Mevcut COVID-19 aşılarının ayırt edici özellikleri: antijen sunumunun bilinen ve bilinmeyenleri ve etki biçimleri

COVID-19 aşıları, pandeminin başlangıcından bu yana benzeri görülmemiş bir hızla geliştirildi. Birçoğu pazar yetkisine ve seri üretime ulaşmış ve büyük ölçekte küresel uygulamalarına yol açmıştır. Bu muazzam ilerleme, paralel olarak kullanılan temelde farklı aşı teknolojileri ile sağlandı. mRNA, adenoviral vektör, alt birim (subünit) aşı ve inaktive edilmiş tam virüs aşıları artık yaygın olarak kullanılmaktadır  Hepsi, güçlü bir şekilde nötralize edici antikorları indüklemek için SARS-CoV-2’nin doğal viral spike proteinine (S) güvenir ve onu hedef alır.

Ancak bu anahtar antijenin bağışıklık sistemine sunumu, farklı aşı kategorileri arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. 

“Genetik aşılar” olan adenovirüs-vektör ve mRNA aşıları ile inaktif ve subünite aşıları arasındaki farkları, bu aşılardaki Spike (S) yapısal modifikasyonlarının ve farklı antijen ifade modlarının ilişkisini daha önce BURADA görmüştük. 

Peki aşların ayırt edici özellikleri? Bilinmeyen özellikleri? Koruyucu antikor tepkileri? Aşıların reaktojenitesi nasıl farklıdır?

Genel kullanım için izin verilen ve klinik etkinlik verileri yayınlanmış olan mevcut tüm aşılar, tek başına veya inaktive virüs aşıları durumunda, diğer viral proteinlerle birlikte bir immünojen olarak viral spike proteinine (S) dayanır.

Viral giriş, yani virüsün reseptöre bağlanması ve hücre membranı ile füzyonu sırasındaki temel işlevleri nedeniyle, S proteini, virüsü potansiyel olarak nötralize edebilen antikorların ana hedefidir. Bu antikorların gücü, doğal bir konformasyonda Spike’ın karmaşık üç boyutlu yapısının belirli bölümleri ile yüksek afiniteli etkileşimlere bağlıdır . B hücreleri tarafından bu tür antikorların etkin oluşumu, MHCII molekülleri ile kompleks halinde aynı antijenden türetilen peptitler tarafından spesifik olarak uyarılan CD4 T hücrelerinin yardımcı işlevlerini gerektirir. CD8+ T hücreleri gibi hücresel bağışıklığın diğer bileşenleri de SARS-CoV-2 enfeksiyonu veya aşılamadan sonra bağışıklık tepkilerine katkıda bulunur, ancak COVID-19 enfeksiyonlarındaki ve hastalıktan korunmadaki rolleri hala tam olarak çözülmemiştir.

Mevcut COVID-19 aşıları, Spike proteinini bağışıklık sistemine çok farklı şekillerde sunar ve aşılar iki ana kategoride ayırt edilmektedir: (1) mRNA ve adenoviral vektör aşılarından oluşşan genetik aşılar. Bunların her ikisi de doğrudan Spike proteini içermez, ancak aşılanan kişinin vücut hücrelerinde onun biyosentezini sağlar. Bu tür aşılarda, uygun şekilde katlanmış Spike proteinlerinin B hücrelerine sunumu için genetik dizilerin spesifik tasarımı ön plana çıkmaktadır. (2) protein bazlı yaklaşımları, yani klasik inaktive edilmiş tam virüs ve yenilikçi alt birim aşılar. Her iki aşı grubu da Spike proteininin yapısal kararsızlığı ile başa çıkmak zorundadır.

Spike proteininin biyosentezi ve temel özellikleri

Hücresel SARS-CoV-2 enfeksiyonu sırasında (Şekil), S proteini “ribozomal çerçeve kayması” denen karmaşık bir mekanizma ile viral subgenomik mRNA’lardan biri tarafından sentezlenir ve bir sinyal piptidi kullanılarak endoplazmik retikulumun (ER) lümenine (boşluk) ko-translasyonla taşınır. S proteini toplam 1273 amino asit uzunluğundadır Moderna’nın aşısının ismi buradan gelmektedir) ve N-ucundaki 13 amino asit uzunluğundaki sinyal peptidi ile ER lümenine (boluğuna) taşınır. Sinyal dizisi, iç ER zarına bağlı bulunan bir sinyal peptidaz enzimi tarafından kesilerek viral Spike proteininin olgun N-terminali yapılır. Translasyonun tamamlanmasından sonra, protein bir C-terminal membran bağlantısı aracılığıyla ER membranına bağlı kalır, trimerize olur (yani 3 Spike bir araya gelir) ve virüsün ERGIC lümenine tomurcuklanarak oluştuğu ER-Golgi ara bölmesine (ERGIC) hareket eder. 

Ekzositoz sırasında virüs partikülleri, trans-Golgi ağında (TGN) bulunan bir proteaz olan furin enzimi ile karşılaşır. Bu enzim, S proteininin membrana bağlı S2 alt birimi ve uzaktaki (sarkılı) S1 alt birimi arasında bulunan polibazik (yani bazik amino asitlerin çok olduğu) bir bölünme yerinden keser ve iki altbirimi birbirinden ayırır. Ancak, bu alt birimler, kovalent olmayan etkileşimler yoluyla trimerde birbirine hala bağlı kalırlar ve virüs muhtemelen bozulmuş lizozomal fonksiyonlar ile ekzositik lizozomlarla salgılanır . Hücre içi taşıma sırasında, Spike proteini N- ve O-glikozilasyon ile kapsamlı modifikasyonlara uğrar.

