С момента начала пандемии коронавирусной болезни 2019 (COVID-19), вызванной коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), появилось множество вариантов вируса. Эти варианты показали повышенную трансмиссивность, вирулентность и способность ускользать от иммунитета.

Самым последним из этих вызывающих озабоченность вариантов (ЛОС), который должен быть обнаружен, является вариант Omicron B.1.1.529, который на сегодняшний день содержит наибольшее количество мутаций.

Исследование:  сниженная В-клеточная антигенность Омикрона снижает серологический ответ хозяина . Изображение предоставлено: Джошимербин / Shutterstock.com

В новой исследовательской статье, опубликованной в журнале  Cell Reports , исследуется функциональная значимость некоторых из этих мутаций в их способности избегать реакции нейтрализующих антител. В частности, исследователи изучили способность мутаций Omicron изменять иммунный ответ антител у наивных людей.

Введение

Омикрон имеет 11 мутаций в сайте связывания рецептора (RBS), который отвечает за большинство серологических реакций. Такие мутации сохраняют способность вируса связываться с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) хозяина, избегая при этом нейтрализующих антител , которые присутствуют после естественной инфекции или вакцинации.

Связывание ACE2 связано с некоторыми мутациями Omicron, а именно S477N, E484K, N501Y и Q498R. И наоборот, уклонение от иммунитета связано с мутациями K417N, E484A и Q498R. Влияние этих мутаций относительно серологического ответа дикого типа.

Антигенность В-клеток описывает степень связывания антигена с антителами из В-клеток, которые претерпели созревание аффинности. Созревание аффинности зависит от возникновения соматических гипермутаций, которые повышают специфичность распознавания и аффинность данного антигена к рассматриваемому антителу.

Антитела часто связываются с конформационными эпитопами, образованными остатками, объединенными конформацией белка, несмотря на то, что они расположены далеко друг от друга в белковой последовательности. Следовательно, сложно предсказать эпитопы только по последовательности или создать полную карту эпитопов антител.

Об исследовании

Исследователи использовали свою новую платформу моделирования ScanNet, основанную на геометрическом глубоком обучении, для прогнозирования сайтов связывания B-клеток и белок-белок с использованием либо экспериментальной, либо вычислительной структуры. Кроме того, ScanNet предоставляет оценку вероятности по остаткам для каждого эпитопа, называемую профилем антигенности.

Точность прогнозов ScanNet оказывается выше, чем у многих других используемых в настоящее время методов. Важным примером является хорошее совпадение между профилем антигенности ScanNet, созданным для связывающего домена рецептора шипа SARS-CoV-2 дикого типа (RBD), и экспериментально полученной частотой попадания антител на основе структуры комплекса шип-антитело. Таким образом, эта платформа способна предсказывать распределение эпитопов по антигенам .

Результаты исследования

ScanNet предсказал, что Omicron будет ассоциироваться со сниженной антигенностью RBS, тогда как альфа-, бета- и дельта-ЛОС имеют умеренное увеличение по сравнению со штаммом SARS-CoV-2 дикого типа. Выявлены места пониженной антигенности в ЛОС Омикрон. Более того, ученые обнаружили, что изменение антигенности было наиболее значительным в отношении наиболее часто используемых антигенов.

Поскольку Omicron имеет 15 мутаций, которые способствуют изменению антигенности, исследователи смоделировали структуру каждой мутации. Более 50% мутаций были связаны со снижением антигенности, особенно Q493R, G496S и Q498R, а одна треть была связана с повышением антигенности. Остальные мутации не имели очевидной связи с антигенностью.

Y.S. Eco Bee Farms, Маточное молочко, пчелиная пыльца, прополис и корейский женьшень, 90 капсул

По сравнению со снижением антигенности на 26%, показанным всеми точечными мутантами, тенденция к снижению, показанная Omicron, по-видимому, связана с эволюционным давлением, при этом мутации аналогичного действия демонстрируют взаимное усиление.

За этим последовал эксперимент на мышах с использованием RBD дикого типа и ЛОС. После инокуляции любым из этих RBD повторная стимуляция вызывала сопоставимые и сильные Т-клеточные ответы у мышей, независимо от исходной стимуляции. Это указывает на сильный ответ Т-хелперных клеток 1 типа (Th1), сопровождаемый сильным ответом Th17 из-за пути иммунизации через слизистую оболочку.

