Фрагментирани кристализиращи се-променени антитела COVID-19, ефикасни при два животински модела

Скорошна статия, публикувана в bioRxiv* Сървърът за препринт идентифицира множество ефикасни антитела на коронавирус 2 (SARS-CoV-2) срещу тежък остър респираторен синдром от реконвалесцентни пациенти със SARS-CoV-2.

Проучвания: Fc-модифицирани SARS-CoV-2 неутрализиращи антитела с терапевтични ефекти в два животински модела. Кредит на изображението: NIAID

Заден план

Пандемията SARS-CoV-2 продължава чрез последователно появяващите се вирусни варианти. Създадени са различни ваксини срещу коронавирусна болест 2019 (COVID-19), съсредоточени върху първоначалните щамове на SARS-CoV-2 Ухан. По случайност те са били ефективни срещу възбудените впоследствие вирусни щамове.

Броят на заразените със SARS-CoV-2 спадна в някои нации, може би в резултат на ефективността на ваксинацията. Въпреки това глобалната пандемия COVID-19 все още не е овладяна.

Антивирусната терапия е ефикасна по време на етапа на репликация на SARS-CoV-2, настъпващ в ранните фази на инфекцията. По подобен начин използването на терапевтични неутрализиращи антитела срещу COVID-19 е значително ефективно. За съжаление, има малко полезни антитела за борба с еволюиращите щамове SARS-CoV-2.

Относно проучването

В настоящото изследване учените разработиха множество моноклонални антитела от пациенти с реконвалесцент на SARS-CoV-2. От началото на епидемията SARS-CoV-2 през март 2020 г. в Япония, авторите са събрали проби от периферна кръв от възстановяващи се пациенти с COVID-19, които са били използвани за генериране на неутрализиращи антитела.

Изследователите взеха кръвни проби от изписани пациенти със SARS-CoV-2 от университетската болница Кейо. Тестът за инхибиране на SARS-CoV-2 spike (S) -ангиотензин-конвертиращ ензим 2 (ACE2) беше използван за оценка на неутрализиращия капацитет на серумите. Екипът е избрал 12 пациенти, показващи забележими неутрализиращи концентрации за генериране на антитела.

Авторите профилират антитела, свързани с пациента, използвайки 1) оценка на инхибиране на S-ACE2 и 2) връзката между капацитета на прикрепване на тези антитела към S-експресиращи клетки и техния потенциал да възпрепятства прикрепването на ACE2 срещу S-експресиращи клетки. За да анализират по-задълбочено тези антитела, те също изследват неутрализиращия потенциал, използвайки експеримент за клетъчно сливане. Изследователите проведоха скрининг за микронеутрализиране в крайна точка, за да потвърдят, че избраните антитела могат да неутрализират автентичния SARS-CoV-2.

За по-нататъшно идентифициране на потенциалните антитела, учените оцениха афинитета към антигена на SARS-CoV-2 рецептор-свързващия домен (RBD) и анализираха припокриването на епитопи. Те избраха пет антитела и използваха псевдовирус, съдържащ S протеина на оригиналната последователност на SARS-CoV-2 Wuhan и четири значими варианта, за да проведат експеримент за неутрализиране, преди да се появят опасни варианти (ЛОС). След появата на ЛОС, те тестваха способността на антителата да неутрализират оригиналния вирус WK-521 и неговите варианти, включително Beta, Alpha, Gamma, Kappa, Delta и Omicron BA.2 и BA.1.

Екипът проведе изследване с крио-електронна микроскопия (cryo-EM), за да получи структурно разбиране на антителата и протеина SARS-CoV-2 S. Откритите в момента антитела, използвани в in vivo изследването притежава мутацията на N297A в кристализиращата се (Fc) област на имуноглобулин G1 (IgG1) за предотвратяване на антитяло-зависимо усилване (ADE). В допълнение, мутацията N297A намалява прилепването към Fc рецептора. След това изследователите изследват ефектите на тези антитела в два животински модела (модел на макак cynomolgus и модел на хамстер), за да видят въздействието на тези антитела в in vivo настройки.