a Enfekte hücreler: Viral yapısal proteinler için subgenomik mRNA’lar ER (S, M ve E) ile birlikte veya sitoplazmada (N) çevrilir ve virüs montajı ERGIC’de gerçekleşir. Virüs parçacıkları TGN yoluyla taşınır ve hücrelerden muhtemelen lizozomlar yoluyla salınır. Taşıma sırasında S, TGN’deki hücresel proteaz furin tarafından S1 ve S2’ye bölünür. Virionlar içine monte değil bazı Spike moleküller, ayrıca bir ER tutma sinyali varlığına rağmen plazma zarına taşınır.  bTransfekte hücreler: S’nin biyosentezi, diğer viral proteinlerle etkileşim yokluğunda gerçekleşir. S1 ve S2’ye proteolitik bölünme, enfekte hücrelerdekine benzer şekilde TGN’de meydana gelir, ancak parçalanmış S1’in bir miktar dökülmesi ve S2’nin füzyon sonrası yapısına (S2*) dönüştürülmesi, stabilize edici mutasyonların yokluğunda meydana gelebilir. 
ER—endoplazmik retikulum; ERGIC—endoplazmik retikulum Golgi ara bölmesi; TGN—Trans Golgi Ağı; 
RNP-Ribonükleoprotein; Viral proteinler: S—spike, M—membran; E—zarf; N-nükleoprotein.

mRNA ve adenovirüs vektör aşılarında ve ayrıca rekombinant alt birim aşılarının üretiminde olduğu gibi, Spike, izole edilmiş bir protein olarak sentezlendiğinde, biyosentez yolu çok benzerdir. Bununla birlikte, partikül montajı için diğer viral bileşenlerle etkileşimlerin olmaması, S trimerlerinin glikozilasyon motifini ve stabilitesini modüle edebilir. Ayrıca, TGN’de furin bölünmesinden sonra rekombinant olarak üretilen Spike’lardan S1 ayrılabilir ve bölünme bölgesini ortadan kaldıran mutasyonların yokluğunda S2’nin füzyon sonrası konformasyonuna dönüşmesine izin verebilir. Otantik viral sinyal dizisinin manipülasyonları, N-terminallerinin homojen olmasına neden olabilir ve S’in doğal katlanmasını bozabilir.

Spike’ın yapısal özellikleri

S’nin her monomeri, doğal S trimerindeki S2 parçasını tıkayan S1’deki N-terminal domeyni (NTD) ve reseptör-bağlayıcı domeyn (RBD) dahil olmak üzere çeşitli yapısal elemanlardan oluşur (aşağıdaki Şekil). RBD, “yukarı” ve “aşağı” konum arasında gider gelir ve hücresel reseptör (ACE2) ile etkileşim, yalnızca “yukarı” konumda iken geçici olarak açığa çıkan RBD ile mümkündür. Olgun formunda, S trimeri yarı kararlıdır ve virüs girişi üzerine S2’nin viral ve hücresel membranların füzyonunu yönlendirmesine izin veren tetiklenmiş konformasyonel değişikliklere uğramaya hazırdır. Tetikleyici, RBD’nin ACE2’ye bağlanmasını ve furin dışındaki hücresel proteazlar tarafından S2′ olarak adlandırılan bölgede başka bir proteolitik bölünmeyi içerir ve küçük bir dizinin çıkarılması ve füzyon peptidinin S2’nin N-terminalinde açığa çıkmasıyla sonuçlanır. Bu değişikliklerin bir sonucu olarak, S1 alt birimleri trimerden ayrışır ve S2’yi füzyon öncesi konformasyondaki kısıtlamalarından kurtararak karakteristik uzun füzyon sonrası yapıya geri dönüşü olmayan bir dönüşüme izin verir. Füzyon peptidinin C-terminal membran çapasına (kanca) yan yana getirildiği bu saç tokası benzeri yapının oluşumuyla kazanılan enerji, giriş sırasında viral membran füzyonu için itici güç sağlar.

a. Tüm RBD’ler ‘aşağı’ konumda olduğu trimerik bir prefüzyon Spike. b. Bir RBD ‘yukarı’ konumda olan trimerik pre-füzyon Spike. c. RBD kırmızı ve NTD altın ile pre-füzyon Spike monomerik S proteini ve ayrıca aşağıdaki yapısal ayrıntılar: İki dengeleyici prolin (2 P) pembe, FP turuncu olarak gösterilmiştir. İki proteaz bölünme bölgesi oklarla gösterilmiştir. d. Açık renklerle gölgelenmiş üç ayrık S1 alt birimi ile S2’nin füzyon sonrası trimerik yapısı. RBD—reseptör bağlama alanı; NTD—N-terminal alanı; FP—füzyon peptidi. 

S trimerin farklı konformasyonları benimseme potansiyeli, aşılarda bu proteinin kullanımı için bir sorun teşkil edebilir. Çünkü güçlü bir şekilde nötralize edici antikorları indüklemek için doğal yapı gereklidir. Ancak, bu yapı geleneksel aşıların üretimi sırasında bozulabilir. Ayrıca, genetik aşılamadan sonra protein aşı yapılan insanın hücrelerinde ifade edildiğinde de bu tür bozulma meydana gelebilir. Bazı üreticiler bu nedenle Spike’a stabilize edici (kararlı) mutasyonlar sokmuşlardır. Bu mutasyonların, kararsız S proteininin yanlışlıkla yapısal dönüşümünü önlemesi amaçlanır. Bu modifikasyonlar, füzyon sonrası formda füzojenik konformasyonel geçişlerini uzun bir alfa sarmalına çevirmek için füzyon öncesi formdaki iki alfa sarmalı arasındaki bağlantıda S2’deki (K986P ve V987P) iki prolin mutasyonunu içerir. Ayrıca, ön füzyon trimerini korumak ve S1’in kopmasını önlemek için S1 ve S2 arasındaki furin bölünmesini ortadan kaldıran mutasyonlar kullanılır.

