Dwa przeciwciała monoklonalne szeroko neutralizują niepokojące warianty SARS-CoV-2

Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych i Kanady opisali strukturę i sposób działania dwóch monoklonalnych przeciwciał neutralizujących przeciwko SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2) – czynnik wywołujący chorobę koronawirusową 2019 (COVID-19).

Walther Mothes z Yale University School of Medicine w New Haven, Connecticut i współpracownicy donieśli, że dwa przeciwciała – CV3-1 i CV3-25 – były skuteczne przeciwko obu wariantom SARS-CoV-2. w laboratorium i in vivo.

Naukowcy twierdzą, że przeciwciała były zatem głównym kandydatem do wyjaśnienia sposobu działania i identyfikacji epitopów o ogólnoustrojowej aktywności koronawirusa.

„Wierzymy, że oba epitopy tych dwóch przeciwciał są ważne dla strategii pasywnej i aktywnej immunizacji przeciwko pojawiającym się wariantom” – napisali.

Wydruk artykułu badawczego jest dostępny pod adresem bioRxiv* Serwer, podczas gdy artykuł podlega wzajemnej recenzji.

Pojawienie się wariantów SARS-CoV-2 zagraża wysiłkom szczepień

SARS-CoV-2 to trzeci beta koronawirus, który pojawił się u ludzi od 2003 roku i jest odpowiedzialny za pandemię COVID-19, która w wielu krajach wciąż wymyka się spod kontroli z powodu pojawienia się nowych wariantów.

Wirusowe białko kolce, które pośredniczy w początkowej fazie procesu infekcji, jest głównym celem odpowiedzi immunologicznej gospodarza po naturalnej infekcji. Dlatego ten preparat immunologiczny stanowi podstawę wprowadzanych obecnie w wielu krajach szczepionek Moderna, Pfizer-BioNTech, Johnson & Johnson oraz AstraZeneca.

Jednak wszystkie szczepy B.1.1.7 (alfa), B.1.351 (beta), P.1 (gamma) i B.1.617.2 (delta) wykazują zwiększoną podatność i unikanie odporności wywołanej przez szczepionkę i infekcję w porównaniu do Z wcześniej krążącymi szczepami.

Więcej o strukturze kolca

Kolec składa się z dwóch podjednostek. Podjednostka S1 zawiera domenę wiążącą receptor (RBD), która oddziałuje z enzymem konwertującym angiotensynę 2 receptora komórki gospodarza (ACE2), podczas gdy S2 zawiera maszynerię wymaganą do fuzji błony wirusowej gospodarza po wydaleniu S1.

Wcześniej mikroskopia krioelektronowa (cryoEM) 70 tomografia elektronowa (cryoET) ujawniła wiele odrębnych konformacji przed fuzją, w których RBD przyjmuje konfiguracje „w górę” lub „w dół”. Receptor ACE2 wiąże się z RBD i wiąże go z wyższą konfiguracją.

Przeciwciała wyizolowane od oczyszczonych lub zaszczepionych osobników można sklasyfikować według ich jakości do trzech głównych epitopów: RBD, domeny N-końcowej (NTD) i podjednostki S2. Dla każdej klasy przeciwciał opisano odpowiednią preferencję konfiguracji RBD-up lub RBD-down. Przeciwciała skierowane na RBD są często mniej skuteczne wobec pojawiających się wariantów budzących obawy z powodu mutacji ucieczki immunologicznej, które wyewoluowały w terenie.

Dynamika harmoniczna z SB.1.1.7 jest powiązana z CV3-1 i CV3-25. (a) Zgodności SB.1.1.7 dotyczące cząstek lentiwirusowych monitorowanych przez smFRET dla niepowiązanych SB.1.7, CV3-1 i CV3-25 związanych z SB.1.1.7. Histogramy FRET z liczbą (nm) pojedynczych cząsteczek/dynamicznymi śladami zgrupowanymi w histogramie FRET (szare linie) i dopasowanymi do 4-stanowego rozkładu Gaussa (jednolity czarny) wyśrodkowany na 0,1-FRET (przerywana cyjan), 0,3 – FRET (przerywana czerwony), 0,5-FRET (przerywany zielony) i 0,8-FRET (przerywany magenta). (B) Proporcja różnych stanów RBD zidentyfikowanych przez smFRET w (a). Do równoległego porównania z danymi cryoET pominięto fragment 0,8-FRET ze względu na niepewność strukturalną. (CD) Powiększone widoki pseudowirusów SARS-CoV-2 niosących połączone z S Fab CV3-1 (C) i CV3-25 (D) oraz reprezentatywne wycinki obrazów CT (wstawka). Skala, 50 nm. Białe strzałki wskazują związane Fab. czerwone kwadraty, gwoździe wprowadzające; Niebieskie pudełka, śruby postfuzyjne. (e) Proporcja różnych przypadków RBD w różnych warunkach z danych cyroET. Status UP został oddzielony przez klasyfikację skoncentrowaną na regionie RBD. Pozostałe RBD zdefiniowano jako stan DOWN, jeśli nie było RBD na tej samej wysokości, w przeciwnym razie uważano to za stan pośredni. (F) Stosunek różnych stanów RBD kolców na wirionach zi bez ligacji Fabs. Styki są pogrupowane w kategorie 3-RBD-w dół, 1-RBD-w górę, 2-RBD-w górę i 3-RBD-w górę. (G) Widoki z boku (panel górny) i widoki z góry (panele środkowy i dolny) Fab CV3-1 połączonych z CV3-1 oznaczają podklasy S. (H) Widoki boczne (lewa kolumna) struktury konsensusu między (u dołu) i CV3-25 związanym (u góry) S i u góry dla wskaźników podklas (prawa kolumna) uzyskanych po klasyfikacji S zorientowanej na RBD. In (GH), kropkowane linie wskazują pozycje przekrojów widoku z góry. Niebieskie strzałki wskazują różnicę gęstości między RBD a sąsiednim NTD, która pojawia się, gdy RBD przechodzi w stan UP. Skala, 5 nm. (1) Segmentacja niezamrożonych (na dole) i CV3-25 ograniczonych (góra) średnich podklas S. Widoki z góry i widoki z boku (wewnątrz) pokazano dla 3-RBD-w dół, 1-RBD-w górę, 2-RBD-w górę 3 Rozdziały -RBD będą kontynuowane. Poniżej RBD i powyżej RBD pokazano odpowiednio na niebiesko i czerwono, a Fab CV3-25 pokazano na pomarańczowo.

