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Anticorps grand croix-réactif à SARS-CoV-2 RBD avec la résistance robuste à l'évasion mutationnelle

La pandémie de courant de la maladie 2019 (COVID-19) de coronavirus, provoquée par le coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de syndrôme respiratoire aigu sévère, a déclenché une chasse intensive pour les antivirals efficaces et les anticorps nouveaux et repurposed, pour la prévention et la demande de règlement de l'infection.

Un prétirage neuf relâché sur les adresses du serveur de bioRxiv* un besoin urgent - à savoir, un anticorps thérapeutique dirigé particulièrement contre un antigène de la clavette SARS-CoV-2 qui est hautement économisé parmi les virus assimilés, et n'est pas facilement dérivé par des mutations virales d'évasion.

Pointe-désignation d'objectifs des anticorps de neutralisation

SARS-CoV-2 possède les pointes multiples sur sa surface, qui négocient sa pièce d'assemblage au récepteur de cellule hôte d'objectif, à l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2), et à l'entrée virale dans la cellule. Les interactions de pointe-récepteur ont lieu en grande partie au domaine récepteur-grippant (RBD) sur la sous-unité S1 de la pointe.

L'ampleur de la protection contre l'infection dans le cas de SARS-CoV-2 est probablement liée au titre de neutralisation d'anticorps. Ceux avec la capacité de neutralisation la plus efficace sont dirigés contre le RBD et s'avèrent pour prédominer en sérums polyclonaux des patients COVID-19 convalescents et dans les bénéficiaires COVID-19 vacciniques, ainsi qu'en anticorps thérapeutiques.

Les variantes récent apparues du Sud africain (SA) et du Brésil montrent les niveaux de résistance variables aux anticorps de neutralisation vaccin-induits. Celles-ci sont caractérisées par des mutations affectant les RBD, qui influencent son grippement à de tels anticorps.

Objectifs d'étude

L'étude actuelle recherche à explorer les deux l'existence potentielle de tels anticorps, ainsi qu'à trouver les anticorps qui ont l'activité grande contre les coronaviruses radar à ouverture synthétique Radar à ouverture synthétique (Sarbecoviruses). Ce seraient essentiel, vu le futur potentiel pour des manifestations de l'autre Sarbecoviruses.

Les chercheurs dans cette étude ont travaillé à un anticorps précédemment rapporté S309, qui déclenche l'activité effectrice efficace et a l'activité de neutralisation contre diffuser actuel les isolats SARS-CoV-2 ainsi que Radars à ouverture synthétique-CoV. Ceci a été développé comme anticorps thérapeutique VIR-7831, qui montre l'efficacité clinique en traitant COVID-19.

La tentative est de comprendre mieux comment les sites anticorps-grippants ou des épitopes de RBD sont liés au pouvoir des anticorps de neutralisation, à la résistance aux mutations virales d'évasion, et à l'activité hétérospécifique de tels anticorps à l'autre Sarbecoviruses.

Les chercheurs se sont servis d'une Commission de différents anticorps utilisant des analyses obligatoires, la lecture mutationnelle profonde, le choix positif de l'évasion virale, et les caractéristiques biochimiques et structurelles de tels anticorps. Six de ces anticorps étaient rapportés pour la première fois dans cette étude.

Les anticorps étudiés ici bondissent un grand choix d'épitopes, y compris ceux qui superposent le motif récepteur-grippant (RBM) dans le RBD, et ceux dans le RBM lui-même, et montrent une gamme des affinités RBD-grippantes et des pouvoirs de neutralisation contre des particules de wildtype et de pseudoviruses exprimant l'antigène de la pointe SARS-CoV-2.

Effet de taille de mutation d'évasion

Il y a beaucoup de différents sites d'évasion mutationnelle, selon l'anticorps. Avec des épitopes fonctionnels étroits (une séquence qui est essentiel au grippement d'anticorps), des mutations uniques ou quelques principales pourraient supprimer le grippement de RBD. Un tel anticorps est S309. D'autres, tel que S2H13, ont des épitopes fonctionnels grands.

Cartographie des mutations d'évasion

Afin de prévoir les effets de telles mutations, les chercheurs avaient précédemment évalué l'effet de toutes les mutations de RBD sur l'affinité obligatoire au récepteur ACE2, et sur la structure plus élevée de la protéine - qui détermine son fonctionnement.

Ces effets ont été combinés pour produire une mesure calculée d'à quel point elle facile est d'échapper à la neutralisation par chaque anticorps - un plan de mutation d'évasion. Ceci, consécutivement, réfléchit la tolérance virale pour de telles mutations fonctionnelles.

L'étude a également examiné la sensibilité de chaque anticorps aux mutations rapportées dans la base de données de GISAID (initiative globale pour partager toutes les caractéristiques de grippe) jusqu'au 4 mars 2021.

