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Anticuerpo ampliamente cruz-reactivo a SARS-CoV-2 RBD con resistencia robusta al escape mutacional

El pandémico actual de la enfermedad 2019 (COVID-19) del coronavirus, causado por el coronavirus 2 (SARS-CoV-2) de la neumonía asiática, ha accionado una caza intensiva para los antivirals efectivos y los anticuerpos nuevos y repurposed, para la prevención y el tratamiento de la infección.

Una nueva prueba preliminar liberada en el servidor del bioRxiv* dirige una necesidad urgente - a saber, un anticuerpo terapéutico dirigido específicamente contra un antígeno de la llave SARS-CoV-2 que se conserve altamente entre virus similares, y no es sobrepasada fácilmente por mutaciones virales del escape.

Estudio: Anticuerpos al dominio receptor-obligatorio SARS-CoV-2 que maximizan anchura y resistencia al escape viral. Haber de imagen: Estudio/Shutterstock de Borealis de la corona
Estudio: Anticuerpos al dominio receptor-obligatorio SARS-CoV-2 que maximizan anchura y resistencia al escape viral. Haber de imagen: Estudio/Shutterstock de Borealis de la corona

Pico-alcance de los anticuerpos de neutralización

SARS-CoV-2 posee los picos múltiples en su superficie, que median su agregación al receptor de la célula huesped de objetivo, a la enzima angiotensina-que convierte 2 (ACE2), y al asiento viral en la célula. Las acciones recíprocas del pico-receptor ocurren sobre todo en el dominio receptor-obligatorio (RBD) en la subunidad S1 del pico.

El fragmento de la protección contra la infección en el caso de SARS-CoV-2 se conecta probablemente al título de neutralización del anticuerpo. Ésos con la capacidad de neutralización más potente se dirigen contra el RBD y se encuentran para predominar en sueros policlonales de los pacientes convalecientes COVID-19 y en los beneficiarios vaccíneos COVID-19, así como en anticuerpos terapéuticos.

Las variantes surafricanas (SA) y del Brasil recientemente emergidas muestran niveles de resistencia diversos a los anticuerpos de neutralización vacuna-inducidos. Éstos son caracterizados por las mutaciones que afectan a los RBD, que afectan su atascamiento a tales anticuerpos.

Objetivos del estudio

El estudio actual intenta explorar ambos la existencia potencial de tales anticuerpos, así como encontrar los anticuerpos que tienen actividad amplia contra los coronaviruses SARS-relacionados (Sarbecoviruses). Éstos serían esenciales, dado el potencial futuro para los brotes del otro Sarbecoviruses.

Los investigadores en este estudio trabajaron en un anticuerpo previamente denunciado S309, que acciona actividad potente del determinante y tiene actividad de neutralización contra actualmente la circulación de los aislantes SARS-CoV-2 así como los SARS-CoV. Esto fue desarrollada como el anticuerpo terapéutico VIR-7831, que muestra eficacia clínica en tratar COVID-19.

La tentativa es entender mejor cómo los sitios anticuerpo-obligatorios o los epitopos de RBD se relacionan con la potencia de anticuerpos de neutralización, la resistencia a las mutaciones virales de la evasión, y la reactividad cruzada de tales anticuerpos al otro Sarbecoviruses.

Los investigadores hicieron uso de un panel de diversos anticuerpos usando análisis obligatorios, la exploración mutacional profunda, la selección positiva de escape viral, y las características bioquímicas y estructurales de tales anticuerpos. Seis de estos anticuerpos fueron denunciados por primera vez en este estudio.

Los anticuerpos estudiados aquí limitan una variedad de epitopos, incluyendo los que recubran el adorno receptor-obligatorio (RBM) en el RBD, y ésos dentro del RBM sí mismo, y muestran un alcance de afinidades RBD-obligatorias y de potencias de neutralización contra las partículas del wildtype y de los pseudoviruses que expresan el antígeno del pico SARS-CoV-2.

Efecto de la talla de la mutación del escape

Hay muchos diversos sitios del escape mutacional, dependiendo del anticuerpo. Con los epitopos funcionales estrechos (una serie que es crucial al atascamiento del anticuerpo), mutaciones únicas o las algunas dominantes podrían suprimir el atascamiento de RBD. Un tal anticuerpo es S309. Otros, tales como S2H13, tienen epitopos funcionales amplios.

