Gli anticorpi SARS-CoV-2 forniscono un’immunità duratura

Gli anticorpi SARS-CoV-2 forniscono un’immunità duratura

Una delle domande più significative sul nuovo coronavirus è se le persone infette siano immuni dalla reinfezione e, in tal caso, per quanto tempo.

Per determinare la risposta, i ricercatori dell’Università dell’Arizona Health Sciences hanno studiato la produzione di anticorpi da un campione di quasi 6.000 persone e hanno scoperto che l’immunità persiste per almeno diversi mesi dopo essere stati infettati da SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19.

“Vediamo chiaramente la produzione di anticorpi di alta qualità da cinque a sette mesi dopo l’infezione da SARS-CoV-2”, ha detto Deepta Bhattacharya, Ph.D., professore associato, UArizona College of Medicine di Tucson, Dipartimento di Immunobiologia. “Molte preoccupazioni sono state espresse circa l’immunità contro COVID-19 non duratura. Abbiamo usato questo studio per indagare su questa domanda e abbiamo scoperto che l’immunità è stabile per almeno cinque mesi”.

Il documento risultante, “Orthogonal SARS-CoV-2 Serological Assays Enable Surveillance of Low Prevalence Community and Reveal Durable Humoral Immunity”, è stato pubblicato oggi sulla rivista Immunity . Il dottor Bhattacharya e Janko Nikolich-Zugich, MD, Ph.D., professore e capo del Dipartimento di Immunobiologia, hanno guidato il gruppo di ricerca.

Quando un virus infetta per la prima volta le cellule, il sistema immunitario impiega plasmacellule di breve durata che producono anticorpi per combattere immediatamente il virus. Questi anticorpi compaiono negli esami del sangue entro 14 giorni dall’infezione.

Il secondo stadio della risposta immunitaria è la creazione di plasmacellule a lunga vita, che producono anticorpi di alta qualità che forniscono un’immunità duratura. Drs. Bhattacharya e Nikolich-Zugich hanno monitorato i livelli di anticorpi per diversi mesi nelle persone risultate positive agli anticorpi SARS-CoV-2. Hanno scoperto che gli anticorpi SARS-CoV-2 sono presenti negli esami del sangue a livelli vitali per almeno 5-7 mesi, anche se credono che l’immunità duri molto più a lungo.

“Se gli anticorpi forniscano una protezione duratura contro SARS-CoV-2 è stata una delle domande più difficili a cui rispondere”, ha detto il vicepresidente senior di UArizona Health Sciences Michael D. Dake, MD, coautore dell’articolo. “Questa ricerca non solo ci ha dato la capacità di testare accuratamente gli anticorpi contro il COVID-19, ma ci ha anche fornito la consapevolezza che l’immunità duratura è una realtà”.

 

Studi precedenti estrapolavano la produzione di anticorpi dalle infezioni iniziali e suggerivano che i livelli di anticorpi diminuissero rapidamente dopo l’infezione, fornendo solo un’immunità a breve termine. Il dottor Bhattacharya ritiene che queste conclusioni si siano concentrate sulle plasmacellule di breve durata e non abbiano tenuto conto delle plasmacellule a lunga vita e degli anticorpi ad alta affinità che producono.

“Gli ultimi punti temporali che abbiamo monitorato negli individui infetti erano passati sette mesi, quindi questo è il periodo di tempo più lungo in cui possiamo confermare la durata dell’immunità”, ha detto il dott. “Detto questo, sappiamo che le persone che sono state infettate dal primo coronavirus SARS, che è il virus più simile a SARS-CoV-2, vedono ancora l’immunità 17 anni dopo l’infezione. Se SARS-CoV-2 è qualcosa di simile al primo uno, ci aspettiamo che gli anticorpi durino almeno due anni, e sarebbe improbabile per qualcosa di molto più breve “.

Lo studio è iniziato quando Drs. Nikolich-Zugich e Bhattacharya, entrambi membri dell’Istituto UArizona BIO5, hanno guidato un team di Scienze della salute dell’UArizona che ha sviluppato un esame del sangue per verificare la presenza di anticorpi SARS-CoV-2. Una partnership con lo stato ha portato a 5.882 volontari sottoposti a test anticorpali nella contea di Pima, in Arizona, a partire dal 30 aprile. Successivamente, gli sforzi di test sono stati estesi a tutto lo stato.

I ricercatori dell’Università dell’Arizona Heath Sciences hanno sviluppato uno dei più accurati test sugli anticorpi COVID-19 disponibili e ora hanno dimostrato che gli anticorpi persistono per mesi dopo l’infezione, fornendo un’immunità a lungo termine. Crediti: University of Arizona Health Sciences, Sarah Sher

Poiché gli anticorpi si attaccano ai virus in più di una posizione, il test UArizona Health Sciences è stato sviluppato impiegando due diverse parti del virus SARS-CoV-2: S1 e S2. La maggior parte dei test cerca anticorpi in S1, che include il dominio di legame del recettore in cui la proteina spike si lega a un recettore proteico per infettare le cellule. Il test UArizona Health Sciences analizza anche la regione S2 della proteina spike. Affinché il test sia positivo, devono essere presenti anticorpi in entrambe le posizioni.

“Quando abbiamo iniziato, il primo test che abbiamo sviluppato era accurato al 99% per misurare gli anticorpi in una parte del virus”, ha detto il dott. Nikolich-Zugich. “Abbiamo deciso di confermare, e si spera di migliorare, quel livello di accuratezza osservando un’altra parte del virus che rende gli anticorpi indipendenti dalla prima posizione. Abbiamo quindi convalidato il test, sapendo che alcune persone produrranno anticorpi in modo più coerente per una parte del virus rispetto agli altri. Abbiamo messo insieme i due test e solo le persone che mostrano la produzione di anticorpi per entrambe le parti del test risultano positive “.

La verifica scientifica dell’alto livello di accuratezza del test degli anticorpi di UArizona Health Sciences è l’altra scoperta evidenziata nel documento Immunity . Su 5.882 test completati, solo uno ha restituito un falso positivo, una percentuale inferiore allo 0,02%. Il test ha ricevuto l’autorizzazione per l’uso di emergenza della Food and Drug Administration degli Stati Uniti ad agosto.

Il dottor Nikolich-Zugich ha detto che il team ha ora testato quasi 30.000 persone. I test anticorpali sono ancora disponibili per chiunque in Arizona dai 18 anni in su in più sedi in tutto lo stato.

 

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Anticorpi umani ultrapotenti proteggono dalla sfida di SARS-CoV-2 tramite più meccanismi

Anticorpi umani ultrapotenti proteggono dalla sfida di SARS-CoV-2 tramite più meccanismi

Lo studio su Science :

Opzioni terapeutiche efficaci sono necessari per controllare la diffusione della SARS-CoV-2 che ha causato più di 922.000 morti a partire dal 13 settembre °, 2020. Riportiamo l’isolamento e la caratterizzazione di due anticorpi neutralizzanti umani SARS-CoV-2 ultrapotenti (S2E12 e S2M11) che proteggono i criceti dalla infezione della SARS-CoV-2. Le strutture di microscopia crioelettronica mostrano che S2E12 e S2M11 bloccano in modo competitivo l’attacco ACE2 e che S2M11 blocca anche il picco in una conformazione chiusa mediante il riconoscimento di un epitopo quaternario che attraversa due domini adiacenti di legame del recettore. I cocktail che includono S2M11, S2E12 o l’anticorpo S309, precedentemente identificato, neutralizzano ampiamente  SARS-CoV-2 circolanti e attivano le funzioni effettrici. I nostri risultati aprono la strada all’implementazione di cocktail di anticorpi per la profilassi o la terapia, aggirando o limitando l’emergere di virus mutanti.

Opzioni terapeutiche efficaci sono necessari per controllare la diffusione della SARS-CoV-2 che ha causato più di 922.000 morti a partire dal 13 settembre °, 2020. Riportiamo l’isolamento e la caratterizzazione di due anticorpi neutralizzanti umani SARS-CoV-2 ultrapotenti (S2E12 e S2M11) che proteggono i criceti dalla sfida della SARS-CoV-2. Le strutture di microscopia crioelettronica mostrano che S2E12 e S2M11 bloccano in modo competitivo l’attacco ACE2 e che S2M11 blocca anche il picco in una conformazione chiusa mediante il riconoscimento di un epitopo quaternario che attraversa due domini adiacenti di legame del recettore. I cocktail che includono S2M11, S2E12 o l’anticorpo S309 precedentemente identificato neutralizzano ampiamente un pannello di isolati di SARS-CoV-2 circolanti e attivano le funzioni effettrici. I nostri risultati aprono la strada all’implementazione di cocktail di anticorpi per la profilassi o la terapia, aggirando o limitando l’emergere di virus mutanti .

La sindrome respiratoria acuta grave Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) è emersa alla fine del 2019 ed è stata sequenziata entro gennaio 2020 ( 1 , 2 ). Sebbene l’ospite del serbatoio responsabile della ricaduta nella popolazione umana rimanga incerto, SARS-CoV-2 sembra aver avuto origine in pipistrelli da cui sono stati identificati virus e sequenze virali strettamente correlati ( 1 , 3 ). SARS-CoV-2 appartiene al sottogenere del sarbecovirus ed è strettamente correlato al SARS-CoV, responsabile di un’epidemia nel 2002-2003 che ha provocato 8.098 casi e 774 decessi in tutto il mondo ( 4 , 5). La mancanza di immunità preesistente alla SARS-CoV-2 a causa della sua divergenza dai quattro coronavirus endemici circolanti e la sua elevata trasmissibilità da uomo a uomo ha portato alla pandemia COVID-19 in corso che ha già causato oltre 29 milioni infezioni e oltre 922.000 decessi a metà settembre 2020.

