Мощно антитяло с нов механизъм за неутрализиране срещу варианти на SARS-CoV-2

В скорошно проучване, публикувано в bioRxiv* сървър за предварителен печат, изследователи в Съединените щати описаха тежък остър респираторен синдром на коронавирус 2 (SARS-CoV-2) – неутрализиращо моноклонално антитяло (mAb) SP1-77, което до голяма степен неутрализира множеството му варианти на безпокойство (ЛОС).

Проучвания: Хуманизираното антитяло мощно неутрализира всички варианти на SARS-CoV-2 чрез нов механизъм.

Заден план

Повечето известни по-рано анти-SARS-CoV-2 антитела блокират свързването на рецептор-свързващия домен (RBD) с рецептора на гостоприемника на ангиотензин-конвертиращия ензим 2 (ACE2) и предотвратяват етапа на ендоцитоза при влизане на SARS-CoV-2. SP1-77 обаче е уникален, тъй като свързва RBD на протеина SARS-CoV-2 spike (S) чрез нови последователности, определящи комплементарността, регион-3 (CDR3), за да блокира сливането на мембраната на вируса и клетката гостоприемник.

Броят на първичните В-клетки в имунната система определя първичния В-клетъчен репертоар (BCR) при хора и мишки. Една мишка има 1000 пъти по-малко В клетки от човек; следователно, те изразяват малка част от разнообразието на CDR3 в сравнение с хората. Предварителните експериментални данни показват пренареждане на единична човешка променлива област на тежък (VХ) региони на имуноглобулин (Ig) и променлива област на капа леката верига (Vκ) на Ig може да генерира BCR репертоари, способни да реагират на различни антигени поради огромната диверсификация на CDR3.

Относно изследването

В настоящото проучване изследователите са използвали хуманизиран модел на мишка, който генерира по-подобно на човека CDR3 разнообразие, за да се получат терапевтични mAbs, които могат да неутрализират няколко SARS-CoV-2 ЛОС. Този модел на мишка пренареди един човек VХ генен сегмент (VХ1-2) и Vκ генен сегмент (Vκ1-33).

Те ваксинираха тези мишки с рекомбинантен стабилизиран разтворим тример на SARS-CoV-2 Wuhan-1 S или RBD мономер, слят с нанотяло “VHH7-RBD” два пъти с интервал от четири седмици. Серумните титри на IgG на две и шест седмици след ваксинацията разкриха, че всички мишки са развили силни антитела срещу SARS-CoV-2 S или имуногените на RBD. След три седмици от втората доза, екипът сортира едноклетъчно флуоресцентно активиран 96 антиген-специфичен IgG+ В клетки от всяка мишка. След това те секвенират екзоните на променливия регион на Ig тежката верига (IgH) и Ig леката верига (IgL).

Резултати от проучването

Тъй като хуманизираните мишки са имали човешки VХ1-2 и Vκ1-33, те допринасят за BCRs, експресирани от 100% и 11% от В клетките на далака, съответно. Цитофлуориметрията показа, че популациите на В и Т клетките на далака в този модел на мишка са сходни по брой и характеристики с мишките от див тип. Освен това те имаха разнообразен VХ1-2- и Vκ1-33-базиран CDR3 репертоар.

Експериментите на изследването дават девет S-специфични В клетъчни линии, всяка от които експресира BCRs с уникални CDR3s. В допълнение, ензимно-свързан имуносорбентен анализ (ELISA) идентифицира шест моноклонални антитела, свързани с RBD, като едно, наречено SP1-77, силно неутрализира всички известни понастоящем варианти на SARS-CoV-2. Той също така стабилно неутрализира наскоро появилите се подварианти на Omicron, BA.1, BA.2, BA.3, BA.4 / BA.5 и BA.2.12.1.

При тест за неутрализиране на плака (PRNT) върху живия вирус SARS-CoV-2, SP1-77 имаше половината от максималната инхибираща концентрация (IC50) стойности в диапазона от 0,8 до 9,6 ng / ml. Повърхностният плазмонов резонанс (SPR) потвърди, че SP1-77 свързва задната и дясната страна извън рецептор-свързващия мотив (RBM) и не се конкурира с ACE2 за свързване с RBD или S тримера.

Крио-електронната микроскопска (cryo-EM) структура на тримера G614 S с пълна дължина в комплекс с антиген-свързващия участък на SP1-77 фрагмент (Fab) потвърди откритията на SPR. SP1-77 директно се свърза с RBD, но също така докосна N-терминалния домейн (NTD) от съседен протомер. Взаимодействието SP1-77-RBD погреба 939 квадратни ангстрьома (Å2) повърхностна площ на антитялото и 936 Å2 област от S протеина. Освен това, IgH и IgL на SP1-77 допринасят съответно за 83% и 17% от повърхността на свързване. Мутациите на Glycine339Asp и Asn440Lys бяха на ръба на епитопа SP1-77 с техните странични вериги, насочени настрани от свързващия интерфейс, обяснявайки защо вариантите на Omicron са податливи на SP1-77 неутрализация.

