В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science Immunology , исследователи описали модель мыши, используемую для создания рекомбинантного антитела на основе тяжелой цепи (HC) V H 1-2 и легкой цепи (LC) V κ 1-33, которое в целом нейтрализовало все Варианты коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), включая недавно появившийся подвариант Omicron BA.5.

Исследование: антитело от одной мыши с реаранжировкой V H человека нейтрализует все варианты SARS-CoV-2 через BA.5, ингибируя слияние мембран . ​​​​​​Изображение предоставлено: NIAID

Фон

Моноклональные антитела человека, полученные из В-клеток пациентов, инфицированных ранними вариантами SARS-CoV-2, и от вакцинированных лиц быстро теряют свою эффективность с появлением новых подвариантов Омикрона. Спайковый белок SARS-CoV-2 связывается с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) на поверхности клетки-хозяина. Белок шипа состоит из нековалентно связанных субъединиц S1, которая содержит домен связывания рецептора (RBD), и S2, который закрепляет белок шипа и образует пору слияния после расщепления белка шипа. 

Нейтрализующие антитела против SARS-CoV-2 ингибируют связывание RBD с рецептором ACE2 путем прямого связывания с мотивом связывания рецептора ACE2 (RBM) или связывания вне RBM и ингибирования связывания ACE2. Некоторые нейтрализующие антитела не ингибируют связывание рецептора ACE2, но предотвращают инфицирование клетки SARS-CoV-2 путем дестабилизации тримера шиповидного белка.

Разнообразие антител определяется последовательностями вариабельной области, кодирующей антиген-контактную область комплементарности-3 (CDR3), которые лежат в сегментах V H и V κ гена иммуноглобулина. Процесс рекомбинации V(D)J может генерировать разнообразный репертуар антител и представлять потенциальные терапевтические возможности для борьбы с SARS-CoV-2 и его вариантами.

Об исследовании

В настоящем исследовании использовалась гуманизированная модель мыши для создания репертуара первичных В-клеточных рецепторов (BCR) с использованием рекомбинации V(D)J человеческих HC V H 1-2 и LC V κ человека. 1-33. Модификации нематричных соединений во время рекомбинации V(D)J генерировали разнообразные последовательности CDR3, контактирующие с антигеном, что приводило к разнообразному гуманизированному первичному репертуару BCR. Этих гуманизированных мышей впоследствии иммунизировали иммуногенами шиповидных белков из исходного штамма Wuhan-Hu-1 SARS-CoV-2 для получения терапевтических моноклональных антител.

Гуманизированные мыши, несущие гены иммуноглобулина, ранее давали моноклональные антитела, которые успешно нейтрализовали некоторые варианты SARS-CoV-2, но не были разработаны для получения антител, нейтрализующих подварианты Omicron, циркулирующие в настоящее время в популяции. Таким образом, исследователи использовали способность модификаций соединения V(D)J генерировать разнообразные последовательности CDR3, контактирующие с антигеном, которые кодируются сегментами V H и V κ , для получения больших первичных репертуаров BCR человека, которые потенциально могли бы нейтрализовать все вирусы SARS. Варианты CoV-2.

Полученные результаты

Результаты исследования сообщают о создании нескольких нейтрализующих антител на основе V H 1-2/V κ 1-33, два из которых (VHH7-5-82 и VHH7-7-53) были аналогичны более ранним антителам по механизму действия. действие. Они блокировали спайковый белок SARS-CoV-2, связываясь с перекрывающимся эпитомом RBM. Тем не менее, в исследовании также сообщается о широко нейтрализующем антителе SP1-11, которое ингибирует инфекцию SARS-CoV-2 с помощью механизма связывания рецептора, отличного от ACE2.

SP1-77 эффективно нейтрализовал летучие органические соединения SARS-CoV-2, включая подварианты Omicron. ( A ) В таблице показана нейтрализующая активность (IC 50 : вверху; IC 80 : внизу) трех моноклональных антител против всех представляющих интерес вариантов (VOC) и некоторых представляющих интерес вариантов (VOI) в анализах нейтрализации псевдовирусов . Эксперименты проводились на клетках 293 T/ACE2. Кривые нейтрализации показаны на рис. S4A. Мутации шиповидных белков различных вариантов перечислены в таблице S4. Данные были репрезентативными для двух биологически независимых экспериментов для большинства летучих органических соединений и VOI, но для одного эксперимента для BA.3. Каждый независимый эксперимент содержал 2 технические повторности. ИС 50  и ИС 80 значения были закодированы цветом на основе ключа, показанного справа. ( B ) В таблице показана нейтрализующая активность трех антител против ЛОС в анализах нейтрализации живого вируса PRNT. Кривые нейтрализации представлены на рис. S4C. Данные были репрезентативными для одного независимого эксперимента с 2 техническими повторами. Значения IC 50  и IC 90  были закодированы цветом на основе ключа, показанного справа. ( C ) Окончательная 3D-реконструкция комплексов Fab-S, показанная на виде сверху и сбоку, где S выделена серым цветом, а Fabs окрашены (SP1-77: зеленый; VHH7-5-82: синий; VHH7-7-53: пурпурный). .

Антитело SP1-77 связывается с RBD шиповидного белка, ингибируя диссоциацию субъединицы S1 и предотвращая активацию пептида слияния на субъединице S2, в конечном итоге препятствуя образованию пор слияния и проникновению вируса. Кроме того, анализы на псевдовирусы показали, что антитело SP1-77 обладает более широкой нейтрализующей активностью, чем VHH7-5-82 и VHH7-7-53, и нейтрализует все варианты SARS-CoV-2, включая последний подвариант Omicron BA.5.

Анализ решетчатой ​​световой микроскопии (LLSM) показал, что SP1-77 не ингибирует эндоцитоз проникновения SARS-CoV-2, но нейтрализует вирус, предотвращая слияние вирусной мембраны с клеткой-хозяином. Кроме того, исследования с помощью криогенной электронной микроскопии (Cryo-EM) показали, что SP1-77 связывается с другим эпитопом RBD SARS-CoV-2 по сравнению с другими охарактеризованными нейтрализующими антителами.

Выводы

В заключение, в этом исследовании сообщается о создании широко нейтрализующего моноклонального антитела, разработанного с использованием гуманизированной мышиной модели, несущей одиночные сегменты тяжелой цепи V H 1-2 (HC) и легкой цепи V κ 1-33 (LC). Антитело SP1-77 отличается от предыдущих моноклональных антител механизмом ингибирования SARS-CoV-2, а также эпитопом связывания RBD SARS-CoV-2.

По мнению авторов, необходимы будущие мутагенные исследования, чтобы понять специфические остатки, которые определяют связывание SP1-77 с RBD. Исследования нейтрализации живого вируса, устанавливающие эффективность антитела in vivo , также необходимы для подтверждения терапевтического потенциала этого антитела. Нетрадиционный механизм нейтрализации, проявляемый SP1-77, также может влиять на стратегии вакцинации против вновь появляющихся вариантов SARS-CoV-2.

В целом, исследование создало успешный прототип для использования моделей гуманизированных мышей, несущих сегменты V H и V κ , для создания разнообразных антител и продемонстрировало потенциал использования моделей мышей для разработки гуманизированных антител против различных патогенов.