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陈薇、西湖大学研究新冠中和抗体,或可有效避

在新冠肺炎疫情仍在举世多个国家伸展的背景下,针对病毒抗体的熟识与疫苗的研制十分紧迫。近日,陈薇院士与西湖大年夜学周强实验室等团队相助,重新冠康复患者的血浆浆细胞平分离出抗体,并揭示了新冠病毒(SARSCoV-2)S蛋白与中和抗体复合物的高分辨率冷冻电镜布局。

该钻研成果于当地光阴5月8日颁发在生物医学预印本平台bioRxiv上,题为“A potent neutralizing human antibody reveals the N-terminal domain of the Spike protein of SARS-CoV-2 as a site of vulnerability”。

钻研团队包括军事科学院军事医学钻研院、西湖大年夜学浙江省布局生物学重点实验室、清华大年夜学布局生物学高精尖立异中间等,钻研通讯作者除周强外,还有中国工程院院士、军事科学院军事医学钻研院钻研员陈薇以及军事医学钻研院的李建夷易近。

值得一提的是,此前西湖大年夜学周强实验室团队已经多次解析新冠病毒布局及其入侵人体机制,于2月天下首次成功解析病毒受体ACE2的全长三维布局以及病毒外面S蛋白与ACE2复合物的三维布局,赞助抗疫殊效药研发。

而陈薇院士团队改过冠疫情之初就在加速进行其疫苗与抑制剂钻研。据悉,我国已有三款疫苗进入临床试验阶段,此中陈薇院士团队研发的腺病毒载体疫苗首个获批进入临床钻研,今朝已经进入II期临床,是举世首个开展II期临床钻研的新冠病毒疫苗品种。

陈薇、周强等团队本次新颁发的钻研分为两步:一是从康复了的新冠患者体内分离抗体,二是解析该抗体与新冠病毒S蛋白的复合物布局。

此前,在针对新冠病毒的钻研中,药物设计主要靶向新冠病毒S蛋白的RBD(受体结合域)。但这次钻研中,陈薇院士团队从S蛋白的N端布局域(NTD)入手,发清楚明了一种名为4A8的抗体。颠末多项实验检测,钻研职员发明抗体4A8具有强病毒中和能力,可以显着抑制病毒的活性。

接下来,周强实验室使用冷冻电镜技巧,解析了4A8抗体与新冠病毒S蛋白的高分辨率复合物布局,可以清楚看到二者的互相感化界面。

该钻研发清楚明了新冠病毒S蛋白的新的脆弱表位,为靶向S蛋白氮端布局域的药物设计和治疗策略供给了根基。同时,4A8作为一种抑制病毒侵染人体细胞能力较强的中和单克隆抗体,能够和感化于新冠病毒S蛋白其他区域的抗体联合应用,进而将前进新冠治疗的成功概率。

单克隆抗体4A8:病毒中和能力强

新冠病毒的S蛋白认真与受体结合入侵宿主,平日是药物研发的紧张靶标。在感染历程中,S蛋白被宿主蛋白酶(如TMPRSS2)裂解为N端S1亚基和C端S2亚基,S1和S2分手介导受体结合和膜交融。

此中,S1包孕N末尾布局域(NTD)和受体结合布局域(RBD),在确定组织向性和宿主范围方面至关紧张。在病毒入侵人体时,RBD会与人类受体ACE2(血管首要素转化酶2)结合,而NTD的功能尚不清楚。此前的钻研注解,中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)S蛋白的NTD可作为抗体中和的关键表位。

陈薇院士团队的钻研职员从10名感染新型冠状病毒后康复病人的影象B细胞和浆细胞平分离初筛抗体,得到了399种单克隆抗体。

钻研职员在此中筛选出了35种S蛋白特异性抗体,并发明它们靶向新冠病毒S蛋白的至少4个抗原区。值得留意的是,在35种S蛋白特异性抗体中,只有4个识别RBD。

接下来,钻研职员在非洲绿猴肾细胞中进行了人体体外情况的抗原抗体亲和力检测,他们发明,在应用实时qPCR(实时荧光定量PCR)测试了用每种单克隆抗体处置惩罚的非洲绿猴肾细胞中活病毒的RNA载量后,抗体4A8的抑制能力比其他几种抗体高。

新冠病毒S蛋白与单克隆抗体4A8复合物的冷冻电镜布局图

钻研职员随后又进行了抗体的假病毒(即无扩增能力,而保留了侵染能力的病毒)的中和实验,发明抗体4A8能够保护ACE2细胞,具有强病毒中和能力,可以显着抑制病毒的活性。

团队觉得,4A8可能是治疗新冠病毒的潜在候选药物,由于4A8对SARS-CoV-2的活病毒与假病毒都表现出高水平中和能力。

复合物冷冻电镜布局:靶向新冠S蛋白氮端布局域

为了钻研抗体4A8和病毒S蛋白之间的互相感化,钻研职员以3.1Å的整体分辨率解析了复合物的冷冻电镜布局。

新冠病毒S蛋白的N端布局域(NTD)和4A8重链的互相感化示意图,橙色部分代表病毒S蛋白NTD,蓝色和紫色部分为抗体4A8

钻研显示,3个4A8分子与1个三聚体S蛋白结合,每个S蛋白单体中的NTD都能被4A8结合,且互相感化界面并无区别。然而值得留意的是,NTD与抗体4A8的结合在空间上不会影响S蛋白受体结合区域(RBD)的位置,也无法阻拦RBD与细胞外面受体ACE2的结合。

4A8抗体经由过程重链与新冠病毒S蛋白的氮端布局域(NTD)相结合。在高分辨率的合物的布局中,钻研职员解析了NTD布局域的3个柔性片段(loop环区,意为构象轻易发生变更的区域),在之前解析的新冠病毒S蛋白的布局中,这部分序列由于其柔性而未被解析。

之后的布局阐发发明,中和抗体4A8的可变区与此中的两个柔性片段(N2和N3)互相感化,因而稳定了该部散播局,交互界面由广泛的亲水互相感化收集构成。

钻研职员注解,这些结果意味着,从人体B细胞中自然形成并分离的SARSCoV-2单克隆抗体在基因应用和病毒S蛋白的表位识别方面具有很大年夜程度的多样性。值得留意的是,大年夜多半康复患者体内分离出的单克隆抗体不能识别病毒S蛋白的RBD区域,并且所有能够中和活SARS-CoV-2的单克隆抗体都不能抑制病毒S蛋白与人体ACE2的结合。

这些结果注解,除了抑制病毒与受体的互相感化外,还存在其他紧张的SARS-CoV-2中和机制,例如4A8抗体病毒S蛋白氮端布局域(NTD)相结合的中和要领。

钻研职员推想,4A8可能经由过程抑制S蛋白的构象变更来中和SARS-CoV-2。总体而言,4A8是一种完全来自人体的新冠病毒中和单克隆抗体,可识别病毒S蛋白上的脆弱表位NTD,并具有自力于受体结合抑制的病毒中和机制。

钻研职员着末指出,4A8与RBD靶向抗体的结合治疗措施可以有效避免病毒的逃逸突变,并有望成为一种“鸡尾酒”疗法,从此项钻研中得到的信息将有利于开拓针对SARS-CoV-2的疫苗及药物治疗措施。

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