COVID-19: l’anticorpo SARS2-38 ha neutralizzato facilmente tutte le varianti

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Il virus che causa il COVID-19 oggi non è lo stesso che ha ammalato per la prima volta le persone nel dicembre 2019. Molte delle varianti attualmente in circolazione sono parzialmente resistenti ad alcune delle terapie a base di anticorpi sviluppate sulla base del virus originale .

Man mano che la pandemia continua, inevitabilmente sorgeranno più varianti e il problema della resistenza non farà che aumentare.

I ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno identificato un anticorpo altamente protettivo a basse dosi contro un’ampia gamma di varianti virali.

Inoltre, l’anticorpo si lega a una parte del virus che differisce poco tra le varianti, il che significa che è improbabile che in questo punto si presenti resistenza.

I risultati, disponibili online sulla rivista Immunity, potrebbero essere un passo avanti verso lo sviluppo di nuove terapie a base di anticorpi che hanno meno probabilità di perdere la loro potenza quando il virus muta.

“Gli anticorpi attuali possono funzionare contro alcune ma non tutte le varianti”, ha affermato l’autore senior Michael S. Diamond, MD, Ph.D., Herbert S. Gasser Professor of Medicine. “Probabilmente il virus continuerà ad evolversi nel tempo e nello spazio. Avere anticorpi ampiamente neutralizzanti ed efficaci che funzionano individualmente e che possono essere accoppiati per creare nuove combinazioni probabilmente preverrà la resistenza».

SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, utilizza una proteina chiamata spike per attaccarsi e invadere le cellule del tratto respiratorio del corpo. Gli anticorpi che impediscono al picco di attaccarsi alle cellule neutralizzano il virus e prevengono le malattie.

Molte varianti hanno acquisito mutazioni nei loro geni spike che consentono loro di eludere alcuni anticorpi generati contro il ceppo originale, minando l’efficacia delle terapie a base di anticorpi.

Per trovare anticorpi neutralizzanti che funzionano contro un’ampia gamma di varianti, i ricercatori hanno iniziato immunizzando i topi con una parte chiave della proteina spike nota come dominio di legame al recettore. Quindi, hanno estratto le cellule che producono anticorpi e ne hanno ottenuto 43 anticorpi che riconoscono il dominio di legame del recettore.

Insieme a Diamond, il team di ricerca includeva co-primi autori Laura VanBlargan, Ph.D., uno scienziato del personale; Lucas J. Adams, un MD/Ph.D. alunno; e Zhuoming Liu, Ph.D., uno scienziato del personale; così come il coautore Daved Fremont, Ph.D., professore di patologia e immunologia, di biochimica e biofisica molecolare e di microbiologia molecolare.

I ricercatori hanno esaminato i 43 anticorpi misurando quanto bene hanno impedito alla variante originale di SARS-CoV-2 di infettare le cellule in un piatto.

Nove dei più potenti anticorpi neutralizzanti sono stati quindi testati sui topi per vedere se potevano proteggere dalla malattia gli animali infettati dal SARS-CoV-2 originale. Diversi anticorpi hanno superato entrambi i test, con vari gradi di potenza.

I ricercatori hanno selezionato i due anticorpi più efficaci nel proteggere i topi dalle malattie e li hanno testati contro un pannello di varianti virali. Il pannello comprendeva virus con proteine ​​spike che rappresentano tutte e quattro le varianti di interesse (alfa, beta, gamma e delta), due varianti di interesse (kappa e iota) e diverse varianti senza nome che vengono monitorate come potenziali minacce.

Un anticorpo, SARS2-38, ha neutralizzato facilmente tutte le varianti. Inoltre, una versione umanizzata di SARS2-38 ha protetto i topi contro le malattie causate da due varianti: kappa e un virus contenente la proteina spike della variante beta.

La variante beta è notoriamente resistente agli anticorpi, quindi la sua incapacità di resistere alla SARS2-38 è particolarmente notevole, hanno osservato i ricercatori.

Ulteriori esperimenti hanno individuato il punto preciso sulla proteina spike riconosciuta dall’anticorpo e hanno identificato due mutazioni in quel punto che potrebbero, in linea di principio, impedire all’anticorpo di funzionare.

Tuttavia, queste mutazioni sono estremamente rare nel mondo reale. I ricercatori hanno cercato in un database di quasi 800.000 sequenze SARS-CoV-2 e hanno trovato mutazioni di fuga solo nello 0,04% di esse.

