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Anticorpo largamente inter-reattivo a SARS-CoV-2 RBD con resistenza robusta alla fuga mutational

La pandemia corrente della malattia 2019 (COVID-19) di coronavirus, causata dal coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo, ha avviato una caccia intensiva per gli efficaci i nuovi ed antivirals ed anticorpi repurposed, per la prevenzione ed il trattamento dell'infezione.

Una nuova pubblicazione preliminare rilasciata sul " server " del bioRxiv* indirizza un bisogno urgente - vale a dire, un anticorpo terapeutico diretto specificamente contro un antigene di tasto SARS-CoV-2 che altamente è conservato fra i simili virus e facilmente non è oltrepassata dalle mutazioni virali di fuga.

Punta-ottimizzazione degli anticorpi di neutralizzazione

SARS-CoV-2 possiede le punte multiple sulla sua superficie, che mediano il suo collegamento al recettore cellulare ospite di obiettivo, all'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) ed all'entrata virale nella cella. Le interazioni del punta-ricevitore principalmente hanno luogo al dominio dell'ricevitore-associazione (RBD) sull'sottounità S1 della punta.

L'estensione della tutela dall'infezione nel caso di SARS-CoV-2 probabilmente è collegata al titolo di neutralizzazione dell'anticorpo. Quelli con l'abilità di neutralizzazione più potente sono diretti contro il RBD e sono trovati per predominare in sieri policlonali dai pazienti convalescenti COVID-19 ed in destinatari vaccino COVID-19 come pure in anticorpi terapeutici.

Le varianti recentemente emergenti del Brasile e) SA (sudafricane mostrano i livelli di resistenza varianti dagli agli anticorpi di neutralizzazione indotti da vaccino. Questi sono caratterizzati dalle mutazioni che pregiudicano i RBD, che urtano la sua associazione a tali anticorpi.

Obiettivi di studio

Lo studio corrente cerca di esplorare entrambi l'esistenza potenziale di tali anticorpi come pure di trovare gli anticorpi che hanno vasta attività contro i coronaviruses in relazione con SAR (Sarbecoviruses). Questi sarebbero essenziali, dato il potenziale futuro per gli scoppi di altro Sarbecoviruses.

I ricercatori in questo studio hanno lavorato ad un anticorpo precedentemente riferito S309, che avvia l'attività potente dell'effettore ed ha attività di neutralizzazione contro corrente fare circolare gli isolati SARS-CoV-2 come pure SAR-CoV. Ciò è stata sviluppata come l'anticorpo terapeutico VIR-7831, che mostra l'efficacia clinica nel trattamento del COVID-19.

Il tentativo è di capire meglio come i siti o gli epitopi dell'anticorpo-associazione di RBD sono collegati con la potenza degli anticorpi di neutralizzazione, la resistenza alle mutazioni virali dell'evasione e la reattività crociata di tali anticorpi all'altro Sarbecoviruses.

I ricercatori hanno usato un comitato degli anticorpi differenti facendo uso delle analisi obbligatorie, dello scansione mutational profondo, della selezione positiva della fuga virale e delle caratteristiche biochimiche e strutturali di tali anticorpi. Sei di questi anticorpi sono stati riferiti per la prima volta in questo studio.

Gli anticorpi studiati qui limitano vari epitopi, compreso quelli che sovrappongono il motivo dell'ricevitore-associazione (RBM) nel RBD e quelli all'interno del RBM stesso e mostrano un intervallo delle affinità dell'RBD-associazione e delle potenze di neutralizzazione contro sia le particelle degli pseudoviruses che del wildtype che esprimono l'antigene della punta SARS-CoV-2.

Effetto della dimensione della mutazione di fuga

Ci sono molti siti differenti della fuga mutational, secondo l'anticorpo. Con gli epitopi funzionali stretti (una sequenza che è determinante per l'associazione dell'anticorpo), le singole o alcune mutazioni chiave potrebbero abolire l'associazione di RBD. Un tale anticorpo è S309. Altri, quale S2H13, hanno vasti epitopi funzionali.

