Mosaic nanoparticles yang menampilkan spike protein trimers dari virus corona yang berbeda menghasilkan cross-reactive protection

Read Also

Dalam sebuah studi baru-baru ini yang sedang ditinjau di jurnal Nature Portfolio dan saat ini diposting ke preprint server Research Square*, para peneliti mengembangkan dan menilai imunogenisitas nanopartikel yang mengekspresikan spike trimer dari coronavirus (CoVs).

CoVs, terutama beta-CoVs, berkembang di reservoir hewan dan terus-menerus mengancam kesehatan manusia. Tujuh CoV menginfeksi manusia, termasuk severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), dan empat beredar secara endemik. Penyebaran zoonosis beta-CoV ke manusia dikaitkan dengan peningkatan morbiditas dan mortalitas penyakit, beban ekonomi, dan epidemi.

Evolusi SARS-CoV-2 kemungkinan akan berlanjut, dan virus tersebut dapat menjadi next endemic human CoV (HCoV). variants of concern (VOCs) SARS-CoV-2, seperti Delta dan Omicron, menyoroti ancaman lolos dari antibodi yang diinduksi vaksin dan kebutuhan mendesak untuk membuat vaksin yang menginduksi respons imun protektif secara luas terhadap CoV yang berbeda.

Studi dan temuan

Dalam penelitian ini, para peneliti merekayasa nanopartikel yang menampilkan trimer protein lonjakan dari CoV yang berbeda. Dua proline mutations (2P) yang menstabilkan konformasi spike prefusi diperkenalkan pada spike dari SARS-CoV, Middle-east respiratory syndrome (MERS)-CoV, dan SARS-CoV-2, dan mengadaptasi antigen untuk ditampilkan pada sebelumnya. menggambarkan platform nanopartikel dua komponen, I53_dn5.

Prefusion-stabilized spike (S2P) digabungkan ke komponen trimerik (I53_dn5B) dan assembly dengan menambahkan komponen pentamerik (I53_dn5A) in vitro untuk membuat partikel monotip yang mengekspresikan 20 salinan trimer S2P. Antigenisitas nanopartikel murni dan trimer S2P diuji dengan enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) menggunakan monoclonal antibodies (mAbs) terhadap setiap CoV spike.

Pengikatan antibodi sebanding antara S2P dan nanopartikel, menyiratkan antigenisitas utuh yang sama dalam setiap formulasi nanopartikel. Selanjutnya, penulis menyelidiki apakah tampilan multivalen dari trimer S2P menginduksi respons antibodi yang lebih besar daripada S2P yang dapat larut. Untuk tujuan ini, tikus BALB/c diimunisasi dua kali dengan bentuk larut SARS-1_S2P atau sebagai formulasi nanopartikel yang ditampilkan pada I53_dn5 dan MERS_S2P atau influenza hemagglutinin (HA) yang diekspresikan pada I53_dn5.

Design and characterization of CoV-S-2P displayed on I53-dn5. a Computer-generated models of prefusion-stabilized spike trimers (S-2P) from MERS, SARS- 1, and SARS-2, and their homotypic display on I53-dn5 nanoparticle. Icosahedral nanocage displays 20 trimers. b Trace profiles of S-2P_dn5B trimer and _dn5 nanocage purification by size exclusion chromatography. c Antigenicity ELISA comparing binding of antibodies specific for MERS, SARS-1, or SARS-2_S-2P to soluble trimer (triangles) or dn5 assembly (circles) respectively. d Representative images of CoV-S-2P_dn5 at 50,000x magnification and 2D class averages. Scale bars correspond to 100 nm (representative images) and 20 nm (2D class averages).

Respon serologis dievaluasi setelah lima minggu untuk antibodi imunoglobulin G (IgG) cross-reactive. Imunisasi dengan SARS-1_S2P terlarut menghasilkan titer antibodi yang lebih tinggi terhadap trimer S2P dari SARS-CoV, MERS-CoV, dan SARS-CoV-2 dibandingkan dengan SARS-1_I53_dn5. Antibodi yang ditimbulkan oleh S2P yang larut dan S2P yang ditampilkan nanopartikel menetralkan pseudovirus SARS-CoV, tetapi tidak untuk SARS-CoV-2. Khususnya, antibodi yang dihasilkan oleh SARS-1_I53_dn5 menetralkan pseudovirus MERS-CoV pada tingkat yang sama dengan MERS_I53_dn5.

