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Anticorpo amplamente cruz-reactivo a SARS-CoV-2 RBD com resistência robusta ao escape mutational

A pandemia actual da doença 2019 do coronavirus (COVID-19), causada pelo coronavirus 2 da Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2), provocou uma caça intensiva para antivirais eficazes e anticorpos novos e repurposed, para a prevenção e o tratamento da infecção.

Uma pré-impressão nova liberada no server do bioRxiv* endereça uma necessidade urgente - a saber, um anticorpo terapêutico dirigido especificamente contra um antígeno da chave SARS-CoV-2 que seja conservado altamente entre vírus similares, e não é contorneada facilmente por mutações virais do escape.

Estudo: Anticorpos ao domínio SARS-CoV-2 receptor-obrigatório que maximizam a largura e a resistência ao escape viral. Crédito de imagem: Estúdio/Shutterstock de Borealis da corona

Ponto-visando anticorpos de neutralização

SARS-CoV-2 possui os pontos múltiplos em sua superfície, que negociam seu acessório ao receptor da pilha de anfitrião do alvo, à enzima deconversão 2 (ACE2), e à entrada viral na pilha. As interacções do ponto-receptor ocorrem na maior parte no domínio receptor-obrigatório (RBD) na subunidade S1 do ponto.

A extensão de protecção da infecção no caso de SARS-CoV-2 é ligada provavelmente ao titer de neutralização do anticorpo. Aqueles com a capacidade de neutralização a mais poderoso são dirigidos contra o RBD e encontrados para predominar em soros polyclonal dos pacientes COVID-19 convalescentes e nos receptores COVID-19 vacinais, assim como em anticorpos terapêuticos.

Emerso recentemente para o sul - o africano (SA) e as variações de Brasil mostram níveis de resistência de variação aos anticorpos de neutralização vacina-induzidos. Estes são caracterizados pelas mutações que afetam os RBD, que impactam seu emperramento a tais anticorpos.

Alvos do estudo

O estudo actual procura explorar ambos a existência potencial de tais anticorpos, assim como encontrar os anticorpos que têm a actividade larga contra coronaviruses SARS-relacionados (Sarbecoviruses). Estes seriam essenciais, dado o potencial futuro para manifestações do outro Sarbecoviruses.

Os pesquisadores neste estudo trabalharam em um anticorpo previamente relatado S309, que provocasse a actividade poderoso do effector e tivesse a actividade de neutralização contra actualmente a circulação dos isolados SARS-CoV-2 assim como SARS-CoV. Isto foi desenvolvido como o anticorpo terapêutico VIR-7831, que mostra a eficácia clínica em tratar COVID-19.

A tentativa é compreender melhor como os locais anticorpo-obrigatórios ou os resumos de RBD são relacionados à potência de anticorpos de neutralização, à resistência às mutações virais da evasão, e à reactividade cruzada de tais anticorpos ao outro Sarbecoviruses.

Os pesquisadores utilizaram um painel de anticorpos diferentes usando ensaios obrigatórios, a exploração mutational profunda, a selecção positiva do escape viral, e as características bioquímicas e estruturais de tais anticorpos. Seis destes anticorpos foram relatados pela primeira vez neste estudo.

Os anticorpos estudados aqui limitam uma variedade de resumos, incluindo aqueles que sobrepor o motivo receptor-obrigatório (RBM) no RBD, e aqueles dentro do RBM próprio, e mostram uma escala de afinidaoes RBD-obrigatórias e de potências de neutralização contra as partículas do wildtype e dos pseudoviruses que expressam o antígeno do ponto SARS-CoV-2.

Efeito do tamanho da mutação do escape

Há muitos locais diferentes do escape mutational, segundo o anticorpo. Com resumos funcionais estreitos (uma seqüência que é crucial ao emperramento do anticorpo), únicas ou algumas mutações chaves poderiam abulir o emperramento de RBD. Um tal anticorpo é S309. Outro, tais como S2H13, têm resumos funcionais largos.

Traçando mutações do escape

A fim prever os efeitos de tais mutações, os investigador tinham avaliado previamente o efeito de todas as mutações de RBD na afinidade obrigatória ao receptor ACE2, e na estrutura mais alta da proteína - que determina sua função.