Цитокин интерлейкин 17 (ИЛ-17) был обнаружен в сопоставимых количествах у всех мышей, что позволяет предположить его происхождение от Т-клеток CD4, которые реагируют на специфические антигены. Напротив, уровни гамма-интерферона (IFNγ), продуцируемого клетками врожденного иммунитета после неспецифической вирусной стимуляции, были высокими.

После буст-иммунизации мышей против различных RBD ЛОС титры антител были намного ниже у животных, иммунизированных Омикроном, и в 15 раз ниже, чем у мышей дикого типа или любого другого RBD ЛОС. Это открытие согласуется с предсказанной ранее потерей антигенности Omicron RBD, связанной с его мутационным профилем.

В то время как большинство антител нацелены на RBS, который демонстрирует крайнюю изменчивость среди ЛОС, другие антитела связываются с консервативными эпитопами. Титры антител в образцах сыворотки мышей, иммунизированных диким типом, были сравнительно высокими против альфа- и дельта-ЛОС, но ниже против бета-клеток. Наиболее значительное снижение было по отношению к Омикрону.

Это согласуется с клиническими данными у людей, что подтверждает полезность мышиной модели.

Сыворотка, иммунизированная Омикроном, содержала значительно более низкие серологические титры против любых других ЛОС, но демонстрировала эффективное связывание с Омикроном RBS. Таким образом, Omicron RBS обладает высокой антигенностью с дополнительным вкладом других перекрестно-реактивных эпитопов. Перекрестно-реактивные антитела составляли почти треть всех антител, обнаруженных в сыворотке, иммунизированной Омикроном или иммунизированной диким типом.

Сыворотки, иммунизированные Омикроном, имели только 6% нейтрализующую активность против RBD дикого типа по сравнению с сыворотками дикого типа против RBD Омикрон. Это указывает на консервативное распространение антигенных эпитопов с уклонением от иммунного ответа в первую очередь за счет RBS и других консервативных эпитопов.

Бета-иммунизированная сыворотка имела на 50% меньшую активность против RBD Omicron, чем 70%-ную потерю активности против RBD дикого типа, с сопоставимыми титрами антител в обоих наборах образцов. Это указывает на то, что три общих остатка между бета и омикрон не ответственны за снижение антигенности.

Сыворотки дикого типа не смогли нейтрализовать псевдовирусы Omicron, несмотря на некоторую степень перекрестной реактивности. Сыворотка Omicron также не нейтрализовала ни Omicron, ни псевдовирусы дикого типа.

Снижение антигенности коронавируса простуды hCoV229E наблюдалось с течением времени, и было обнаружено, что оно связано с мутациями RBS, после чего наблюдается характер колебаний вверх и вниз.

Это может указывать на фазу адаптации к антителам хозяина, за которой следует дальнейшая адаптация посредством мутаций в иммунодоминантных областях, чтобы избежать нейтрализующих антител, индуцированных более ранними инфекциями. Это может предсказать течение SARS-CoV-2 в будущем.

Подразумеваемое

Наше исследование согласуется как с доклиническими испытаниями вакцины, так и с клиническими данными о выздоровлении, и обеспечивает критическое понимание основного механизма ослабленного серологического ответа хозяина на Омикрон ».

Исследователи предполагают механизм иммунного сокрытия, а не стратегию ускользания от иммунного ответа, с Омикроном, который восходит к новому механизму улучшенной вирусной приспособленности. Это может объяснить быстрое и устойчивое господство Омикрона над Дельтой. Это также согласуется с наблюдениями, что сыворотки дикого типа более эффективны против Омикрона, чем сыворотки Омикрона от непривитых людей.

Сыворотка Omicron не способна нейтрализовать любые другие летучие органические соединения. Способ уклонения от иммунитета, скрывающий иммунитет, заключается в заметном снижении антигенности RBS, что может привести к плохому созреванию аффинности и более медленному ответу антител.

Будущая работа может включать анализ эффекторных механизмов Т-клеток и Fc иммунитета против Омикрона. Тем не менее, текущее исследование дает более полное представление о том, как SARS-CoV-2 может развиваться в будущем, и о проблемах, связанных с созданием эффективной вакцины против этого варианта.