S’nin antijenik yapısı


COVID-19 hastalarından bir dizi monoklonal antikor izole edilmiş ve S trimerin antijenik karakterizasyonu için kullanılmıştır. Veriler, en güçlü nötralize edici antikorların RBD’ye özgü olduğunu, ancak birkaç güçlü nötrleştirici antikorun NTD’yi de tanıdığını ve bazılarının trimerin kuaterner yapısına (üçlü trimer) bağlı olduğunu göstermiştir. S2’ye karşı antikorlar için de nötralize edici aktivite gözlenmiş, ancak etki, S1’e karşı olanlardan daha düşük bulunmuştur. SARS-CoV-2 enfeksiyonunda nötralize edici antikor yanıtında, RBD’ye özgü antikorların hakim olduğu görülmüştür. Bu nedenle, tüm COVID-19 aşılarının ana amacı, aşılamadan sonra yüksek oranda güçlü nötralizan antikorları indüklemek için Spike ve onun RBD’sini en doğal bir konformasyonda sunmaktır.

S-antijen yapısının ve sunumunun aşıya özgü farklılıkları

Halihazırda mevcut olan farklı COVID-19 aşıları, etki tarzları ve spike antijenin bağışıklık sistemine sunulma biçimleri bakımından temel farklılıklar göstermektedir. 

Genetik aşılar – genel

Mevcut genetik COVID-19 aşılarının yani mRNA ve viral vektor (adenovirüs bazlı) aşıların ortak özelliği,  intramüsküler (kas içi) uygulamadan sonra dokularda membran bağlantılı spike proteinin tamamı (yukarıdaki Şekiller) için mRNA’ların sağlanmasıdır. RNA aşıları, doğrudan S proteinine çevrilebilen tamamen işlevsel mRNA’lar içerirken, vektör DNA’nın RNA’ya nukleus (çekirdek) içi transkripsiyonu ve fonksiyonel mRNA’lar üretmek için işleme dahil olmak üzere adenovirüs vektör aşıları ile ek biyosentetik adımlar gereklidir. Kas hücreleri, fibroblastlar, endotel hücreleri ve/veya dendritik hücreler gibi bağışıklık hücrelerinin intramüsküler (kas içi) aşılamadan sonra S ifadesine katkıda bulunduğuna inanılmaktadır (ancak sistematik olarak çalışılmamış ve resmi olarak gösterilmemiştir). Güçlü bir şekilde nötralize edici antikorların üretimi, büyük olasılıkla S ifade eden hücrelerin plazma membranına demirlenen Spike’ın tanınmasıyla, B hücrelerinin doğal protein ile etkileşimini gerektirir. Buna karşılık, CD8+ T ve CD4+ T hücreleri, sırasıyla MHCI ve MHCII ile peptit kompleksleri (proteolitik işlemden sonra hücre içi S’den türetilmiştir) tarafından uyarılır.

mRNA aşıları

Mevcut yaygın uygulamadaki iki mRNA aşısı (BioNTech/Pfizer ve Moderna) teknolojik olarak çok benzerdir. Tam uzunluktaki S proteininin verimli ifadesi için kodon optimize edilmiş diziler içerirler ve biyosentezi için otantik sinyal dizisini kullanırlar. Her iki yapı, S2’de (K986P ve V987P) füzyon öncesi yapının S’nin füzyon sonrası yapısına konformasyonel değişimini önlediği gösterilen iki kararlı kılıcı mutasyon içerir.

Aşı mRNA’larının üretim süreci, Spike’a karşılık gelen dizinin DNA’ya bağımlı bir RNA-polimeraz promotoru içeren bir plazmide (halkasal bir DNA molekülü) klonlanmasını içerir. Bu aşıların nasıl üretildiklerini BURADA, muhtemel etki mekanizmalarını da BURADA daha önce tartışmıştık. Bakteri hücrelerinde amplifikasyondan sonra, plazmit DNA lineerleştirilir ve RNA’ya in vitro transkripsiyondan önce safsızlıklar çıkarılır. 5′ başlık (kapak) yapısının eklenmesi, büyük ölçekli üretime uygun yeni teknoloji ile geliştirilmiş bu üretim adımının kritik bir parçasıdır. In vitro transkripsiyonu, aşırı doğal bir bağışıklık tepkisine ve eşlik eden reaktojeniteye yol açabilecek dsRNA’nın çıkarılması da dahil olmak üzere birkaç mRNA saflaştırma adımı takip eder. Her iki mRNA aşısı da mRNA stabilitesini ve translasyon etkinliğini optimize etmek için 5′ ve 3′ transle olmayan (yani protein kodlamayan) dizileri modüle etmiştir ve RNA stabilitesini daha da artırmak ve doğuştan gelen bağışıklık tepkilerini azaltmak için tüm üridinler N1-metilpsödouridin (m1Ψ) ile değiştirilmiştir (Şekil). İmalat süreçlerinin ayrıntıları şirketler arasında farklılık gösterebilir ve RNA dizilerinin ürüne özgü ince varyasyonları, iki aşının orijinal şişelerinden ekstrakte edilen RNA’nın karşılaştırmalı analizleriyle yakın zamanda doğrulanmıştır

BionTech/Pfizer ve Moderna aşılarındaki aşı mRNA’sının şeması. UTR—çevrilmemiş bölge. b mRNA aşılarının verilmesi için kullanılan bir lipidnanopartikülün (LNP) şeması. PEG—polietilenglikol.

