Künstliche Proteine ​​als spezifische und vielseitige neutralisierende Binder, die auf den Spike von SARS-CoV-2 abzielen

In einem kürzlich veröffentlichten Artikel auf der bioRxiv* Preprint-Server zeigten Forscher, dass die biosynthetischen Proteine ​​mit der Bezeichnung αReps, die auf das Spike-Protein (S)-Protein des Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) des schweren akuten respiratorischen Syndroms abzielen, neuartige antivirale SARS-CoV-2-Mittel sein könnten

Studien: Biosynthetische Proteine, die als antivirale Mittel auf den SARS-CoV-2-Spike abzielen. Bildnachweis: Naeblys / Shutterstock

Hintergrund

Die Katastrophe der CoV-Krankheit 2019 (COVID-19), die in etwa zwei Jahren weltweit zu etwa sechs Millionen Todesfällen führte, hat die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses und der Bekämpfung der Übertragung und des Auftretens von Atemwegsviren deutlich gemacht. Diese Informationen werden bei der Entwicklung wirksamerer antiviraler Techniken zur Bekämpfung zukünftiger Pandemien und Epidemien helfen.

SARS-CoV-2 S bindet an Angiotensin-Converting-Enzym-2-Rezeptoren (ACE2) in Wirten und ermöglicht dem Virus, in die Zelle einzudringen. Daher besteht eine mögliche Technik zur Entwicklung von antiviralen COVID-19-Mitteln darin, auf diese Wechselwirkung abzuzielen.

Über das Studium

In der vorliegenden Arbeit wollten die Forscher Liganden identifizieren, die die SARS-CoV-2-ACE2-Interaktion blockieren. Sie wollten kostengünstige, stabile antivirale COVID-19-Mittel entwickeln, die leicht gegen die aufkommenden SARS-CoV-2-Varianten modifiziert werden können.

Das Team identifizierte Kandidaten, die die SARS-CoV-2-S-Rezeptorbindungsdomäne (RBD) erkennen. Dazu durchmusterten sie eine Phagen-Display-Sammlung von biosynthetischen Proteinsequenzen, die auf starrem α-helikoiden Huntingtin, Elongationsfaktor 3 (EF3), Proteinphosphatase 2A (PP2A) und dem Hefekinase-Ziel von Rapamycin 1 (TOR1) (HEAT) aufgebaut waren. -ähnliches Gerüst mit der Bezeichnung αReps.

Unter den αReps wurden kompetitive Bindungsassays durchgeführt, um ihren Mechanismus der SARS-CoV-2-Neutralisierung zu analysieren. Darüber hinaus zeigten die Forscher, wie die Biotechnologie von αRep die neutralisierende Wirkung von SARS-CoV-2 unter Verwendung einer multivalenten Form verstärken könnte. Darüber hinaus bewerteten sie die SARS-CoV-2-Neutralisierungsfähigkeit dieser αReps in-vitro und in vivo.

Ergebnisse

Die Studienergebnisse zeigten, dass zwei der analysierten künstlichen Proteine, nämlich C2 und F9, die RBD von SARS-CoV-2 mit Affinitäten im Nanometerbereich binden und eine neutralisierende Wirkung zeigen in-vitro und Identifizieren verschiedener Stellen, wobei F9 das ACE2-Bindungsmotiv überspannt. Die Autoren fanden heraus, dass C2 und F9 den Eintritt von SARS-CoV-2 in die kultivierten Zellen signifikant hemmten. Diese beiden Verbindungen neutralisierten das Virus über unterschiedliche Wege, wobei C2 an einer Stelle anhaftete, die vom Rezeptorbindungsmotiv von ACE2 entfernt ist, während F9 mit ACE2 um die RBD-Bindung konkurriert.

