique a induit de bonnes réponses des lymphocytes T biaisées par Th1 et des titres efficaces d'anticorps neutralisants contre le variant Omicron BA.1. De plus, les souris transgéniques H11-K18-hACE2 ont été entièrement protégées contre la provocation létale avec la souche BA.1, avec un taux de survie de 100 % et une charge virale pulmonaire et des lésions pathologiques réduites. L'administration sous-cutanée s'est avérée être la meilleure voie d'administration du vaccin peptidique synthétique. Nos résultats démontrent l'efficacité du cocktail peptidique chez la souris, suggérant la faisabilité de vaccins peptidiques synthétiques pour l'homme. IMPORTANCE Les vaccins actuels basés sur la production d'anticorps neutralisants ne parviennent pas à prévenir l'infection et la transmission du SARS-CoV-2 Omicron et de ses sous-variants. Il est essentiel de comprendre les facteurs critiques et d'éviter les inconvénients des stratégies vaccinales pour développer un vaccin contre la COVID-19 sûr et efficace, qui comprendrait une réponse cellulaire plus efficace et durable, des effets minimaux des mutations virales, une production rapide contre les variantes émergentes et une bonne sécurité. Les vaccins à base de peptides sont une excellente alternative car ils sont peu coûteux, rapides à produire et très sûrs. De plus, les épitopes des lymphocytes T de l'antigène leucocytaire humain pourraient être ciblés sur l'immunité robuste des lymphocytes T et sélectionnés dans la région conservée des variants du SARS-CoV-2. Notre étude a montré qu'un cocktail peptidique synthétique dérivé du SARS-CoV-2 induisait pour la première fois une protection complète contre l'infection létale par Omicron BA.1 chez des souris H11-K18-hACE2. Cela pourrait avoir des implications pour le développement de vaccins peptidiques efficaces contre la COVID-19 chez l'homme.

Translated Description (Spanish)

Las variantes emergentes del coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2) han estado desarrollando la capacidad de evasión inmune y resistencia a las vacunas y medicamentos existentes. Para abordar esto, el desarrollo de vacunas contra la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) se ha centrado en la universalidad, una fuerte inmunidad de las células T y una producción rápida. Las vacunas de péptidos sintéticos, que son baratas y rápidas de producir, muestran baja toxicidad y se pueden seleccionar a partir del proteoma conservado del SARS-CoV-2, son candidatos prometedores. En este estudio, evaluamos la efectividad de un cóctel de péptidos sintéticos que contiene tres epítopos de células T CD4+ murinas del proteoma no puntiagudo del SARS-CoV-2 y un epítopo de células B del dominio de unión al receptor Omicron BA.1 (RBD), junto con adyuvante de fosfato de aluminio (Al) y adyuvante de 5' citosina-fosfato-guanina 3' oligodesoxinucleótido (CpG-ODN) en ratones. El cóctel de péptidos indujo buenas respuestas de células T sesgadas por Th1 y títulos efectivos de anticuerpos neutralizantes contra la variante Omicron BA.1. Además, los ratones transgénicos H11-K18-hACE2 estaban completamente protegidos contra la exposición letal con la cepa BA.1, con una tasa de supervivencia del 100% y una carga viral pulmonar y lesiones patológicas reducidas. Se descubrió que la administración subcutánea era la vía superior para la administración de vacunas de péptidos sintéticos. Nuestros hallazgos demuestran la efectividad del cóctel de péptidos en ratones, lo que sugiere la viabilidad de vacunas de péptidos sintéticos para humanos. IMPORTANCIA Las vacunas actuales basadas en la producción de anticuerpos neutralizantes no logran prevenir la infección y transmisión de SARS-CoV-2 Omicron y sus subvariantes. Comprender los factores críticos y evitar las desventajas de las estrategias de vacunación son esenciales para desarrollar una vacuna contra COVID-19 segura y efectiva, que incluiría una respuesta celular más efectiva y duradera, efectos mínimos de las mutaciones virales, producción rápida contra variantes emergentes y buena seguridad. Las vacunas a base de péptidos son una excelente alternativa porque son baratas, rápidas de producir y muy seguras. Además, los epítopos de células T del antígeno leucocitario humano podrían dirigirse a una inmunidad robusta de células T y seleccionarse en la región conservada de las variantes del SARS-CoV-2. Nuestro estudio mostró que un cóctel sintético de péptidos derivados del SARS-CoV-2 indujo una protección total contra la infección letal con Omicron BA.1 en ratones H11-K18-hACE2 por primera vez. Esto podría tener implicaciones para el desarrollo de vacunas peptídicas COVID-19 eficaces para los seres humanos.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كوكتيل ببتيد من الخلايا التائية المستمدة من فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2) المستمد من الخلايا التائية (T - Cell) والخلايا البائية (B - Cell Peptide) يوفر حماية كاملة ضد عدوى أوميكرون القاتلة BA.1 في الفئران H11 - K18 - hACE2
Translated title (French)
Un cocktail de lymphocytes T et de peptides B synthétiques dérivés du SRAS-CoV-2 permet une protection complète contre l'infection mortelle par l'omicron BA.1 chez les souris H11-K18-hACE2
Translated title (Spanish)
Un cóctel sintético de péptidos de células T y células B derivados del SARS-CoV-2 provoca una protección completa contra la infección letal por Omicron BA.1 en ratones H11-K18-hACE2