L’infezione da SARS-CoV-2 inizia con l’attaccamento della glicoproteina virale transmembrana spike (S) tramite un motivo di legame del recettore (RBM) all’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2), che porta alla fusione della membrana e all’ingresso nelle cellule ospiti ( 613 ). Come per tutti i coronavirus, SARS-CoV-2 S è l’obiettivo principale degli anticorpi neutralizzanti (Abs) e un fulcro della progettazione del vaccino e degli sforzi di targeting terapeutico ( 14 ). Anche se i programmi di sviluppo di vaccini sono una corsia preferenziale ( 1520), la produzione e l’amministrazione su larga scala per una popolazione sufficientemente ampia da ottenere la protezione della comunità richiederanno probabilmente molti mesi. I farmaci antivirali profilattici e / o terapeutici potrebbero colmare il divario prima che vaccini sicuri ed efficienti diventino ampiamente disponibili e continueranno ad avere utilità in individui non vaccinati o in coloro che rispondono male alla vaccinazione.

Abbiamo recentemente descritto un Ab monoclonale (mAb), isolato dalle cellule B della memoria di un sopravvissuto alla SARS ottenuto 10 anni dopo il recupero, che neutralizza SARS-CoV-2 e SARS-CoV attraverso il riconoscimento del dominio di legame del recettore S (RBD) ma senza bloccare l’attacco ACE2 ( 21 ). Una versione ottimizzata di S309 è attualmente in fase di valutazione in studi clinici di fase 2/3. L’isolamento di molti altri RBD mirati neutralizzando Abs da COVID-19 pazienti convalescenti ( 2228 ) e la dimostrazione che essi forniscono nella protezione vivo contro la SARS-CoV-2 sfida nei piccoli animali e primati non umani ( 25 , 2931) hanno dimostrato che l’RBD è l’obiettivo principale della neutralizzazione degli addominali in caso di infezione da CoV naturale. La valutazione clinica di Abs terapeutico interferire direttamente con il legame ACE2 sono in corso ( il 3034 ). Gli mAb con una potenza di neutralizzazione eccezionalmente elevata, insieme a meccanismi d’azione distinti e complementari rispetto agli mAb esistenti, possono consentire la formulazione di cocktail mAb con maggiore efficacia per controllare la diffusione del virus e prevenire la resistenza. Qui, abbiamo valutato la possibilità di combinare due Abs neutralizzanti ultrapotenti che abbiamo scoperto, ovvero S2E12 e S2M11, che sfruttano diversi meccanismi di azione.

Risultati

Isolamento di Abs neutralizzante SARS-CoV-2 ultrapotente

Per identificare mAbs altamente potenti provocati dall’infezione da SARS-CoV-2, abbiamo ordinato le cellule B della memoria da due individui che si stanno riprendendo da una grave malattia COVID-19, utilizzando il trimero di ectodominio SARS-CoV-2 S di prefusione biotinilata come esca. Due mAb, S2E12 e S2M11, si sono distinti per la loro elevata potenza di neutralizzazione contro il virus SARS-CoV-2 autentico e due diversi virus pseudotipati SARS-CoV-2 S (utilizzando il virus della leucemia murina (MLV) o il virus della stomatite vescicolare (VSV) spine dorsali). In un saggio che misura l’inibizione dell’ingresso autentico di SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2-Nluc ( 35 )), abbiamo determinato concentrazioni inibitorie metà massime (IC 50 ) di 3-6 ng / ml (20-40 pM ) ( Fig.1, A e B ). Abbiamo determinato IC 50valori di 1,9-2,5 ng / ml per SARS-CoV-2 S-VSV (fig. S1A) e 10,3-30,4 ng / ml per SARS-CoV-2 S-MLV (fig. S1B). In un autentico test di neutralizzazione della riduzione del fuoco SARS-CoV-2 che misura l’inibizione dell’ingresso e della diffusione del virus ( 36 ), i valori di IC 50 erano 1,2-6,6 ng / ml (fig. S1C). L’eccezionale potenza di questi mAb è stata ulteriormente dimostrata dalle concentrazioni necessarie per inibire il 90% dell’entrata virale autentica di SARS-CoV-2-Nluc (IC 90 ), che abbiamo determinato come 26,4 ± 7,8 ng / ml e 12,7 ± 3,1 ng / ml rispettivamente per S2E12 e S2M11 ( Fig. 1, A e B ). La maggiore potenza di neutralizzazione delle IgG rispetto a Fab osservata per ciascun mAb ha suggerito che le distinte affinità di legame e / o il legame bivalente contribuiscono alla potenza (Fig.1, A e B ). La catena pesante S2E12 utilizza i geni VH1-58 * 01, D2-15 * 01 e JH3 * 02 mentre S2M11 deriva dai geni VH1-2 * 02, D3-3 * 01 e JH4 * 02. L’identità germinale della sequenza nucleotidica del gene variabile della catena pesante è del 96,53% per S2M11 e del 97,6% per S2E12, mostrando un basso livello di ipermutazione somatica per questi due mAb.

La sindrome respiratoria acuta grave Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) è emersa alla fine del 2019 ed è stata sequenziata entro gennaio 2020 ( 1 , 2 ). Sebbene l’ospite del serbatoio responsabile della ricaduta nella popolazione umana rimanga incerto, SARS-CoV-2 sembra aver avuto origine in pipistrelli da cui sono stati identificati virus e sequenze virali strettamente correlati ( 1 , 3 ). SARS-CoV-2 appartiene al sottogenere del sarbecovirus ed è strettamente correlato al SARS-CoV, responsabile di un’epidemia nel 2002-2003 che ha provocato 8.098 casi e 774 decessi in tutto il mondo ( 4 , 5). La mancanza di immunità preesistente alla SARS-CoV-2 a causa della sua divergenza dai quattro coronavirus endemici circolanti e la sua elevata trasmissibilità da uomo a uomo ha portato alla pandemia COVID-19 in corso che ha già causato oltre 29 milioni infezioni e oltre 922.000 decessi a metà settembre 2020.

L’infezione da SARS-CoV-2 inizia con l’attaccamento della glicoproteina virale transmembrana spike (S) tramite un motivo di legame del recettore (RBM) all’enzima di conversione dell’angiotensina 2 (ACE2), che porta alla fusione della membrana e all’ingresso nelle cellule ospiti ( 613 ). Come per tutti i coronavirus, SARS-CoV-2 S è l’obiettivo principale degli anticorpi neutralizzanti (Abs) e un fulcro della progettazione del vaccino e degli sforzi di targeting terapeutico ( 14 ). Anche se i programmi di sviluppo di vaccini sono una corsia preferenziale ( 1520), la produzione e l’amministrazione su larga scala per una popolazione sufficientemente ampia da ottenere la protezione della comunità richiederanno probabilmente molti mesi. I farmaci antivirali profilattici e / o terapeutici potrebbero colmare il divario prima che vaccini sicuri ed efficienti diventino ampiamente disponibili e continueranno ad avere utilità in individui non vaccinati o in coloro che rispondono male alla vaccinazione.

Abbiamo recentemente descritto un Ab monoclonale (mAb), isolato dalle cellule B della memoria di un sopravvissuto alla SARS ottenuto 10 anni dopo il recupero, che neutralizza SARS-CoV-2 e SARS-CoV attraverso il riconoscimento del dominio di legame del recettore S (RBD) ma senza bloccare l’attacco ACE2 ( 21 ). Una versione ottimizzata di S309 è attualmente in fase di valutazione in studi clinici di fase 2/3. L’isolamento di molti altri RBD mirati neutralizzando Abs da COVID-19 pazienti convalescenti ( 2228 ) e la dimostrazione che essi forniscono nella protezione vivo contro la SARS-CoV-2 sfida nei piccoli animali e primati non umani ( 25 , 2931) hanno dimostrato che l’RBD è l’obiettivo principale della neutralizzazione degli addominali in caso di infezione da CoV naturale. La valutazione clinica di Abs terapeutico interferire direttamente con il legame ACE2 sono in corso ( il 3034 ). Gli mAb con una potenza di neutralizzazione eccezionalmente elevata, insieme a meccanismi d’azione distinti e complementari rispetto agli mAb esistenti, possono consentire la formulazione di cocktail mAb con maggiore efficacia per controllare la diffusione del virus e prevenire la resistenza. Qui, abbiamo valutato la possibilità di combinare due Abs neutralizzanti ultrapotenti che abbiamo scoperto, ovvero S2E12 e S2M11, che sfruttano diversi meccanismi di azione.

