Små lama nanobodies neutraliserer forskellige norovirus – kan de forbedre humane antivirale terapier?

Humane norovirusser forårsager akut gastroenteritis, et globalt sundhedsproblem, som der ikke findes vacciner eller antivirale lægemidler mod. Selvom de fleste raske patienter kommer sig helt fra infektionen, kan norovirus være livstruende hos spædbørn, ældre og mennesker med underliggende sygdomme. Skøn viser, at humane noroviruss forårsager cirka 684 millioner sygdomme og 212.000 dødsfald årligt.

"Menneskelige norovirusser er meget forskellige," sagde førsteforfatter Dr. Wilhelm Salmen, en kandidatstuderende i Dr. B V Venkataram Prasads laboratorium, mens han arbejdede på dette projekt og i øjeblikket er postdoc ved University of Michigan. "Norovira er kategoriseret i ti grupper, hvoraf grupperne GI, GII, GIV, GVIII og GIX inficerer mennesker. Virus i GII.4-undergruppen er de mest fremherskende i humane populationer."

Norovirus er også berygtet for periodisk at give anledning til nye varianter, især dem af GII.4 norovirus, der kan unddrage sig det immunrespons, kroppen har udviklet mod tidligere varianter, ligesom nogle influenzavirus og coronavirus gør. Mangfoldigheden af ​​norovirusgrupper og den tilbagevendende fremkomst af nye varianter er nogle af de faktorer, der udfordrer udviklingen af ​​effektive forebyggende og terapeutiske tilgange til at kontrollere denne alvorlige sygdom.

I den aktuelle undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , Salmen, Prasad og deres kolleger undersøgte en ny strategi til at neutralisere humane norovirus. De testede, om små antistoffer produceret af lamaer, kaldet nanobodies, effektivt kunne neutralisere human norovirusinfektion i laboratoriet.

De uventede resultater afslører, at nanobodies kunne udvikles som et terapeutisk middel mod humant norovirus.

Lama nanobodies kan give overhånd

Lamaer og beslægtede dyr, såsom kameler og alpakaer, producerer antistoffer til beskyttelse mod sygdomme ligesom mennesker gør. Men sammenlignet med folks antistoffer er lamaer omkring en tiendedel af størrelsen af ​​humane antistoffer. Lama's nanobodies er blevet udviklet mod vira såsom dem, der forårsager hepatitis B, influenza, human immundefekt, polio og andre sygdomme.

"Vores samarbejdspartnere fra Argentina, Dr. Marina Bok og Dr. Viviana Parreño ved Institute of Virology and Technology Innovation, havde forberedt nanobodies fra lamaer, der blev podet med humane norovirus-lignende partikler fra forskellige stammer," sagde Salmen. "Vi arbejdede med en nanobody ved navn M4, som bandt til den dominerende GII.4-stamme, og testede dens evne til at neutralisere forskellige norovirus-stammer, det vil sige at forhindre dem i at inficere menneskelige celler."

Forskerne testede nanolegemernes evne til at forhindre levende vira i at inficere menneskelige tarmorganoider eller mini-tarm dyrket i laboratoriet. Mini-guts er modeller af menneskelige tarmceller, der tæt repræsenterer faktisk tyndtarmsvæv og dets funktioner, som gør det muligt for forskere at studere, hvordan norovirus virker, og at teste potentielle terapier.

"Det var virkelig uventet at se, at M4 nanobody ikke kun interagerede og neutraliserede den aktuelt cirkulerende pandemiske GII.4-stamme, men også dens ældre varianter," sagde Prasad, Alvin Romansky Chair i Biochemistry og professor i Verna og Marrs McLean Department of Biochemistry og Molekylær Farmakologi og Institut for Molekylær Virologi og Mikrobiologi ved Baylor.

Han er også medlem af Baylors Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center og den tilsvarende forfatter til værket.

Forskerne brugte krystallografi og andre teknikker til at se nærmere på interaktionerne mellem nanobodies og norovirus for at forsøge at forstå, hvordan M4 nanobody genkender og neutraliserer en række forskellige norovirus, når de forventede, at det kun ville genkende den GII.4-stamme, der blev brugt til at generere M4.

"Vi opdagede, at denne lille nanomand kan genkende en del af norovirussen, som alle de forskellige norovirusser, som vi testede, har til fælles," sagde Salmen.

Noroviruspartikler:En dynamisk struktur

Holdet opdagede, at M4 nanobody genkendte en skjult lomme i noroviruspartiklerne, som kun ville blive eksponeret, når partiklerne undergik en strukturel ændring. "Den traditionelle tankegang er, at virale partikler er i en meget stabil kompakt tilstand, men i virkeligheden 'ånder' disse partikler betydeligt," sagde Salmen. "Nylige undersøgelser har vist, at strukturen af ​​noroviruspartikler er dynamisk og veksler mellem en hvilende eller kompakt konformation og en hævet konformation."

"Vi tror, ​​at den hævede tilstand er vigtig for, at virussen binder sig til celler og inficerer dem," sagde Prasad. "Vi tror også, at når de virale partikler er i hævet tilstand, er den skjulte lomme blottet og tilgængelig for nanopersonen til at binde sig til den og, fungerer som en kile, for at holde partiklen i en forhøjet, potentielt ustabil tilstand, hvilket forhindrer det. fra at kollapse tilbage til den kompakte, mere stabile hviletilstand."

"Vores resultater tyder på, at indfangning af viruspartiklerne i en forhøjet, ustabil tilstand adskiller partiklerne, hvilket dræber virussen. Dette ville effektivt stoppe infektionen, da den blokerer transmissionskæden og forhindrer virussen i at sprede sig fra celle til celle," sagde Salmen. .

"Denne undersøgelse er også bemærkelsesværdig ved at bekræfte, at den humane norovirus skal ændre sin 3D-bekræftelse, fra kompakt til hævet, for at inficere mennesker," sagde medforfatter Dr. Mary Estes, Distinguished Service Professor of Virology and Microbiology og Cullen Foundation Endowed Chair ved Baylor. Hun er også medlem af Baylors Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center. "Dette arbejde afslører også vigtigheden af ​​at overveje viral partikeldynamik, når man designer vacciner."

Flere oplysninger: Wilhelm Salmen et al., En enkelt nanobody neutraliserer flere epokalt udviklende humane norovirus ved at modulere capsid-plasticitet, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42146-0

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Baylor College of Medicine