Estes efeitos foram combinados para produzir uma medida computada de como fácil é escapar a neutralização por cada anticorpo - um mapa da mutação do escape. Isto, por sua vez, reflecte a tolerância viral para tais mutações funcionais.

O estudo igualmente olhou na sensibilidade de cada anticorpo às mutações relatadas na base de dados de GISAID (iniciativa global para compartilhar de todos os dados da gripe) até o 4 de março de 2021.

Os pesquisadores encontraram que o impacto de mutações naturais no RBD viral era muito maior para alguns anticorpos do que para outro. Estes incluem as mutações encontradas em rápido-espalhar as tensões virais, chamadas as variações do interesse (VOCs).

Igualmente encontraram que dos quatro anticorpos que ligam ao núcleo RBD, a reactividade cruzada e o emperramento apertado foram observados com SARS-CoV e o outro ACE2-binding Sarbecoviruses com sobre identidade do ácido aminado de 70% no RBD.

Além, S304 e S2H97 mostraram ao cruz-ligamento da capacidade o outro non-ACE2-binding mais diferente RBDs com identidade de somente 64% ao vírus actual.

S2H97 [é] que o anticorpo o mais largo da bandeja-sarbecovirus RBD descreveu até agora.” Os ensaios de Pseudovirus confirmaram que S2H97 neutraliza uma variedade de variações diferentes do ponto de SARS-CoV-2- e de SARS-CoV.

Os anticorpos que ligam somente resumos RBM-restritos mostram uma cruz-ligação muito mais baixa, envolvendo somente o RBD do SARS-CoV-2 e do pangolin CoV.

Encontrar original era que S2E12 liga ao RBD de todas as variações SARS-CoV-2 e ao pangolin CoV, que tem a identidade de somente 86% com o anterior. Isto sugere que alguns resumos funcionais tolerem mais substituições do que outro dentro do RBM constantemente em desenvolvimento.

Base estrutural da potência da neutralização

O traço mais adiantado da mutação do escape foi usado para compreender como as mutações similarmente obrigatórias do escape olham em duas dimensões. Mostra como os resumos se movem através do RBM em uma progressão lisa, começando disso que liga ao anticorpo LY-CoV016 de Lilly com S2X58 àquele produzido por Regeneron, REGN10987.

A 2-D projecção igualmente mostra que anticorpos ligam às partes originais do RBD. Por exemplo, S2H97 contrata com o lado do núcleo RBD, abaixo do cume receptor-obrigatório, junto ao domínio do N-terminal (NTD) do protomer vizinho da proteína trimeric do ponto, na configuração fechado.

Conectando in vitro a potência da neutralização de vários anticorpos, seus espectro e propriedades imunes obrigatórios da evasão com esta projecção permitiram uma exploração de sua base estrutural.