Risultati

Isolamento di Abs neutralizzante SARS-CoV-2 ultrapotente

Per identificare mAbs altamente potenti provocati dall’infezione da SARS-CoV-2, abbiamo ordinato le cellule B della memoria da due individui che si stanno riprendendo da una grave malattia COVID-19, utilizzando il trimero di ectodominio SARS-CoV-2 S di prefusione biotinilata come esca. Due mAb, S2E12 e S2M11, si sono distinti per la loro elevata potenza di neutralizzazione contro il virus SARS-CoV-2 autentico e due diversi virus pseudotipati SARS-CoV-2 S (utilizzando il virus della leucemia murina (MLV) o il virus della stomatite vescicolare (VSV) spine dorsali). In un saggio che misura l’inibizione dell’ingresso autentico di SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2-Nluc ( 35 )), abbiamo determinato concentrazioni inibitorie metà massime (IC 50 ) di 3-6 ng / ml (20-40 pM ) ( Fig.1, A e B ). Abbiamo determinato IC 50valori di 1,9-2,5 ng / ml per SARS-CoV-2 S-VSV (fig. S1A) e 10,3-30,4 ng / ml per SARS-CoV-2 S-MLV (fig. S1B). In un autentico test di neutralizzazione della riduzione del fuoco SARS-CoV-2 che misura l’inibizione dell’ingresso e della diffusione del virus ( 36 ), i valori di IC 50 erano 1,2-6,6 ng / ml (fig. S1C). L’eccezionale potenza di questi mAb è stata ulteriormente dimostrata dalle concentrazioni necessarie per inibire il 90% dell’entrata virale autentica di SARS-CoV-2-Nluc (IC 90 ), che abbiamo determinato come 26,4 ± 7,8 ng / ml e 12,7 ± 3,1 ng / ml rispettivamente per S2E12 e S2M11 ( Fig. 1, A e B ). La maggiore potenza di neutralizzazione delle IgG rispetto a Fab osservata per ciascun mAb ha suggerito che le distinte affinità di legame e / o il legame bivalente contribuiscono alla potenza (Fig.1, A e B ). La catena pesante S2E12 utilizza i geni VH1-58 * 01, D2-15 * 01 e JH3 * 02 mentre S2M11 deriva dai geni VH1-2 * 02, D3-3 * 01 e JH4 * 02. L’identità germinale della sequenza nucleotidica del gene variabile della catena pesante è del 96,53% per S2M11 e del 97,6% per S2E12, mostrando un basso livello di ipermutazione somatica per questi due mAb.

Sia S2E12 che S2M11 sono legati al SARS-CoV-2 RBD e al trimero S ectodominio stabilizzato alla prefusione ( 6 ) ma non al SARS-CoV RBD o S ( 37 ) da ELISA ( Fig.1, da C a F). Utilizzando la risonanza plasmonica di superficie (SPR) e la citometria a flusso, abbiamo inoltre osservato che S2E12 e S2M11 competono per il legame al SARS-CoV-2 RBD o al SARS-CoV-2 S, presentato come trimero dell’ectodominio S stabilizzato in prefusione o come S a tutta lunghezza espressa sulla superficie delle cellule ExpiCHO (fig. S2, A e B). Quando è stato aggiunto per primo, S2M11 ha gareggiato in modo dipendente dalla concentrazione con il sarbecovirus neutralizzando S309 mAb per legarsi a SARS-CoV-2 S, mentre potrebbe legarsi con una concorrenza minima quando aggiunto dopo S309 (fig. S2B). Mentre il Fab S2E12 (o IgG) si lega a SARS-CoV-2 S e RBD in modo simile, l’affinità di legame del Fab S2M11 (o IgG) per il trimero S è stata migliorata rispetto al RBD SARS-CoV-2 isolato ( Fig. 1Ge la fig. S2C). In particolare, la cinetica di legame di S2M11 a SARS-CoV-2 S era bifasica, inclusa una prima fase con cinetica di legame e affinità identiche misurate per il legame all’RBD isolato, e una seconda fase con un off-rate molto più lento e quindi una maggiore affinità. Abbiamo osservato che il legame di S2M11 Fab e IgG a S era aumentato a pH 5,4, una condizione che favorisce la conformazione del trimero chiuso, rispetto a pH 7,4 ( 38 ) ( Fig. 1G , Fig. S2C e tabella S1). Al contrario, il legame di S2E12 Fab a S era diminuito a pH 5,4 (e moderatamente ridotto per S2E12 IgG), probabilmente a causa dell’aumentato numero di trimeri S con RBD chiusi ( Fig. 1G ; fig. S2, A e C; e tabella S1).

Collettivamente, questi risultati indicano che S2E12 e S2M11 hanno come target epitopi RBD SARS-CoV-2 sovrapposti o parzialmente sovrapposti. La scoperta che S2M11 interagisce preferenzialmente con il trimero S rispetto al RBD suggerisce che questo mAb potrebbe legarsi a un epitopo quaternario esposto solo nel contesto di una prefusione chiusa nativa S. Infine, il legame potenziato di S2E12 a SARS-CoV-2 S in condizioni che favoriscono l’apertura RBD (pH 7.4) indica che questo mAb potrebbe riconoscere un epitopo criptico non esposto nel trimero S chiuso.

S2E12 neutralizza potentemente SARS-CoV-2 prendendo di mira l’RBM

Per comprendere il meccanismo della potente neutralizzazione mediata da S2E12 di SARS-CoV-2, abbiamo caratterizzato un complesso tra il trimero dell’ectodominio SARS-CoV-2 S e il frammento Fab S2E12 mediante microscopia crioelettronica (cryoEM). La classificazione 3D dei dati ha mostrato la presenza di trimeri S con uno, due o tre Fab legati ad RBD aperti per i quali abbiamo determinato strutture con risoluzione di 3.5 Å, 3.3Å e 3.3 Å, rispettivamente (Fig.2 , A e B; Figura. S3, da A a G; e tabella S2). Successivamente abbiamo utilizzato il raffinamento locale per ottenere una mappa 3,7 Å della regione corrispondente ai domini variabili S2E12 e RBD, che ha notevolmente migliorato la risoluzione locale a causa della dinamica conformazionale rispetto al resto del trimero S, e l’abbiamo usata insieme a un cristallo 1,4Å struttura della S2E12 Fab per costruire un modello (fig. S3, da D a G, e tabelle S2 e S3).

Fig. 2 L’mAb neutralizzante S2E12 riconosce l’RBM SARS-CoV-2.

( A e B ) Struttura CryoEM del trimero di ectodominio SARS-CoV-2 S a prefusione con tre frammenti Fab S2E12 legati a tre RBD aperti visti lungo due orientamenti ortogonali. ( C ) Il paratopo concavo S2E12 riconosce la punta convessa RBM. ( D ) Vista ravvicinata che mostra le interazioni selezionate formate tra S2E12 e SARS-CoV-2 RBD. Nei pannelli AD, ogni protomero SARS-CoV-2 S è colorato distintamente (ciano, rosa e oro) mentre i domini variabili della catena leggera e pesante S2E12 sono colorati rispettivamente di magenta e viola. I glicani legati all’N sono rappresentati come sfere blu nei pannelli AC.

 

 

 

 

 

 

 

 

S2E12 riconosce un epitopo RBD che si sovrappone al RBM (cioè, il sito di legame del recettore ACE2) che è parzialmente sepolto all’interfaccia tra i protomeri nel trimero S chiuso ( Fig. 2, da A a D , e fig. S4, A e B) . Di conseguenza, S2E12 può interagire solo con RBD aperti, come nel caso di ACE2 e di diversi mAb neutralizzanti precedentemente descritti tra cui S2H14 ( 22 , 25 , 28 ). Il paratopo concavo S2E12 riconosce la punta convessa RBM attraverso interazioni elettrostatiche e di van der Waals (Fig.2 , C e D). In particolare, S2E12 utilizza le regioni determinanti complementari della catena pesante (CDR) 1-3 e le catene leggere CDR1 e CDR3, che rappresentano rispettivamente 2/3 e 1/3 della superficie sepolta del paratopo, per riconoscere i residui 455-458 e 473- 493 del SARS-CoV-2 RBD ( Fig.2, C e D ). Praticamente tutti i contatti S2E12 con il RBD sono mediati da residui codificati della linea germinale con solo 1 residuo mutato di catena pesante su 5 (G109) e 1 su 4 di catena leggera (G94) che contribuiscono al paratopo. I dati strutturali spiegano che S2E12 si lega efficacemente sia al RBD che al trimero S di prefusione ( Fig. 1G ) e neutralizza potentemente SARS-CoV-2 ( Fig. 1, A e Be la fig. S1, A e C): (i) S2E12 riconosce un epitopo 3D terziario, cioè un epitopo che è completamente contenuto in un protomero S; (ii) ~ 50% dei trimeri S ospita naturalmente un RBD aperto sulla superficie virale o in trimeri S ectodominio espressi in modo ricombinante, come osservato dalla tomografia crioelettronica e dal crioEM a singola particella, rispettivamente ( 6 , 39 ) e (iii) legame S2E12 sposta l’equilibrio conformazionale RBD verso trimeri S aperti, come descritto in precedenza per mAbs mirati RBM ( 22 , 28 , 37 ).

S2M11 blocca il trimero SARS-CoV-2 S nello stato chiuso legandosi a un epitopo quaternario

Abbiamo effettuato analisi cryoEM di S2M11 in complesso con SARS-CoV-2 S per chiarire le basi molecolari del suo riconoscimento preferenziale del trimero S rispetto al RBD e il suo meccanismo di neutralizzazione. La classificazione 3D dei dati cryoEM ha rivelato la presenza esclusiva di trimeri S adottando una conformazione chiusa, che ci ha permesso di determinare una struttura 2.6Å di SARS-CoV-2 S legati a tre frammenti S2M11 Fab (Fig.3 , A e B ; fig. . S5, da A a F e tabella S2). S2M11 riconosce un epitopo quaternario attraverso interazioni elettrostatiche e complementarità di forma, comprendente regioni distinte di due RBD adiacenti all’interno di un trimero S (Fig.3 , C e D). In particolare, S2M11 CDRH1, CDRH2 e la regione 3 della struttura della catena pesante (FR3) sono ancorate nella fessura dell’RBM (seppellendo una superficie di ~ 400Å 2 ) mentre CDRH3 copre l’interfaccia tra l’RBM e le eliche 339-343, 367-374 pure come residuo 436 di un RBD adiacente appartenente al protomero adiacente (cioè, seppellendo una superficie totale di ~ 500 Å 2 ) ( Fig. 3, C e F ). Sebbene la maggior parte delle interazioni siano mediate dalla catena pesante S2M11, CDRL2 interagisce con i residui 440-441 e CDRL1 forma contatti chiave con il glicano nella posizione N343, che è ruotato di ~ 45 ° rispetto all’orientamento che adotta nella struttura S associata a S309 ( 21 ), entrambi i gruppi di interazioni che si verificano con il vicino RBD (epitopo quaternario) ( Fig.3, C e Fe la fig. S5G). Tre degli otto residui della catena pesante S2M11 che sono mutati rispetto alla linea germinale contribuiscono al riconoscimento degli epitopi (Ile54, Thr77 e Phe102) mentre nessuno dei due residui mutati della catena leggera partecipa al legame RBD.