Correspondencia de mutaciones del escape

Para predecir los efectos de tales mutaciones, los investigadores habían fijado previamente el efecto de todas las mutaciones de RBD sobre la afinidad obligatoria al receptor ACE2, y sobre la estructura más alta de la proteína - que determina su función.

Estos efectos fueron combinados para producir una dimensión calculada de cómo es fácil es escape la neutralización por cada anticuerpo - un mapa de la mutación del escape. Esto, a su vez, refleja la tolerancia viral para tales mutaciones funcionales.

El estudio también observaba en la sensibilidad de cada anticuerpo a las mutaciones denunciadas en la base de datos de GISAID (iniciativa global para compartir todos los datos de la gripe) hasta 4 de marzo de 2021.

Los investigadores encontraron que el impacto de mutaciones naturales en el RBD viral era mucho mayor para algunos anticuerpos que para otros. Éstos incluyen las mutaciones encontradas en rápido-extender las deformaciones virales, llamadas las variantes de la preocupación (VOCs).

También encontraron que de los cuatro anticuerpos que atan a la base RBD, la reactividad cruzada y el atascamiento apretado fueron observados con los SARS-CoV y el otro ACE2-binding Sarbecoviruses con sobre identidad del aminoácido del 70% en el RBD.

Además, S304 y S2H97 mostraron a cruz-lazo de la capacidad otro non-ACE2-binding más diverso RBDs con la identidad del solamente 64% al virus actual.

S2H97 [es] que el anticuerpo más amplio de la cubeta-sarbecovirus RBD describió hasta la fecha.” Los análisis de Pseudovirus confirmaron que S2H97 neutraliza una variedad de diversas variantes del pico de SARS-CoV-2- y de los SARS-CoV.

Los anticuerpos que atan solamente epitopos RBM-reservados muestran cruz-atar mucho más inferior, implicando solamente el RBD del SARS-CoV-2 y del pangolin CoV.

El encontrar único era que S2E12 ata al RBD de todas las variantes SARS-CoV-2 y al pangolin CoV, que tiene identidad del solamente 86% con el anterior. Esto sugiere que algunos epitopos funcionales toleren más substituciones que otras dentro del RBM constante de desarrollo.

Base estructural de la potencia de la neutralización

La correspondencia anterior de la mutación del escape fue utilizada para entender cómo las mutaciones semejantemente obligatorias del escape observan en dos dimensiones. Muestra cómo los epitopos se mueven a través del RBM en una progresión lisa, comenzando de eso que ata al anticuerpo LY-CoV016 de Lilly con S2X58 a ése producido por Regeneron, REGN10987.

La 2.a proyección también muestra qué anticuerpos atan a las partes únicas del RBD. Por ejemplo, S2H97 empeña con el lado de la base RBD, abajo de la cumbrera receptor-obligatoria, adyacente al dominio de la N-terminal (NTD) del protomer vecino de la proteína trímera del pico, a la configuración cerrada.

Conectando la potencia in vitro de la neutralización de diversos anticuerpos, su espectro y propiedades inmunes obligatorios de la evasión con esta proyección permitieron una exploración de su base estructural.