Taşınmalrı için RNA aşıları, lipid nanoparçacıkları (LNP) formunda spesifik lipidlerle kompleksler halinde formüle edilir. LNP’ler sadece dokularda RNA bozulmasına karşı koruma sağlamakla kalmaz, aynı zamanda RNA translasyonu için hücre alımını ve sitoplazmaya salınmasını da kolaylaştırır. LNP formülasyonu için kullanılan bileşenler arasında fosfolipidler, kolesterol, özel katyonik (iyonize edilebilir) lipidler ve polietilen glikol (PEGillenmiş) lipidler bulunur. Nihai aşıyı elde etmek için karmaşık ve kritik bir üretim adımında karıştırılırlar. Bunun bazı basamakları ne yazık ki yayınlanmış literatürde belgelenmemiştir. Moderna ve Biontech/Pfizer aşılarında (sırasıyla Lipid H, SM-102 ve ALC-0315 olarak adlandırılmıştır) özel olarak geliştirilmiş ve geliştirilmiş iyonlaşabilir lipidler kullanılmaktadır. RNA’nın aşılamadan sonra farklı hücreler tarafından nasıl alındığına ve LNP’lerden ve hücre içi veziküllerden nasıl kaçtığına dair kesin mekanizmalar tam olarak çözülmemiştir. Toplu olarak, iki aşı arasında hem RNA hem de LNP taşıyıcıları açısından ince farklar vardır. Ayrıca doz başına kullanılan mRNA miktarı da büyük ölçüde değişir (Moderna aşısı 100 µg, BioNTech-Pfizer aşısı, 30 µg).

Şu anda dört adenovirüs-vektör aşısı yaygın olarak kullanılmaktadır: CanSino Biological Inc./Beijing Biyoteknoloji Enstitüsü, Janssen-Johnson & Johnson, Oxford-AstraZeneca ve Moskova Gamaleya Enstitüsü. Vektör olarak farklı adenovirüslerin türevlerini kullanıyorlar. CanSino insan adenovirüsü 5’i, Janssen-Johnson & Johnson insan adenovirüsü 26’yı, Oxford-AstraZeneca şempanze adenovirüsü Y25’i kullanıyor; Gamaleya Enstitüsü ise ilk dozda insan adenovirüs 26’yı ve ikinci dozda ise insan adenovirüsü 5’i kullanıyor.

Mevcut tüm adenovirüs-aşı vektörlerinin ortak özelliği, adenoviral DNA’daki erken adenoviral genlerden birinin (E1) tam uzunluktaki SARS-Cov-2 S geni ile yer değiştirilmesi ve ek olarak E3 geninin silinmesidir. E1 geninin kaybı, vektörün replikasyon (çoğalma) yeterliliğini ortadan kaldırır. Bu nedenle, aşı olarak tasarlanmış parçacıkların üretimi için kullanılan hücrelerin kromozomal DNA’sında E1 genini içeren ve eksik işlevi sağlayan ölümsüzleştirilmiş yardımcı hücre dizileri kullanılır. Bu, yapısal proteinlerin biyosentezine, modifiye edilmiş genomik DNA’nın replikasyonuna ve son olarak hücrelerde replikasyon kusurlu virüs partiküllerinin bir araya getirilmesine izin verir. Oxford-AstraZeneca, Gamaleya ve CanSino aşıları için üretim hücre hatları, primer insan embriyonik böbrek hücrelerinden (HEK293) ve J & J’nin Janssen aşısı için insan embriyonik retina hücrelerinden (PER.C6) elde edilir. Adenoviral vektör partiküllerinin kantitatif geri kazanımı, hücrelerin deterjanlarla parçalanmasını ve hücresel bileşenlerin ve serbest viral DNA’nın uzaklaştırılmasını içerir. Nihai aşıların saflığını ve kalitesini etkileyen (doz başına en az 5 × 1010 partikül içeren) bu işlemlerin ayrıntıları, yayınlanmış literatürde erişilebilir değildir.

a. Replikasyon kusurlu (yani hücrlerde çoğalamayan) adenoviral vektör parçacığının ve onun DNA’sının bir şeması. E1 ve E3: Sırasıyla erken adenovirüs genleri 1 ve 3’ü temsil etmektedir. b Kromozomal olarak entegre edilmiş E1 geninden E1’i tamamlayan üretim hücre hattında aşı partiküllerinin oluşumu. Hücre lizizi yoluyla yeni üretilen vektör partiküllerinin hücreden salınması. c Aşılı bireylerin hücrelerinde Spike ifadesi. Kararlı kılıcı mutasyonlar olmadığı zaman, S1 az ya da çok Spike kompleksinden ayrılabilir, S2’nin füzyon sonrası yapısına (S2*) dönüşümü meydana gelebilir.

mRNA aşılarına benzer şekilde, adenovirüs vektör aşılarının, aşılanan kişinin hücrelerinde belirli bir mRNA’dan doğal S proteinlerinin üretilmesiyle sonuçlanması amaçlanır. Ancak bu aşılarda mRNA’ya giden yol, mRNA aşılarından önemli ölçüde daha karmaşıktır. Çünkü ekstrakromozomal kalsa bile, adenoviral DNA’nın çekirdeğe (yani nukleusa) girmesi fazladan bir adımdır ve RNA transkripsiyonu ve işlenmesi dahil olmak üzere bir dizi ek hücresel süreç burada gerçekleşir (yukarıdaki Şekil). Mevcut adenovirüs vektör aşılarından biri (ChAdOx1 nCoV-19; Tablo 1) ile yapılan in vitro model çalışmalar, S-kodlayan transkriptlerin transkripsiyon motiflerinin büyük kısmını yapsalar da, nadir anormal kesme-ekleme (sıplays) veya poliadenilasyon bölgesi kullanımı gözlemlenmiştir. Alternatif sıplayslar, C-terminal olarak kesilmiş ve dolayısıyla çözünür S proteininin oluşumuna yol açabilir. Bu tür salgılanan Spike proteinlerinin ACE2 eksprese eden endotel hücrelerine bağlanabileceği ve adenovirüs vektörü COVID-19 aşıları ile aşılamadan sonra gözlemlendiği gibi antikor aracılı mekanizma ile trombotik (pıhtılaşma) olaylara katkıda bulunabileceği tahmin edilmektedir.