Możliwa obecność oddziałujących przeciwciał i szczepionek

Chociaż odpowiedzi immunologiczne indukowane przez obecne szczepionki zapewniają różne stopnie ochrony przed wszystkimi znanymi wariantami będącymi przedmiotem zainteresowania, dawka przypominająca może być wymagana w celu zapewnienia odpowiedniej ochrony przed przyszłymi wariantami.

Ponadto, ponieważ SARS-CoV-2 jest trzecim beta koronawirusem po SARS-CoV-1 i zespole oddechowym na Bliskim Wschodzie (MERS), który pojawił się u ludzi w tym stuleciu, oraz ze względu na duży naturalny rezerwuar podobnych wirusów u dzikich gatunków, takich jak nietoperze, wirus W przyszłości prawdopodobnie dojdzie do kolejnej pandemii koronawirusa.

Muthi i współpracownicy twierdzą, że domena S2 tych koronawirusów jest wysoce konserwatywna, co zwiększa prawdopodobieństwo reaktywnych przeciwciał i szczepionek.

Badacze wcześniej scharakteryzowali dwa silne przeciwciała związane z podwyższeniem – CV3-1 i CV3-25 – wyizolowane od pacjentów rekonwalescencji. Podczas gdy CV3-1 specyficznie celuje w RBD, CV3-25 rozpoznaje domeny S2 wielu betakoronawirusów.

Co obejmowało obecne badanie?

Najpierw zespół przetestował zdolność przeciwciał do rozpoznawania i neutralizacji wariantów obaw B.1.1.7, B.1.351, P.1 i B.1.617.2, a także B.1.429 (epsilon) i B. 1.525 (eta), B. .1.526 (atom) i B.1.617.1 (kappa) interesujące warianty.

Przeciwciało CV3-1 skutecznie wiązało się z komórkami wyrażającymi rzadkie białka tych różnych wariantów i wykazywało silną aktywność neutralizującą.

Przeciwciało CV3-25 było słabsze, ale nadal skutecznie wiązało się ze wszystkimi wariantami.

Oba przeciwciała ograniczały również replikację wirusa w nosie i płucach myszy K18-hACE2, którym podano śmiertelną dawkę wariantu B.1.351.

„Dane te pokazują, że w przeciwieństwie do innych przeciwciał, które zostały osłabione przeciwko pojawiającym się wariantom, CV3-1 i CV3-25 pozostają skuteczne przeciwko tym wariantom, a zatem są głównymi kandydatami do wyjaśnienia sposobu działania i identyfikacji epitopów o aktywności ogólnoustrojowej MERS-CoV”, piszą Mothes i współpracownicy.

Badanie struktury i sposobu działania przeciwciał

Następnie naukowcy wyjaśnili strukturę i sposób działania tych dwóch przeciwciał za pomocą cryoET cząstek wirusopodobnych (VLP) niosących wariant B.1.1.7.

To pokazało, że CV3-1 wiązał się z pętlą 485-GFN-487 RBD w „wyższej” konformacji i powodował silne zrzucanie S1.

„Dane wskazują, że CV3-1 jest silnym agonistą i wskazuje na epitop 485-GFN-487 jako ważne centrum allosteryczne aktywacji S1” – mówi zespół.

W przeciwieństwie do tego, CV3-25 hamuje fuzję błon poprzez wiązanie się z pętlą w regionie helisy macierzystej S2.

„Biorąc pod uwagę, że epitop helikalnego trzonu jest wysoce konserwatywny wśród β-koronawirusów, immunogeny zawierające tę pętlę S2 są interesującymi kandydatami do szczepionek, aby pokryć wszystkie warianty i prawdopodobnie wykazać skuteczność przekrojową MERS-CoV” – napisali Mathies i współpracownicy.

Do czego doszli autorzy?

Naukowcy twierdzą, że epitopy obu przeciwciał mają znaczenie dla strategii biernej i aktywnej immunizacji przeciwko pojawiającym się wariantom.

Doszli do wniosku, że „projekty immunoszczepionkowe, które integrują konserwowane regiony RBD i helisy łodygi, są kandydatami do wywoływania ogólnoustrojowej ochronnej odpowiedzi immunologicznej MERS-CoV”.

*Ważna uwaga

bioRxiv Publikuje wstępne raporty naukowe, które nie były recenzowane i dlatego nie powinny być uznawane za rozstrzygające, ukierunkowywać praktykę kliniczną/zachowania związane ze zdrowiem ani być traktowane jako ustalone informacje.