Base estructural para el atascamiento amplio del sarbecovirus. a, reseña de las superficies apuntadas ampliamente atando los anticuerpos de RBD. La superficie de RBD es coloreada por variabilidad del sitio en la alineación del sarbecovirus (número efectivo de aminoácidos, de barra de la escala en la izquierda). ACE2 (adornos dominantes) mostrado en historieta transparente. Dominios variables del anticuerpo mostrados como historieta, con una cortina más oscura indicando la cadena pesada. b, características genéticas y estructurales integrantes del epitopo estructural S2H97 (atajo de 5 Å). Efectos de la mutación sobre la expresión doblada de RBD colorean a los detalles de Heatmap y las barras de la escala como en fig. 3e, F. Logoplots (véase la barra de la escala, fig. 1b). Los asteriscos en logoplot indican las mutaciones del escape que introducen los adornos N-conectados del glycosylation (NxS/T). Abajo del logoplot es una selección de sarbecovirus alineado RBDs (ordenado coloreado por el clade como en fig. 1d, fig. extendida 5a de los datos). c, empinadura debido al interfaz de S2H97/RBD, con los residuos importantes del contacto y del escape etiqueta. d, estructura de CryoEM de los protomers de S2H97-bound SARS-CoV-2 S. Spike se muestra en amarillo, azul, y rosado, y S2H97 Fabs en superficie verde transparente. El protomer del pico de S2A4-bound de PDB 7JVC17 se muestra en gris y se alinea con la subunidad amarilla, indicando el fragmento adicional de RBD que se abre necesario llegar hasta el epitopo S2H97 comparado a un anticuerpo de la clase II. e, características integrantes del epitopo estructural S309, detalles como en (b). Una fila adicional en el papel del heatmap refleja la proporción de todos los contactos cercanos de S309/RBD (<3.5 Å) hechos por cada residuo durante la simulación de la dinámica molecular. Los sarbecoviruses destacados determinan los que escape el atascamiento S309, y la mutación destacada en la alineación es el contribuidor probable según nuestro mapa del escape. f, empinadura debido al interfaz de S309/RBD, con los residuos importantes del contacto y del escape etiqueta. g, simulaciones de la dinámica molecular de la estructura de S309/RBD. Los histogramas muestran la distribución de la distancia mínima entre los átomos pesados de E340RBD y de W105HC a través de marcos de 1 ns durante la simulación de RBD unmutated (capota, la simulación 42-µs) y P337L transformado (parte inferior, la simulación 91-µs) limitada a S309. La línea anaranjada refleja el atajo de la distancia de 3,5 Å usado para definir cerca contacto. El porcentaje de los bastidores en los cuales E340 y W105 son o no son hacia adentro contacto cercano etiqueta. Vea fig. extendida 8c de los datos para la ocupación del otro S309:Contactos de RBD a través de las simulaciones. h, características integrantes del epitopo estructural S2X35, detalles como en (b). i, empinadura debido al interfaz de S2X35/RBD, con los residuos importantes del contacto y del escape etiqueta.
Base estructural para el atascamiento amplio del sarbecovirus. a, reseña de las superficies apuntadas ampliamente atando los anticuerpos de RBD. La superficie de RBD es coloreada por variabilidad del sitio en la alineación del sarbecovirus (número efectivo de aminoácidos, de barra de la escala en la izquierda). ACE2 (adornos dominantes) mostrado en historieta transparente. Dominios variables del anticuerpo mostrados como historieta, con una cortina más oscura indicando la cadena pesada. b, características genéticas y estructurales integrantes del epitopo estructural S2H97 (atajo de 5 Å). Efectos de la mutación sobre la expresión doblada de RBD colorean a los detalles de Heatmap y las barras de la escala como en fig. 3e, F. Logoplots (véase la barra de la escala, fig. 1b). Los asteriscos en logoplot indican las mutaciones del escape que introducen los adornos N-conectados del glycosylation (NxS/T). Abajo del logoplot es una selección de sarbecovirus alineado RBDs (ordenado coloreado por el clade como en fig. 1d, fig. extendida 5a de los datos). c, empinadura debido al interfaz de S2H97/RBD, con los residuos importantes del contacto y del escape etiqueta. d, estructura de CryoEM de los protomers de S2H97-bound SARS-CoV-2 S. Spike se muestra en amarillo, azul, y rosado, y S2H97 Fabs en superficie verde transparente. El protomer del pico de S2A4-bound de PDB 7JVC17 se muestra en gris y se alinea con la subunidad amarilla, indicando el fragmento adicional de RBD que se abre necesario llegar hasta el epitopo S2H97 comparado a un anticuerpo de la clase II. e, características integrantes del epitopo estructural S309, detalles como en (b). Una fila adicional en el papel del heatmap refleja la proporción de todos los contactos cercanos de S309/RBD (<3.5 Å) hechos por cada residuo durante la simulación de la dinámica molecular. Los sarbecoviruses destacados determinan los que escape el atascamiento S309, y la mutación destacada en la alineación es el contribuidor probable según nuestro mapa del escape. f, empinadura debido al interfaz de S309/RBD, con los residuos importantes del contacto y del escape etiqueta. g, simulaciones de la dinámica molecular de la estructura de S309/RBD. Los histogramas muestran la distribución de la distancia mínima entre los átomos pesados de E340RBD y de W105HC a través de marcos de 1 ns durante la simulación de RBD unmutated (capota, la simulación 42-µs) y P337L transformado (parte inferior, la simulación 91-µs) limitada a S309. La línea anaranjada refleja el atajo de la distancia de 3,5 Å usado para definir cerca contacto. El porcentaje de los bastidores en los cuales E340 y W105 son o no son hacia adentro contacto cercano etiqueta. Vea fig. extendida 8c de los datos para la ocupación del otro S309: Contactos de RBD a través de las simulaciones. h, características integrantes del epitopo estructural S2X35, detalles como en (b). i, empinadura debido al interfaz de S2X35/RBD, con los residuos importantes del contacto y del escape etiqueta.