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4324017464
DOI
10.1128/spectrum.04194-22

Is supplement to
https://openalex.org/W4321482651 (Other)
https://openalex.org/W4224084752 (Other)
https://openalex.org/W4205364493 (Other)
https://openalex.org/W2363997565 (Other)
https://openalex.org/W2111743240 (Other)
https://openalex.org/W2059333433 (Other)
https://openalex.org/W2021824670 (Other)
https://openalex.org/W2009867644 (Other)
https://openalex.org/W2002432836 (Other)
https://openalex.org/W1979044599 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1545458550
  • https://openalex.org/W1984296345
  • https://openalex.org/W1988789252
  • https://openalex.org/W1990388100
  • https://openalex.org/W1993115059
  • https://openalex.org/W1994048581
  • https://openalex.org/W1999003932
  • https://openalex.org/W2045884759
  • https://openalex.org/W2061365506
  • https://openalex.org/W2142739377
  • https://openalex.org/W2168688111
  • https://openalex.org/W2180512905
  • https://openalex.org/W2955504961
  • https://openalex.org/W3025373052
  • https://openalex.org/W3036931136
  • https://openalex.org/W3042183476
  • https://openalex.org/W3089759643
  • https://openalex.org/W3101826788
  • https://openalex.org/W3121177038
  • https://openalex.org/W3123064250
  • https://openalex.org/W3123967880
  • https://openalex.org/W3131790244
  • https://openalex.org/W3152845777
  • https://openalex.org/W3157453497
  • https://openalex.org/W3160087212
  • https://openalex.org/W3160306376
  • https://openalex.org/W3165440876
  • https://openalex.org/W3175315679
  • https://openalex.org/W3198999404
  • https://openalex.org/W3201328010
  • https://openalex.org/W3211990486
  • https://openalex.org/W3215049942
  • https://openalex.org/W4200026214
  • https://openalex.org/W4200107945
  • https://openalex.org/W4205405695
  • https://openalex.org/W4206153591
  • https://openalex.org/W4207047906
  • https://openalex.org/W4210493562
  • https://openalex.org/W4210792795
  • https://openalex.org/W4212826095
  • https://openalex.org/W4212897073
  • https://openalex.org/W4213418740
  • https://openalex.org/W4214773641
  • https://openalex.org/W4220988150
  • https://openalex.org/W4224237882
  • https://openalex.org/W4225854071
  • https://openalex.org/W4226229183
  • https://openalex.org/W4226275838
  • https://openalex.org/W4280581045
  • https://openalex.org/W4281648823
  • https://openalex.org/W4282936182
  • https://openalex.org/W4283122559
  • https://openalex.org/W4283157316
  • https://openalex.org/W4283697761
  • https://openalex.org/W4283720712
  • https://openalex.org/W4284694855
  • https://openalex.org/W4284886202
  • https://openalex.org/W4284969220
  • https://openalex.org/W4285498117
  • https://openalex.org/W4285993171
  • https://openalex.org/W4286007811
  • https://openalex.org/W4289530033
  • https://openalex.org/W4292229998
  • https://openalex.org/W4292315763
  • https://openalex.org/W4293658176
  • https://openalex.org/W4294862360
  • https://openalex.org/W4295423189
  • https://openalex.org/W4296720230
  • https://openalex.org/W4297019777
  • https://openalex.org/W4298005056
  • https://openalex.org/W4302293681