S2E12 riconosce un epitopo RBD che si sovrappone al RBM (cioè, il sito di legame del recettore ACE2) che è parzialmente sepolto all’interfaccia tra i protomeri nel trimero S chiuso ( Fig. 2, da A a D , e fig. S4, A e B) . Di conseguenza, S2E12 può interagire solo con RBD aperti, come nel caso di ACE2 e di diversi mAb neutralizzanti precedentemente descritti tra cui S2H14 ( 22 , 25 , 28 ). Il paratopo concavo S2E12 riconosce la punta convessa RBM attraverso interazioni elettrostatiche e di van der Waals (Fig.2 , C e D). In particolare, S2E12 utilizza le regioni determinanti complementari della catena pesante (CDR) 1-3 e le catene leggere CDR1 e CDR3, che rappresentano rispettivamente 2/3 e 1/3 della superficie sepolta del paratopo, per riconoscere i residui 455-458 e 473- 493 del SARS-CoV-2 RBD ( Fig.2, C e D ). Praticamente tutti i contatti S2E12 con il RBD sono mediati da residui codificati della linea germinale con solo 1 residuo mutato di catena pesante su 5 (G109) e 1 su 4 di catena leggera (G94) che contribuiscono al paratopo. I dati strutturali spiegano che S2E12 si lega efficacemente sia al RBD che al trimero S di prefusione ( Fig. 1G ) e neutralizza potentemente SARS-CoV-2 ( Fig. 1, A e Be la fig. S1, A e C): (i) S2E12 riconosce un epitopo 3D terziario, cioè un epitopo che è completamente contenuto in un protomero S; (ii) ~ 50% dei trimeri S ospita naturalmente un RBD aperto sulla superficie virale o in trimeri S ectodominio espressi in modo ricombinante, come osservato dalla tomografia crioelettronica e dal crioEM a singola particella, rispettivamente ( 6 , 39 ) e (iii) legame S2E12 sposta l’equilibrio conformazionale RBD verso trimeri S aperti, come descritto in precedenza per mAbs mirati RBM ( 22 , 28 , 37 ).

Fig. 3 L’mAb neutralizzante S2M11 riconosce un epitopo quaternario che si estende su due RBD e stabilizza S nello stato chiuso.

( A e B ) Struttura CryoEM del trimero di ectodominio SARS-CoV-2 S di prefusione legato a tre frammenti Fab S2M11 visti lungo due orientamenti ortogonali. ( C e D ) La posa di legame S2M11, che coinvolge un epitopo quaternario che abbraccia due RBD vicini. ( E e F ) Viste ravvicinate che mostrano interazioni selezionate formate tra S2M11 e RBD SARS-CoV-2. Nei pannelli AF, ogni protomero SARS-CoV-2 S è colorato distintamente (ciano, rosa e oro) mentre i domini variabili della catena leggera e pesante S2M11 sono colorati rispettivamente di magenta e viola. I glicani legati all’N sono rappresentati come sfere blu nei pannelli AD e come bastoncini nei pannelli EF. FR: framework.

 

 

 

 

 

 

 

 

L’osservazione che tutte le immagini di particelle corrispondono a trimeri S chiusi quando legati a S2M11 contrasta con la nostra precedente scoperta di ~ 50% / 50% di trimeri chiusi o con un RBD aperto in assenza di mAb legato ( 6 ) o in complesso con S309 ( 21 ) o S2H13 ( 28 ), che non selezionano per alcuna specifica conformazione RBD. Sulla base di questi dati, concludiamo che S2M11 stabilizza la conformazione chiusa del trimero S interagendo con un epitopo composito che include due RBD vicini (da due protomeri distinti) che sono vicini l’uno all’altro nello stato chiuso ma si allargano all’apertura RBD ( 6 ) (fig. S4, C e D). Questi risultati spiegano anche la maggiore affinità di legame di S2M11 per S rispetto a RBD ( Fig. 1G), poiché solo il trimero S consente il legame all’epitopo quaternario che seppellisce una superficie del paratopo maggiore del ~ 60% rispetto al legame con l’RBM isolato (Fig.3 , da A a F ). Interpretiamo quindi il legame bifasico come S2M11 che interagisce con un epitopo terziario presente in RBD aperti (off-rate veloce), in base alla cinetica e affinità identiche misurate rispetto a RBD isolato, e S2M11 che riconosce il suo epitopo quaternario completo (off-rate lento) .

S2M11 e S2E12 inibiscono l’attaccamento di SARS-CoV-2 ad ACE2 e attivano le funzioni effettrici mediate da Fc

I dati strutturali indicano che sia S2E12 che S2M11 competerebbero con l’attaccamento di ACE2 all’RBD poiché riconoscono epitopi che si sovrappongono con l’RBM ( Fig.4, A e B ). Inoltre, la stabilizzazione indotta da S2M11 di SARS-CoV-2 S nello stato conformazionale chiuso produce trimeri S con RBM mascherati che sono incompetenti per l’impegno del recettore, come mostrato in precedenza per un costrutto S ingegnerizzato stabilizzato in modo covalente nello stato chiuso ( 40 ). Quindi, sia S2E12 che S2M11 hanno bloccato il legame di SARS-CoV-2 S o RBD con ACE2 ricombinante umano immobilizzato misurato mediante interferometria biostrato ( Fig. 4, C e D ). Inoltre, sia S2E12 che S2M11 hanno inibito il legame di ACE2 a SARS-CoV-2 S espresso sulla superficie delle cellule CHO ( Fig. 4E), convalidando questo meccanismo di neutralizzazione utilizzando trimeri S nativi a lunghezza intera. L’efficienza comparabile di S2E12 e S2M11 nel bloccare l’attaccamento di S ad ACE2 è correlata alle loro simili potenze di neutralizzazione.

Fig. 4 S2E12 e S2M11 impediscono l’attaccamento di SARS-CoV-2 S ad ACE2, inibiscono la fusione della membrana e S2M11 innesca le funzioni effettrici.

( A ) S2E12 (viola / rosa) e ACE2 (verde scuro) si legano a siti di legame sovrapposti sul SARS-CoV-2 RBD (blu). ( B ) S2M11 (viola / rosa) e ACE2 (verde scuro) si legano a siti di legame sovrapposti sul SARS-CoV-2 RBD (blu). Le stelle rosse indicano scontri sterici. ( C e D ) Legame del trimero SARS-CoV-2 RBD (C) o S ectodominio (D) da solo (grigio) o precomposto con S2M11 (rosso), S2E12 (blu) o S309 * (giallo) mAb al Ectodominio ACE2 immobilizzato sulla superficie dei biosensori analizzati mediante interferometria biostrato. S309 * è una versione ottimizzata del genitore S309 mAb ( 21 ). KB: buffer cinetico (controllo negativo). ( E) Legame di concentrazioni variabili di mAbs S2E12 (blu), S2M11 (rosso) o S309 (giallo) a S a lunghezza intera espressa sulla superficie delle cellule CHO in presenza di 20 μg / mL dell’ectodominio ACE2 analizzato mediante citometria a flusso ( una misurazione per condizione). ( F ) Test di inibizione della fusione cellula-cellula con cellule Vero E6 trasfettate con SARS-CoV-2 S e incubate con concentrazioni variabili di mAb S2E12 (blu), S2M11 (rosso) o S309 (giallo) e un mAb di controllo. I valori sono normalizzati alla percentuale di fusione senza mAb e alla percentuale di fusione di cellule non trasfettate. ( G) Segnalazione FcγRIIIa (variante V158 ad alta affinità) indotta da singoli mAb o cocktail mAb. Per i cocktail mAb, la concentrazione del mAb costante era 5 μg / ml. La concentrazione di mAb diluito è indicata sull’asse x. ( H ) ADCC che utilizza cellule NK primarie come effettori e cellule CHO che esprimono S SARS-CoV-2 come bersagli. L’entità dell’uccisione mediata dalle cellule NK è espressa come l’area sotto la curva (AUC) per ciascun mAb utilizzato a concentrazioni comprese tra 0,1 ng / ml e 20 μg / ml. Per i cocktail mAb, il primo mAb elencato è stato mantenuto costante a 5 μg / ml. Ogni simbolo rappresenta un donatore, i dati vengono combinati da due esperimenti individuali. Vedi fig. S6E per le curve di un donatore rappresentativo. ( Io) ADCP che utilizza PBMC come fonte di cellule fagocitiche (monociti) e cellule CHO che esprimono S fluorescenti marcate PKH67 come cellule bersaglio. L’asse y indica la% di monociti doppiamente positivi per il marker anti-CD14 (monociti) e PKH67. La linea tratteggiata indica il segnale rilevato in presenza di cellule bersaglio ed effettrici ma senza mAb (linea di base). Ogni riga indica i dati per un donatore PBMC. I simboli sono mezzi di duplicati. I dati provengono da un esperimento. Ab conc: concentrazione mAb

Per indagare ulteriormente il meccanismo di inibizione della SARS-CoV-2 da parte di S2E12 e S2M11, abbiamo eseguito un test di fusione cellula-cellula utilizzando cellule VeroE6 (che esprimono endogenamente ACE2 sulla loro superficie) transfettate transitoriamente con SARS-CoV-2 S di tipo selvatico a lunghezza intera Sebbene S2E12 e S2M11 si leghino e stabilizzino differenti conformazioni della proteina S, entrambi gli mAb hanno bloccato efficacemente la formazione di sincizi ( Fig. 4F ), che risulta dalla fusione della membrana mediata da S. L’assenza di formazione di sincizi è probabilmente spiegata dalla rottura mediata da S2E12 o S2M11 del legame ACE2 insieme all’inibizione della fusione di membrana indotta da S2M11 attraverso intrappolamento conformazionale di SARS-CoV-2 S nello stato chiuso.