Los anticuerpos con la capacidad de neutralización más grande tenían los epitopos funcionales más estrechos, atando dentro de los epitopos de RBM.

Inversamente, ésos que ataban a los epitopos de la base RBD mostraron niveles inferiores de la neutralización. Por supuesto, la neutralización no es el único mecanismo de la protección contra la infección para los anticuerpos RBD-obligatorios.

Anticuerpos con el sarbecovirus amplio que ata universal el objetivo la base RBD, ilustrando un equilibrio general entre la anchura del atascamiento del sarbecovirus y la potencia de la neutralización SARS-CoV-2.”

Situación y evasión inmune

El número de mutantes del escape de RBD dentro del epitopo funcional de cada anticuerpo (su “talla ") no está estrechamente vinculado a su situación. En lugar, epitopos funcionales más estrechos, con menos mutaciones del escape, tienen afinidad obligatoria más alta entre el fabuloso (fragmento antígeno-obligatorio) y el RBD.

Sin embargo, la situación afecta al eslabón entre la talla del epitopo funcional y su potencial para el escape inmune. Los S2E12 y los anticuerpos S2X58 tienen anchura funcional similar del epitopo, a diferencia del epitopo funcional más estrecho de S2D106.

S2E12, sin embargo, ata a ACE2-contacting crucial los aminoácidos, donde las mutaciones empeorarían el plegamiento secundario del RBD, suprimiendo su función. Se han observado pocas tales mutaciones del escape.  

S2E12 puede atar Sarbecoviruses múltiple que muestra identidad importante a SARS-CoV-2, incluyendo el palo RaTG13 y el pangolin CoVs. De hecho, una gama más amplia de atascamiento entre los anticuerpos de la base RBD indica el alto atascamiento de la afinidad y la anchura inferior del escape, puesto que atan a los sitios con apremios funcionales.

Inversamente, S2X58 y S2D106 atan a los epitopos que pueden variar a través de diversas variantes SARS-CoV-2, indicando tolerancia funcional.

Como se esperaba, de los siete anticuerpos probados para la selección positiva de los mutantes del escape, el uso de S2X58 llevado a la aparición de variantes virales con múltiplo dispersó mutaciones. S2D106 permitió solamente mutaciones en dos sitios.

Las mutaciones del escape seleccionadas por estos anticuerpos incluyen L452R y E484K, como se encuentra en el VOCs.

Sin embargo, S2E12 selecciona para las mutaciones en pocos sitios asociados a la afinidad obligatoria inferior ACE2. Estas mutaciones, funcionalmente siendo obligado así como bajo menos presión de la selección por los anticuerpos naturales en sueros policlonales, no se encuentran en VOCs.

Base estructural para las mutaciones del escape

La razón de esta diferencia es estructural. S2E12 que ata a la base de RBD causa el empaque de los residuos F486 y N487 de RBD dentro de una cavidad hidrofóbica soterrada, en la unión de las cadenas pesadas y livianas del anticuerpo. El primer residuo hace el contacto con el receptor ACE2, mientras que el segundo forma contactos polares con la espina dorsal del anticuerpo.

En cambio, los puntos de enlace S2E12 tales como E484 y S477, en la periferia del interfaz de ACE2-RBD, tienen más variación en orden, menos funcionalmente siendo obligado. Esto explica porqué S2E12 ata con alta afinidad a los mutantes comunes en estos sitios.

También explica su atascamiento a RaTG13 y al pangolin CoV, con la mutación de F486L que permite el empaque similar en la misma cavidad hidrofóbica.

Con el atascamiento S2D106, el anticuerpo es atado por un contacto polar soterrado entre RBD E484 y los residuos del anticuerpo R96, y por los contactos no polares entre el RBD F490 y la región 2 (CDR2) del dominio de la complementariedad de la cadena pesada del anticuerpo.