Base estrutural para o emperramento largo do sarbecovirus. a, vista geral das superfícies visadas amplamente ligando anticorpos de RBD. A superfície de RBD é colorida pela variabilidade do local no alinhamento do sarbecovirus (número eficaz de ácidos aminados, de barra da escala na esquerda). ACE2 (motivos chaves) mostrado em desenhos animados transparentes. Domínios variáveis do anticorpo mostrados como desenhos animados, com a máscara mais escura que indica a corrente pesada. b, características genéticas e estruturais Integrative do resumo S2H97 estrutural (interrupção de 5 Å). Os detalhes de Heatmap e as barras da escala como em Fig. 3e, F. Logoplots são coloridos por efeitos da mutação na expressão dobrada de RBD (veja a barra da escala, Fig. 1b). Os asteriscos no logoplot indicam as mutações do escape que introduzem os motivos N-ligados do glycosylation (NxS/T). Abaixo do logoplot é uma selecção do sarbecovirus alinhado RBDs (arranjado em seqüência colorido pelo clade como em Fig. 1d, em Fig. prolongado 5a dos dados). c, zumbido em virtude da relação de S2H97/RBD, com os resíduos importantes do contacto e do escape etiquetados. d, estrutura de CryoEM de protomers de S2H97-bound SARS-CoV-2 S. Ponto é mostrado em amarelo, em azul, e em cor-de-rosa, e S2H97 Fabs na superfície transparente do verde. O protomer do ponto de S2A4-bound de PDB 7JVC17 é mostrado no cinza e alinhado à subunidade amarela, indicando a extensão adicional de RBD que abre necessária alcançar o resumo S2H97 comparado a um anticorpo da classe II. e, características Integrative do resumo S309 estrutural, detalhes como em (b). Uma fileira adicional na folha de prova do heatmap reflecte a proporção de tudo os contactos próximos de S309/RBD (<3.5 Å) feitos por cada resíduo durante a simulação da dinâmica molecular. Os sarbecoviruses destacados identificam aqueles que escapam o emperramento S309, e a mutação destacada no alinhamento é o contribuinte provável de acordo com nosso mapa do escape. f, zumbido em virtude da relação de S309/RBD, com os resíduos importantes do contacto e do escape etiquetados. g, simulações da dinâmica molecular da estrutura de S309/RBD. Os histogramas mostram a distribuição da distância mínima entre átomos pesados de E340RBD e de W105HC através dos quadros de 1 ns durante a simulação de RBD unmutated (parte superior, simulação 42-µs) e P337L transformado (parte inferior, simulação 91-µs) limitada a S309. A linha alaranjada reflecte a interrupção da distância de 3,5 Å usada para definir perto contacta. A porcentagem dos quadros em que E340 e W105 são ou não são dentro contacto próximo é etiquetada. Veja Fig. prolongado 8c dos dados para o manutenção do outro S309:Contactos de RBD através das simulações. h, características Integrative do resumo S2X35 estrutural, detalhes como em (b). mim, zumbido em virtude da relação de S2X35/RBD, com os resíduos importantes do contacto e do escape etiquetados.
Base estrutural para o emperramento largo do sarbecovirus. a, vista geral das superfícies visadas amplamente ligando anticorpos de RBD. A superfície de RBD é colorida pela variabilidade do local no alinhamento do sarbecovirus (número eficaz de ácidos aminados, de barra da escala na esquerda). ACE2 (motivos chaves) mostrado em desenhos animados transparentes. Domínios variáveis do anticorpo mostrados como desenhos animados, com a máscara mais escura que indica a corrente pesada. b, características genéticas e estruturais Integrative do resumo S2H97 estrutural (interrupção de 5 Å). Os detalhes de Heatmap e as barras da escala como em Fig. 3e, F. Logoplots são coloridos por efeitos da mutação na expressão dobrada de RBD (veja a barra da escala, Fig. 1b). Os asteriscos no logoplot indicam as mutações do escape que introduzem os motivos N-ligados do glycosylation (NxS/T). Abaixo do logoplot é uma selecção do sarbecovirus alinhado RBDs (arranjado em seqüência colorido pelo clade como em Fig. 1d, em Fig. prolongado 5a dos dados). c, zumbido em virtude da relação de S2H97/RBD, com os resíduos importantes do contacto e do escape etiquetados. d, estrutura de CryoEM de protomers de S2H97-bound SARS-CoV-2 S. Ponto é mostrado em amarelo, em azul, e em cor-de-rosa, e S2H97 Fabs na superfície transparente do verde. O protomer do ponto de S2A4-bound de PDB 7JVC17 é mostrado no cinza e alinhado à subunidade amarela, indicando a extensão adicional de RBD que abre necessária alcançar o resumo S2H97 comparado a um anticorpo da classe II. e, características Integrative do resumo S309 estrutural, detalhes como em (b). Uma fileira adicional na folha de prova do heatmap reflecte a proporção de tudo os contactos próximos de S309/RBD (<3.5 Å) feitos por cada resíduo durante a simulação da dinâmica molecular. Os sarbecoviruses destacados identificam aqueles que escapam o emperramento S309, e a mutação destacada no alinhamento é o contribuinte provável de acordo com nosso mapa do escape. f, zumbido em virtude da relação de S309/RBD, com os resíduos importantes do contacto e do escape etiquetados. g, simulações da dinâmica molecular da estrutura de S309/RBD. Os histogramas mostram a distribuição da distância mínima entre átomos pesados de E340RBD e de W105HC através dos quadros de 1 ns durante a simulação de RBD unmutated (parte superior, simulação 42-µs) e P337L transformado (parte inferior, simulação 91-µs) limitada a S309. A linha alaranjada reflecte a interrupção da distância de 3,5 Å usada para definir perto contacta. A porcentagem dos quadros em que E340 e W105 são ou não são dentro contacto próximo é etiquetada. Veja Fig. prolongado 8c dos dados para o manutenção do outro S309: Contactos de RBD através das simulações. h, características Integrative do resumo S2X35 estrutural, detalhes como em (b). mim, zumbido em virtude da relação de S2X35/RBD, com os resíduos importantes do contacto e do escape etiquetados.