Dört adenovirüs-vektör aşıları, tam uzunlukta Spike proteini içermesine rağmen, yapı tasarımında, S’yi stabilize etmek için mutasyonların yanı sıra, S’nin N-terminalindeki sinyal peptidine göre bazı farklılıklar da vardır. Sadece Janssen aşısı S stabilize edici mutasyonlar içerir. Bu aşıda yalnızca S2’deki iki prolin değil, aynı zamanda mutasyona uğramış S1/S2 furin bölünme bölgesi vardır. Her iki modifikasyon da S’nin füzyon sonrası yapıya dönüşmesini önlemeyi amaçlar.

S’nin N-terminalini (Şekil 5a) oluşturmak için sinyal peptidinin sinyal peptidaz tarafından doğru işlenmesi, doğal olarak katlanmış S elde etmek için özellikle kritiktir. Çünkü bölünme bölgesinin hemen aşağısında (amino asit 2) bir sistein vardır ve 136. konumundaki başka bir sistein ile bir S-S bağı oluşturmak zorundadır. Johnson & Johnson ve Gamaleya-Institute, otantik SARS-CoV-2 S protein sinyal dizisini kullanırken, CanSino bunu insan doku plazminojen aktivatörü (tPA) ile değiştirmiştir.

Oxford-AstraZeneca aşısında, tPA propeptidini içeren tPA sinyal dizisinin genişletilmiş bir biçimi, otantik S protein sinyal dizisinin önünde tasarlanmıştır. ChAdOX1-S aşısında “lider dizisinin” ayrıntılarını izlemek zordur, ancak muhtemelen 32 ila 34 amino asit tPA içerir ve sinyal peptidaz ile işlemeyi iyileştirmek için 22 konumunda bir P ila A mutasyonu içerebilir. Genişletilmiş N-terminal ‘lider dizisi’, araya giren bir tPA propeptidi uzantısı ile ayrılan iki ardışık sinyal peptidi ile sonuçlanır. Bu karmaşık yapay dizi elemanı, proteolitik işlemede bir miktar homojensizliğe ve biyosentez sırasında S N-terminalinin doğru oluşumunun bozulmasına yol açabilir.

a. Yalnızca otantik viral sinyal peptidini kullanan işlemin şeması (BionTech/Pfizer, Moderna, Janssen-Johnson & Johnson ve Gamaleya Enstitüsü’nün aşılarında olduğu gibi). CanSino aşısında, S’nin sinyal peptidi, insan tPA’sınınki ile değiştirilir. b Oxford/Astra Zeneca aşısında kullanıldığı gibi, ek bir N-terminal lider dizisi (sinyal peptidi ve tPA’nın propeptidi) kullanan işlemin şeması. SP—sinyal peptidi; SRP—sinyal tanıma parçacığı; tPA—doku plazminojen aktivatörü; ER—endoplazmik retikulum; C-ter—C terminali; N-ter—N terminali.

S2 stabilize edici mutasyonların olmamasına rağmen, Oxford/AstraZeneca ChAdOx1 nCoV-19 aşısından HeLa hücrelerinde eksprese edilen S proteininin yapısal çalışmaları, hücresel plazma zarında trimerik ön füzyon (pre-füzyon) konformasyonunun uygun katlanması ve sunumu için kanıt sağlamıştır. Bununla birlikte, mutasyonla kararlı kılınmış proteinlere kıyasla modifiye edilmemiş S proteinleri ile yapılan model çalışmalarında da bölünmüş S1 kısmının ayrılması olabilir. Çözünür S1’in trimer kompleksinden ayrılmasının bağışıklık tepkilerinin kalitesi üzerindeki etkisi tam olarak anlaşılmamıştır, ancak bazı veriler, nötralizan antikorlara göre daha yüksek bir nötralize etmeyen oranına katkıda bulunabileceğini düşündürmektedir.

Hayvan deneyleri, adenovirüs-vektör DNA’sının, hızla bozunan RNA’nın aksine, transkripsiyonel olarak aktif formda aşılamadan sonra aylarca saptanabilir halde kalabileceğini göstermiştir. Antijen ifadesinin kalıcılığı, adenovirüs vektör aşılarının ayırt edici bir özelliği olabilir ve sürekli bağışıklık tepkilerinin ve uzun süreli bağışıklığın indüklenmesine katkıda bulunduğu öne sürülmüştür.

Protein bazlı aşılar—genel


Genetik aşılara paralel olarak, benzer yoğunlukta daha geleneksel aşı geliştirme yaklaşımları izlendi ve inaktive edilmiş tam virüs aşılarının ve alt birim aşının yetkilendirilmesine yol açtı. Bu teknolojilerin her ikisi de diğer viral hastalıklara karşı aşıların üretimine başarıyla uygulandı. Genetik aşıların aksine bu aşılarla, aşılanan kişiye önceden tanımlanmış bir miktarda S immünojeni/antijeni uygulanır, ancak Spike’ın yapısal bütünlüğü aşı hazırlama için kullanılan koşullara bağlı olarak değişebilir.

