В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Communications Biology , исследователи оценили эффективность моноклональных антител (мАт) от выздоравливающих доноров, инфицированных предком коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), инфицированных штаммом Ухань-1, против SARS-CoV. 2 ЛОС (варианты, представляющие интерес), такие как Альфа, Бета, Гамма, Дельта и Омикрон.

Исследование: конформационная гибкость при нейтрализации SARS-CoV-2 естественным образом вызванными антителами против SARS-CoV-2 . Кредит изображения: Lightspring / Shutterstock

Постоянное появление VOCS SARS-CoV-2 поставило под угрозу эффективность вакцин и иммунную защиту, обеспечиваемую естественными инфекциями SARS-CoV-2 предковым штаммом Wuahn-Hu-1. Поэтому крайне важно оценить перекрестную нейтрализующую активность серологических антител. Кроме того, необходимо изучить структурную основу нейтрализации SARS-CoV-2, чтобы предсказать влияние модификаций ЛОС на перекрестную реактивность антител.

Авторы настоящего исследования ранее идентифицировали девять моноклональных антител, нейтрализующих SARS-CoV-2, из сыворотки двух реконвалесцентов коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), инфицированных, вероятно, предковым штаммом. Из них семь mAb (TAU-2310, TAU-2303, TAU-2230, TAU-2212, TAU-2189, TAU-1145 и TAU-1109) продемонстрировали эффективную нейтрализацию SARS-CoV-2, тогда как оставшиеся два mAb ( TAU-2220 и TAU-1115) показали более низкую активность.

Все mAb (кроме TAU-2212) были в высокой степени связаны с шиповидным белком (S) SARS-CoV-2 и его рецептор-связывающим доменом (RBD), тогда как TAU-2212 был связан с неидентифицированным конформационным сайтом на SARS-CoV-2. S. В то время как mAb нейтрализовали предковый штамм, их потенциал перекрестной нейтрализации в отношении летучих органических соединений SARS-CoV-2 не был известен.

Об исследовании

В настоящем исследовании исследователи расширили свой предыдущий анализ, изучив широту нейтрализации и механистическую основу для нейтрализации летучих органических соединений SARS-CoV-2 с помощью моноклональных антител, выделенных ранее от выздоравливающих доноров, инфицированных Wuhan-Hu-1.

Анализ проточной цитометрии (FC) проводили для оценки способности mAb ингибировать связывающие взаимодействия между ангиотензинпревращающим ферментом человека 2 (hACE2) и S-белками исходного штамма и альфа-, бета- и дельта-ЛОС. Кроме того, предотвращение инфекции SARS-CoV-2 с помощью моноклональных антител оценивали с помощью анализов нейтрализации псевдовирусов и аутентичных вирусов с использованием клеток Vero- TMPRSS2 (трансмембранная сериновая протеаза 2).  

Структурный анализ был выполнен с использованием рентгеновской кристаллографии и крио-ЭМ (криоэлектронной микроскопии) для изучения механистической основы нейтрализации ЛОС SARS-CoV-2 с помощью TAU-2212 и TAU-2303 и для изучения вклада мутаций ЛОС в Ab побег. Конформационные структуры Ат определяли при разрешениях 3,3 Å, 4,7 Å, 6,4 Å, 7,3 Å и 9,4 Å соответственно.

Д-р Наталья Фройнд / Тель-Авивский университет

Полученные результаты

Наиболее сильнодействующие обнаруженные mAb были направлены преимущественно против сайта связывания ACE2 (ACE2bs) и показали более высокую чувствительность к передаче SARS-CoV-2, чем mAbs, не относящиеся к ACE2bs (TAU-2310, TAU-2220, TAU-1109 и TAU-1115). , два из которых сохранили свою нейтрализующую активность в отношении всех проанализированных ЛОС. Эффективность связывания всех ACE2bs mAb (mAb TAU-1145, TAU-2189, TAU-2230 и TAU-2303) со всеми ЛОС была снижена, за исключением альфа, с наиболее значительным снижением для бета ЛОС, дельта ЛОС и омикрон ЛОС. и меньше для гамма ЛОС.

Среди мАт ACE2bs ни одно из них не сохранило свою первоначальную нейтрализующую активность в отношении бета-ЛОС, и только TAU-2303 сохранил (и показал более высокую, чем исходная) нейтрализующую активность в отношении дельта-ЛОС. Никаких эффектов для моноклональных антител TAU-1109, -2310, -1115 и -2220 не наблюдалось, поскольку нейтрализация SARS-CoV-2 не происходила посредством блокирования рецепторов.

Мутация L452R (в Delta VOC) и мутация E484K (в Beta VOC и Gamma VOC) в значительной степени повлияла на связывание антител. Кроме того, RBD, содержащие одиночные мутации N439K, Y453F и A475V, продемонстрировали столь же эффективное связывание со всеми mAb, как и с RBD предкового штамма. Связывание TAU-2303 с дважды мутировавшим RBD K417N/N501Y было снижено, хотя мутации по отдельности не оказывали значительного эффекта.

TAU-2212 продемонстрировал ингибирование ACE2:S от 25 до 40% при тестировании против предкового штамма, альфа- и дельта-ЛОС, но не показал активности против бета-ЛОС. Альфа ЛОС и родовой штамм продемонстрировали сходное поведение, тогда как бета и омикрон ЛОС показали самую высокую устойчивость к нейтрализации, за ними следуют гамма ЛОС и дельта ЛОС.

Структурный анализ дельта-VOC-нейтрализующих ACE2bs mAb, фрагмента антигенсвязывающего (Fab) TAU-2303 (Fab2303) в комплексе с SARS-CoV-2 S при 4,5 Å и S RBD при 2,4 Å, показал, что режимы связывания аналогичны тем, что между S RBD и hACE2 с RBD в «верхней» конформации RBD. Большая часть контактной поверхности Fab2303-RBD (64%) была получена из тяжелой цепи Fab2303 (HC, 19 остатков), тогда как только 36% (10 остатков) была получена из легкой цепи.

Комбинация мутаций RBD может изменить устойчивость к SARS-CoV-2; Omicron имеет мутации в семи остатках эпитопа, связывающего Fab2303, включая Q493, Q498, Y505 и K417, что обеспечивает структурное объяснение отсутствия нейтрализации Omicron mAb TAU-2303. Мутация E484K нарушила водородные связи между TAU-2212 и RBD, что дает структурное объяснение отсутствия нейтрализации бета- и гамма-летучих органических соединений с помощью TAU-2212.

Пять конформационных структур S-комплекса TAU-2212-SARS-CoV-2 были оценены с несколькими разрешениями. TAU-2212 продемонстрировал связывание с эксклюзивным четвертичным эпитопом и гибким [фрагментом кристаллизуемой (Fc) области] и уникальным способом нейтрализации, включающим переходы между конформациями.

TAU-2212 показал, что от одного до трех Fab связываются либо с одним S-тримером SARS-CoV-2, либо сшивают соседние S-тримеры, образуя как внутренние, так и внутренние S-тримеры, и отдавая предпочтение RBD в «нижнем» положении. Распознавание эпитопа с помощью TAU-2212 в первую очередь включало петли HCDR ( область, определяющая тяжелую комплементарность) , а также области S RBD1 и RBD2 и 57 остатков.

В целом, результаты исследования предоставили ценную механистическую и структурную информацию о нейтрализации летучих органических соединений SARS-CoV-2 с помощью mAb с предсказаниями молекулярного моделирования взаимодействия mAb с Omicron.