Les chercheurs ont constaté que le choc des mutations naturelles dans le RBD viral était beaucoup plus grand pour quelques anticorps que pour d'autres. Ceux-ci comprennent des mutations trouvées dans les souches virales de rapide-propagation, appelées les variantes de la préoccupation (VOCs).

Ils ont également constaté que des quatre anticorps qui grippent au faisceau RBD, l'activité hétérospécifique et le grippement serré ont été observés avec Radars à ouverture synthétique-CoV et tout autre ACE2-binding Sarbecoviruses avec plus de l'identité acide aminée de 70% dans le RBD.

De plus, S304 et S2H97 ont montré au croix-grippage de capacité l'autre non-ACE2-binding plus différent RBDs avec l'identité seulement de 64% au virus actuel.

« S2H97 [est] que l'anticorps du carter-sarbecovirus le plus grand RBD a décrit jusqu'à présent. » Les analyses de Pseudovirus ont confirmé que S2H97 neutralise un grand choix de différentes variantes de pointe de SARS-CoV-2- et de Radars à ouverture synthétique-CoV.

Les anticorps qui grippent seulement des épitopes RBM-restreints montrent croix-gripper beaucoup inférieur, concernant seulement le RBD du SARS-CoV-2 et du pangolin CoV.

Une seule conclusion était que S2E12 grippe au RBD de toutes les variantes SARS-CoV-2 et au pangolin CoV, qui a l'identité seulement de 86% avec l'ancien. Ceci propose que quelques épitopes fonctionnels tolèrent plus de remplacements que d'autres dans le RBM continuellement en évolution.

Base structurelle de pouvoir de neutralisation

Le mappage plus tôt de mutation d'évasion a été employé pour comprendre comment les mutations assimilé obligatoires d'évasion examinent dans deux cotes. Il montre comment les épitopes déménagent en travers du RBM dans une étape progressive douce, commençant de cela qui grippe à l'anticorps LY-CoV016 de Lilly par S2X58 à cela produit par Regeneron, REGN10987.

La 2-D projection montre également quels anticorps grippent à de seules parties du RBD. Par exemple, S2H97 engage dans le côté du faisceau RBD, en dessous de l'arête récepteur-grippante, à côté du domaine de N-terminal (NTD) du protomer voisin de la protéine trimeric de pointe, dans la configuration fermée.

Branchant le pouvoir in vitro de neutralisation des anticorps variés, leur spectre et propriétés immunisées obligatoires d'évasion à cette projection ont permis une exploration de leur base structurelle.

Base structurelle pour le grippement grand de sarbecovirus. a, synthèse des surfaces visées en grippant grand des anticorps de RBD. La surface de RBD est colorée par variabilité de site en cadrage de sarbecovirus (nombre efficace des acides aminés, de la barre d
Base structurelle pour le grippement grand de sarbecovirus. a, synthèse des surfaces visées en grippant grand des anticorps de RBD. La surface de RBD est colorée par variabilité de site en cadrage de sarbecovirus (nombre efficace des acides aminés, de la barre d'écaille à la gauche). ACE2 (motifs principaux) montré dans la bande dessinée transparente. Domaines variables d'anticorps montrés comme bande dessinée, avec une nuance plus foncée indiquant le réseau lourd. b, caractéristiques génétiques et structurelles intégratrices de l'épitope S2H97 structurel (coupure de 5 Å). Les petits groupes de Heatmap et les barres d'écaille comme dans fig. 3e, F. Logoplots sont colorés par des effets de mutation sur l'expression pliée de RBD (voir la barre d'écaille, fig. 1B). Les astérisques dans le logoplot indiquent les mutations d'évasion qui introduisent les motifs N-joints de glycosylation (NxS/T). En dessous du logoplot est un choix de sarbecovirus aligné RBDs (coloré ordonnancé par le clade comme dans fig. 1d, fig. étendue 5a de caractéristiques). c, changé de plan en raison de la surface adjacente de S2H97/RBD, avec les résidus importants de contact et d'évasion marqués. d, structure de CryoEM des protomers de S2H97-bound SARS-CoV-2 S. Spike sont montrés dans jaune, bleu, et rose, et S2H97 Fabs dans la surface verte transparente. Le protomer de pointe de S2A4-bound d'APB 7JVC17 est montré dans le gris et aligné sur la sous-unité jaune, indiquant l'ampleur complémentaire de RBD s'ouvrant nécessaire pour atteindre l'épitope S2H97 comparé à un anticorps de la classe II. e, caractéristiques intégratrices de l'épitope S309 structurel, petits groupes comme en (b). Une rangée complémentaire dans le transparent de heatmap réfléchit la proportion de tous les contacts proches de S309/RBD (<3.5 Å) établis par chaque résidu pendant la simulation de dynamique moléculaire. Les sarbecoviruses mis en valeur recensent ceux qui échappent au grippement S309, et la mutation mise en valeur en cadrage est le contributeur susceptible selon notre plan d'évasion. f, changé de plan en raison de la surface adjacente de S309/RBD, avec les résidus importants de contact et d'évasion marqués. g, simulations de dynamique moléculaire de la structure de S309/RBD. Les histogrammes montrent la distribution de la distance minimum entre les atomes lourds d'E340RBD et de W105HC en travers des bâtis de 1 NS pendant la simulation de RBD unmutated (haut et simulation 42-µs) et par P337L muté (bas, simulation 91-µs) liée à S309. La ligne orange réfléchit la coupure de distance de 3,5 Å employée pour définir le contact étroit. Le pourcentage des bâtis dans lesquels E340 et W105 sont ou ne sont pas en contact étroit est marqué. Voir la fig. étendue 8c de caractéristiques pour l'occupation de l'autre S309 : Contacts de RBD en travers des simulations. h, caractéristiques intégratrices de l'épitope S2X35 structurel, petits groupes comme en (b). i, changé de plan en raison de la surface adjacente de S2X35/RBD, avec les résidus importants de contact et d'évasion marqués.