İnaktif aşılar


Çin şirketleri Sinopharm ve Sinovac tarafından üretilen iki inaktive tam virüs aşısı için üretim süreci hakkında yayınlanmış bilgiler mevcuttur. Her iki durumda da virüs, Vero (maymun böbrek hücre hattı) hücrelerinde büyütülür ve beta-propiolakton (BPL) ile inaktive edilir. BPL, kuduz aşıları da dahil olmak üzere diğer viral aşılar için inaktive edici bir ajan olarak kullanılır. Literatür verileri, Sinovac aşısının (CoronaVac) üretiminin, esas olarak viral proteinleri içeren ve esasen saf viral parçacıklardan oluşan bir ürüne yol açan birkaç virüs saflaştırma aşamasını içerdiğini göstermektedir. Sinopharm aşısının (BBIBP-CorV) saflık derecesi daha az nettir. Her iki aşı da adjuvan olarak alüminyum hidroksit kullanır. Benzer teknolojiyi kullanan bir başka inaktive edilmiş tam virüs aşısı, Hintli şirket Bharat tarafından üretilmektedir. Bu aşının üretimi için kullanılan saflaştırma işlemlerinin detayları yayınlanmış literatürde mevcut değildir.

İnaktive aşılarda S’nin yapısıyla ilgili açık sorular var. Sinovac aşısındaki viral Spike’ın elektron mikroskobik resimleri, ya füzyon öncesi yapıyı ya da füzyon sonrası yapıyı gösterecek şekilde farklı yorumlanmıştır. Birkaç kanıt dizisi, saflaştırma süreçleriyle kombinasyon halinde BPL-inaktivasyonunun gerçekten de füzyon sonrası Spike oluşumuna ve beraberinde S1’in ayrışmasına yol açabileceğini düşündürmektedir. Bunun aksine, formalin ile inaktive edilmiş virüsle yapılan yapısal çalışmalarda doğal trimerik füzyon öncesi konformasyonun korunması gözlemlenmiştir, bu da inaktivasyon ve/veya saflaştırma prosedürlerinin S’nin füzyon öncesi ve sonrası konformasyon oranlarını ve dolayısıyla niteliklerini etkileyebileceğini düşündürmektedir. Bu tür faktörler, mevcut inaktive edilmiş tam virüs aşıları ile yapılan klinik deneylerde bildirilen etkililiklerdeki farklılıklara katkıda bulunabilir. Pandemide daha sonra ortaya çıkan (örneğin, S’de D614G mutasyonunu içeren) virüs suşlarının daha stabil olabileceğine ve bu nedenle inaktive aşıların üretimi için geliştirilmiş bir substrat olarak hizmet edebileceğine dair dolaylı kanıtlar vardır. Bharat tarafından üretilen aşı, gerçekten de bu mutasyonu içeren bir tohum virüsüne dayanmaktadır.

İmmünojen yapısından bağımsız olarak, aşıların ayırt edici özellikleri


evcut aşılar arasında S’nin yapısını ve bağışıklık sistemine sunumunu etkileyebilecek önemli farklılıklar var gibi görünmektedir. Bu tür antijenik etkilerden bağımsız olarak, temelde farklı etki mekanizmaları ve üretim yolları, muhtemelen bağışıklık tepkilerinin ve olası olumsuz reaksiyonların özelliklerine ek varyasyonlar getirecektir. Adenovirüs-vektör ve mRNA aşıları, adaptif bağışıklık tepkilerinin doğasını kesinlikle etkileyecek olan büyük ölçüde farklı doğuştan gelen tepkileri teşvik eder. Oxford/AstraZeneca aşısının daha yüksek seviyelerde spesifik T hücrelerini indükleyebileceğine, mRNA aşılarının daha yüksek antikor titrelerini indükleyebileceğine dair kanıtlar vardır. Bu farklılıkların koruma açısından önemi henüz net değildir. Benzer şekilde, protein bazlı aşılara verilen bağışıklık tepkileri, örneğin CD4 T hücrelerinin Th1 veya Th2’ye kaydırılmasıyla, kullanılan adjuvan tarafından şekillendirilir. Anlamlı sonuçlar için, bu konulardaki çalışmalar, aşıların birebir karşılaştırmasını gerektirecek ve ilgili yayınların yakın gelecekte hızla artması gerekir.

Hücre substratlarından kaynaklanan kontaminasyonlar


Hücre kültüründe üretim içeren tüm aşılarda kontamine edici hücresel proteinler bulunabilir. Bu, grip, kızamık ve kuduza karşı olanlar gibi iyi kullanılan birçok lisanslı aşı için de geçerlidir. Safsızlıkların miktarı, üretim sürecinde uygulanan saflaştırma adımlarına bağlıdır. Mevcut COVID-19 aşılarının üretiminde mRNA aşıları dışında farklı ökaryotik hücre kültürleri kullanılmaktadır. Oxford/AstraZeneca aşısının bileşenleri, yakın zamanda, nadir görülen bir aşı sonrası komplikasyon olarak venöz sinüs trombozunun potansiyel nedenlerinin araştırılması bağlamında analiz edildi. Çalışma, adenoviral proteinlere ve S proteinine ek olarak, aşının insan HEK293 üretim hücre hattından çok sayıda ve miktarda hücresel protein içerdiğini ortaya çıkardı. Doz başına toplam protein miktarının 35 ila 40 µg olduğu bulundu ve bunların çoğunun hücresel protein olduğu varsayılabilir, çünkü doz başına 5 × 1010 adenovirüs partikülünün proteini sadece yaklaşık 8 µg’a karşılık gelir. Diğer adenoviral vektör aşıları için veriler mevcut olmasa da, hücresel safsızlıklar sorunu benzer olabilir, çünkü bunların tümü, tasarlanmış vektör partiküllerini salmak için üretim hücrelerinin parçalanmasına bağlıdır. Mevcut adenovirüs vektör aşılarının üretimi sırasındaki saflaştırma prosedürlerinin detayları farklılık gösterebilir ancak yayınlanmamıştır.