“Questo anticorpo è sia altamente neutralizzante (nel senso che funziona molto bene a basse concentrazioni) che ampiamente neutralizzante (nel senso che funziona contro tutte le varianti)”, ha detto Diamond, che è anche professore di microbiologia molecolare e di patologia e immunologia. “Questa è una combinazione insolita e molto desiderabile per un anticorpo.

Inoltre, si lega a un punto unico sulla proteina spike che non è preso di mira da altri anticorpi in fase di sviluppo. È fantastico per la terapia combinata. Potremmo iniziare a pensare di combinare questo anticorpo con un altro che si lega da qualche altra parte per creare una terapia combinata a cui sarebbe molto difficile resistere per il virus”.


n questo studio, descriviamo un pannello di mAb murini potentemente neutralizzanti contro l’RBD di SARS-CoV-2 che legano diversi epitopi prossimali al motivo di legame del recettore (RBM) dell’RBD o alla base dell’RBD. Sebbene alcuni mAb neutralizzanti abbiano dimostrato una capacità limitata di proteggere dall’infezione da parte del ceppo storico SARS-CoV-2 WA1/2020 in un modello di malattia del topo e selezionati per una rapida fuga in vivo, altri si sono protetti completamente nel contesto della somministrazione profilattica o terapeutica.

Due mAb protettivi, SARS2-02 e SARS2-38, hanno mostrato una capacità variabile di neutralizzare le varianti preoccupanti (VOC): SARS2-02 lega un epitopo che include residui E484 e L452 e ha una potenza ridotta contro i ceppi (B.1.429, B.1.351 , e B.1.1.28) che codificano queste mutazioni. Al contrario, SARS2-38 lega un epitopo centrato sui residui K444 e G446 e neutralizza potentemente tutti i COV testati.

L’analisi di una struttura di microscopia crioelettronica (crio-EM) di SARS2-38 legata allo spike rivela che questo mAb lega un epitopo conservato sul RBD che è anche impegnato, sebbene attraverso geometrie distinte, da altri mAb umani neutralizzanti e protettivi. Pertanto, il trattamento con mAbs o l’induzione di pAb mirati a questa regione conservata del RBD può conferire protezione contro molte varianti emergenti di SARS-CoV-2.

DISCUSSIONE
In questo studio, descriviamo e caratterizziamo ampiamente un pannello di mAbs che legano l’RBD della proteina spike SARS-CoV-2. Diversi mAb anti-RBD protetti in vivo contro l’infezione da SARS-CoV-2 in topi transgenici K18-hACE2. Mentre i mAb neutralizzanti meno potenti diretti contro gli epitopi sulla base di RBD (SARS2-10, SARS2-31 e SARS2-03) hanno mostrato una protezione ridotta contro la perdita di peso, l’induzione di citochine e chemochine infiammatorie nel polmone e l’infezione virale nel lavaggio polmonare e nasale rispetto agli mAbs che riconoscono l’RBM, la potenza di neutralizzazione non era l’unico predittore dell’efficacia in vivo.

In effetti, SARS2-71 ha neutralizzato SARS-CoV-2 con una potenza simile a quella dei mAb protettivi SARS2-02 e SARS2-38, ma non è riuscito a conferire protezione nei topi. Nonostante questo risultato, è stato dimostrato che gli anticorpi diretti agli epitopi concorrenti prossimali come SARS2-71, come COV2-2196, conferiscono protezione in vivo (Zost et al., 2020). Il fallimento di SARS2-71 per proteggere in particolare è probabilmente dovuto all’emergere della variante di fuga S477N in vivo.

Questa scoperta dimostra che SARS-CoV-2 può sfuggire rapidamente all’inibizione di mAb in vivo e che i cocktail di mAb o mAb che impediscono o limitano la generazione di mutanti a fuga rapida probabilmente avranno una maggiore utilità terapeutica. Mentre i trattamenti con mAb attualmente autorizzati includono cocktail, l’emergere di VOC resistenti a uno o entrambi i componenti di mAb potrebbe compromettere l’efficacia del farmaco.