Zur Neutralisierung von SARS-CoV-2 hatten eine trivalente αRep-Form namens C2-Foldon und das F9-C2-Fusionsprotein 0,1 nM Affinitäten und eine halbmaximale effektive Konzentration (EC50) von 8 bis 18 nM. Das homotrimere C2-Foldon und das F9-C2-Heterodimer zeigten eine robustere SARS-CoV-2-Neutralisationskapazität als die beiden parentalen αReps, mit einer halbmaximalen Hemmkonzentration (IC50) im Bereich von 3 bis 12 nM. Darüber hinaus wurde der Viruseintritt bei niedrigeren Konzentrationen durch zusammengesetzte αReps über nicht-kovalente oder kovalente Verbindungen verhindert, mit einer 20-fachen Aktivitätssteigerung für ein trimeres αRep.

Diese αReps-Derivate neutralisierten effektiv die SARS-CoV-2 Omicron-, δ-, γ- und β-Varianten. Insbesondere mit EC50-Werten, die von 13 bis 32 nM variieren, neutralisierte F9-C2 oder C2-Foldon SARS-CoV-2-Mutanten wie Omicron- und Delta-Varianten erfolgreich.

Die Einführung von F9-C2 in die Nasenhöhle während oder vor SARS-CoV-2-Infektionen hemmte signifikant die Vermehrung des Virusstamms mit der D614G-Mutation im Nasenepithel von Hamstern. Die Virustiter in Nasenabstrichen und der Nasenhöhle, dem primären Replikationsort von SARS-CoV-2, wurden durch diese Therapie reduziert, ebenso wie alle Entzündungsindikatoren der Infektion. Die Behandlung blockierte jedoch die SARS-CoV-2-Infektion in der Nasenhöhle nicht vollständig.

Insgesamt erwähnten die Wissenschaftler, dass αReps aufgrund ihrer erheblichen Stabilität und Wirksamkeit gegen SARS-CoV-2-Varianten einen praktikablen Ansatz für COVID-19-Therapien darstellen, um auf die Nasenhöhle abzuzielen und die Virusausbreitung in der proximalen Umgebung zu reduzieren.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend zeigten die Studienergebnisse, dass zwei biosynthetische Proteinsequenzen, nämlich C2 und F9, eine starke Affinität für SARS-CoV-2 RBD hatten und den Eintritt von SARS-CoV-2 in kultivierte Zellen wirksam verhinderten (in-vitro). Die neutralisierenden EC50-Werte wurden durch zusammengesetzte αReps durch nicht-kovalente und kovalente Verbindungen auf den 10 nM-Bereich reduziert. Darüber hinaus verringerte im Hamstermodell von SARS-CoV-2 die Instillation eines αRep-Dimers in die Nasenhöhle die virale Pathogenität und Replikation erheblich. Ein C2-Homotrimer und das F9-C2-Fusionsprotein hemmten SARS-CoV-2-Mutanten, sogar die antigenfremde Omicron-Variante, stark.

Insgesamt zeigte die vorliegende Studie, dass die künstlichen Proteine ​​αReps zu SARS-CoV-2-Behandlungen entwickelt werden könnten, die auf neue Virusvarianten abzielen. Stabile proteinhaltige Inhibitoren wie αReps und ihre Derivate könnten eine vielversprechende Option sein, um zukünftige Pandemien zu bedrohen, die mit verschiedenen neu auftretenden Atemwegsviren verbunden sind, nachdem Initiativen zu ihrer Stabilisierung in der Nasenhöhle und technische Verbesserungen bei der Auswahl der Bindemittel durchgeführt wurden.

* Wichtiger Hinweis

bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Fachleuten begutachtet sind und daher nicht als schlüssig angesehen werden sollten, die klinische Praxis / gesundheitsbezogenes Verhalten leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.

Zeitschriftenreferenz:

  • Biosynthetische Proteine, die als antivirale Mittel auf den SARS-CoV-2-Spike abzielen; Stephanie Thebault, Nathalie Lejal, Alexis Dogliani, Amelie Donchet, Agathe Urvoas, Marie Valerio-Lepiniec, Muriel Lavie, Cecile Baronti, Franck Touret, Bruno da Costa, Clara Bourgon, Audrey Fraysse, Audrey Saint-Albin-Deliot, Jessica Morel, Bernard Klonjkowski, Xavier de Lamballerie, Jean Dubuisson, Alain Roussel, Philippe Minard, Sophie Le Poder, Nicolas Meunier, Bernard Delmas. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.05.10.491295 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.10.491295v1

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