Os anticorpos com a grande capacidade de neutralização tiveram os resumos funcionais os mais estreitos, ligando dentro dos resumos de RBM.

Inversamente, aqueles que ligam aos resumos do núcleo RBD mostraram níveis inferiores da neutralização. Naturalmente, a neutralização não é o único mecanismo da protecção contra a infecção para anticorpos RBD-obrigatórios.

Anticorpos com o sarbecovirus largo que liga universal o alvo o núcleo RBD, ilustrando umas trocas gerais entre a largura do emperramento do sarbecovirus e a potência da neutralização SARS-CoV-2.”

Lugar e evasão imune

O número de mutantes do escape de RBD dentro do resumo funcional de cada anticorpo (seu “tamanho ") não é estreitamente relacionado a seu lugar. Em lugar de, uns resumos funcionais mais estreitos, com menos mutações do escape, têm uma afinidade obrigatória mais alta entre o fabuloso (fragmento antígeno-obrigatório) e o RBD.

Contudo, o lugar afecta a relação entre o tamanho do resumo funcional e seu potencial para o escape imune. Os S2E12 e os anticorpos S2X58 têm a largura funcional similar do resumo, ao contrário do resumo funcional mais estreito de S2D106.

S2E12, contudo, liga a ACE2-contacting crucial os ácidos aminados, onde as mutações danificariam a dobradura secundária do RBD, abulindo sua função. Poucas tais mutações do escape foram observadas.  

S2E12 pode ligar Sarbecoviruses múltiplo que mostra a identidade significativa a SARS-CoV-2, incluindo o bastão RaTG13 e o pangolin CoVs. Certamente, uma escala mais larga da ligação entre anticorpos do núcleo RBD indica o emperramento alto da afinidade e a baixa largura do escape, desde que ligam aos locais com limitações funcionais.

Inversamente, S2X58 e S2D106 ligam aos resumos que podem variar através das variações SARS-CoV-2 diferentes, indicando a tolerância funcional.

Como esperado, dos sete anticorpos testados para a selecção positiva dos mutantes do escape, o uso de S2X58 conduzido à emergência de variações virais com múltiplo dispersou mutações. S2D106 permitiu somente mutações em dois locais.

As mutações do escape selecionadas por estes anticorpos incluem L452R e E484K, como estabelecido no VOCs.

Contudo, S2E12 selecciona para mutações em poucos locais associados com a baixa afinidade ACE2 obrigatória. Estas mutações, funcional sendo forçado assim como sob menos pressão da selecção por anticorpos naturais em soros polyclonal, não são encontradas em VOCs.

Base estrutural para mutações do escape

A razão para esta diferença é estrutural. S2E12 que liga ao núcleo de RBD causa a embalagem dos resíduos F486 e N487 de RBD dentro de uma cavidade hidrofóbica enterrada, na junção de correntes pesadas e claras do anticorpo. O primeiro resíduo faz o contacto com o receptor ACE2, quando o segundo formar contactos polares com a espinha dorsal do anticorpo.

Ao contrário, os locais S2E12 obrigatórios tais como E484 e S477, na periferia da relação de ACE2-RBD, têm mais variação em ordem, menos funcional sendo forçado. Isto explica porque S2E12 liga com afinidade alta aos mutantes comuns nestes locais.

Igualmente explica seu emperramento a RaTG13 e a pangolin CoV, com a mutação de F486L que permite a embalagem similar na mesma cavidade hidrofóbica.

