Nucleoprotein Induces Cross-protective Cytotoxic T Lymphocytes against Both Lineages of Influenza B Virus

Abstract

The Influenza B viruses diverge into two antigenically distinct lineages, B/Yamagata and B/Victoria. Influenza B virus is dominantly circulating virus type in some influenza seasons, and recent data exhibited that infection of influenza A and B similarly cause severe clinical symptoms in hospitalized patients. Thus, it is necessary to develop cross-reactive influenza B vaccine against both lineages. Nucleoprotein (NP) is one of the highly conserved structural proteins of Influenza, and is regarded as a good target for universal influenza vaccine. The NP of B/Yamagata/16/88, the representative strain of the B/Yamagata lineage, includes dominant CTL epitope, FSPIRITFL, located on 166-174 (NP166-174, WT), and B/Shangdong/7/97, one of the B/Victoria lineage, has different amino acid sequence at the 6th position of the same epitope, FSPIRVTFL (NP166-174, V). In this study, it is investigated whether this epitope variation has effects on the dominant CTL responses induced by vaccination and the protective immunity. From the NP sequences of B/Yamagata, 6th amino acid of CTL epitope, isoleucine, is mutated to valine using site-directed mutagenesis method. Two recombinant replication-deficient adenovirus-vectored vaccine expressing NP containing FSPIRITFL or FSPIRVTFL were prepared (rAd/WT and rAd/V, respectively) and vaccinated to BALB/c mice intranasally. To examine the efficiency of cross-protection, all vaccinated groups were infected with lethal doses of the same or another lineage of influenza B viruses. Both vaccines induced homologous and heterologous CD8 T-cell responses cross-reacting to both epitopes, and also conferred cross-protection against both lineages regardless of amino acid substitution. Taken together, the replication-deficient adenovirus-vectored vaccine expressing influenza B virus nucleoprotein can elicit CTLs which recognize the original and the variant NP166-174 epitope, and provide cross-protection against both influenza B lineages. ; 인플루엔자 B 바이러스는 Yamagata와 Victoria 두 계통(lineage)으로 나뉘며 몇 시기에는 우세하게 유행하기도 한다. 인플루엔자 범용 백신에 대한 연구는 인플루엔자 A 바이러스에 집중되어 있으나 최근에 보고된 바에 의하면 인플루엔자 B 또한 A와 거의 동일한 수준으로 심각하게 병세가 나타날 수 있다고 보고되고 있어 인플루엔자 B 바이러스 두 계통간의 범용백신 연구가 필요하다. 또한, 인플루엔자 바이러스의 핵 단백질은 주요 내부 단백질 중 하나로서 높은 비율로 보존되어 있고 이에 대해 유도된 세포 독성 T 세포(Cytotoxic T lymphocyte, CTL)가 교차 면역 반응을 보인다는 연구가 계속적으로 발표되고 있다. 본 연구에서는 yamagata계통 바이러스의 핵 단백질에 포함되어 있는 항원 결정부가 victoria계통에서의 항원 결정부와 같도록 서열 변이를 하였을 때, 계통간의 교차 면역 반응이 일어나는지 확인하였다. 인플루엔자 B의 Yamagata계통 바이러스인 B/Yamagata/16/88의 핵단백질로부터, CTL 항원 결정부(epitope)에 해당하는 9개의 아미노산 서열(NP166-174) 중 6번째 아미노산인 이소류신을 위치 지정 돌연변이(Site-directed mutagenesis) 방법을 이용하여 발린으로 치환하였다(Ile171->Val). 이 변이된 서열은 Victoria계통 바이러스인 B/Shangdong/7/97의 NP166-174 서열과 같다. 각 항원 결정부를 가진 핵 단백질을 발현하는 두 가지 재조합 아데노바이러스 백신을 제조하여, 각각을 BALB/c 마우스의 비강 내로 주입하였다. 두 종류의 백신이 동종 혹은 이종 바이러스에 대해 방어능력을 가지는지 확인하기 위해서 각 계통의 바이러스를 LD50의 5배에 해당하는 치사량으로 감염시켰고, 변이된 항원 결정부에 대한 CTL이 발현되었다. 이러한 점으로 미루어볼 때 하나의 항원 결정부 서열이 다름에도 인플루엔자 B 바이러스의 NP166-174는 yamagata와 victoria 계통 모두에서 항원 결정부로 작용한다는 것을 알 수 있었고, 동종 및 이종 바이러스에 대한 방어능력도 확인되었다. 또한, 핵 단백질로 면역화한 마우스 그룹에서만 바이러스 특이적인 IgG가 높게 발현되었다는 점에서 인플루엔자 B에 감염됐을 때 세포성 면역과 체액성 면역이 함께 작용하는 것으로 생각된다. 본 연구결과로부터, 인플루엔자 B 바이러스의 핵 단백질을 발현하는 재조합 아데노바이러스가 두 계통의 인플루엔자 바이러스에 대해 모두 방어 면역반응이 가능하며 핵 단백질 166-174부분에 해당하는 서열이 세포독성 T 세포를 유도하는 항원 결정부로 작용한다는 것을 보여주면서, 인플루엔자 B 바이러스의 두 계통에 대한 교차 방어가 가능한 백신 후보임을 확인하였다.