Sin papel imprescindible en atar, los residuos E484 y F490 puede abrigar fácilmente mutaciones del escape mientras que conserva su función.

Esta comparación destaca cómo un cambio sutil en el foco del RBD: la acción recíproca del anticuerpo afecta la robustez de cada anticuerpo al escape viral, incluyendo entre los mutantes naturales SARS-CoV-2.”

Impacto estructural para la anchura del anticuerpo

El estudio también muestra que S2H97 es tan amplio en su atascamiento a través de Sarbecoviruses porque ata a un sitio altamente conservado hasta ahora desconocido V. Durante este atascamiento, la cadena pesada CDR3 se carga en una hendedura del RBD que ocurre en el centro del epitopo.

Además, los tres rizos y la cadena liviana CDR2 de la cadena pesada CDR3 hacen acciones recíprocas polares cruciales con el RBD, haciendo esto una superficie obligatoria funcionalmente obligada.

Las mutaciones aquí empeoran el plegamiento de RBD, especialmente con el empaque cuaternario de NTD en el estado cerrado del pico trímero.  Por otra parte, esta superficie obligatoria está abierta solamente con un RBD extensamente abierto. Esto explica la escasez de anticuerpos a este sitio y la potencia inferior de la neutralización de S2H97, a pesar de su alta afinidad.

El atascamiento S309 ata a una pequeña área del RBD y no permiso así la diversidad importante de la estructura. Las mutaciones del escape aquí implican los residuos E340 y P337, con acciones recíprocas electroestáticas y de van der Waals con CDRH3.

El residuo anterior es dominante al contacto del anticuerpo. Las mutaciones en el residuo P337 permiten escape por obstáculo estérico o por la baja de la estabilidad de E340.

El epitopo obligatorio estrecho significa que S309 neutraliza los mutantes SARS-CoV-2 en la circulación actual y también ata RBDs del otro Sarbecoviruses que tiene un E340 conservado, a pesar de tener ocho diversos residuos dentro del área obligatoria de este anticuerpo.

S2X35 tiene un interfaz obligatorio grande, pero el escape aquí no está debido a cambios en las cadenas laterales que son necesarias para el atascamiento del anticuerpo. En lugar, el residuo G504, cuando está transformado, crea obstáculos estéricos con D405 y la cadena liviana del anticuerpo. La mutación D405 exige cambios muy drásticos en la serie. Este potencial inferior para el escape indica que no hay cadena lateral de RBD responsable de su atascamiento al anticuerpo, que a su vez permite el atascamiento amplio del sarbecovirus.

¿Cuáles son las implicaciones?

Bastante que una búsqueda resoluta para la potencia creciente de la neutralización, importante como es este aspecto, estos resultados indique que el “blindaje de los anticuerpos para el atascamiento de la alto-afinidad y la anchura del sarbecovirus determina los anticuerpos que son robustos a la evolución en curso SARS-CoV-2.”

Pues emerge VOCs, la resistencia vacuna-sacada del anticuerpo es una preocupación importante. La mayoría de las mutaciones del VOC están en el RBM, incluyendo E484, K417 y L452. Éstos evitan el atar por el suero policlonal y ciertos anticuerpos monoclonales terapéuticos. Cinco anticuerpos en este panel, apuntando el RBM, se podían evadir por mutaciones en la posición 484.

El uso de los mapas del escape podría ayudar a determinar los anticuerpos que resisten tal escape inmune y la selección de anticuerpos terapéuticos contra las variantes en la circulación en ese entonces en ese lugar.

El futuro puede incluir nuevamente mutaciones dominantes, incluyendo alguno en el RBM que previene el atascamiento del anticuerpo. Así, los anticuerpos que reconocen epitopos amplios se deben enfocar conectado, así como los epitopos que se conservan altamente, incluyendo diferencias del residuo-nivel entre los diversos epitopos. Esto ayudará a determinar y a ejecutar mejores intervenciones que resistan tal escape inmune en el pandémico actual y en el futuro.

Advertencia *Important

el bioRxiv publica los partes científicos preliminares que par-no se revisan y, por lo tanto, no se deben mirar como concluyentes, conduce práctica clínica/comportamiento relativo a la salud, o tratado como información establecida.

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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