Para peneliti mengidentifikasi 55 antibodi monoklonal yang sangat reaktif terhadap betacoronaviruses

Read Also

Dalam sebuah studi baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal Cell Host & Microbe, para peneliti mengejar pendekatan baru yang dapat membantu menemukan monoclonal antibodies (mAbs) yang secara luas menargetkan coronaviruses (CoVs), terutama genera beta CoV.

Latar belakang

Tiga subgenera betacoronavirus menyebabkan penyakit pernapasan pada manusia. Betacoronavirus Lineage A, termasuk HCoV-OC43 dan HCoV-HKU1, menyebabkan infeksi saluran pernapasan atas ringan. Middle Eastern respiratory syndrome CoV (MERS-CoV), SARS-CoV, and severe acute respiratory syndrome CoV-2 (SARS-CoV-2) masing-masing adalah garis keturunan C dan B betaCoV, yang menyebabkan tiga wabah baru-baru ini dalam dua dekade terakhir dan merenggut jutaan nyawa secara global.

Saat ini, yang paling mengkhawatirkan adalah munculnya SARS-CoV-2 Omikron subvarian BA.5, yang resisten terhadap sebagian besar mAb yang tersedia secara klinis. Dengan demikian, ada kebutuhan mendesak untuk mAb terapeutik yang secara luas menargetkan beta-CoV.

Tentang studi

Penelitian ini mendaftarkan 19 donor pemulihan COVID-19 yang menunjukkan reaktivitas plasma terhadap beragam beta CoV. Mereka memperoleh 673.671 imunoglobulin G (IgG+) dan 305.142 IgA+ memory B cells (MBC) dari para donor ini, yang disaring menggunakan alur kerja dua langkah. Alur kerja ini menggunakan kultur sel B oligoklonal dan monoklonal berurutan untuk mengidentifikasi sel B yang diinginkan.

Para peneliti menguji panel mAb yang terdiri dari 55 mAb reaktif luas untuk binding to SARS-CoV-2 receptor-binding domain (RBD), N-terminal domain (NTD), S1, dan S2.  Analisis flow cytometry mengungkapkan subunit S2 spike SARS-CoV-2 sebagai target mayoritas mAb. Analisis Subsequent surface plasmon resonance (SPR)-based epitope binning menunjukkan bahwa mAbs dapat dibagi menjadi dua kelompok yang menargetkan wilayah peptida fusi yang berbeda. Selanjutnya, tim menilai luas dan potensi netralisasi panel mAb penelitian.

Pertama, tim melakukan penyelarasan urutan 28 isolat yang mewakili lima subgenera betacoronavirus untuk menentukan tingkat konservasi urutan heliks batang di antara beta-CoV. Selanjutnya, mereka menyelidiki profil genetik mAbs spesifik heliks batang. Jadi mereka memeriksa penggunaan gen V rantai ringan yang berat dan complementarity-determining region 3 (CDR3) yang menentukan komplementaritas. Selanjutnya, mereka membandingkan potensi dan luasnya mAb IGHV1-46/IGKV3-20 dengan mAb reaktif luas lainnya.

Tim melakukan pemindaian alanin pada peptida heliks batang untuk menentukan apakah mAb IGHV1-46/IGKV3-20 secara istimewa membentuk kontak dengan serangkaian asam amino yang berbeda dari mAb lain yang menargetkan situs ini. Selain itu, mereka menggunakan uji mutagenesis senapan S untuk memeriksa profil pengikatan COV89-22, mAb stem helix-targeting paling kuat dari panel penelitian, karena memiliki kerentanan paling rendah terhadap mutasi di stem helix region.

Temuan studi

Para peneliti mengidentifikasi 55 antibodi monoklonal dari donor pemulihan COVID-19 yang mengikat beragam protein beta CoV S. Asam amino, F1148, E1151, K1157, dan N1158 dalam heliks batang sangat terkonservasi (>90%) dalam subgenera betacoronavirus. Namun, alphaCoVs manusia, HCoV-229E, dan HCoV-NL63 memiliki urutan yang berbeda di lokasi ini. Semua VOC SARS-CoV-2 yang diidentifikasi hingga saat ini, termasuk subvarian Omicron BA.5, memiliki urutan yang identik di wilayah ini.