Mappatura delle mutazioni di fuga

Per predire gli effetti di tali mutazioni, i ricercatori precedentemente avevano valutato l'effetto di tutte le mutazioni di RBD sull'affinità obbligatoria al ricevitore ACE2 e sull'più alta struttura della proteina - che determina la sua funzione.

Questi effetti si sono combinati per produrre una misura computata di quanto facile è di sfuggire alla neutralizzazione da ogni anticorpo - una mappa di mutazione di fuga. Ciò, a sua volta, riflette la tolleranza virale per tali mutazioni funzionali.

Lo studio egualmente ha esaminato la sensibilità di ogni anticorpo alle mutazioni riferite nel database di GISAID (iniziativa globale per la divisione di tutti i dati di influenza) fino al 4 marzo 2021.

I ricercatori hanno trovato che l'impatto delle mutazioni naturali nel RBD virale era molto maggior per alcuni anticorpi che per altri. Questi comprendono le mutazioni trovate nella rapido diffusione degli sforzi virali, chiamati le varianti di preoccupazione (VOCs).

Egualmente hanno trovato che dei quattro anticorpi che legano alla memoria RBD, la reattività crociata e l'associazione stretta sono state osservate con SAR-CoV e l'altro ACE2-binding Sarbecoviruses con più dell'identità dell'amminoacido di 70% nel RBD.

Inoltre, S304 e S2H97 hanno mostrato alla inter-legatura di abilità l'altro non-ACE2-binding più differente RBDs con l'identità di soltanto 64% al virus corrente.

S2H97 [è] che il più vasto anticorpo pan--sarbecovirus di RBD ha descritto fin qui.„ Le analisi di Pseudovirus hanno confermato che S2H97 neutralizza varie varianti differenti della punta sia da SARS-CoV-2- che da SAR-CoV.

Gli anticorpi che legano soltanto gli epitopi RBM-limitati mostrano l'inter-associazione molto più bassa, comprendente soltanto il RBD del SARS-CoV-2 e del pangolino CoV.

Un'individuazione unica era che S2E12 lega al RBD di tutte le varianti SARS-CoV-2 ed al pangolino CoV, che ha identità di soltanto 86% con il precedente. Ciò suggerisce che alcuni epitopi funzionali tollerino le più sostituzioni che altre all'interno del RBM costantemente evolventesi.

Base strutturale della potenza di neutralizzazione

La mappatura più iniziale di mutazione di fuga è stata usata per capire quanto le mutazioni similmente obbligatorie di fuga guardano in due dimensioni. Mostra come gli epitopi si muovono attraverso il RBM in una progressione regolare, cominciando da quell'associazione all'anticorpo LY-CoV016 di Lilly con S2X58 a quello prodotto da Regeneron, REGN10987.

La 2-D proiezione egualmente mostra quali anticorpi legano alle parti uniche del RBD. Per esempio, S2H97 si impegna con il lato della memoria RBD, sotto la cresta dell'ricevitore-associazione, adiacente al dominio del N-terminale (NTD) del protomer vicino della proteina trimeric della punta, nella configurazione chiusa.

Connettendo la potenza in vitro di neutralizzazione di vari anticorpi, il loro spettro e beni immuni obbligatori dell'evasione con questa proiezione hanno permesso una prospezione della loro base strutturale.