Ayrıca Sinopharm, Sinovac ve Bharat’ın inaktive edilmiş tam virüs aşılarının (Vero hücreleri) yanı sıra Novavax alt birim aşısının (böcek Sf9 hücreleri) üretimi için de hücre kültürleri kullanılır. Yayınlanmış literatüre göre, Sinovac ve Novavax aşılarının imalatı, kapsamlı saflaştırma prosedürlerini içerir ve bu ürünlerin antijenik içeriklerinin, sırasıyla virüs partikülünün veya izole edilmiş Spike trimerinin proteinlerinden oluştuğunu düşündürür. Bharat aşısının saflaştırma prosedürlerinin ayrıntıları ve Sinopharm aşısındaki (Sinovac’tan daha az saflaştırılmış olan) hücresel kirleticilerin derecesi literatürde bulunamadı.

İmmünojen dışındaki aşı bileşenlerine bağlı reaksiyonlar


Halihazırda, Oxford/AstraZeneca ve Janssen adenovirüs vektör aşıları ile aşılamadan sonra trombotik olay riskinde (serebral venöz sinüs trombozu dahil) hafif ama önemli ölçüde artmış bir risk rapor edilmiştir ve önemli ölçüde endişe uyandırmıştır. Toplu olarak, bu tür bir yan etki “aşı kaynaklı immün trombotik trombositopeni” (VITT) olarak adlandırılır. Altta yatan patojenik mekanizmaları aydınlatmak için ChAdOx1 nCoV-19 aşısının gelişmiş analizleri, viral DNA ve/veya hücresel proteinler gibi bileşenlerin trombosit faktör 4’e (PF4) karşı antikor oluşumunu destekleyebileceğini ve böylece VITT’yi destekleyebileceğini düşündürmektedir. Hücresel safsızlıklar hakkındaki bilgiler şu ana kadar ChAdOx1 ile sınırlıdır ve tüm adenovektör aşılarının karşılaştırmalı analizleri henüz mevcut değildir.

mRNA aşıları ile aşılamadan sonra, büyük ölçüde alerji öyküsü olan bireylerde, popülasyondaki ortalama insidansın üzerinde nadir görülen anafilaktik şok olayları bildirilmiştir. Alerjenlerin çoğu, kimyasal olarak tanımlanmış bu aşılarda bulunmayan proteinlerdir. Anafilaksiye nedensel olarak bağlı olduğu tartışılan bileşenlerden biri, RNA’yı koruyan ve hücrelere transferini kolaylaştıran LNP’lerin formülasyonunda kullanılan polietilen glikol (PEG) PEG’dir. Önceden var olan PEG antikorlarının bu alerjik olaylarda rol oynayabileceği tahmin edilmektedir. Aşıya bağlı anafilaktik reaksiyonların mekanizmalarına ilişkin ilgili bilimsel araştırmalar devam etmektedir.

Vektör bağışıklığı


Vektöre karşı önceden var olan ve aşılama kaynaklı bağışıklığın etkileri, adenovirüs vektör aşılarının bir özelliğidir. Popülasyonda adenovirüs 5’e karşı yüksek seropozitiflik oranları bildirilmiştir. Bir dizi çalışma, önceden var olan vektör bağışıklığının aşı antijenine yanıtı bozabileceğini göstermiştir. Adenovirus 5, CanSino aşısında ve Gamaleya aşılarının ikinci dozunda kullanılmaktadır. Önceden var olan bağışıklığın potansiyel olumsuz etkilerini azaltmak için vektörler olarak alternatif adenovirüsler geliştirilmiştir. Bunlardan biri, popülasyonda daha düşük seropozitiflik oranlarına sahip olan ve şimdi Janssen-Johnson & Johnson aşısında ve ayrıca Gamaleya-Institute aşısının ilk aşısında kullanılan adenovirüs 26’dır. Vektör bağışıklığına ilişkin bu düşünceler, Oxford/AstraZeneca aşısında kullanılan şempanze adenovirüs Y2564’ten türetilen ChAdOx1 gibi insanda olmayan adenovirüs vektörlerinin geliştirilmesine de yol açtı.

Önceden var olan bağışıklığa bakılmaksızın, tüm adenovirüs vektör aşıları, vektör parçacıklarına karşı bağışıklık tepkilerini indüklemeye meyillidir. Her doz, 8 veya 16 µg adenoviral proteine tekabül eden 5 × 1010 veya 10 × 1010 adenoviral partikül içerir. Anti-vektör tepkilerinin gelecekte gerekli COVID-19 güçlendirici aşılar üzerinde ne gibi etkiler yaratacağı şu anda belirsizdir. Olası çözümler, Gamaleya-Institute aşısı (Ad26 ve ardından Ad5) veya mRNA aşıları gibi diğer aşı sınıfları ile kombinasyonlar için halihazırda kullanılan prime-boost rejimleridir.

Doğuştan gelen tepkilerin aşıya özgü farklılıkları


Adaptif bağışıklık tepkilerinin spesifik özellikleri, doğuştan gelen tepkiler tarafından güçlü bir şekilde etkilenir ve şekillendirilir. Doğuştan gelen tepkiler, patojenle ilişkili moleküler motifler (örüntü) (PAMP’ler) ve bunların örüntü tanıma reseptörleri (PRR’ler) tarafından algılanmasıyla tetiklenir. Mevcut COVID-19 aşıları, bileşimleri ve etki biçimleri açısından çok farklıdır ve bu nedenle aşı kaynaklı doğuştan gelen tepkiler önemli ölçüde değişecektir. Adenoviral vektörler, plazma membranındaki (TLR2 ve TLR4) ve endozomal olarak yerleştirilmiş TLR9’daki TLR’ler tarafından algılanabilen PAMP’ler içerir. Ek olarak, viral DNA’nın kendisi, endozomal yırtılmadan sonra cGAS ve enflamatuar gibi sitozolik DNA sensörleri tarafından algılanabilir, bu da tip I interferonlar gibi antiviral faktörlerin üretilmesi için akış-aşağı sinyal basamaklarıyla sonuçlanır.