La citotossicità cellulare dipendente da anticorpi (ADCC) mediata da cellule natural killer o la fagocitosi cellulare dipendente da ab (ADCP) mediata da macrofagi o monociti sono funzioni effettrici mediate da Fc che possono contribuire alla protezione facilitando l’eliminazione del virus e supportando le risposte immunitarie in vivo , indipendentemente dalla neutralizzazione diretta ( 41). Come prerequisito per la comparsa dell’ADCC, abbiamo convalidato che le cellule infette esprimono SARS-CoV-2 S sulla loro superficie (fig. S6, A e B). Per valutare la capacità di S2M11 e S2E12 di sfruttare ADCC e ADCP, abbiamo testato se questi mAbs (backbone IgG1) potessero indurre la segnalazione mediata da FcγRIIa e FcγRIIIa utilizzando un saggio reporter della luciferasi. S2M11 ha promosso un segnale efficiente, dose-dipendente mediato da FcγRIIIa (ma non mediato da FcγRIIa), in particolare per la variante ad alta affinità (V158) del recettore Fc, a livelli paragonabili all’mAb cross-reattivo S309 ( Fig. 4G e fig. . S6, C e D) ( 21). Al contrario, S2E12 ha attivato la segnalazione mediata da FcγRIIa (ma non mediata da FcγRIIIa), probabilmente come risultato del distinto orientamento dell’mAb rispetto alla membrana delle cellule effettrici rispetto a S2M11 e S309 ( Fig. 4G e fig. S6C ). Di conseguenza, S2M11 ma non S2E12 hanno mostrato attività ADCC dipendente da FcγRIIIa ( Fig. 4H e fig. S6E) e attività ADCP ( Fig. 4I ). Poiché abbiamo osservato un’efficace attivazione delle funzioni effettrici mescolando S2M11 con S2E12 o S309 ( Fig. 4, G e H e fig. S6E), proponiamo che i cocktail di questi mAbs possano sfruttare meccanismi protettivi aggiuntivi in ​​vivo oltre all’inibizione dell’ingresso virale.

Formulazione di cocktail Ab neutralizzanti ultrapotenti contro SARS-CoV-2

Gli sforzi di sorveglianza hanno portato all’identificazione di una serie di mutanti S tra gli isolati di SARS-CoV-2 circolanti. È stato dimostrato che diverse mutazioni RBD presenti in natura abrogano le interazioni con mAb noti e riducono il legame del siero immunitario, sollevando la preoccupazione che mutanti di fuga dalla neutralizzazione virale possano emergere o essere selezionati sotto pressione da trattamenti antivirali basati su mAb ( 42). Per indagare se la neutralizzazione mediata da S2E12 e S2M11 possa essere influenzata dal polimorfismo SARS-CoV-2, abbiamo testato il legame di entrambi gli mAb alle varianti della proteina 29 S (corrispondenti alle mutazioni rilevate negli isolati circolanti di SARS-CoV-2) espresse in superficie di cellule CHO. Le varianti Y449N, E484K / Q, F490L e S494P RBD hanno portato a una diminuzione del legame di S2M11 con S mentre nessuno dei mutanti ha testato le interazioni influenzate con S2E12, sebbene molti di loro si trovino nell’epitopo di quest’ultimo mAb (tabella S4). L’impatto di queste sostituzioni sul legame S2M11 è spiegato dai dati strutturali che mostrano che le catene laterali SARS-CoV-2 S Y449 ed E484 sono legate a idrogeno all’ammide dorsale della catena pesante S2M11 F29 e alle catene laterali N52 / S55, rispettivamente, ei residui di F490 e S494 vengono sepolti all’interfaccia con S2M11.I test di ingresso del virus pseudotipato SARS-CoV-2 S-VSV con varianti S selezionate hanno confermato questi risultati e hanno mostrato che le singole sostituzioni Y449N, E484K / Q, F490L / S e S494P hanno abrogato la neutralizzazione mediata da S2M11 mentre la variante L455F ha ridotto la potenza di neutralizzazione di un ordine di grandezza (fig. S7, A, C ed E). S2E12 ha neutralizzato in modo efficiente tutte le varianti testate eccetto G476S che ha mostrato un ordine di grandezza diminuito della potenza (fig. S7, B, D e F). In accordo con i dati di scansione mutazionale profonda (S2E12 ha neutralizzato in modo efficiente tutte le varianti testate eccetto G476S che ha mostrato un ordine di grandezza diminuito di potenza (fig. S7, B, D e F). In accordo con i dati di scansione mutazionale profonda (S2E12 ha neutralizzato in modo efficiente tutte le varianti testate eccetto G476S che ha mostrato una potenza ridotta in ordine di grandezza (fig. S7, B, D e F). In accordo con i dati di scansione mutazionale profonda (43 ), abbiamo scoperto che la variante Y449N era compromessa nella sua capacità di legare ACE2 (fig. S8) che dovrebbe ridurre l’idoneità virale, probabilmente spiegando che questa mutazione è stata segnalata fino ad oggi solo in uno dei 90.287 SARS-CoV completi -2 sequenze genomiche. Sebbene rare, le mutazioni G476S, E484K / Q, S494P e F490L / S sono state rilevate in 20, 10/17, 15 e 5/8 isolati virali e in teoria potrebbero essere selezionate sotto la pressione selettiva di S2E12 o S2M11. Complessivamente, sono state riportate quindici varianti di SARS-CoV-2 S con una singola sostituzione amminoacidica all’interno dell’epitopo S2M11, con una prevalenza inferiore allo 0,1% a settembre 2020 (fig. S7G).

Per aggirare il rischio di comparsa o selezione di mutanti di fuga dalla neutralizzazione, abbiamo valutato se S2M11, S2E12 e S309 potessero essere combinati in cocktail mAb a due componenti in base ai loro meccanismi d’azione complementari. I saggi di ingresso del virus pseudotipato SARS-CoV-2 S-VSV hanno mostrato che i cocktail mAb neutralizzavano potentemente le varianti Y449N, S494P e G476S e superavano il fenotipo di fuga di neutralizzazione osservato con singoli mAb (fig. S7, da H a J). Una matrice di concentrazione di S2E12 e S2M11 ha rivelato i loro effetti di neutralizzazione additiva senza antagonismo, nonostante il fatto che entrambi gli Abs competano per il legame con l’RBM (fig. S9, da A a C). Inoltre, la combinazione di S309 con S2E12, che non competono per l’associazione a S, e S309 e S2M11, che competono parzialmente (cioè per il fissaggio al trimer S chiuso),ha anche prodotto effetti di neutralizzazione additiva (fig. S9, da D a F), suggerendo che i cocktail mAb a due (o tre) componenti sono una strategia terapeutica promettente per prevenire l’emergenza o la selezione di mutanti virali che sfuggono alla terapia con mAb.

S2M11 e S2E12 proteggono i criceti dalla sfida SARS-CoV-2

Per valutare l’efficacia protettiva di S2E12 e S2M11 contro la sfida SARS-CoV-2 in vivo, sono stati testati mAb o un cocktail di entrambi gli mAb in un modello di criceto siriano ( 44 ). Gli mAb sono stati progettati con regioni costanti della catena pesante e leggera dell’IgG2 di criceto siriano per consentire l’attivazione ottimale delle funzioni effettrici dipendenti da Fc. Gli mAb sono stati somministrati tramite iniezione intraperitoneale 48 ore prima della stimolazione intranasale con 2 × 10 6 TCID 50 di SARS-CoV-2. Quattro giorni dopo, i polmoni sono stati raccolti per la quantificazione dell’RNA virale e del virus infettivo. Il solo mAb o i cocktail con 0,5 mg / kg o 1 mg / kg di mAb totale hanno ridotto la quantità di RNA virale rilevata nei polmoni da 2 a 5 ordini di grandezza rispetto ai criceti che hanno ricevuto un mAb di controllo ( Fig. 5A). Le quantità di RNA virale rilevate al giorno 4 erano inversamente correlate con la concentrazione di mAb sierica misurata al momento dell’infezione (Spearman R -0,574, p = 0,0052) ( Fig. 5B ). La somministrazione profilattica di questi mAb a tutte le dosi testate ha completamente abrogato la replicazione virale nei polmoni, ad eccezione di un singolo animale che ha ricevuto il cocktail a basso dosaggio ed è stato parzialmente protetto ( Fig. 5C ). Questi dati mostrano una notevole efficacia protettiva di entrambi gli mAb a basse dosi, singolarmente o come cocktail, in linea con la loro neutralizzazione in vitro ultrapotente.

Fig. 5 S2E12, S2M11 o cocktail dei due mAb forniscono una solida protezione in vivo contro la sfida SARS-CoV-2.

