Structure-guided computational design of a multi-epitope vaccine construct targeting Chandipura virus

Abstract

Background

Chandipura virus (CHPV) remains as a neglected pathogen with high mortality and no licensed vaccines available yet. In this study, the immuno-informatics approach was utilized for designing a multi-epitope vaccine, focusing on the conserved antigenic regions of CHPV.

Methods

Immunogenic protein sequences of the glycoprotein, matrix protein, nucleocapsid protein, and phosphoprotein were retrieved and screened for conserved regions using multiple sequence alignment, which revealed 49 conserved regions across the viral proteome.

Results

Epitope prediction identified 24 CTL, 8 HTL, and 7 B-cell epitopes with antigenicity and non-allergenicity properties. The selected epitopes were assembled into a single vaccine construct. The secondary and tertiary structure predictions were performed and further refined using GalaxyRefine to improve structural stability. PROCHECK analysis revealed that in the refined model, 93.5% of residues are present in the most favored Ramachandran regions. HADDOCK docking analysis demonstrated strong binding affinity to innate immune receptors, with PRODIGY binding energies as −11.8 kcal/mol, −14.5 kcal/mol, −18.8 kcal/mol, and −14.2 kcal/mol for TLR2/1, TLR3, TLR4, and TLR8, respectively. Codon optimization was performed, and the sequence was cloned into the pET-28a(+) plasmid. The immune simulation analysis predicted that the developed CHPV multi-epitope vaccine construct can induce antibody production and suggested the potential for long-term immune memory against CHPV.

Conclusion

In this study, we have designed a multi-epitope vaccine candidate against CHPV using conserved antigenic regions from multiple viral proteins, and in silico analyses indicated favorable antigenicity, structural stability, receptor interactions, and the potential to induce robust and long-lasting immune responses. The computational findings highlight the promise of the proposed vaccine against CHPV; however, experimental validation is essential to confirm its safety, immunogenicity, and protective efficacy.

Resumen

Antecedentes

El virus chandipura virus (CHPV) sigue siendo un patógeno olvidado con alta mortalidad, contra el que no se dispone aún de vacunas autorizadas. En este estudio, se utilizó el enfoque inmunoinformático para diseñar una vacuna multiepitópica, centrada en las regiones antigénicas conservadas de CHPV.

Métodos

Se recuperaron y cribaron las secuencias proteínicas inmunogénicas de glucoproteína, proteína matriz, proteína nucleocápsida y fosfoproteína para las regiones conservadas, utilizando alineamiento de secuencia múltiple, que reveló 49 regiones conservadas en el proteoma viral.

Resultados

La predicción epitópica identificó los epítopos celulares de 24 CTL, 8 HTL y 7 B, con propiedades de antigenicidad y no alergenicidad. Se ensamblaron los epítopos seleccionados en un único constructo de vacuna. Se realizaron y refinaron seguidamente las predicciones secundarias y terciarias de la estructura, utilizando Galaxy Refine para mejorar la estabilidad estructural. El análisis PROCHECK reveló que, en el modelo refinado, se presentan residuos en el 93,5% de las regiones de Ramachandran más favorecidas. El análisis de ensamblaje HADDOCK demostró fuerte afinidad de unión a los receptores inmunológicos innatos, con energías de unión PRODIGY de −11,8 kcal/mol, −14,5 kcal/mol, −18,8 kcal/mol y −14,2 kcal/mol para TLR2/1, TLR3, TLR4 y TLR8, respectivamente. Se realizó la optimización del codón y se clonó la secuencia en el plásmido pET-28a(+). El análisis de simulación inmunológica predijo que el constructo de vacuna multiepitópica desarrollado para CHPV puede inducir la producción de anticuerpos, y sugiere un potencial para memoria inmunológica a largo plazo contra el CHPV.

Conclusión

En este estudio, diseñamos un candidato de vacuna multiepitópica frente al CHPV utilizando regiones antigénicas conservadas de múltiples proteínas virales, indicando los análisis in silico antigenicidad favorable, estabilidad estructural, interacciones del receptor y potencial para inducir respuestas inmunológicas robustas y de larga duración. Los hallazgos computacionales destacan que la vacuna propuesta contra el CHPV es prometedora, aunque es esencial su validación experimental para confirmar su seguridad, inmunogenicidad y eficacia protectora.