Hücrelere dışarıdan giren (RNA virüsü enfeksiyonlarında veya mRNA aşılamasında olduğu gibi) RNA’ya verilen doğal tepkiler, adenovirüsler tarafından uyarılanlardan farklıdır. Çünkü RNA, tümü endozomlarda bulunan TLR3, TLR7 ve TLR8 dahil olmak üzere diğer PRR’ler tarafından algılanır. Retinoik ile indüklenebilir gen I (RIG-I) ve melanom farklılaşması ile ilişkili antijen 5 (MDA-5) gibi sitoplazmadaki sensörler, tercihen dsRNA’yı tanır ve ayrıca tip I IFN salgısının uyarılmasına yol açar. Aşırı doğuştan gelen tepkiler, yalnızca aşılamanın güçlü reaktojenitesine neden olmakla kalmaz, aynı zamanda aşı RNA’sından antijen translasyonunu kısıtlayarak adaptif bağışıklık tepkilerini bozar. BionTech/Pfizer ve Moderna aşılarında bu sorun, RNA dizisinin modifikasyonları ve m1Ψ’nin dahil edilmesiyle dikkate alındı. RNA tarafından doğuştan gelen bağışıklığın doğrudan tetikleyicilerine ek olarak, LNP’lerin diğer bileşenleri aşı kaynaklı enflamatuar reaksiyonlara katkıda bulunabilir ve adaptif bağışıklık tepkileri için adjuvan aktivite sağlayabilir. Bu tür etkiler, LNP’lerdeki iyonlaşabilir lipid bileşeni için özel olarak gösterilmiştir. mRNA aşılarının kafa kafaya karşılaştırılması, bu COVID-19 aşıları sınıfının temsilcileri arasındaki doğal ve adaptif yanıtların yanı sıra reaktojenisite farklılıklarını belirlemek ve değerlendirmek için bilgilendirici olacaktır.

Doğuştan gelen tepkileri uyarma kapasiteleri nedeniyle, genetik aşılara “kendiliğinden adjuvanlanmış” denir. İnaktive edilmiş tam virüs aşıları veya alt birim aşıları gibi protein bazlı aşılar genellikle kendi başlarına yeterince immünojenik değildir ve adjuvanların eklenmesini gerektirir. Alum (şap), insan aşılarında en sık kullanılan adjuvandır ve Sinopharm ve Sinovac aşılarında kullanılır. Bu adjuvan, koronavirüs ve diğer viral enfeksiyonlar ve aşılar durumunda elverişsiz olarak kabul edilen bir Th2 yanıtına doğru polarizasyona neden olur. Bu nedenle, COVID-19 aşılarında kullanılmak üzere Alum ile diğer adjuvanlar veya bunların kombinasyonları geliştirilmiştir. Bharat (Covaxin) tarafından üretilen etkisizleştirilmiş bütün virüs aşısı, yanıtı Th1’e kaydıran alüminyum hidroksit jeli (Algel-IMDG) üzerine adsorbe edilen bir imidazokinolin sınıf molekülü (IMDG, bir TLR 7/8 agonisti) ile adjuvanlanır. Geliştirilmekte olan başka bir BPL ile inaktive edilmiş tam virüs aşısı (Avrupa şirketi Valneva tarafından), tercihen istenen bir Thl tepkisini indüklemek için Alum’u CpG ile kombinasyon halinde kullanır ve benzer bir etki Novavax’ta alt birim aşı için kullanılan Matrix-MTM adjuvanına atfedilmiştir.

Kaynaklar

Distinguishing features of current COVID-19 vaccines: knowns and unknowns of antigen presentation and modes of action

The implementation of mass-vaccination against SARS-CoV-2: a systematic review of existing strategies and guidelines

Impact and effectiveness of mRNA BNT162b2 vaccine against SARS-CoV-2 infections and COVID-19 cases, hospitalisations, and deaths following a nationwide vaccination campaign in Israel: an observational study using national surveillance data.

Immunity after SARS-CoV-2 infections

Ad26 vector-based COVID-19 vaccine encoding a prefusion-stabilized SARS-CoV-2 Spike immunogen induces potent humoral and cellular immune responses

Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 spike glycoprotein

Distinct conformational states of SARS-CoV-2 spike protein

Formulation and delivery technologies for mRNA vaccines

Safety and efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 vaccine

Recent advances in mRNA vaccine technology

Modifications in an emergency: the role of N1-methylpseudouridine in COVID-19 vaccines

Impact of mRNA chemistry and manufacturing process on innate immune activation

mRNA vaccines—a new era in vaccinology

Safety and efficacy of single-dose Ad26.COV2.S vaccine against Covid-19

Safety and efficacy of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine: an interim analysis of a randomised controlled phase 3 trial in Russia

Development of an inactivated vaccine candidate for SARS-CoV-2

Safety, tolerability, and immunogenicity of an inactivated SARS-CoV-2 vaccine in healthy adults aged 18-59 years: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1/2 clinical trial.

Effect of an inactivated vaccine against SARS-CoV-2 on safety and immunogenicity outcomes: interim analysis of 2 randomized clinical trials.

Safety and immunogenicity of an inactivated SARS-CoV-2 vaccine, BBIBP-CorV: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 1/2 trial

ovid-19: India is at centre of global vaccine manufacturing, but opacity threatens public trust.

Th1 skewed immune response of whole virion inactivated SARS CoV 2 vaccine and its safety evaluation. 


Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s