Base strutturale per la vasta associazione di sarbecovirus. a, generalità delle superfici mirate a largamente legando gli anticorpi di RBD. La superficie di RBD è colorata dalla variabilità del sito nell
Base strutturale per la vasta associazione di sarbecovirus. a, generalità delle superfici mirate a largamente legando gli anticorpi di RBD. La superficie di RBD è colorata dalla variabilità del sito nell'allineamento di sarbecovirus (efficace numero degli amminoacidi, della barra del disgaggio a sinistra). ACE2 (motivi chiave) indicato nel fumetto trasparente. Domini variabili dell'anticorpo indicati come fumetto, con tonalità più scura che indica la catena pesante. b, funzionalità genetiche e strutturali integranti S2H97 dell'epitopo strutturale (un taglio di 5 Å). I dettagli di Heatmap e le barre del disgaggio come nella fig. 3e, il F. Logoplots sono colorati dagli effetti di mutazione sull'espressione profilatura di RBD (vedi la barra del disgaggio, la fig. 1b). Gli asterischi nel logoplot indicano le mutazioni di fuga che introducono i motivi N-collegati della glicosilazione (NxS/T). Sotto il logoplot è una selezione del sarbecovirus stato allineato RBDs (ordinato colorato da clade come nella fig. 1d, nella fig. estesa 5a di dati). c, zumata in considerazione dell'interfaccia di S2H97/RBD, con i residui importanti di fuga e del contatto contrassegnati. la d, struttura di CryoEM dei protomers di S2H97-bound SARS-CoV-2 S. Spike è indicata in giallo, in blu ed in rosa e S2H97 Fabs nella superficie verde trasparente. Il protomer della punta di S2A4-bound dal PDB 7JVC17 è indicato nel gray ed è stato allineato all'sottounità giallo, indicante le dimensioni supplementari di RBD che si apre necessarie per accedere all'epitopo S2H97 confrontato all'anticorpo della classe A II. e, funzionalità integranti dell'epitopo strutturale S309, dettagli come dentro (b). Una riga supplementare nel foglio di prova del heatmap riflette la proporzione di tutti contatti vicini di S309/RBD (<3.5 Å) stabiliti da ogni residuo durante la simulazione di dinamica molecolare. I sarbecoviruses evidenziati identificano quelli che sfuggono all'associazione S309 e la mutazione evidenziata nell'allineamento è il contributore probabile secondo la nostra mappa di fuga. f, zumata in considerazione dell'interfaccia di S309/RBD, con i residui importanti di fuga e del contatto contrassegnati. g, simulazioni di dinamica molecolare della struttura di S309/RBD. Gli istogrammi mostrano la distribuzione della distanza minima fra gli atomi pesanti di W105HC e di E340RBD attraverso i fotogrammi di 1 NS durante la simulazione di RBD unmutated (cima e simulazione 42-µs) e P337L mutato (fondo, simulazione 91-µs) limitata a S309. La riga arancio riflette il taglio di distanza di 3,5 Å usato per definire vicino contatta. La percentuale dei telai in cui E340 e W105 sono o non sono dentro contatto vicino è contrassegnata. Vedi la fig. estesa 8c di dati per l'occupazione dell'altro S309: Contatti di RBD attraverso le simulazioni. h, funzionalità integranti dell'epitopo strutturale S2X35, dettagli come dentro (b). i, zumato in considerazione dell'interfaccia di S2X35/RBD, con i residui importanti di fuga e del contatto contrassegnati.

Gli anticorpi con la più grande abilità di neutralizzazione hanno avuti gli epitopi funzionali più stretti, leganti all'interno degli epitopi di RBM.

Per contro, quelli che legano agli epitopi di memoria RBD hanno mostrato i livelli più bassi di neutralizzazione. Naturalmente, la neutralizzazione non è il solo meccanismo della protezione contro l'infezione per gli anticorpi dell'RBD-associazione.

Anticorpi con il vasto sarbecovirus che lega universalmente obiettivo la memoria RBD, illustrante un rapporto generale tra la larghezza dell'associazione di sarbecovirus e la potenza di neutralizzazione SARS-CoV-2.„

Posizione ed evasione immune

Il numero dei mutanti di fuga di RBD all'interno dell'epitopo funzionale di ogni anticorpo (la sua “dimensione ") non è strettamente connesso alla sua posizione. Invece, gli epitopi funzionali più stretti, con meno mutazioni di fuga, hanno più alta affinità obbligatoria fra il favoloso (frammento dell'antigene-associazione) e il RBD.

