Pengembangan Antibodi Monoklonal Terhadap SARS-Cov-2 − BiologyGate.com

Dalam sebuah penelitian baru-baru ini yang diterbitkan dalam Molecular Therapy journal, para peneliti mengeksplorasi strategi untuk mengembangkan monoclonal antibodies (mAbs) yang efektif terhadap severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Latar belakang

Beberapa neutralizing antibodies (nAbs) yang mengikat protein lonjakan SARS-CoV-2 telah disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA) untuk mengobati penyakit coronavirus 2019 (COVID-19). Ini terutama karena peran penting dari identifikasi sel inang yang dimediasi reseptor dan internalisasi SARS-CoV-2 dalam perbanyakan virus.

Mutasi pada prototype spike receptor-binding domain (RBD) telah membuat antibodi tidak efektif dalam menetralkan virus dan secara signifikan mengurangi kemanjuran vaksin. Oleh karena itu, munculnya SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs) sebagai akibat dari evolusi virus yang sedang berlangsung secara eksplisit relevan dengan efektivitas terapi COVID-19. Analisis kritis juga diperlukan untuk memahami bagaimana mutasi yang dipilih secara positif oleh spike itu mengubah fungsi virus dan menghindari respons imun.

VOC SARS-CoV2 dan pengikatan ACE2

Peningkatan pengikatan angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2) yang ditemukan pada varian SARS-CoV-2 Beta yang mengakibatkan gelombang kedua COVID-19 pada tahun 2020 sebagian besar didorong oleh tiga mutasi, K417N, E484K, dan N501Y. Perubahan K417N/T spike membedakan varian Beta dan Gamma, yang memiliki afinitas pengikatan ACE2 yang sebanding. Varian Delta, yang pada April 2021 menyebabkan gelombang COVID-19 paling mematikan, memiliki sepuluh perubahan lonjakan, termasuk T19R dan G142D, di mana mutasi L452R dan T478K meningkatkan pengikatan ACE2. Varian Omikron SARS-CoV-2 pertama kali muncul dengan jumlah perubahan terbesar dalam lonjakannya, yang tidak hanya secara signifikan meningkatkan pengikatan, infektivitas, dan transmisi ACE2, tetapi juga memfasilitasi penghindaran sebagian besar nAb dan vaksin.

Semua 195 asam amino yang ditemukan dalam RBD virus terkait dengan mutasi pada protein lonjakan. Namun, tidak semua mutasi yang diusulkan termasuk pengikatan ACE2. Investigasi mutasi menyeluruh yang dilakukan selama fase awal pandemi COVID-19 menemukan mutasi pada RBD yang memodifikasi pengikatan ACE2 dan/atau sesuai untuk terapi berbasis antibodi. Anehnya, hanya enam dari 16 mutasi RBD yang terlibat dalam penghindaran kekebalan VOC - yaitu, G339D, L452R, S477N, T478K, E484K, dan N501Y- dikaitkan dengan pengikatan ACE2 yang lebih tinggi. Lebih lanjut, dengan memilih mutasi yang paling pas dalam epitop antigenik (Ag), seleksi positif VOC dapat dikaitkan dengan peningkatan resistensi terhadap serum pasca-vaksinasi dan pemulihan.

Penyelidikan pemodelan molekul yang dilakukan oleh tim menunjukkan bahwa Omicron mengikat ACE2 hampir 2,5 kali lebih kuat daripada strain aslinya. Hal ini disebabkan oleh pergantian pemain termasuk T478K, Q493K, dan Q498R, sementara K417N dan E484A melakukan peran yang berlawanan. Karena itu, teori bahwa mutasi menyebabkan peningkatan pengikatan ACE2 terbukti tidak efektif dalam menjelaskan sifat rumit dari kemampuan beradaptasi inang virus. Tingkat mutasi yang meningkat pada SARS-CoV-2 kemungkinan merupakan hasil dari mutasi positif bersih yang muncul dalam keadaan atipikal, seperti respons imunologis inang, kejadian zoonosis potensial, dan adaptasi virus, bukan semata-mata karena tekanan selektif.

Mutasi pada ACE2 yang bersaing dengan epitop RBD

Tim memodelkan struktur 3D mAb ini dengan Beta dan Gamma RBD untuk memeriksa antarmuka. Ditemukan bahwa E484K menghilangkan kontak elektrostatik ke complementarity-determining region H2 (CDRH2) dan CDRL3 dari bamlanivimab, sedangkan K417N melarutkan kontak dengan CDRH2 dari etesevimab. Imdevimab dan casirivimab keduanya mengikat dua epitop yang tidak tumpang tindih pada RBD, oleh karena itu yang terakhir mempertahankan netralisasi beta sedangkan kapasitas netralisasi casirivimab berkurang secara signifikan sebagai akibat dari perubahan E484K. Meningkatkan interaksi Delta RBD-ACE2 dengan mutasi L452R dan T478K menghilangkan kemampuan regdanvimab untuk menetralkan versi Delta.

Tim juga mencatat bahwa regdanvimab dan bamlanivimab escape secara langsung dikaitkan dengan N417N dan E484A, secara signifikan menurunkan afinitas pengikatan ACE2-RBD. Penemuan ini lebih lanjut mendukung hipotesis bahwa tingkat mutasi yang lebih tinggi pada SARS-CoV-2 kemungkinan merupakan hasil dari mutasi positif-bersih yang muncul dalam keadaan atipikal daripada peningkatan afinitas ACE2. Mengingat pelarian kekebalan Omicron dan munculnya subvarian, termasuk BA.2, FDA memperbarui persetujuannya untuk penggunaan dua obat koktail berbasis mAb seperti koktail etesevimab/bamlanivimab dan koktail casirivimab/imdevimab pada COVID-19.

Memposisikan ulang mAb yang lolos VOC menggunakan diversifikasi CDR

Sementara antibodi tertentu menunjukkan efektivitas yang lebih baik terhadap VOC serta sarbecovirus lainnya, yang lain mengalami banyak mutasi yang memungkinkan varian baru untuk menghindari sistem kekebalan. Karena SARS-CoV-2 dicirikan dengan penghindaran kekebalan yang efisien, diversifikasi CDR dianggap sebagai pilihan yang layak untuk mendesain ulang antibodi yang lolos yang sebelumnya dikembangkan terhadap varian tertentu. Perkembangan ini difasilitasi oleh informasi yang terkait dengan epitop-paratop yang dimediasi hotspot yang telah ditentukan sebelumnya. Baru-baru ini, AstraZeneca telah menggunakan metode ini untuk meningkatkan afinitas AB1 turunan hibridoma terhadap murine chemokine ligand 20 (muCCL20).

Secara keseluruhan, penelitian ini menunjukkan pengembangan metode yang sebagian meniru pengikatan prioritas pose bias yang ditemukan dalam algoritma docking serta strategi desain heuristik. Stabilitas dan ketahanan pose yang dihasilkan terhadap perubahan konformasi dan reorientasi juga dapat dikonfirmasi dengan pemodelan dalam pelarut dari pose Ab-Ag.

Journal reference:

The paradigm of immune escape by SARS-CoV-2 variants and strategies for repositioning subverted mAbs against escaped VOCs. Molecular Therapy (2022). doi: https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2022.08.020 https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016(22)00508-1