Gli mAb più potentemente inibitori nel nostro pannello legano gli epitopi all’interno o in prossimità dell’RBM e inibiscono l’interazione del picco con l’ACE2 umano mediante ELISA, come osservato per altri mAbs anti-SARS-CoV-2 (Zost et al., 2020). Molti di questi mAb hanno inibito l’attaccamento virale alle cellule Calu-3 e Vero-TMPRSS2-ACE2, ma non alle cellule Vero E6 o alle cellule Vero-TMPRSS2. L’infezione delle cellule Vero E6 da SARS-CoV-2 dipende dai livelli endogeni di espressione di ACE2 di scimmia, poiché il pretrattamento con mAbs anti-ACE2 inibisce l’infezione (Hoffmann et al., 2020).

Tuttavia, anche altri fattori dell’ospite come l’eparan solfato possono mediare l’attaccamento del virus alle cellule (Chu et al., 2021; Clausen et al., 2020). Se il legame ad altri ligandi della superficie cellulare si verifica prima dell’interazione RBD-ACE2, i mAbs che bloccano il legame ACE2 potrebbero non inibire in modo efficiente l’attacco SARS-CoV-2, ma invece bloccare un passaggio di ingresso dipendente da ACE2 a valle. Questa idea è supportata dai nostri dati che mostrano che diversi mAb neutralizzanti bloccano l’internalizzazione virale nelle cellule Vero E6. Inoltre, gli mAbs anti-RBD hanno solo moderate diminuzioni della potenza di neutralizzazione quando aggiunti dopo l’assorbimento del virus alle cellule Vero E6.

Al contrario, quando SARS-CoV-2 si attacca alla superficie cellulare tramite l’interazione ACE2 umana, come nelle cellule Vero-TMPRSS2-ACE2, l’aggiunta di mAbs anti-RBD dopo l’attacco non è riuscita a neutralizzare l’infezione da virus. Una maggiore densità di ACE2 o una maggiore affinità della proteina spike per l’ACE2 umano (rispetto all’ACE2 di scimmia) sulle cellule Vero-TMPRSS2-ACE2 può guidare l’attacco iniziale del virus attraverso l’interazione RBD-ACE2 e spiegare perché i mAb possono bloccare questo passaggio in queste cellule .

Insieme, questi dati suggeriscono che la capacità degli mAbs anti-RBD di inibire l’attaccamento di SARS-CoV-2 dipende dai livelli di espressione di ACE2 cellulare e quindi può essere dipendente dal tipo di cellula. Poiché queste differenze meccanicistiche non hanno influenzato notevolmente la potenza del mAb sui diversi substrati cellulari, concludiamo che nelle cellule che abbiamo testato è necessaria un’interazione di ingresso con ACE2 nelle fasi di attacco, post-attacco o interiorizzazione.

Diverse mutazioni e delezioni nei VOC emergenti si verificano in NTD e RBD che consentono loro di evitare il riconoscimento di anticorpi, comprese le mutazioni RBD K417N/T (B.1.351 e B.1.1.28), N439K (B.1.222), L452R (B. 1.429), Y453R (B.1.1.298), E484K (B.1.351 e B.1.1.28) e N501Y (B.1.1.7, B.1.351 e B.1.1.28) (recensito da (Plante et al., 2021)), evidenziando l’importanza dello sviluppo di mAbs contro una varietà di epitopi spazialmente distinti.

Nel nostro pannello, i virus SARS2-38 che codificano per una qualsiasi delle suddette mutazioni, non sono stati prontamente selezionati per le mutazioni di fuga con autentici ceppi SARS-CoV-2 e hanno mantenuto l’attività terapeutica in vivo contro un virus contenente sostituzioni di uno dei VOC chiave (B.1.351). Inoltre, la mappatura funzionale e l’analisi strutturale dell’impronta di legame di SARS-CoV-2 hanno definito un epitopo RBD conservato che potrebbe essere riconosciuto da altri mAb umani potenti neutralizzanti e protettivi.