I criceti siriani sono stati iniettati con la quantità indicata di mAb 48 ore prima della sfida intra-nasale con SARS-CoV-2. ( A ) Quantificazione dell’RNA virale nei polmoni 4 giorni dopo l’infezione. ( B ) La concentrazione di mAbs misurata nel siero prima dell’infezione (giorno 0) è inversamente correlata alla carica di RNA virale nel polmone 4 giorni dopo l’infezione. ( C ) Quantificazione del virus replicante negli omogenati polmonari raccolti 4 giorni dopo l’infezione utilizzando un dosaggio TCID 50 . Per i cocktail mAb, è indicata la dose totale di una miscela equimolare di entrambi gli mAb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Discussione

S2M11 e S2E12 sono stati identificati tra quasi 800 addominali selezionati isolati da 12 individui che si sono ripresi da COVID-19. L’ultrapotenza e l’epitopo quaternario di S2M11 sembrano essere rari rispetto ai più canonici Abs neutralizzanti specifici per RBM, poiché quest’ultimo tipo di mAbs era presente in ogni donatore che abbiamo analizzato. Un mAb che riconosceva la conformazione S chiusa (mAb 2-43) è stato precedentemente identificato e la mappatura a bassa risoluzione del suo sito di legame ha suggerito che potrebbe interagire con un epitopo quaternario che appare distinto da quello di S2M11 ( 45 ). Due rapporti recenti descrivono l’identificazione di un mAb e di un nanobody che prende di mira gli epitopi quaternari, che abbraccia due RBD vicini, che sono presenti nel trimero S chiuso. Nb6 è stato identificato da una libreria naïve di nanobody, affinità maturata e trimerizzata per ottenere un CI50 di 160 pM, tuttavia senza la capacità di esercitare le funzioni effettive ( 46 ). C144 è stato isolato da un campione di siero convalescente COVID-19, utilizza i geni VH3-53 e VL2-14, ospita un CDRH3 lungo 25 residui e neutralizza potentemente SARS-CoV-2 ( 47 ). Simile a S2M11, Nb6 (insieme ai suoi derivati ​​ingegnerizzati) e C144 usano CDR (H) 3 per collegare due RBD vicini e stabilizzare SARS-CoV-2 S nello stato chiuso. Una lunga CDRH3 di 15 o più residui amminoacidici era una caratteristica comune degli mAb di tipo C144 ( 47 ). Contrariamente al CDRH3 lungo a 25 residui C144, S2M11 raggiunge questo collegamento con un CDRH3 relativamente corto di 18 amminoacidi (definizione IMGT ( 48)). Di conseguenza, tutti e tre i leganti inibiscono SARS-CoV-2 interferendo con l’attaccamento dell’ACE2 a S attraverso la competizione diretta e il bloccaggio del trimero S nello stato chiuso. mAbs che riconoscono glicoproteine di superficie virali legandosi ad epitopi quaternari sono stati identificati contro il virus di Epstein-Bar ( 49 ), virus Dengue ( 5053 ), virus Zika ( 54 ) virus Ebola ( 55 ), virus del Nilo occidentale ( 56 ) e HIV ( 57 ) e si è rivelato eccezionalmente potente o ampio. S2M11, insieme a Nb6 e C144, definisce quindi una classe distinta di potenti neutralizzatori di SARS-CoV-2 rispetto a mAb precedentemente isolati.

Abbiamo recentemente descritto che l’entità delle risposte degli Ab a SARS-CoV-2 S e nucleoproteine ​​e titoli di Ab neutralizzanti è correlata ai punteggi clinici ( 28 ). Il SARS-CoV-2 RBD è l’obiettivo principale di potenti addominali S-specifici neutralizzanti nei sieri dei pazienti COVID-19 o nei campioni di plasma, concentrando così la maggior parte della pressione selettiva imposta dalla risposta immunitaria umorale su questo dominio ( 23 , 28). Dato che sono state trovate diverse varianti RBD tra gli isolati di SARS-CoV-2 circolanti, la combinazione di mAb specifici per RBD con diverse modalità di legame e distinti meccanismi di neutralizzazione potrebbe rivelarsi essenziale per un’applicazione clinica di successo. Una combinazione di S2M11 e S2E12 o cocktail di uno di questi mAb con S309 ha prodotto effetti additivi sulla potenza di neutralizzazione. Inoltre, i cocktail Ab comprendenti S309 e / o S2M11 hanno dimostrato una robusta attivazione di ADCC e ADCP, suggerendo che la combinazione di questi mAb utilizzando meccanismi di neutralizzazione distinti attiverebbe questi meccanismi protettivi in ​​vivo. S2E12 e S2M11 (che ospitano un criceto Fc), singolarmente o formulati come cocktail, hanno conferito una protezione significativa utilizzando dosi di mAb che sono, a nostra conoscenza, le più basse segnalate per mAb umani testati su modelli di criceto. Di conseguenza,ci si aspetta che i cocktail mAb qui caratterizzati traggano vantaggio sia dalla neutralizzazione ultrapotente, sia da diversi meccanismi d’azione e dalle funzioni effettrici mediate da Fc per proteggere da un ampio spettro di isolati circolanti di SARS-CoV-2 e limitare l’emergere di mutanti di fuga dalla neutralizzazione. Proponiamo che le combinazioni di mAb che sfruttano più distinti meccanismi di azione con effetti additivi o sinergici potrebbero fornire ulteriori vantaggi per l’applicazione clinica.Proponiamo che le combinazioni di mAb che sfruttano più distinti meccanismi di azione con effetti additivi o sinergici potrebbero fornire ulteriori vantaggi per l’applicazione clinica.Proponiamo che le combinazioni di mAb che sfruttano più distinti meccanismi di azione con effetti additivi o sinergici potrebbero fornire ulteriori vantaggi per l’applicazione clinica.

 

 

Supplementary Materials

science.sciencemag.org/cgi/content/full/science.abe3354/DC1

Materials and Methods

Figs. S1 to S9

Tables S1 to S4

References (5883)

MDAR Reproducibility Checklist

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution license, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

References and Notes

Acknowledgments: We are grateful to Joel Quispe, Quinton Beedle and Young-Jun Park for assistance with data collection and data analysis. We thank Dr. Alice Covizzi and Dr. Marco Schiuma for their help with patient sample collection. We thank Xin Zhang, Elke Maas, Caroline Dekeyzer and Lindsey Bervoets for help with the hamster experiments. We would like to thank Isaac Hoffman for his help with refinement of the S2E12 Fab crystal structure. We acknowledge the Paul Scherrer Institut, Villigen, Switzerland for provision of synchrotron radiation beamtime at beamline X10SA of the Swiss Light Source and would like to thank Vincent Olieric for assistance with data collection. We gratefully acknowledge the authors, originating and submitting laboratories of the sequences from GISAID’s EpiFlu Database on which this research is based. Funding: This study was supported by the National Institute of General Medical Sciences (R01GM120553, D.V.), the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (HHSN272201700059C, DV), a Pew Biomedical Scholars Award (D.V.), an Investigators in the Pathogenesis of Infectious Disease Award from the Burroughs Wellcome Fund (D.V.), Fast Grants (D.V.), the University of Washington Arnold and Mabel Beckman cryoEM center, the Pasteur Institute (M.A.T.) the KU Leuven/UZ Leuven COVID-19 Fund (J.N.), the Flanders Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO, G0G4820N, J.N.) and the Bill and Melinda Gates Foundation (INV-006366, J.N). Author contributions: M.A.T., H.V.D, L.E.R., F.A.L., C.H.D., M.S.D., G.S, D.C., K.F. and D.V. designed experiments. A.R., A.G., M.G. and F.B. collected donors’ samples. M.A.T., H.V.D., M.M.C, J.E.B., N.C., S.J., N.S., K.C., M.M. and C.N. expressed and purified proteins. M.B., D.P., A.M., A.D.M, B.G., S.B., F.Z., E.C., E.L, H.T., A.P., J.W., H.K., M.M.R., J.D., J.B.C, R.E.C. and F.B. isolated and characterized mAbs. H.V.D, L.E.R., M.M. and A.M. carried out binding assays. M.A.T. collected cryoEM data. M.A.T. and D.V processed the cryoEM data and built the models. N.C., C.N. and G.S. carried out the crystallographic work. M.A.T., M.B., D.P., H.V.D., L.E.R., M.M., F.A.L., R.S., C.H.D., M.S.P., G.S, D.C., K.F. and D.V. analyzed the data. K.F. and D.V. wrote the manuscript with input from all authors. G.S., M.S.D., H.W.V., D.C., K.F. and D.V. supervised the project. M.S.D. and D.V. acquired funding for this project. Competing interests: All authors except M.A.T, H.V.D, M.M.C., J.E.B. M.S.D. and D.V. are employees of Vir Biotechnology Inc. and may hold shares in Vir Biotechnology Inc. M.S.D. is a consultant for Inbios, Vir Biotechnology, NGM Biopharmaceuticals, and on the Scientific Advisory Boards of Moderna and Immunome. D.V. is a consultant for Vir Biotechnology. The Diamond laboratory has received unrelated funding support in sponsored research agreements from Moderna and Emergent BioSolutions. The Veesler, Diamond and Neyts laboratories have received sponsored research agreements from Vir Biotechnology Inc. H.W.V. is a founder of PierianDx and Casma Therapeutics. Neither company provided funding for this work or is performing related work. Author D.C. is currently listed as an inventor on patent applications which disclose subject matter described in this manuscript. Data and materials availability: The cryoEM maps and atomic coordinates have been deposited to the EMDB and PDB with accession numbers EMD-22668 and PDB 7K4N (S2E12-bound SARS-CoV-2 S), EMD-22660 and PDB 7K45 (RBD/S2E12 local refinement), EMD-22659 and PDB 7K43 (S2M11-bound SARS-CoV-2 S). The crystal structure of the S2E12 Fab was deposited to the PDB with accession number PDB 7K3Q. Materials generated in this study will be made available on request, but we may require a completed Materials Transfer Agreement signed with Vir Biotechnology. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) license, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. To view a copy of this license, visit https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/. This license does not apply to figures/photos/artwork or other content included in the article that is credited to a third party; obtain authorization from the rights holder before using such material.