Изследователите са използвали подход за микроскопия на решетъчни светлинни листове (LLSM), за да демонстрират механизма за неутрализация на SP1-77. Докато предварителната инкубация на вируси със SP1-77 има минимално въздействие върху вирусната ендоцитоза, тя драматично инхибира разпространението на флуоресценцията в ендозома, което е показателно за слят блок на вирусно-ендозомна мембрана. Заедно тези открития предполагат, че SP1-77 неутрализира SARS-CoV-2 чрез блокиране на сливането на мембраните.

Моделиран сайт за свързване на SP1-77 на различни варианти на SARS-CoV-2.  (A) Потенциалният отпечатък на SP1-77 върху моделираните RBD от различни варианти на SARS-CoV-2 в изглед отгоре.  RBD е показан в повърхностно представяне в сиво, като отпечатъкът на SP1-77 е подчертан в зелено и мутациите във всеки вариант в синьо.  Fv участъкът на SP1-77 е показан на лентова диаграма в зелено.  Повечето мутации на варианти на шипове не се намират в отпечатъка на SP1-77.  (B) Страничен изглед на избран панел от A. (C) Структурно сравнение на свързващия интерфейс SP1-77 между RBDs от див тип G614, Mu и Omicron варианти.  Консервативната нутация R343K в Mu запазва солевия мост между остатъка 343 в RBD и SP1-77 D99.  Мутациите във варианта на Omicron преконфигурират локалната конформация близо до N343-гликана, който е на ръба на отпечатъка на SP1-77.  RBD е оцветен в сиво, тежката верига SP1-77 в зелено, а леката верига в светло зелено.  Мутациите във вариантите Mu и Omicron са показани в модел на пръчка и топка в синьо.

Моделиран сайт за свързване на SP1-77 на различни варианти на SARS-CoV-2. (A) Потенциалният отпечатък на SP1-77 върху моделираните RBD от различни варианти на SARS-CoV-2 в изглед отгоре. RBD е показан в повърхностно представяне в сиво, като отпечатъкът на SP1-77 е подчертан в зелено и мутациите във всеки вариант в синьо. Fv участъкът на SP1-77 е показан на лентова диаграма в зелено. Повечето мутации на варианти на шипове не се намират в отпечатъка на SP1-77. (B) Страничен изглед на избран панел от A. (C) Структурно сравнение на свързващия интерфейс SP1-77 между RBDs от див тип G614, Mu и Omicron варианти. Консервативната нутация R343K в Mu запазва солевия мост между остатъка 343 в RBD и SP1-77 D99. Мутациите във варианта на Omicron преконфигурират локалната конформация близо до N343-гликана, който е на ръба на отпечатъка на SP1-77. RBD е оцветен в сиво, тежката верига SP1-77 в зелено, а леката верига в светло зелено. Мутациите във вариантите Mu и Omicron са показани в модел на пръчка и топка в синьо.

Заключения

Проучването предоставя първата представа за това как антитела, които не блокират ACE2, могат да неутрализират мощно множество варианти на SARS-CoV-2. Уникалните характеристики на свързване и нов механизъм за неутрализиране на SP1-77, съчетани с неговата широка и мощна неутрализация на вариантите на SARS-CoV-2, предполагат, че той може да бъде терапевтичен срещу настоящи и тепърва ще се появяват ЛОС. Също така SP1-77 може да се използва в коктейлни mAb терапии, например с LY-CoV1404, които неутрализират множество SARS-CoV-2 ЛОС чрез ACE2-блокиращ механизъм. Освен това, неговият нов механизъм за неутрализиране може да вдъхнови дизайна на нови ваксини, насочени към Omicron BA.2 и други ЛОС.

И накрая, проучването подчерта успеха на VХ1-2 / Вκ1-33-пренареждащ миши модел като прототип за тестване на хуманизирани антитела и стратегии за ваксина срещу други различни патогени, като човешки имунодефицитен вирус-1 (HIV-1) и грип.

* Важно съобщение

bioRxiv публикува предварителни научни доклади, които не са рецензирани и следователно не трябва да се считат за убедителни, насочващи клиничната практика/поведение, свързано със здравето, или третирани като установена информация.

Референтен журнал:

  • Хуманизираното антитяло мощно неутрализира всички варианти на SARS-CoV-2 чрез нов механизъм, Sai Luo, Jun Zhang, Alex JB Kreutzberger, Amanda Eaton, Robert J. Edwards, Changbin Jing, Hai-Qiang Dai, Gregory D. Sempowski, Kenneth Cronin, Робърт Паркс, Адам Йонгсин Йе, Катаюн Мансури, Маги Бар, Новалия Пишеша, Ейми Чапделин Уилямс, Лукас Виейра Франсиско, Ананд Саминатан, Ханкин Пенг, Химаншу Батра, Лоренца Белуши, Сурендър Хурана, С. Мунир Алам, Дейвид О. Монтефиори . Saunders, Ming Tian, ​​Hidde Ploegh, Tom Kirchhausen, Bing Chen, Barton F. Haynes, Frederick W. Alt, bioRxiv pre-print 2022, DOI: https://doi.org/10.1101/2022.06.26.497634,, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.06.26.497634v1

.

Leave a Comment