Studie van zeldzame antilichaamcocktail tegen Lassa-virus kan klinische proef dichterbij brengen

Een nieuwe studie van wetenschappers van het La Jolla Institute for Immunology (LJI) heeft onderzoekers een gids gegeven voor het neutraliseren van het dodelijke Lassa-virus (LSV) met behulp van een drietal zeldzame antilichamen die zijn geïsoleerd uit overlevenden van Lassa-virusinfectie. De LJI-wetenschappers lieten precies zien hoe een cocktail van drie menselijke antilichamen virale infectie kan blokkeren, wat volgens hen waardevol kan zijn in komende klinische onderzoeken voor Lassa-therapieën. „We weten nu waar deze drie therapeutische antilichamen werken en hoe precies ze handelen, „zei Kathryn Hastie, PhD, een LJI-instructeur en directeur van het Antibody Discovery Center bij LJI.

Het team is van plan om hun nieuwe kaart van het Lassa-virus-oppervlakte-glycoproteïne te gebruiken om een ​​broodnodig vaccin te ontwerpen. Hastie en collega’s deden verslag van hun werk in Wetenschap Translationele geneeskunde, in een paper getiteld: „Een cocktail van beschermende antilichamen ondermijnt het dichte glycaanschild van het Lassa-virus“, waarin ze concluderen: „… Deze resultaten verklaren beschermende mechanismen van zeldzame, brede en krachtige antilichamen en identificeren een strategie voor het rationele ontwerp van therapeutische modaliteiten tegen LF en gerelateerde infectieziekten.“ Het onderzoek werd geleid door het Saphire Lab van LJI, inclusief instructeur Haoyang Li, PhD, Hastie, en professor Erica Ollmann Saphire, PhD, in samenwerking met Luis Branco, PhD, van Zalgen Labs.

Lassa-virus is een dodelijk virus dat endemisch is in West-Afrika, waar het voornamelijk wordt verspreid door knaagdieren. Het virus veroorzaakt lassakoorts (LF), een ziekte die jaarlijks tot 300.000 mensen treft. De infectie presenteert zich in het begin meestal met griepachtige symptomen, maar kan leiden tot ernstige ziekte, langdurige symptomen, zoals doofheid en zelfs de dood. Het lassavirus is bijzonder gevaarlijk voor zwangere vrouwen: 90% van de infecties tijdens de zwangerschap is dodelijk.

In 2017 publiceerden Hastie en haar collega’s in het Saphire Lab (toen bij Scripps Research) de allereerste structurele beelden van het Lassa-virus-glycoproteïne. Lassa gebruikt glycoproteïnen om gastheercellen binnen te gaan en infectie te initiëren. De glycoproteïnestructuur van Hastie gaf onderzoekers een idee van waar ze tegenaan liepen.

Hastie’s doorbraak kwam toen onderzoekers op jacht waren naar de zeldzame menselijke antilichamen die de afweer van Lassa konden doorbreken. De hoop was dat onderzoekers deze neutraliserende antilichamen zouden gebruiken om Lassa-koortstherapieën of vaccins te ontwikkelen. Dit werd bereikt toen onderzoekspartners van Tulane University en Zalgen Labs een veelbelovende groep Lassa-bestrijdende antilichamen isoleerden uit het bloed van overlevenden van Lassa-koorts. Medewerkers van de medische afdeling van de Universiteit van Texas gingen verder met het testen van een cocktail van drie neutraliserende antilichamen in niet-menselijke primaten. Deze antilichaamtherapie, Arevirumab-3 genaamd, bleek 100% effectief te zijn bij de behandeling van lassakoorts, zelfs bij dieren met gevorderde ziekte. „De antilichaamcocktail die deze drie antilichamen omvat, Arevirumab-3 genaamd, biedt volledige bescherming bij niet-menselijke primaten, zelfs wanneer ze worden afgeleverd in een laat stadium van LF (8 dagen na infectie met overlijden meestal op dag 11)“, verklaarden ze. „Dit was een baanbrekende bevinding“, voegde Saphire eraan toe. „Het dogma was geweest dat antilichamen niet beschermend zouden zijn tegen het Lassa-virus.“

De FDA was echter niet bereid om klinische proeven te starten totdat de onderzoekers het mechanisme konden ontdekken dat de therapie zo effectief maakte. Hoe hebben deze neutraliserende antilichamen zich precies op het glycoproteïne van het Lassa-virus gericht en infectie voorkomen? Zoals de auteurs erkenden: „Hoewel de beschermingswerkzaamheid van Arevirumab-3 is bevestigd bij niet-menselijke primaten, waren de details van epitopen en beschermende mechanismen van deze antilichamen onbekend, wat klinische toepassing heeft belemmerd.“

Om deze vraag te beantwoorden, hadden onderzoekers een meer gedetailleerde kaart van Lassa-glycoproteïne nodig. De oorspronkelijke structuur van Hastie van het glycoproteïne vereiste ingewikkelde moleculaire engineering om voldoende stabiliteit voor beeldvorming te bieden. Haar structuur gaf wetenschappers een kritische blik op Lassa-glycoproteïne, maar niet het volledige beeld. Bovendien konden sommige van de veelbelovende therapeutische antilichamen deze of enige versie van gemanipuleerde Lassa-glycoproteïne niet herkennen. Onderzoekers moesten een natuurlijk glycoproteïne-doelwit isoleren voor verder onderzoek.