 

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SARS-CoV-2 spike protein

Freeze-framing the shape-shifting SARS-CoV-2 spike protein

The two alternate shapes of the SARS-CoV-2 spike protein, before and after fusion of the viral and cell membranes. Credit: Image created with Molecular Maya by Jonathan Khao, PhD and Gaël McGill, PhD, Digizyme Inc.

 

The rod-like spike proteins on the surface of SARS CoV-2 are the tip of the spear of the COVID-19 pandemic. The spikes bind to human cells via the ACE2 receptor and then dramatically change shape, jack-knifing to fuse the cell membrane with the coronavirus’s outer membrane and opening the door to coronavirus infection. A study led by Boston Children’s Hospital for the first time freeze-frames the spike protein in its “before” and “after” shapes.

The study, published July 21 in Science, also captured some surprise features of the spike , which is also the main protein targeted by our antibodies and the protein used in most vaccines now in human testing. The investigators, led by Bing Chen, Ph.D., believe the unexpected features may help SARS-CoV-2 hide from the immune system and survive longer in the environment. They may also have implications for vaccine and therapeutic development.

Using the technique of cryogenic electron microscopy, Chen and colleagues in Boston Children’s Division of Molecular Medicine established the structure of the spike protein, both before and after fusion of the and cell membranes. In the “after,” post-fusion state, the protein assumes a rigid hairpin shape folded in on itself, they showed.

Intriguingly, they also found that the spike protein sometimes goes from its original “before” shape into the “after” form prematurely, without the virus binding to the ACE2 receptor.

“We propose that there are two routes for the ,” says Chen. “One is ACE2 dependent, and allows the virus to enter a host cell. The second is ACE2 independent.”

A coronavirus defense mechanism?

As a result of the spontaneous shape change, coronavirus particles often bear both forms of the spike protein, with the rigid “after” form protruding slightly more from the virus surface. Chen suggests that being able to assume this alternate shape even without binding to a cell may help keep SARS-CoV-2 viable in the environment, preventing it from breaking down when it lands on a surface for example. That could explain why the virus appears to remain viable on various surfaces for hours to days.

“Most viruses don’t survive long outside the host,” Chen says. “We think the rigid structure of these post-fusion spikes protects the virus.”

An artistic rendering of how SARS-CoV-2 fuses its membrane with the host membrane, based on the spike protein structures reported in Science together with other data. Credit: Image created with Molecular Maya by Jonathan Khao, PhD and Gaël McGill, PhD, Digizyme Inc.

 

Evading immune detection

The researchers speculate that having some spikes assume the post-fusion form prematurely may also protect SARS-CoV-2 from our immune system, inducing antibodies that are non-neutralizing and ineffective in containing the virus. In effect, the post-fusion spikes may act as decoys that distract the immune system.

The team was also surprised to find that the post-fusion spikes, similar to the pre-fusion spikes, have glycans, or sugar molecules, at evenly spaced locations on their surface. Glycans are another feature that helps the virus avoid immune detection.

Chen believes his team’s findings have implications for vaccine development. He notes that current vaccine formulations that use the spike protein to stimulate the immune system may have varying mixes of the pre- and post-fusion forms, and that this may limit their protective efficacy.

“We need to think about how to stabilize the spike protein,” he says. “If the protein is not stable, you may be able to induce antibodies, but they will be less effective in terms of blocking the virus. There may be batch-to-batch variation.”

Building on experience with HIV

Chen’s many years of research on HIV have helped give his team a leg up on studying SARS-CoV-2. Both viruses are what’s known as envelope viruses, and need to fuse their membranes with those of the cells they’re seeking to enter. Both use the same jack-knifing shape change, and both have spike proteins on their surface that are decorated with sugars. Finally, HIV vaccine development is plagued by the challenge of developing neutralizing antibodies—it, too, distracts the immune system into creating multiple antibodies that do not shut down the virus.

“I think SARS-CoV-2 is probably an easier target than HIV, but we will have to see,” says Chen. “If this first round of vaccines does not work well in Phase 3 trials, this new understanding of the spike structure may help us design stronger vaccines.”

 

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Ipotesi per spiegare la forma grave di COVID-19 nel Nord Italia e rischio grave seconda ondata

Ipotesi per spiegare la forma grave di COVID-19 nel Nord Italia

e rischio grave seconda ondata

https://gh.bmj.com/content/5/6/e002564

 

  • Luca Cegolon1,2,
  • Jennifer Pichierri3,
  • Giuseppe Mastrangelo4,
  • Sandro Cinquetti1,
  • Giovanni Sotgiu5,
  • Saverio Bellizzi6,
  • Giuseppe Pichierri7

Cosa si sa già su questo argomento?

  • I coronavirus umani sono noti per causare reinfezioni respiratorie, indipendentemente dall’immunità umorale preesistente.

  • Esistono prove che suggeriscono che la coronavirus di tipo 2 con sindrome respiratoria acuta grave (SARS-CoV-2) fosse in circolazione in Italia prima che il primo caso COVID-19 fosse rilevato nel paese.

Quali sono le nuove scoperte?

  • Infezioni precedenti con SARS-CoV-2 (o altri virus / coronavirus) possono probabilmente predisporre a forme più gravi della malattia a seguito di reinfezione con SARS-CoV-2, con un meccanismo immunologico noto come potenziamento dipendente dall’anticorpo, già osservato con infezioni sostenute da altri coronavirus (MERS-CoV e SARS-CoV) o altri virus come il West Nile Virus e la Dengue.

Quali sono le raccomandazioni per la politica e la pratica?

  • Se confermata da studi in vivo, questa ipotesi potrebbe avere implicazioni rilevanti per il trattamento di forme gravi di COVID-19, ma la possibilità di produrre un vaccino efficace contro SARS-CoV-2 potrebbe essere ostacolata.

La pandemia di COVID-19 in corso, causata dalla nuova grave sindrome respiratoria acuta coronavirus di tipo 2 (SARS-CoV-2), ha colpito 212 paesi in tutto il mondo a vari livelli dall’8 maggio 2020. 1

In questo articolo discutiamo un’ipotesi che le precedenti infezioni virali – o da SARS-CoV-2 o diversi ceppi di coronavirus, o potenzialmente anche altri virus respiratori – possono predisporre a forme più gravi di COVID-19, a seguito di un’infezione secondaria con SARS- CoV-2.

La maggior parte delle infezioni da COVID-19 è asintomatica o si manifesta con sintomi respiratori da lievi a moderati (febbre, tosse, mal di gola, mialgia, affaticamento e persino polmonite non grave). Dei pazienti con COVID-19, il 14% -15% sviluppa una polmonite grave e il 5% -6% una condizione critica che richiede l’ammissione in terapia intensiva (ICU). 2-4 La morte può eventualmente verificarsi dopo una media di 17,8 giorni dall’esordio dei sintomi. 5

Tra tutti i paesi, l’Italia (che è stato il primo cluster europeo COVID-19) presenta un modello di malattia critica dall’8 maggio 2020, con il terzo numero più alto di casi COVID-19 nel mondo dopo Stati Uniti e Spagna, la quarta prevalenza più alta della malattia dopo Spagna, Belgio e Stati Uniti, il terzo numero totale di decessi più alto attribuito a COVID-19 dopo gli Stati Uniti e il Regno Unito e la terza prevalenza più alta di mortalità COVID-19 dopo Belgio e Spagna, nonostante l’attuale 1% tasso di malattia grave / critica tra i casi attivi, che è progressivamente diminuito nel tempo. 1

Le discrepanze tra paesi nel carico di COVID-19 osservate finora in tutto il mondo non possono essere spiegate solo dalle differenze nelle strutture di età della popolazione. 6–8 In effetti, il Giappone ha una popolazione doppia rispetto a quella italiana, con una percentuale di soggetti di età superiore ai 65 anni che è del 28,8% in Giappone contro il 21,7% in Italia. 9 10 Tuttavia, dall’8 maggio 2020, la differenza nella prevalenza di COVID-19 tra il Giappone (122 per milione) e l’Italia (3570 per milione) è enorme. 1 Allo stesso modo, in Germania la percentuale di individui> 65 anni secondo come riferito è del 22,1% (quindi leggermente superiore all’Italia), ma la prevalenza di COVID-19 è attualmente 2022 per milione. 1 11In Iran la percentuale di persone> 65 anni è del 5,5% (quindi molto più giovane delle popolazioni italiane, tedesche e giapponesi), ma la prevalenza di COVID-19 è 1246 per milione, a partire dall’8 maggio 2020. 1 12

Secondo quanto riferito, il tasso di mortalità per COVID-19 è aumentato del 5,6% -10,5% in presenza di comorbidità (ipertensione, diabete, malattie cardiovascolari, cancro e / o condizioni respiratorie croniche) e diventa significativamente e progressivamente più elevato dopo i 50 anni di età, 4 6 sebbene la forma grave della malattia aumenti linearmente a qualsiasi stadio dell’età. 5 Il freddo secco è un fattore di rischio riconosciuto per le infezioni respiratorie, rendendo i virus più influenzati dall’influenza e più sensibili agli individui. 13 14 Ciò vale anche per SARS-CoV-2, la cui vitalità e trasmissibilità si dice che si riducano con condizioni climatiche calde e umide. 14Inoltre, in una revisione sistematica, la progressione della malattia sfavorevole e gli esiti clinici di COVID-19 sono risultati associati al fumo di sigaretta. 15