Dengan demikian, sebagian besar mAb menargetkan epitop S2 yang mencakup residu K814 dan tidak menetralkan. Selain itu, 11 antibodi yang menargetkan heliks batang dari subunit S2 menetralkan beta CoV dari garis keturunan yang berbeda. Namun, tidak satu pun dari 55 mAb yang dapat menetralkan HCoV-NL63 (alphacoronavirus), bahkan pada konsentrasi uji tertinggi 100 g/mL.

Delapan antibodi dalam kelompok ini, termasuk enam penetral terluas dan paling kuat, dikodekan oleh IGHV1-46 dan IGKV3-20. Kombinasi IGHV1-46/IGKV3-20 sangat sering digunakan (72,7%) oleh mAbs yang menargetkan heliks batang, menunjukkan seleksi positif karena pengikatan yang menguntungkan pada heliks batang. Juga, reaksi pusat germinal meningkatkan respons antibodi ke situs ini.

Kesimpulan

Temuan ini mengidentifikasi kelas antibodi IGHV1-46/IGKV3-20 yang secara luas menetralkan beta-CoV dengan menargetkan stem helix. Namun, antibodi ini hanya merupakan sebagian kecil dari antibodi reaktif luas terhadap beta-CoV setelah infeksi SARS-CoV-2. Subunit S2, yang lebih dilestarikan daripada S1, saat ini sedang dieksplorasi sebagai kandidat untuk vaksin virus corona generasi berikutnya. Temuan penelitian menunjukkan bahwa konstruksi vaksin yang ditargetkan yang memicu respons imun pada heliks batang dan menghindari situs K814+ imunodominan yang menutupi situs ini mungkin menjanjikan terhadap beragam betaCoV.

Struktur kristal dari tiga antibodi kelas ini pada resolusi 1,5-1,75-Å dan data mutagenesis mengungkapkan mode pengikatan mAbs spesifik heliks batang yang kuat. Mode interaksi ini dapat berfungsi sebagai templat untuk desain konstruksi vaksin yang memunculkan respons antibodi yang diinginkan, yaitu, imunogen penargetan germline yang mengaktifkan garis keturunan sel B.

MAb yang menargetkan heliks batang menunjukkan potensi netralisasi in vitro yang lebih rendah dibandingkan dengan mAb spesifik RBD, seperti sotrovimab. Itu tidak selalu mencerminkan kemanjuran pada manusia, karena faktor lain, seperti aktivitas Fc, juga berkontribusi pada perlindungan. Faktanya, COV89-22, mAb spesifik heliks batang efektif dalam mencegah penyakit yang dimediasi oleh SARS-CoV-2 pada model hamster; dengan demikian, penelitian harus lebih mengeksplorasi penggunaannya.

Journal reference:

Rare, convergent antibodies targeting the stem helix broadly neutralize diverse betacoronaviruses, Cherrelle Dacon, Linghang Peng, Ting-Hui Lin, Courtney Tucker, Chang-Chun D. Lee, Yu Cong, Lingshu Wang, Lauren Purser, Andrew J.R. Cooper, Jazmean K. Williams, Chul-Woo Pyo, Meng Yuan, Ivan Kosik, Zhe Hu, Ming Zhao, Divya Mohan, Mary Peterson, Jeff Skinner, Saurabh Dixit, Erin Kollins, Louis Huzella, Donna Perry, Russell Byrum, Sanae Lembirik, Michael Murphy, Yi Zhang, Eun Sung Yang, Man Chen, Kwanyee Leung, Rona S. Weinberg, Amarendra Pegu, Daniel E. Geraghty, Edgar Davidson, Benjamin J. Doranz, Iyadh Douagi, Susan Moir, Jonathan W. Yewdell, Connie Schmaljohn, Peter D. Crompton, John R. Mascola, Michael R. Holbrook, David Nemazee, Ian A. Wilson, Joshua Tan, Cell Host & Microbe 2022, DOI: https://doi.org/10.1016/j.chom.2022.10.010,   https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(22)00523-6