Bio-immunoinformatik yaklaşımlarla in silico olarak leishmaniasis'e karşı çok peptitli aġı adayının tasarlanması ve immun simülasyon yöntemiyle etkinliğinin değerlendirilmesi
In silico design of multi-peptide vaccine candidate against leishmaniasis using BİO-immunoinformatic approaches and investigation of its effect by immune simulation methods
Yazar: ARZUV CHARYYEVA
Danışman: PROF. DR. Alparslan YILDIRIM
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Parazitoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Parazitoloji = Parasitology
Dizin: Aşılama = Vaccination ; Aşılar = Vaccines ; Biyoinformatik = Bioinformatics ; Leishmania = Leishmania ; Leishmaniasis = Leishmaniasis ; Polipeptitler = Polypeptides

Özet:
Leishmaniasis, vektör kaynaklı bir enfeksiyon hastalık olup, endemik bölgelerdeki bir çok ülkelerde önemli bir halk sağlığı problemi olmaya devam etmektedir. Leishmania cinsine ait 30'dan fazla türün sebep olduğu bu hastalığın bazı formları tedavi edilmediği takdirde ölümcül olabilmekte, bazı formları ise herhangi bir tedavi gerektirmeden kendiliğinden iyileĢebilmektedir. Bu güne kadar uygulanan tedavi yöntemleriyle alınan sonuçlar tatmin edici olmamakla birlikte parazit eradikasyonunda yetersiz kalmaktadır. Enfeksiyondan korunmak için ise henüz onaylanmıĢ, etkili bir aĢı mevcut değildir. Gerek tedavi edici ajanların leishmaniasis mücadelesinde yetersiz olması, gerekse de mevcut aĢı adaylarının uzun süreli koruma sağlayamaması yeni aĢı stratejilerinin geliĢtirilmesi ihtiyacını artırmaktadır. Geleneksel yaklaĢımlarla bu güne kadar çok sayıda patojenik mikroorganizmaya karĢı oldukça etkili aĢılar geliĢtirilmiĢtir. Ancak, kompleks doğaları nedeniyle Leishmania gibi bazı patojenlere karĢı klasik yaklaĢımlarla aĢı geliĢtirmek, bu konuda aĢılması gereken en büyük zorluk olmaya devam etmektedir. Bu sebeplerden dolayı, tek bir antijen yerine bir çok antijen kullanılarak çoklu peptit aĢısının geliĢtirilmesi kompleks patojenlere karĢı uzun süreli koruyuculuk sağlamak için daha umut verici bir strateji gibi görünmektedir.
Bu çalıĢmada çeĢitli güncel biyoinformatik ve immünoinformatik araçlar kullanılarak leishmaniasise karĢı peptit bazlı bir aĢının in silico olarak tasarlanması ve immune yanıtı uyarma potansiyelinin araĢtırılması amaçlanmıĢtır. Bu amaçla, iyi bilinen 8 adet Leishmania antijeninin yapısında bulunan, 8 adet yardımcı T lenfosit (HTL), 8 adet sitotoksik T lenfosit (CTL) ve 7 adet B lenfosit epitopu oluĢturulan yeni aĢı adayının tasarlanmasında kullanılmıĢtır. Ġlaveten, oluĢturulan aĢı adayının çok sayıda Leishmania türüne karĢı koruyuculuk sağlaması hedeflenmiĢ olup, bu amaçla türler arasında korunmuĢ bölgelerde bulunan peptitler seçilerek kullanılmıĢtır. OluĢturulan yapının immünojenik etkisini arttırmak için molekülün N-terminaline bir adjuvan bağlanmıĢtır. OluĢturulan molekülün toksisitesi, alerjenitesi, insan genomuna benzerliği ve bazı fizikokimyasal özellikleri değerlendirilmiĢtir. Proteinin 3 boyutlu yapısı oluĢturularak bağıĢıklık sistemi reseptörleri ile etkileĢimi değerlendirilmiĢtir. Ġnsan TLR2 reseptörü ile oluĢturacağı bağlanma, moleküler docking analizi ile doğrulanmıĢtır. Kodon adaptasyon analizinin ve yapının DNA dizisinin elde edilmesinin ardından in silico klonlama iĢlemi gerçekleĢtirilmiĢtir. Yüksek düzeyde IFN-γ salgılanmasını indükleme potansiyeline ek olarak, oluĢturulan proteinin bağıĢıklık yanıtı indükleme potansiyeline sahip olduğu immun sistem simülasyonları yardımıyla doğrulanmıĢtır. Bu çalıĢma kapsamında oluĢturulan plazmit, E.coli'de rekombinant protein üretilmesi için kullanılabileceği gibi, gelecek aĢılama çalıĢmalarında hem direkt olarak bir DNA aĢısı halinde, hem de rekombinant protein aĢısı halinde kullanılabilme özelliği taĢımaktadır.

Abstract:
Leishmaniasis is a vector-borne infectious disease that remains an important public health problem in many countries in endemic regions. Over 30 parasitic species of genus Leishmania cause diseases that some forms can be fatal if left untreated, while some forms of disease can heal without any threatment. The results of current treatment methods are not satisfactory and they are not sufficient in parasite eradication. No approved vaccine is available for humans o date. Insufficiency of therapeutic agents to fight against leishmaniasis and failure of current vaccine candidates to provide long-term protection further increase the requirement and urgency of a new vaccine strategies. Highly effective vaccines against numerous pathogenic microorganisms have been developed by traditional vaccine development methods by far. However, due to their complex nature, it is a remaining challenge to develop an effective vaccine against some pathogens like Leishmania species by classical aproaches. Thus, instead of single antigen-based vaccines, developing a polypeptide-based vaccine seems a rather promising strategy to induce long-term protection against these complex pathogens.
In this study, in silico design of peptide-based vaccine against leishmaniasis using various bioinformatic and immunoinformatic tools, and evaluation of its potential to stimulate immune response was aimed. To this end, 8 well known Leishmania antijens were analyzed, and 8 helper T lymphocyte (HTL), 8 cytotoxic T lymphocyte (CTL), and 7 B lymphocyte epitopes were used to construct a novel vaccine candidate. In addition, only those peptides found in conserved regions among multiple Leishmania species were selected in order to provide protection against many Leishmania species. An adjuvant was linked to the N-terminal of the constructed molecule to enhance its immunogenicity. Toxicity, allerjenicity, similarity to human genome and some physicochemical properties of the designed molecule were evaluated. A 3D structure of the protein were generated and its interaction with immume system receptors were evaluated. Its binding with human TLR2 was confirmed by molecular docking analsysis. In silico cloning was performed following the codon adaptation analysis and obtaining the DNA sequence of the construct. Immune simulations demonstrated that constructed protein has a great potential to induce immune response in addition to its potential to induce high level of IFN-γ secretion. Generated plasmid can be used to produce a recombinant protein in E.coli. Additionally, the construct can be used directly as a DNA vaccine as well as recombinant protein vaccine in future vaccination studies.