Com o emperramento S2D106, o anticorpo tethered por um contacto polar enterrado entre RBD E484 e resíduos do anticorpo R96, e por contactos nonpolar entre o RBD F490 e a região 2 do domínio da complementaridade da corrente pesada (CDR2) do anticorpo.

Sem o papel indispensável na ligação, os resíduos E484 e F490 pode facilmente abrigar mutações do escape ao reter sua função.

Esta comparação destaca como uma mudança subtil no foco do RBD: a interacção do anticorpo impacta o vigor de cada anticorpo ao escape viral, incluindo entre os mutantes SARS-CoV-2 naturais.”

Impacto estrutural para a largura do anticorpo

O estudo igualmente mostra que S2H97 é tão largo em seu emperramento através de Sarbecoviruses porque liga a um local altamente conservado até aqui não reconhecido V. Durante este emperramento, a corrente pesada CDR3 é embalada em uma fenda do RBD que ocorre no centro do resumo.

Adicionalmente, todos os três laços da corrente pesada CDR3 e a corrente clara CDR2 fazem interacções polares cruciais com o RBD, fazendo a isto uma superfície funcional forçada do emperramento.

As mutações aqui danificam a dobradura de RBD, especialmente com embalagem quaternário de NTD no estado fechado do ponto trimeric.  Além disso, esta superfície obrigatória está aberta somente com um RBD extensamente aberto. Isto explica a escassez dos anticorpos a este local e a baixa potência da neutralização de S2H97, apesar de sua afinidade alta.

O emperramento S309 liga a uma área pequena do RBD e assim não permite a diversidade significativa da estrutura. As mutações do escape aqui envolvem os resíduos E340 e P337, com as interacções electrostáticas e de camionete der Waals com CDRH3.

O resíduo anterior é chave ao contacto do anticorpo. As mutações no resíduo P337 permitem o escape pelo obstáculo steric ou pela perda de estabilidade de E340.

O resumo obrigatório estreito significa que S309 neutraliza os mutantes SARS-CoV-2 na circulação actual e igualmente liga RBDs do outro Sarbecoviruses que tem um E340 conservado, apesar de ter oito resíduos diferentes dentro da área obrigatória deste anticorpo.

S2X35 tem uma grande relação obrigatória, mas o escape aqui não é devido às mudanças nas correntes laterais que são necessárias para o emperramento do anticorpo. Em lugar de, o resíduo G504, quando transformado, cria obstáculos steric com o D405 e a corrente clara do anticorpo. A mutação D405 envolve mudanças muito drásticas na seqüência. Este baixo potencial para o escape indica que nenhuma corrente lateral de RBD é responsável para seu emperramento ao anticorpo, que permite por sua vez o emperramento largo do sarbecovirus.

Que são as implicações?

Um pouco do que uma procura decidido para a potência aumentada da neutralização, importante como este aspecto é, estes resultados indique que “selecionar anticorpos para o emperramento da alto-afinidade e a largura do sarbecovirus identifica os anticorpos que são robustos à evolução SARS-CoV-2 em curso.”

Porque VOCs emerge, a resistência vacina-induzida do anticorpo é um interesse principal. A maioria de mutações do VOC estão no RBM, incluindo E484, K417 e L452. Estes impedem ligar pelo soro polyclonal e por determinados anticorpos monoclonais terapêuticos. Cinco anticorpos neste painel, visando o RBM, podiam ser iludidos por mutações na posição 484.

O uso de mapas do escape poderia ajudar a identificar os anticorpos que resistem tal escape imune e a selecção de anticorpos terapêuticos contra as variações na circulação naquele tempo nessa localidade.

O futuro pode incluir recentemente as mutações dominantes, incluindo algum no RBM que impede o emperramento do anticorpo. Assim, os anticorpos que reconhecem resumos largos devem ser focalizados sobre, assim como os resumos que são conservados altamente, incluindo diferenças do resíduo-nível entre os vários resumos. Isto ajudará a identificar e executar as melhores intervenções que resistem tal escape imune na pandemia actual e no futuro.

Observação *Important

o bioRxiv publica os relatórios científicos preliminares que par-não são revistos e, não devem conseqüentemente ser considerados como conclusivos, guia a prática clínica/comportamento saúde-relacionado, ou tratado como a informação estabelecida.

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.

Citations

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