Les anticorps avec la capacité de neutralisation la plus grande ont eu les épitopes fonctionnels les plus étroits, grippant dans les épitopes de RBM.

Réciproquement, ceux grippant aux épitopes du faisceau RBD ont montré des niveaux plus bas de neutralisation. Naturellement, la neutralisation n'est pas le seul mécanisme de la protection contre l'infection pour les anticorps RBD-grippants.

Anticorps avec le sarbecovirus grand grippant universellement l'objectif le faisceau RBD, illustrant un compromis général entre la largeur du grippement de sarbecovirus et le pouvoir de la neutralisation SARS-CoV-2. »

Emplacement et évasion immunisée

Le nombre de mutants d'évasion de RBD dans l'épitope fonctionnel de chaque anticorps (sa « taille ") n'est pas étroitement lié à son emplacement. Au lieu de cela, des épitopes fonctionnels plus étroits, avec moins mutations d'évasion, ont une affinité obligatoire plus élevée entre l'ouvrier (éclat antigène-grippant) et le RBD.

Cependant, l'emplacement affecte la tige entre la taille de l'épitope fonctionnel et son potentiel pour l'évasion immunisée. Les S2E12 et les anticorps S2X58 ont la largeur fonctionnelle assimilée d'épitope, à la différence de l'épitope fonctionnel plus étroit de S2D106.

S2E12, cependant, grippe à ACE2-contacting essentiel des acides aminés, où les mutations nuiraient le pliage secondaire du RBD, supprimant son fonctionnement. On a observé peu de telles mutations d'évasion.  

S2E12 peut gripper Sarbecoviruses multiple montrant l'identité significative à SARS-CoV-2, y compris "bat" RaTG13 et le pangolin CoVs. En effet, un choix plus large de grippement parmi des anticorps du faisceau RBD indique le grippement élevé d'affinité et la largeur inférieure d'évasion, puisqu'ils grippent aux sites avec des contraintes fonctionnelles.

Réciproquement, S2X58 et S2D106 grippent aux épitopes qui peuvent varier en travers des différentes variantes SARS-CoV-2, indiquant la tolérance fonctionnelle.

Comme prévu, des sept anticorps testés pour le choix positif des mutants d'évasion, l'utilisation de S2X58 mené à l'émergence des variantes virales avec le multiple a dispersé des mutations. S2D106 a permis seulement des mutations à deux sites.

Les mutations d'évasion sélectées par ces anticorps comprennent L452R et E484K, comme trouvé dans le VOCs.

Cependant, S2E12 sélecte pour des mutations à peu de sites liés à l'affinité ACE2 obligatoire inférieure. Ces mutations, étant fonctionellement contraint ainsi que sous moins de pression de choix par des anticorps naturels en sérums polyclonaux, ne sont pas trouvées dans VOCs.

Base structurelle pour des mutations d'évasion

La raison de cette différence est structurelle. S2E12 grippant au faisceau de RBD entraîne l'emballage des résidus F486 et N487 de RBD dans une cavité hydrophobe enterrée, à la jonction des réseaux lourds et légers d'anticorps. Le premier résidu établit le contact avec le récepteur ACE2, alors que le deuxième forme les contacts polaires avec le réseau général d'anticorps.

En revanche, les accepteurs S2E12 tels qu'E484 et les S477, à la périphérie de la surface adjacente d'ACE2-RBD, ont plus de variation dans l'ordre, étant moins fonctionellement contraint. Ceci explique pourquoi S2E12 grippe avec l'affinité élevée aux mutants courants à ces sites.