Tuttavia, la posizione pregiudica il collegamento fra la dimensione dell'epitopo funzionale ed il suo potenziale per la fuga immune. Gli S2E12 e gli anticorpi S2X58 hanno simile larghezza funzionale di epitopo, a differenza dell'epitopo funzionale più stretto di S2D106.

S2E12, tuttavia, lega a ACE2-contacting cruciale gli amminoacidi, in cui le mutazioni altererebbero la piegatura secondaria del RBD, abolenti la sua funzione. Poche tali mutazioni di fuga sono state osservate.  

S2E12 può legare Sarbecoviruses multiplo che mostra l'identità significativa a SARS-CoV-2, compreso il pipistrello RaTG13 ed il pangolino CoVs. Effettivamente, una più vasta gamma di associazione fra gli anticorpi di memoria RBD indica l'alta associazione di affinità e la larghezza bassa di fuga, poiché legano ai siti con i vincoli funzionali.

Per contro, S2X58 e S2D106 legano agli epitopi che possono variare attraverso le varianti differenti SARS-CoV-2, indicanti la tolleranza funzionale.

Come previsto, dei sette anticorpi provati a selezione positiva dei mutanti di fuga, l'uso di S2X58 piombo all'emergenza delle varianti virali con il multiplo ha sparso le mutazioni. S2D106 ha permesso soltanto le mutazioni a due siti.

Le mutazioni di fuga selezionate da questi anticorpi includono L452R e E484K, come constatato nel VOCs.

Tuttavia, S2E12 seleziona per le mutazioni a pochi siti connessi con affinità obbligatoria bassa ACE2. Queste mutazioni, dal punto di vista funzionale essendo costringendo come pure sotto meno pressione di selezione dagli anticorpi naturali in sieri policlonali, non sono trovate in VOCs.

Base strutturale per le mutazioni di fuga

La ragione per questa differenza è strutturale. S2E12 che lega alla memoria di RBD causa l'imballaggio dei residui F486 e N487 di RBD all'interno di un'intercapedine idrofoba sepolta, alla giunzione delle catene pesanti e leggere dell'anticorpo. Il primo residuo stabilisce il contatto con il ricevitore ACE2, mentre il secondo forma i contatti polari con la spina dorsale dell'anticorpo.

Al contrario, le sedi del legame S2E12 quale E484 e S477, alla periferia dell'interfaccia di ACE2-RBD, hanno nell'ordine più variazione, meno dal punto di vista funzionale essendo costringendo. Ciò spiega perché S2E12 lega con alta affinità ai mutanti comuni a questi siti.

Egualmente spiega la sua associazione a RaTG13 ed al pangolino CoV, con la mutazione di F486L che permette il simile imballaggio nella stessa intercapedine idrofoba.

Con l'associazione S2D106, l'anticorpo è legato tramite un contatto polare sepolto fra RBD E484 ed i residui dell'anticorpo R96 e tramite i contatti non polari fra il RBD F490 e la regione 2 (CDR2) del dominio della complementarità della catena pesante dell'anticorpo.

Senza il ruolo indispensabile in associazione, i residui E484 e F490 può harbor facilmente le mutazioni di fuga mentre conservano la loro funzione.

Questo confronto evidenzia come un cambiamento sottile nel fuoco del RBD: l'interazione dell'anticorpo urta la robustezza di ogni anticorpo alla fuga virale, includente fra i mutanti naturali SARS-CoV-2.„

Impatto strutturale per la larghezza dell'anticorpo

Lo studio egualmente indica che S2H97 è così vasto in sua associazione attraverso Sarbecoviruses perché lega ad un sito altamente conservato fino ad ora non riconosciuto V. Durante questa associazione, la catena pesante CDR3 è imballata in una crepa del RBD che accade al centro dell'epitopo.