Lebih lanjut, tim mencatat bahwa assembly SARS-1_S2P pada I53_dn5 membatasi akses reseptor sel B ke domain S2 lonjakan, menghasilkan pemilihan sel B dan respons antibodi ke domain S1. Selain itu, penulis memprofilkan luasnya reaktivitas silang antibodi yang diinduksi oleh antigen beta-CoV S2P tambahan pada I53_dn5 dan nanopartikel mosaik yang menampilkan bersama masing-masing antigen beta-CoV S2P.

Tikus BALB/c yang diimunisasi dengan nanopartikel mosaik beta-CoV yang menampilkan S2P dari SARS-CoV, MERS-CoV, SARS-CoV-2, HCoV-HKU1, dan HCoV_OC43 memiliki titer antibodi tinggi yang sebanding dengan rekan monotip I53_dn5 yang sesuai. Selain itu, nanopartikel mosaik menginduksi antibodi pengikat silang ke alpha-CoV, HCoV-229E.

Selanjutnya, 288/330 +/+ tikus diimunisasi dengan SARS-1_I53_dn5, SARS-2_I53_dn5, MERS-I53_dn5, atau nanopartikel mosaik beta-CoV dan ditantang dengan dosis mematikan strain MERS-CoV yang diadaptasi tikus. Nanopartikel SARS-1_I53_dn5 menimbulkan kekebalan lintas-subkelompok pada tingkat yang mendekati MERS_I53_dn5. Paru-paru hewan dipanen lima hari setelah tantangan mematikan.

Skor perubahan warna paru-paru tikus yang diimunisasi dengan nanopartikel mosaik beta-CoV adalah nol untuk tiga (dari empat) tikus yang diuji. Titer virus paru-paru tikus yang diimunisasi dengan nanopartikel mosaik rendah pada tingkat yang sama dengan yang diimunisasi dengan MERS_I53_dn5. Selain itu, skor perubahan warna paru dari mereka yang diimunisasi dengan SARS-1_I53_dn5 dan SARS-2_I53_dn5 relatif lebih rendah daripada mereka yang diimunisasi dengan trimer S2P larut yang sesuai.

Kesimpulan

Singkatnya, penulis mengadaptasi platform nanopartikel I53_dn5 untuk menampilkan bersama antigen S2P dari beragam CoV. Mereka menunjukkan bahwa kualitas dan luasnya antibodi cross-reactive yang diinduksi oleh tampilan monotipik trimer CoV S2P sangat luas. Meskipun demikian, presentasi mosaik antigen S2P CoV pada I53_dn5 dapat menghasilkan respons antibodi yang sama kuatnya dengan rekan monotipnya, meskipun molaritas imunogen S2P yang lebih rendah dari setiap CoV.

Khususnya, ada kekurangan antibodi terhadap domain S2 yang lebih terkonservasi menggunakan SARS-1_I53_dn5 sebagai imunogen karena pembatasan akses BCR ke domain S2. Imunogen nanopartikel monotipik memunculkan profil antibodi cross-reactive yang berbeda terhadap setiap HCoV. Baik imunogen SARS-1_I53_dn5 dan SARS-2_I53_dn5 menginduksi antibodi cross-reactive yang serupa dan antibodi reaktif MERS_S2P.

Namun, imunisasi dengan SARS-1_I53_dn5 hanya melindungi tikus dari tantangan mematikan MERS-CoV. Biasanya, potensi penetralan menurun dengan meningkatnya luasnya respons, menggarisbawahi pentingnya memahami fungsi antibodi ortogonal. Oleh karena itu, penelitian masa depan harus menentukan desain nanopartikel mosaik yang optimal untuk memberikan luas dan potensi maksimum.

*Pemberitahuan Penting

Research Square menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau oleh rekan sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai konklusif, memandu praktik klinis/perilaku terkait kesehatan, atau diperlakukan sebagai informasi yang mapan.

Journal reference:

Geoffrey Hutchinson, Olubukola Abiona, Cynthia Ziwawo et al. Nanoparticle display of prefusion coronavirus spike elicits S1-focused cross-reactive protection across divergent subgroups, 07 November 2022, PREPRINT (Version 1) available at Research Square, DOI: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2199814/v1, https://www.researchsquare.com/article/rs-2199814/v1