Scoperta e multimerizzazione della croce

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13668 (2023) Citare questo articolo

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I coronavirus sono stati l’agente eziologico di tre epidemie e pandemie negli ultimi due decenni, inclusa l’attuale pandemia di COVID-19. Una terapia contro il coronavirus ampiamente neutralizzante è auspicabile non solo per prevenire e curare il COVID-19, ma anche per fornire protezione alle popolazioni ad alto rischio contro i futuri coronavirus emergenti. Poiché tutti i coronavirus utilizzano proteine ​​​​spike sulla superficie virale per entrare nelle cellule ospiti e queste proteine ​​​​spike condividono sequenza e omologia strutturale, abbiamo deciso di scoprire agenti biologici cross-reattivi che prendono di mira la proteina spike per bloccare l’ingresso virale. Attraverso campagne di immunizzazione dei lama, abbiamo identificato anticorpi a dominio singolo (VHH) che sono cross-reattivi contro più coronavirus emergenti (SARS-CoV, SARS-CoV-2 e MERS). È importante sottolineare che alcuni di questi anticorpi mostrano una potenza sub-nanomolare verso tutti i virus simili alla SARS, comprese le varianti emergenti di CoV-2. Abbiamo identificato nove epitopi distinti sulla proteina spike presa di mira da questi VHH. Inoltre, progettando VHH mirati a epitopi distinti e conservati in formati multivalenti, abbiamo migliorato significativamente le loro potenze di neutralizzazione rispetto ai corrispondenti cocktail VHH. Riteniamo che questo approccio sia ideale per affrontare sia le varianti emergenti di SARS-CoV-2 durante l’attuale pandemia, sia le potenziali pandemie future causate da coronavirus simili alla SARS.

I coronavirus (CoV) sono una vasta famiglia di virus che infettano numerose specie, compreso l’uomo, e sono costituiti da quattro generi principali noti come alfa, beta, gamma e delta. La specie CoV più significativa, la sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2), un beta-coronavirus emerso in Cina nel 2019, sta attualmente provocando una pandemia che ha provocato oltre 500 milioni di casi e 15 milioni di decessi in eccesso in gli ultimi 3 anni1. Altri ceppi di CoV includono SARS-CoV e MERS, entrambi i quali hanno provocato epidemie più piccole, ma significative, con elevata morbilità e mortalità.

I coronavirus sono virus a RNA a filamento singolo (ssRNA) con un genoma di grandi dimensioni e un tasso di mutazione relativamente elevato. È stato dimostrato che si verificano eventi di ricombinazione tra diverse specie di CoV, con conseguente ulteriore variabilità genetica2. Uno dei fattori chiave alla base del continuo e pesante carico della malattia COVID-19 è l’elevato tasso di mutazione osservato del virus SARS-CoV-2, con conseguente comparsa e rapida diffusione di nuove varianti virali in grado di eludere le infezioni naturali e indotte dal vaccino. risposte immunitarie dell'ospite. Sulla base del sequenziamento genomico sistematico degli isolati clinici di SARS-COV-2, sono stati identificati 12 gruppi di lignaggio e 5 di essi, Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1 ), Delta (B.1.617.2) e il nuovo Omicron (B.1.1.529) sono stati definiti varianti problematiche (COV) dall'Organizzazione mondiale della sanità. La variante Omicron, che presenta più di 30 mutazioni nella proteina virale del picco, è attualmente la principale variante circolante a livello globale. Numerosi studi hanno segnalato la resistenza della variante Omicron contro la neutralizzazione da parte di anticorpi e siero mirati al ceppo selvatico (Wuhan), con un impatto significativo sull'efficacia protettiva dei vaccini e degli anticorpi terapeutici originali basati sul ceppo Wuhan autorizzati3,4,5,6. I vaccini bivalenti mRNA, incluso il ceppo originale di Wuhan e il ceppo Omicron BA.4/5 attualmente circolante, sono stati recentemente resi disponibili come vaccini di richiamo, tuttavia, è possibile che nuovi COV si formino e sfuggano nuovamente dall'immunità indotta da questi richiami. Inoltre, la minaccia di continue ricadute zoonotiche giustifica lo sviluppo di agenti antivirali ampiamente reattivi che potrebbero combattere i coronavirus con potenziale pandemico in futuro7.

Sebbene la stragrande maggioranza degli anticorpi diretti contro la proteina del picco SARS-CoV-2 siano immunoglobuline convenzionali, sono stati utilizzati anche diversi potenti domini variabili a catena pesante (VHH) provenienti da anticorpi a dominio singolo (sdAb) derivati ​​dai camelidi diretti verso il picco del CoV-2. segnalato8,9,10. In letteratura sono stati identificati diversi epitopi cross-reattivi sullo spike, inclusi epitopi di Classe 3 e Classe 4 sul dominio di legame del recettore (RBD), rappresentato rispettivamente da S309 e CR302211,12,13. Poiché i VHH sono più piccoli rispetto agli anticorpi convenzionali (~ 15 kDa vs ~ 150 kDa), hanno il potenziale per legarsi a epitopi più piccoli e conservati condivisi tra diversi coronavirus a cui gli anticorpi convenzionali potrebbero non accedere. Inoltre, è stato dimostrato che i VHH possiedono proprietà biofisiche favorevoli e le loro dimensioni ridotte facilitano anche la generazione di costrutti multivalenti. In questo lavoro, riportiamo la scoperta di più VHH che legano distinti epitopi cross-reattivi sulla proteina spike. Dimostriamo inoltre che le potenze di neutralizzazione dei VHH multimerici sono notevolmente migliorate rispetto alle forme monovalenti. La maggiore potenza e il potenziale di protezione dalle mutazioni di fuga rendono questo approccio prezioso per affrontare le varianti emergenti di SARS-CoV-2 e i virus simili alla SARS che potrebbero emergere in futuro.