Gelukkig had het Saphire Lab de tools en expertise om deze moleculaire details te onthullen. Li leidde de inspanning om een ​​“inheems“ Lassa-glycoproteïne te produceren. Dankzij de vooruitgang in de eiwitproductie en drie jaar doorzettingsvermogen, was Li’s versie van het glycoproteïne een kopie van het echte werk en kon worden herkend door alle drie de antilichamen die in Arevirumab-3 werden gebruikt. Li gebruikte vervolgens een techniek genaamd cryo-elektronenmicroscopie, enkelvoudige deeltjesanalyse om het natieve glycoproteïne samen met de drie antilichamen in beeld te brengen. „Een grondig begrip van de structuren, GPC-herkenning en neutraliserende mechanismen van deze beschermende mAb’s zal de werking van deze eersteklas op antilichamen gebaseerde therapeutische kandidaat verklaren en kan aanvullende inzichten verschaffen in het ontwerp van vaccins“, aldus de wetenschappers. „Hier beschrijven we biochemische analyses en cryo-elektronenmicroscopiestructuren met hoge resolutie van een therapeutische cocktail van drie algemeen beschermende antilichamen die zich richten op het LASV-glycoproteïnecomplex (GPC), eerder geïdentificeerd door overlevenden van meerdere LASV-infecties.“

Hastie merkte op: “Haoyang’s vindingrijkheid en harde werk stelden ons in staat om de structuren te zien die we voorheen niet konden zien. Op basis van de structuren met hoge resolutie en verschillende functionele tests, onthulde het team precies hoe de drie antilichamen die in Arevirumab-3 worden gebruikt, het Lassa-virus neutraliseren.

Hastie was verbaasd om te zien hoe antilichaam 8.9F zich bindt aan de top van de glycoproteïnestructuur. Dit gebied van het glycoproteïne is waar drie moleculen (protomeren genaamd) samenkomen om een ​​“trimeer“ te vormen, een soort gedraaide klaverblad, zoals Hastie het beschrijft. Lassa zou normaal gesproken dit gebied van het glycoproteïne gebruiken om te binden met receptoren op gastheercellen, maar de structuur van Li laat zien hoe een enkele 8.9F erin springt en zich tegelijkertijd aan alle drie de protomeren bindt om infectie te blokkeren.

„De structuur is echt een mooie verlichting van hoe dit antilichaam in wezen de gastheerreceptor nabootst om te voorkomen dat de glycoproteïnereceptor zich bindt“, merkte Hastie op. „Het is een absoluut prachtige structuur om te zien.“

Ondertussen bindt het neutraliserende antilichaam genaamd 12.1F zich aan slechts één protomeer in het driezijdige trimeer. Gelukkig zou elk therapeutisch middel veel exemplaren van 12.1F hebben. Als een team van drie beweegt elk 12.1F-antilichaam zich aan een protomeer om te helpen bij het neutraliseren van het virus.

Tegelijkertijd richten kopieën van antilichaam 37.2D zich op het Lassa-virus door te binden op een manier die aangrenzende protomeren aan elkaar verankert. Deze antilichaamactiviteit is een enorm probleem voor Lassa, omdat het virus zijn trimeer (waar de protomeren samenkomen) moet openen om gastheercellen te infecteren. Met 37.2D ter plaatse, is de toegangsmachine opgesloten, niet in staat om te functioneren. ‚Lassa heeft nog een truc,‘ merkte Saphire op. ‚Het schermt zichzelf af met een dikke laag menselijke koolhydraatmoleculen, als een wolf in schaapskleren. De structuren van Haoyang laten duidelijk zien hoe deze krachtige, beschermende antilichamen de koolhydraten doorbreken of zelfs gebruiken om het virus te targeten en te neutraliseren.“

„De structuren laten zien hoe de antilichamen GPC-glycanen doorbreken of selectief gebruiken en gezamenlijk het binnendringen van virussen remmen“, merkten de onderzoekers op. „Structurele en mechanistische analyses onthullen compatibele neutraliserende epitopen en complementaire neutralisatiemechanismen die een hoge potentie, een breed bereik en weerstand bieden om te ontsnappen“, legden de onderzoekers uit.

„De bevindingen vullen een kritieke leemte in het onderzoek naar het Lassa-virus en kunnen de weg vrijmaken voor Arevirumab-3 om klinische proeven te doen“, zegt Branco, die het Zalgen-team zal leiden om toekomstige klinische proeven uit te voeren. „Bovendien verhelderen de resultaten van complementaire biochemische testen, monoklonale antilichaam-resistente mutant (MARM)-analyse en eiwitengineeringstudies de beschermende mechanismen van deze preklinische therapeutische cocktail en bieden richtlijnen voor LASV-antigeenontwerp“, merkte het team op in het gepubliceerde artikel. „Deze studie, samen met onze eerdere LASV-uitdagingsstudies in diermodellen, toont een mogelijkheid aan voor therapeutische behandeling van LF, een WHO- en CEPI-prioritaire infectieziekte.“

De onderzoeksresultaten geven de onderzoekers een leidraad voor het beter richten op drie Lassa-epitopen, of zwakke plekken. Twee van deze kritische epitopen waren nog nooit eerder in kaart gebracht. Dit jaar publiceerde het Saphire Lab zelfs drie artikelen over neutraliserende antilichamen tegen Lassa (inclusief dit artikel). De andere twee onderzoeken zijn gepubliceerd in Mobiele rapporten en mBio.

„Dit oeuvre biedt nu de allereerste volledige epitoopkaart, die elk kwetsbaar doelwit van het Lassa-glycoproteïne onthult“, zei Saphire. „We hebben nu een heel duidelijk idee over het neutraliserende epitoopoppervlak en de vereisten die nodig zijn voor het glycoproteïne voor binding en herkenning door iedereen“, voegde Hastie eraan toe.

Li en Hastie gebruiken de nieuwe glycoproteïne-epitoopkaart om het vaccinontwerp te begeleiden. Ze hopen dat een toekomstig vaccin degenen die risico lopen ertoe kan aanzetten om zelf neutraliserende antilichamen te maken.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert