Ученые идентифицировали иммуногенный эпитоп в месте расщепления фурином коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), который вызывает устойчивый ответ антител у пациентов с коронавирусной болезнью 2019 (COVID-19). В своем исследовании, опубликованном в журнале электронная биомедицина, исследователи также определили моноклональное антитело, которое связывается с этим эпитопом и защищает мышей от инфекции SARS-CoV-2.
Исследование: Идентификация иммуногенного эпитопа и защитных антител против сайта расщепления фурином SARS-CoV-2. Изображение предоставлено: CI Photos / Shutterstock.com
Фон
SARS-CoV-2 содержит уникальную вставку из четырех аминокислот (PRRA) между субъединицами S1 и S2 шиповидного белка. Эта уникальная вставка создает сайт расщепления трансмембранной протеазой серин 2 (TMPRSS2)/фурин в шиповом белке, что повышает инфекционность SARS-CoV-2. Последовательное расщепление шиповидного белка в сайтах расщепления S1/S2 и S2′ фурином и TMPRSS2 необходимо для проникновения вируса и инфекционности.
В текущем исследовании ученые идентифицируют иммуногенный эпитоп в месте расщепления фурином, который специфически распознает антитела иммуноглобулина G (IgG) и IgM у пациентов с COVID-19.
Идентификация и характеристика эпитопа нового спайка
Ученые провели скрининг эпитопов спайков, используя базу данных иммунных эпитопов и прогнозирование ресурсов анализа, в конечном итоге идентифицировав семь пептидов. Затем были построены структурные модели этих белков с использованием компьютерного подхода к моделированию гомологии.
Кроме того, исследователи химически синтезировали эти пептиды и подвергли их иммуноферментному анализу (ELISA) для выявления пептид-специфических антител у пациентов с COVID-19 и здоровых людей. Наиболее сильный гуморальный ответ был обнаружен против пептида в положении шипа 672-691, что указывает на то, что этот пептид содержит иммуногенный эпитоп.
Сравнение последовательности пептида с другими коронавирусами человека показало, что пептид содержит PRRA между субъединицами S1 и S2, отсутствующий у других коронавирусов.
Результаты ELISA показали, что антитела IgG и IgM, нацеленные на шиповидный пептид 672-691, присутствуют у пациентов с COVID-19 и пациентов с подозрением на COVID-19 в значительно более высоких концентрациях, чем у здоровых людей.
Далее ученые проверили применимость шиповидного пептида в качестве иммуногенного антигена для диагностики COVID-19. Эти эксперименты показали, что сывороточные титры пептид-специфических антител IgG могут служить потенциальными биомаркерами для диагностических целей.
Противовирусная эффективность шиповидного пептида
Ученые разработали синтетическую версию шиповидного пептида 672-691, чтобы определить его способность предотвращать инфекцию SARS-CoV-2 в культивируемых клетках. С этой целью было обнаружено, что 672-691 блокирует инфицирование клеток SARS-CoV-2 дикого типа и варианта Omicron.
Затем экспериментальным мышам вводили пептид, а затем собирали образцы сыворотки для определения его эффективности нейтрализации вируса. С этой целью образцы сыворотки, полученные от мышей, получавших 672-691, могут предотвратить заражение SARS-CoV-2.
Исследователи также ввели делеционные мутации в шиповидный пептид, чтобы изолировать специфическую область связывания антител. Было обнаружено, что идентифицированный иммуногенный эпитоп 672-691 перекрывается с PRRA, уникальным для SARS-CoV-2.
Реакция моноклональных антител, специфичных к шиповидным пептидам
Мононуклеарные клетки периферической крови, полученные от пациентов с COVID-19, подвергали скринингу на наличие моноклональных антител человека, специфичных к шиповидным пептидам. Было получено несколько фаговых клонов, после чего был проведен анализ последовательности для идентификации двух независимых клонов.
Моноклональное антитело, полученное из одного из этих клонов, проявляло сильную аффинность связывания с шиповидным пептидом, полученным из SARS-CoV-2 дикого типа и варианта Omicron. Однако дальнейший анализ мутантных вирусных штаммов показал, что шиповидный пептид, лишенный вставки PRRA, не связывается с этим моноклональным антителом, что указывает на то, что моноклональное антитело напрямую связывается с сайтом расщепления фурином шиповидного белка.
Что касается противовирусной эффективности, моноклональное антитело значительно снижало титры вирусной рибонуклеиновой кислоты (РНК) в легких мышей, инфицированных SARS-CoV-2.
Значение исследования
В текущем исследовании идентифицирован иммуногенный эпитоп в месте расщепления фурином спайкового белка SARS-CoV-2. Этот эпитоп индуцирует сильный гуморальный ответ у пациентов с COVID-19. Исследователи также определили человеческое моноклональное антитело, которое нацелено на этот эпитоп и защищает мышей от развития инфекции SARS-CoV-2.
В целом результаты исследования подчеркивают, что, помимо создания сайта расщепления фурином между субъединицами S1 и S2, PRRA в шиповидном белке генерирует высокоиммуногенный эпитоп. Таким образом, антитела, связывающиеся с шиповидным белком за пределами хорошо известного рецептор-связывающего домена (RBD), также могут обладать мощной противовирусной активностью.
Ссылка на журнал:
- Ли, Л., Гао, М., Ли, Дж., и другие. (2022 г.). Идентификация иммуногенного эпитопа и защитных антител против сайта расщепления фурином SARS-CoV-2. электронная биомедицина. doi:10.1016/j.ebiom.2022.104401.