Cryo-EM структура на неутрализиращи антитела (A) Показани са структурите на RBD и Ab159, Ab188, Ab326, Ab354, Ab445 и Ab496.  Само променливите домейни на антителата са моделирани и нарисувани като анимационна тръба (индивидуален цвят) върху повърхността на RBD (сива), а епитопът на всяко антитяло е оцветен по същия начин като всяко антитяло.  Червената зона в централния RBD е свързващият остатък на ACE2 (7A94) (Benton et al., 2020), показващ връзката между местата на свързване на антителата, които са грубо разделени на три групи.  Позициите на ключовите аминокиселини са обозначени с черни стрелки.  (B) Показани са остатъците 400-506 от Спайк.  Епитопите, разкрити от крио-ЕМ, са оцветени в червено, а остатъците, засегнати от мутацията, описана на Фигура 3А, са показани в квадрати.Cryo-EM структура на неутрализиращи антитела (A) Показани са структурите на RBD и Ab159, Ab188, Ab326, Ab354, Ab445 и Ab496. Само променливите домейни на антителата са моделирани и нарисувани като анимационна тръба (индивидуален цвят) върху повърхността на RBD (сива), а епитопът на всяко антитяло е оцветен по същия начин като всяко антитяло. Червената зона в централния RBD е свързващият остатък на ACE2 (7A94) (Benton et al., 2020), показващ връзката между местата на свързване на антителата, които са грубо разделени на три групи. Позициите на ключовите аминокиселини са обозначени с черни стрелки. (B) Показани са остатъците 400-506 от Спайк.

Резултати

Изследователите откриха 494 антитела от хора, излекувани от COVID-19, повечето от които показват идентична способност за неутрализиране на SARS-CoV-2 спрямо клинично използвани антитела при оценката на неутрализацията. Първоначално за създаване на антитела бяха използвани антиген-специфични В-клетки на паметта и антиген-неспецифични плазмени клетки. Независимо от това, първите съдържаха превъзходни антитела, подчертавайки значението на избора на В клетки по антиген. Данните от автентичния анализ на вирусна неутрализиране в крайна точка потвърдиха констатациите от клетъчно-базираните анализи за инхибиране на S-ACE2 и клетъчно сливане, скрининг на неутрализиращи антитела.

Крио-ЕМ и клетъчно-базирани мутантни S-ACE2 експерименти за инхибиране идентифицират епитопите на S протеина, тъй като антителата са избрани чрез конкуренция с ACE2, класифицирайки прикрепването на антитяло към S като клас 1/2. Вмъкването на N297 върху IgG1-Fc беше една от характеристиките на антителата, открити в това проучване. Тази мутация почти премахва адхезията към Fc рецепторите. Всъщност той спря улесненото от Fc поглъщане на вируса в клетките на Раджи.

Избраните антитела бяха сравними или по-добри от imdevimab, терапевтичен агент за COVID-19, при тестове за неутрализиране срещу щама Ухан и ЛОС, използващи автентични вируси и псевдовируси. Относно in vivo активност на тези антитела, те показаха потентност за терапевтична употреба при модели на макаки и хамстери. При дози от около 5 до 7 mg/kg, настоящите антитела показват терапевтична ефикасност при хамстери и макаци, без да предизвикват повишаване на усвояването на вируса чрез ADE.

Заключения

Като цяло, в настоящото проучване авторите генерират много антитела от В-клетките на реконвалесцентни пациенти с COVID-19, заразени от SARS-CoV-2 D614G мутант или щам Wuhan. В допълнение, те идентифицираха множество неутрализиращи антитела с мощни свойства за неутрализиране на щам срещу SARS-CoV-2.

Тези Fc-модифицирани неутрализиращи антитела от възстановени от SARS-CoV-2 лица имат неутрализиращи свойства, сравними с клиничните антитела на COVID-19. Ефективността на тези антитела беше илюстрирана чрез изследване на инфекции с модели на макак и хамстер in vivo и автентични анализи за неутрализиране на вируси и псевдовируси инвитро. Тези открития показаха, че откритите в момента антитела имат адекватна антивирусна активност, за да служат като възможности за лечение на COVID-19.

* Важно съобщение

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

Референтен журнал:

  • Fc-модифицирани SARS-CoV-2 неутрализиращи антитела с терапевтични ефекти в два животински модела; Масару Такешита, Хидехиро Фукуяма, Кацухико Камада, Такехиса Мацумото, Чиеко Макино-Окамура, Томоми Учикубо-Камо, Юри Томабечи, Казухару Ханада, Сая Морияма, Йошимаса Такахаши, Мас Тадаши, Хирохито Миако Ишигаки, Мааку Мааку, Хирохито Миако Ишигаки , Юри Фурусава, Хироши Уеки, Кийоко Ивацуки-Хоримото, Муцуми Ито, Сейя Ямайоши, Йошихиро Каваока, Микако Ширузу, Макото Исии, Хидеюки Сая, Ясушизу Кондо, Юко Качи, Юко Качи. bioRxiv предпечат 2022. DOI: https://doi.org/10.1101/2022.06.21.496751,, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.06.21.496751v1

.