Molekylær makeover gør wimpy antistof til en SARS-CoV-2 tackler

Ligesom Roadrunner, der overliste Wile E. Coyote, bliver SARS-CoV-2 (den infektiøse virus, der er ansvarlig for COVID-19) ved med at mutere og generere nye varianter, der kan glide ud af grebet af et veltrænet immunsystem eller et velrettet lægemiddel eller vaccine.

Nu har Stanford Medicine-forskere fundet en måde at gennemsyre immunmolekyler, der engang ansås som ubrugelige, med evnen til at sætte SARS-CoV-2 i en terapeutisk hovedlås, den ikke kan vride sig ud af. Deres metode er beskrevet i et papir offentliggjort 8. september i Nature Chemical Biology . Undersøgelsen blev ledet af biolog og vaccinolog Peter Kim, Ph.D.

To ting ved undersøgelsen skiller sig ud. For det første, selvom det endnu ikke er klar til brug hos mennesker, er det et solidt skridt mod udviklingen af ​​bredt effektive lægemidler, der ikke holder op med at virke, bare fordi en grim virus har udtænkt et nyt trick. Og for det andet var en nøglekomponent i den nye terapi et molekyle, der rutinemæssigt var blevet smidt i skraldespanden.

For fuldt ud at værdsætte Kims teams opdagelse, lad os træde tilbage og spørge:Hvad sker der præcist, når en virus inficerer vores kroppe? Og hvad gør immunsystemet ved det?

Grundlæggende om infektion

For at forårsage infektion skal en virus først komme ind i en celle. Cellernes ydre membraner er normalt svære at trænge igennem uden en særlig passage. Men disse små pengeskabs-crackere har fundet ud af, hvordan de kan åbne en lås på cellens overflade, klatre ind, kapre cellens replikeringsmaskineri, lave en bazillion kopier af sig selv og sprede sig til andre celler.

Låsen SARS-CoV-2 ved, hvordan man vælger, er ACE2, der vises på overfladen af ​​celler i halsen, lungerne, hjertet, nyrerne, tarmene og blodkarrene. ACE2 er kendt for blandt andet at hjælpe med at holde vores blodtryk lavt. Men SARS-CoV-2 er ligeglad med, hvad ACE2 lever af. Enhver celle, der bærer ACE2, er sårbar over for SARS-CoV-2-infektion.

Vores immunsystem har måder at håndtere sådanne ubudne gæster på. Efter at have genkendt et patogens tilstedeværelse, pumper B-celler, som er med til at udgøre vores immunsystem, et bredt udvalg af antistoffer rettet mod angriberen. Dette er molekyler, der er unikt egnede til at glom på patogener som matchende puslespilsbrikker og - når de glom på de helt rigtige steder, og pasformen er god - sætte dem ud af drift.

Antistoffer, der udmærker sig ved at gribe fat i nogle funktioner, der er afgørende for patogenets cellulære sikker-cracking-succes, erklæres for at være "neutraliserende":De forhindrer patogenet i at inficere celler. Det bedste af disse neutraliserende antistoffer kan derefter gøres til lægemidler.

For eksempel modtager patienter indlagt med COVID-19 ofte en dosis monoklonale antistoffer:flere kopier af det samme kraftigt neutraliserende antistof. Problemet er, at SARS-CoV-2 er dygtige til at tilpasse formerne på dets sårbare egenskaber ved at mutere, så et én gang neutraliserende monoklonalt antistof mister sit greb og kan ikke længere dæmpe den nye variant. COVID-19-pandemien har været en parade af den ene immun-undslippende kunstner efter den anden.

Suppet antistof

"Det er en muldvarp," sagde Kim, der tilbragte en del af sin karriere med at arbejde i den farmaceutiske industri. "Du går til alt det besvær med at udvikle disse monoklonale antistoffer, hyrde dem gennem kliniske forsøg, oprette produktionsoperationer og få en nødbrugstilladelse fra FDA. Så, måneder senere, forvandles virussen, og det monoklonale antistof er ikke godt længere."

