В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Molecular Therapy , исследователи изучили стратегии разработки эффективных моноклональных антител (мАт) против коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2).

Фон

Несколько нейтрализующих антител (нАт), которые связываются с шиповидным белком SARS-CoV-2 , были одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для лечения коронавирусной болезни 2019 (COVID-19). Это в первую очередь связано с важной ролью рецептор-опосредованной идентификации клеток-хозяев и интернализации SARS-CoV-2 в размножении вируса.

Мутации в прототипе шиповидного рецептор-связывающего домена (RBD) сделали антитела неэффективными в нейтрализации вируса и значительно снизили эффективность вакцин. Таким образом, появление вызывающих озабоченность вариантов SARS-CoV-2 (VOC) в результате продолжающейся эволюции вируса имеет прямое отношение к эффективности терапии COVID-19. Критический анализ также необходим, чтобы понять, как положительно выбранные мутации шипа изменяют вирусную функцию и уклоняются от иммунного ответа.

ЛОС SARS-CoV2 и связывание ACE2

Повышенное связывание ангиотензинпревращающего фермента-2 (ACE2), обнаруженное в бета-варианте SARS-CoV-2, которое привело ко второй волне COVID-19 в 2020 году, в основном было вызвано тремя мутациями: K417N, E484K и N501Y. Изменения шипа K417N/T отличают бета- и гамма-варианты, которые имеют сопоставимое сродство к связыванию ACE2. Вариант Delta, который в апреле 2021 года вызвал самую смертоносную волну COVID-19, имел десять изменений в своем пике, включая T19R и G142D, где мутации L452R и T478K улучшали связывание ACE2. Вариант SARS-CoV-2 Omicron впервые появился с наибольшим количеством изменений в шипе, что не только значительно улучшило его связывание с ACE2, инфекционность и передачу, но также облегчило уклонение от большинства еАТ и вакцин.

Thorne Research, витамины D и K2, 25 мкг (1000 МЕ), 30 мл (1 жидк. унция)

Все 195 аминокислот, обнаруженные в RBD вируса, связаны с мутациями в шиповидном белке. Однако не все предполагаемые мутации включают связывание ACE2. Тщательное исследование мутаций, проведенное на ранних этапах пандемии COVID-19, выявило мутации в RBD, которые модифицировали связывание ACE2 и/или подходили для терапии на основе антител. Удивительно, но только шесть из 16 мутаций RBD, участвующих в иммунном уклонении от ЛОС, а именно, G339D, L452R, S477N, T478K, E484K и N501Y, были связаны с более высоким связыванием ACE2. Кроме того, путем выбора наиболее подходящих мутаций в антигенных (Ag) эпитопах положительный отбор ЛОС может быть связан с увеличением устойчивости к поствакцинальной сыворотке и сыворотке реконвалесцента.

Исследование молекулярного моделирования, проведенное группой, показало, что Omicron связывает ACE2 почти в 2,5 раза прочнее, чем исходный штамм. Это объяснялось заменами, включая T478K, Q493K и Q498R, тогда как K417N и E484A выполняли противоположные роли. Из-за этого теория о том, что мутации вызывают усиленное связывание ACE2, оказалась неэффективной для объяснения сложной природы адаптивности вирусного хозяина. Увеличение частоты мутаций в SARS-CoV-2, вероятно, является результатом чистых положительных мутаций, возникающих при нетипичных обстоятельствах, таких как иммунологический ответ хозяина, потенциальные зоонозные проявления и вирусная адаптация, а не исключительно из-за селективного давления.

Мутации в эпитопах RBD, конкурирующих с ACE2.

Команда смоделировала 3D-структуры этих mAb с бета- и гамма-RBD, чтобы изучить интерфейс. Было обнаружено, что E484K устраняет электростатический контакт с определяющей комплементарность областью H2 (CDRH2) и CDRL3 бамланивимаба, в то время как K417N растворяет контакты с CDRH2 этесевимаба. Имдевимаб и казиривимаб связывают два неперекрывающихся эпитопа на RBD, поэтому последний сохранил свою бета-нейтрализацию, тогда как нейтрализующая способность казиривимаба была значительно снижена в результате изменения E484K. Усиление взаимодействия Delta RBD-ACE2 с помощью мутаций L452R и T478K устранило способность регданвимаба нейтрализовать версию Delta.

Команда также отметила, что ускользание регданвимаба и бамланивимаба напрямую связано с N417N и E484A, что значительно снижает аффинность связывания ACE2-RBD. Это открытие также подтвердило гипотезу о том, что более высокая частота мутаций в SARS-CoV-2, вероятно, является результатом чистых положительных мутаций, возникающих при нетипичных обстоятельствах, а не повышенной аффинностью к ACE2. В свете ускользания Omicron от иммунитета и появления его подвариантов, включая BA.2, FDA обновило свое разрешение на использование двух смешанных препаратов на основе mAb, таких как смесь etesevimab/bamlanivimab и смесь casirivimab/imdevimab, при COVID-19. 

Репозиционирование mAb, ускользнувших от ЛОС, с использованием диверсификации CDR

В то время как некоторые антитела демонстрируют более высокую эффективность против летучих органических соединений, а также других сарбековирусов, другие подвергаются многочисленным мутациям, которые позволяют новым вариантам уклоняться от иммунной системы. Поскольку SARS-CoV-2 характеризовался своим эффективным уклонением от иммунного ответа, диверсификация CDR была сочтена жизнеспособным вариантом для редизайна ускользнувших антител, которые ранее были разработаны против конкретных вариантов. Этому развитию способствует информация, относящаяся к заранее определенным горячим точкам, опосредованным эпитопом-паратопом. В последнее время компания AstraZeneca использовала эти методы для повышения аффинности гибридомного AB1 к мышиному хемокиновому лиганду 20 (muCCL20).

В целом, исследование показало разработку метода, который частично имитирует предвзятую привязку определения приоритетов позы, обнаруженную в алгоритмах стыковки, а также в стратегии эвристического проектирования. Стабильность и устойчивость полученных поз к конформационным изменениям и переориентации также могут быть подтверждены моделированием поз Ab-Ag в растворителе.