Ulteriormente, tutti e tre i cicli della catena pesante CDR3 e la catena leggera CDR2 fanno le interazioni polari cruciali con il RBD, rendente questo una superficie obbligatoria dal punto di vista funzionale costretta.

Le mutazioni qui alterano la piegatura di RBD, particolarmente con l'imballaggio quaternario di NTD nello stato chiuso della punta trimeric.  Inoltre, questa superficie obbligatoria è aperta soltanto con un RBD ampiamente aperto. Ciò spiega la penuria degli anticorpi a questo sito e la potenza bassa di neutralizzazione di S2H97, malgrado la sua alta affinità.

L'associazione S309 lega ad una piccola zona del RBD e così non permette la diversità significativa della struttura. Le mutazioni di fuga qui comprendono i residui E340 e P337, con le interazioni di van ed elettrostatiche der Waals con CDRH3.

Il precedente residuo è chiave al contatto dell'anticorpo. Le mutazioni al residuo P337 permettono la fuga dall'ostacolo sterico o da perdita di stabilità di E340.

L'epitopo obbligatorio stretto significa che S309 neutralizza i mutanti SARS-CoV-2 nella circolazione corrente ed egualmente lega RBDs dell'altro Sarbecoviruses che ha un E340 conservato, malgrado avere otto residui differenti all'interno dell'area obbligatoria di questo anticorpo.

S2X35 ha una grande interfaccia obbligatoria, ma la fuga qui non è a causa dei cambiamenti nelle catene laterali che sono necessarie per l'associazione dell'anticorpo. Invece, il residuo G504, una volta mutato, crea gli ostacoli sterici con D405 e la catena leggera dell'anticorpo. La mutazione D405 comporta i cambiamenti molto drastici nella sequenza. Questo potenziale basso per la fuga indica che non c'è nessuna catena laterale di RBD responsabile della sua associazione all'anticorpo, che a sua volta permette la vasta associazione di sarbecovirus.

Che cosa sono le implicazioni?

Piuttosto che una ricerca sincera per la potenza aumentata di neutralizzazione, importante come questo aspetto è, questi risultati indichi che “schermare gli anticorpi per l'associazione di alto-affinità e la larghezza di sarbecovirus identifica gli anticorpi che sono robusti ad evoluzione in corso SARS-CoV-2.„

Poichè VOCs emerge, la resistenza vaccino-suscitata dell'anticorpo è una preoccupazione importante. La maggior parte delle mutazioni del COV sono nel RBM, compreso E484, K417 e L452. Questi evitano che lega dal siero policlonale e da determinati anticorpi monoclonali terapeutici. Cinque anticorpi in questo comitato, mirante al RBM, hanno potuto essere elusi dalle mutazioni alla posizione 484.

L'uso delle mappe di fuga potrebbe contribuire ad identificare gli anticorpi che resistono allora a tale fuga immune ed alla selezione degli anticorpi terapeutici contro le varianti nella circolazione in quella località.

Il futuro può comprendere recentemente le mutazioni dominanti, compreso alcuno nel RBM che impedisce l'associazione dell'anticorpo. Quindi, gli anticorpi che riconoscono i vasti epitopi dovrebbero essere messi a fuoco sopra come pure epitopi che altamente sono conservati, compreso delle le differenze livelle del residuo fra i vari epitopi. Ciò contribuirà ad identificare ed applicare i migliori interventi che resistono a tale fuga immune sia nel pandemico corrente che in futuro.

Avviso *Important

il bioRxiv pubblica i rapporti scientifici preliminari che pari-non sono esaminati e, pertanto, non dovrebbero essere considerati conclusivi, guida la pratica clinica/comportamento correlato con la salute, o trattato come informazioni stabilite.

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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