Af de mere end et halvt dusin SARS-CoV-2-målrettede monoklonale antistoffer, der har modtaget en nødbrugstilladelse, er kun ét stadig i brug.

Men Kims laboratorium har et opsuppet antistof, der kan tage imod alle, der kommer.

Alle de monoklonale antistoffer, som FDA har godkendt indtil videre, holder sig til SARS-CoV-2's receptorbindende domæne eller RBD. Det er "forretningsenden" af virussens berygtede spikeprotein, det virale fremspring, der fifler med ACE2 for at få adgang til celler. Ved at udvinde nye varianter med muterede RBD'er bliver virussen ved med at ryste successive monoklonale antistoffers greb af sig.

Men SARS-CoV-2-spidsproteinet indeholder andre regioner, der til alle praktiske formål er uforanderlige. Disse regioner siges at være meget evolutionært konserverede, hvilket betyder, at de ikke har ændret sig over tid, selv blandt virale stammer, der adskiller sig andre steder.

Så hvorfor ikke komme med et monoklonalt antistof, der går efter en af ​​de bevarede regioner? Ville det ikke løse problemet med flugtkunstneren?

Ja, sagde Kim, der er Virginia og D. K. Ludwig professor i biokemi. "Men indtil videre har ingen fundet et antistof mod en bevaret region på SARS-CoV-2, der ikke er en tøs." Med andre ord ser det ud til, at ingen af ​​disse antistoffer er potente neutraliserende antistoffer - de glomer på og sidder bare der, rider sammen med virussen, men forhindrer den ikke i at inficere celler.

Wimp ikke længere

Kim krediterer Payton Weidenbacher, Ph.D., en tidligere kandidatstuderende i sit laboratorium, med et glimt af opfindsomhed, der udløste fremkomsten af ​​det, de har kaldt "ReconnAbs" (forkortelse for "receptorblokerende bevarede ikke-neutraliserende antistoffer") .

Weidenbachers idé:Tag et andet molekyle, der kunne neutralisere SARS-CoV-2, og bind det til et af disse snavsede, men klyngende antistoffer, der binder til et velbevaret sted på det virale spikeprotein.

"Masser af andre forskere smed bare disse antistoffer i skraldespanden, og det gjorde vi også," sagde Weidenbacher.

De fandt et antistof, der var rettet mod en del af SARS-CoV2's spikeprotein, som aldrig ser ud til at ændre sig, uanset hvilken ny variant, der dukker op. Ved at bruge en fleksibel proteinsnippet som snor, tøjrede de dette antistof til det stykke ACE2, der stikker ud fra celleoverfladen - den del, som virussen sætter sig fast på.

"Der er ingen måde, SARS-CoV-2 kan mutere sig ud af sin afhængighed af ACE2," sagde Weidenbacher.

I en laboratorieskål viste den fastgjorte konstruktion sig i stand til at blokere SARS-CoV-2-infektion af humane celler, der normalt er modtagelige for virussen. Det har virket på alle SARS-CoV-2-stammer testet op gennem BA.2.

Det næste trin er at teste ReconnAbs på dyr.

Ser man ud over den nuværende pandemi, forestiller Kim sig, at ReconnAbs fungerer som et modulært mix-and-match "delesæt", der hurtigt kan sættes i værk, når den næste pandemi rammer for at stoppe virussen fra start, mens man venter på det håbede udvikling af endnu bedre lægemidler.

Et sådant sæt ville indeholde tre dele:antistoffer, der vides at klæbe tæt til stærkt bevarede områder af det velundersøgte virus (f.eks. et coronavirus eller influenzavirus) der kommer med; hvilken celleoverflade "lås" den virus ved, hvordan den skal vælge for at komme ind i vores celler; og små snore til at hænge dem sammen.

"Det var et strejf af kreativitet," sagde Kim. "Payton rakte billedligt talt ind i skraldespanden, trak disse citroner ud og forvandlede dem til limonade." + Udforsk yderligere

Kraftfuldt nyt antistof neutraliserer alle kendte SARS-CoV-2-varianter