Sono stati descritti relativamente pochi anticorpi mirati a epitopi simili a SARS2-38 e quelli caratterizzati legano l’RBD in orientamenti distinti con predominanza di catene pesanti (Fig 7A). Questi includono mAb murini 2H04, così come mAb umani REGN10987, COV2-2130 e, sebbene meno simili, S309 (Dong et al., 2021; Hansen et al., 2020; Liu et al., 2021; Pinto et al. , 2020). SARS2-38 differisce in due aspetti: (a) l’attività neutralizzante di base di SARS2-38 contro WA1/2020 nelle cellule Vero (EC50, ∼5 ng/mL) è 30 volte, 20 volte e 16 volte più potente rispetto a quello di 2H04, COV2-2130 e S309, rispettivamente (Alsoussi et al., 2020; Pinto et al., 2020; Zost et al., 2020); e (b) SARS2-38 mantiene una forte potenza di neutralizzazione contro tutti i COV valutati in questo studio, mentre l’attività inibitoria 2H04, COV2-2130 e S309 è leggermente ridotta rispetto a B.1.1.7, B.1.429 e B.1.351, rispettivamente ((Chen et al., 2021c; Chen et al., 2021d) e REC e MSD risultati non pubblicati). Allo stesso modo, REGN10987 ha mostrato una riduzione di 10 volte dell’attività neutralizzante contro B.1.429 rispetto a WA1/2020 (Chen et al., 2021c; Hansen et al., 2020; Wang et al., 2021).

Un esame strutturale di queste altre impronte anticorpali nel contesto delle mutazioni VOC non fornisce una spiegazione diretta per alcune delle resistenze (Fig 7B). Invece, l’allosteria può svolgere un ruolo. Considerando che sono stati segnalati altri mAbs ampiamente e potentemente neutralizzanti (compresi mAbs 2C08, COV2-2196, 58G6, 510A5 e S2X259) che legano gli epitopi RBD ai residui G476, F486 e N487, o loop vicino ai residui 369-386, 404-411 , 450-458 e 499-508 (Dong et al., 2021; Li et al., 2021; Schmitz et al., 2021; Tortorici et al., 2021), SARS2-38 prende di mira un epitopo distinto prossimale all’RBM ed è stato valutato funzionalmente contro un pannello più ampio di virus autentici contenenti sequenze corrispondenti alle varianti emergenti di SARS-CoV-2.

Figura 7.
Figura 7.
Somiglianza dell’epitopo SARS2-38 con altri mAb.
(A) Confronto strutturale di SARS2-38 con mAbs mirati a una regione simile del RBD. (B) Allineamento di sequenze multiple del RBD SARS-CoV-2 (residui 333-518) con impronte di associazione mAb come determinato dall’analisi qtPISA. Per SARS2-38, la catena pesante, la catena leggera e i contatti condivisi sono mostrati rispettivamente in blu, ciano e blu scuro. Per il 2H04, la catena pesante, la catena leggera e i contatti condivisi sono mostrati rispettivamente in arancione, arancione pallido e arancione scuro. Per REGN10987, la catena pesante, la catena leggera ei contatti condivisi sono mostrati rispettivamente in verde, verde chiaro e verde scuro. Per S309, la catena pesante, la catena leggera e i contatti condivisi sono mostrati rispettivamente in magenta, viola pallido e viola. Per COV2-2130, catena pesante, catena leggera e contatti condivisi sono mostrati rispettivamente in rosso, rosso pallido e rosso mattone. L’annotazione della struttura secondaria viene visualizzata sopra l’allineamento in giallo, con i contatti ACE2 indicati da triangoli verdi (Lan et al., 2020). Le sostituzioni VOC sono indicate sotto l’allineamento da triangoli rossi.

In sintesi, abbiamo caratterizzato un pannello di mAb anti-SARS-CoV-2, definito il loro meccanismo d’azione cellulare in diverse cellule, testato in vitro la neutralizzazione e la capacità di protezione in vivo contro varianti storiche e circolanti e determinato la struttura del virus proteina spike legata a SARS2-38, un mAb potente e ampiamente neutralizzante che riconosce i VOC emergenti.

Una versione umanizzata di SARS2-38 conferisce protezione terapeutica contro l’isolato WA1/2020 e un ceppo SARS-CoV-2 che esprime la proteina spike di B.1.351. L’epitopo conservato legato alla SARS2-38 può quindi essere un potenziale bersaglio per anticorpi con potenziale terapeutico o indotti da vaccini efficaci con un potenziale di resistenza più limitato contro i VOC.

link di riferimento: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.04.26.441501v1.full


Maggiori informazioni: Laura A. VanBlargan et al, Un potente anticorpo SARS-CoV-2 neutralizzante inibisce le varianti di interesse utilizzando residui di legame unici in un epitopo altamente conservato, Immunità (2021). DOI: 10.1016/j.immuni.2021.08.016

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