Il explique également son grippement à RaTG13 et à pangolin CoV, avec la mutation de F486L qui permet l'emballage assimilé dans la même cavité hydrophobe.

Avec le grippement S2D106, l'anticorps est attaché par un contact polaire enterré entre RBD E484 et résidus de l'anticorps R96, et par les contacts non polaires entre le RBD F490 et la région 2 (CDR2) de domaine de complémentarité de réseau lourd de l'anticorps.

Sans le rôle indispensable en grippant, les résidus E484 et F490 peut facilement héberger des mutations d'évasion tout en maintenant leur fonctionnement.

Cette comparaison met en valeur comment un changement subtile du centre du RBD : l'interaction d'anticorps influence la robustesse de chaque anticorps à l'évasion virale, comprenant parmi les mutants SARS-CoV-2 naturels. »

Choc structurel pour la largeur d'anticorps

L'étude prouve également que S2H97 est si grand dans son grippement en travers de Sarbecoviruses parce qu'il grippe à un site fortement économisé jusque là non reconnu V. Pendant ce grippement, le réseau lourd CDR3 est bourré dans une crevasse du RBD se produisant au centre de l'épitope.

Supplémentaire, chacune des trois boucles et le réseau léger CDR2 du réseau lourd CDR3 effectuent des interactions polaires essentielles avec le RBD, effectuant à ceci une surface obligatoire fonctionellement contrainte.

Les mutations ici nuisent le pliage de RBD, particulièrement avec l'emballage quaternaire de NTD dans la condition fermée de la pointe trimeric.  D'ailleurs, cette surface obligatoire est ouverte seulement avec un RBD largement ouvert. Ceci explique le manque des anticorps à ce site et le pouvoir inférieur de neutralisation de S2H97, en dépit de son affinité élevée.

Le grippement S309 grippe à une petite région du RBD et ne permet pas ainsi la diversité significative de la structure. Les mutations d'évasion ici concernent les résidus E340 et P337, des interactions électrostatiques et de van der Waals avec CDRH3.

Le résidu ancien est principal au contact d'anticorps. Les mutations au résidu P337 permettent l'évasion par obstacle stérique ou par la perte de stabilité d'E340.

L'épitope obligatoire étroit signifie que S309 neutralise les mutants SARS-CoV-2 dans la circulation actuelle et grippe également RBDs de l'autre Sarbecoviruses qui ont un E340 économisé, en dépit de avoir huit résidus différents dans l'endroit obligatoire de cet anticorps.

S2X35 a une grande surface adjacente obligatoire, mais l'évasion ici n'est pas à cause des changements des chaînes latérales qui sont nécessaires pour le grippement d'anticorps. Au lieu de cela, le résidu G504, une fois muté, produit des obstacles stériques avec D405 et le réseau léger de l'anticorps. La mutation D405 nécessite les changements très drastiques de la séquence. Ce potentiel inférieur pour l'évasion indique qu'aucune chaîne latérale de RBD n'est responsable de son grippement à l'anticorps, qui permet consécutivement le grippement grand de sarbecovirus.

Quelles sont les implications ?

Plutôt qu'une recherche unique pour le plus grand pouvoir de la neutralisation, important comme cet aspect est, ces résultats indiquez que « examiner des anticorps pour le grippement de haut-affinité et la largeur de sarbecovirus recense les anticorps qui sont robustes à l'évolution SARS-CoV-2 actuelle. »

Car VOCs apparaissent, la résistance vaccin-obtenue d'anticorps est une préoccupation importante. La plupart des mutations de COV sont dans le RBM, y compris E484, K417 et L452. Celles-ci empêchent gripper par le sérum polyclonal et certains anticorps monoclonaux thérapeutiques. Cinq anticorps dans cette Commission, visant le RBM, ont pu être éludés par des mutations à la position 484.

L'utilisation des plans d'évasion pourrait aider à recenser les anticorps qui résistent à une telle évasion immunisée et au choix des anticorps thérapeutiques contre les variantes dans la circulation alors dans cette localité.

Le contrat à terme peut comprendre neuf des mutations dominantes, y compris certains dans le RBM qui évite le grippement d'anticorps. Ainsi, des anticorps qui identifient des épitopes grands devraient être orientés en circuit, ainsi que les épitopes qui sont hautement économisés, y compris des différences niveau du résidu parmi les épitopes variés. Ceci aidera à recenser et mettre en application de meilleures interventions qui résistent à une telle évasion immunisée dans l'universel actuel et à l'avenir.

Avis *Important

le bioRxiv publie les états scientifiques préliminaires qui pair-ne sont pas observés et ne devraient pas, en conséquence, être considérés comme concluants, guident la pratique clinique/comportement relatif à la santé, ou traité en tant qu'information déterminée.

Journal reference:
Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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