Numerosi fattori potrebbero aver contribuito a migliorare il rischio di infezione da SARS-CoV-2 nel Nord Italia. L’età in cui la metà di tutti i giovani lascia la casa dei genitori è più alta in Italia rispetto ad altri Paesi dell’Unione Europea, 16 e tale convivenza multigenerazionale ha probabilmente contribuito ad aumentare il contagio della COVID-19 tra gli anziani. L’uso universale delle maschere per il viso è stato inizialmente scoraggiato in Italia al fine di preservare le scorte limitate di dispositivi di protezione individuale per uso professionale in ambito sanitario; un altro argomento inizialmente era che le maschere facciali sono inefficaci nella protezione contro le infezioni da coronavirus. 17 Ulteriori importanti risultati della letteratura pertinente sono stati riassunti nella figura 1. Una straordinaria elevata incidenza di COVID-19 avrebbe potuto essere il risultato di una tempesta perfetta innescata da molteplici fattori di interazione. Le aree colpite nel Nord Italia (regioni della Lombardia, dell’Emilia-Romagna, del Piemonte e del Veneto) sono caratterizzate da un’alta densità di popolazione 18 e da un inquinamento atmosferico riconosciuto, 19 20 in particolare dal particolato fine (PM2.5), che è stato trovato per aumentare la rischio di morte per COVID-19 negli Stati Uniti. 21 L’ Italia settentrionale comprende diverse città che, analogamente a Filadelfia (USA) durante la pandemia di influenza spagnola del 1918, 22sono storicamente importanti e densamente popolati, dove le riunioni sociali e le attività imprenditoriali sono certamente fondamentali, essendo quest’ultima vitale per l’economia dell’intero paese. Queste dinamiche culturali e sociali potrebbero aver influenzato la resistenza iniziale e la riluttanza della popolazione generale a rispettare le restrizioni sociali progressivamente applicate dal governo italiano (fino a quando il 21 marzo non sarà stato istituito il blocco completo). Inoltre, l’intensa scoperta di casi in Italia è stata preceduta da una prima sottovalutazione generale della minaccia COVID-19 da parte del governo italiano e successivamente della popolazione generale, che ha percepito la malattia come una sorta di influenza, nonostante le preoccupanti notizie dei primi colpiti paese (Cina). 23Successivamente la SARS-CoV-2 si sarebbe diffusa anche in altri paesi europei, che ora sono stati pesantemente colpiti dalla malattia. 1

Figura 1

Quadro concettuale che spiega le relazioni tra vari fattori e incidenza e forma grave / critica di COVID-19. Articoli affermati: scatole arancioni; oggetti ipotetici: scatole blu. ADE, potenziamento dipendente dall’anticorpo; ARDS, sindrome da distress respiratorio acuto; COVID-19, malattia infettiva del coronavirus 2019; IPC, prevenzione e controllo delle infezioni; SARS-CoV-2, sindrome coronavirus acuta grave di tipo respiratorio.

 

Le indagini epidemiologiche condotte dall’Istituto Superiore di Sanità indicano che la stragrande maggioranza dei casi, ma i primi tre hanno acquisito l’infezione in Italia. Si può quindi ragionevolmente sostenere che la SARS-CoV-2 circolava nel paese – specialmente in Lombardia, Emilia-Romagna, Piemonte e Veneto – per settimane prima che fosse trovato il primo paziente. 24 I coronavirus umani sono noti per causare reinfezioni respiratorie a prescindere dall’immunità umorale preesistente, sia a livello individuale che di comunità. 25Allo stesso tempo, dalle presunte fasi dell’epidemia COVID-19 a Wuhan (Cina) è stata segnalata la presunta trasmissione di SARS-CoV-2 associata all’ospedale nel 41% del numero totale di pazienti, il 70% dei quali era in assistenza sanitaria personale. 26 Ciò avrebbe potuto verificarsi anche in Italia, dove secondo quanto riferito gli operatori sanitari rappresentano il 9% di tutti i casi COVID-19. 27 Pertanto ipotizziamo (vedere le caselle blu nella figura 1 ) che cicli ripetuti di infezione all’interno di una comunità (specialmente negli anziani) – o ancora più preoccupante in ambito sanitario – potrebbero avere il potenziale per causare forme più gravi di COVID-19, con sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS), la patofisiologia fondamentale della polmonite virale grave dovuta a COVID-19, che richiede l’ammissione in terapia intensiva. 28Le ARDS associate a COVID-19 condividono le caratteristiche cliniche con la forma critica dell’epidemia di coronavirus (SARS-CoV) grave della sindrome respiratoria acuta del 2003, in particolare linfopenia, infiltrazione massiva di fagociti e infiammazione sostenuta da citochine. 4 8 29

Un’ipotesi meccanicistica plausibile potrebbe essere il potenziamento anticorpo-dipendente (ADE), sostenuto dalla precedente esposizione a SARS-CoV-2 o altri virus / coronavirus. 8 In realtà non si deve escludere la circolazione e l’esposizione precedenti ad altri coronavirus simili a SARS-CoV-2 che causano sintomi lievi / asintomatici simili al raffreddore. 8 Recentemente è stato riportato che la risposta anticorpale legante e neutralizzante contro altri tipi di coronavirus umani aumenta con l’età nei pazienti adulti, 25 e ciò può spiegare l’aumento del rischio lineare di COVID-19 grave con l’età, con una morte significativamente maggiore nei pazienti di età superiore ai 50 anni . 5

Gli anticorpi non neutralizzanti, subneutralizzanti o persino completamente neutralizzanti possono svolgere un ruolo chiave nell’ADE. 30 Wan et al. 30 hanno recentemente descritto un meccanismo molecolare per ADE che coinvolge la sindrome respiratoria del Medio Oriente coronavirus (MERS-CoV), simile a quello che è già noto per SARS-CoV e flavivirus come Dengue e il virus del Nilo occidentale. 31–35 Mentre l’ingresso di SARS-CoV nei fagociti avveniva principalmente attraverso il recettore ACE2 umano, il meccanismo ADE ha mostrato di essere potenziato da anticorpi specifici per il legame della glicoproteina dell’involucro del picco (S) con il recettore dei macrofagi e il successivo miglioramento del bersaglio infezioni cellulari. 33-35Allo stesso modo, l’anticorpo / particelle SARS-CoV-2 opsonizzate possono legarsi avidamente con i recettori IgFc delle cellule bersaglio, aumentando la resa del virus e la produzione di citochine. Ciò potrebbe anche spiegare il rischio più elevato di tromboembolia associato a COVID-19 grave / critico. 4 36 37

Rapporti clinici aneddotici di “infezione bifasica” e “tempesta di citochine” sembrano probabilmente puntare verso questa direzione, l’infezione bifasica è semplicemente il risultato immunologico di un’infezione secondaria da altri coronavirus o una reinfezione dovuta a SARS-CoV-2. 38–41 È stato osservato un aumento precoce delle citochine proinfiammatorie sieriche, suggerendo un meccanismo patologico mediato dalla tempesta di citochine, con entrambe le forme gravi di infezione da SARS-CoV e MERS-CoV. Questi ultimi due virus condividono una somiglianza genomica di circa il 79% e il 50% con SARS-CoV-2, rispettivamente. 41 42 Diversi ceppi di coronavirus legati ai pipistrelli Rhinolophus hanno dimostrato di condividere un’omologia di sequenza ancora più elevata con SARS-CoV-2. 33Un’anomala risposta umorica dovuta ad ADE, nelle prime fasi di un’infezione secondaria da SARS-CoV-2, può ritardare la risposta immunitaria antivirale innata basandosi sulla produzione di interferone di tipo 1 (IFN-1). Ciò comprometterebbe la risposta antivirale iniziale dell’ospite, con conseguente afflusso elevato di citochine proinfiammatorie, neutrofili iperinfiammatori e monociti-macrofagi e stato ipercoagulabile responsabile di ARDS e polmonite tipica osservata in pazienti affetti da COVID-19 grave / critico ( figura 1 ). 4 41 43 44

Se confermata, questa ipotesi avrebbe implicazioni rilevanti per il trattamento di COVID-19 e lo sviluppo di un vaccino efficace. La licenza di un vaccino contro i coronavirus umani è fallita finora, in parte perché le persone immunizzate potrebbero essere potenzialmente a maggior rischio di ADE sostenute dall’assorbimento facilitato di complessi virali antigene-anticorpo da parte delle cellule bersaglio. 4 31 33 44 L’approvazione di un vaccino contro SARS-CoV-2 può incontrare ostacoli simili. Allo stesso modo, l’immunità da gregge non sarebbe possibile con COVID-19. L’OMS raccomanda l’immunoterapia passiva quando il vaccino e gli antivirali non sono disponibili per le infezioni emergenti. 45In uno studio di caso preliminare non controllato su cinque pazienti critici con COVID-19 che hanno sviluppato ARDS, la somministrazione di plasma convalescente, prelevato da cinque pazienti che si sono ripresi da COVID-19 e contenenti anticorpi neutralizzanti specifici SARS-CoV-2 (IgG) – tra 10 e 22 giorni dall’ammissione ha migliorato significativamente lo stato clinico di tutti, risolvendo l’ARDS in quattro di essi entro 12 giorni dalla trasfusione. 46 D’altra parte, il trattamento del COVID-19 grave può anche trarre beneficio dagli anticorpi monoclonali che colpiscono le citochine proinfiammatorie 4 e dai supplementi di IFN-1 in combinazione con altri farmaci antivirali. 47-50

Se le infezioni secondarie da altri coronavirus o le ripetute reinfezioni comunitarie di SARS-CoV-2 possono spiegare le presentazioni più gravi di COVID-19 osservate in alcuni paesi rispetto ad altri, 8e se è solo una questione di tempo per far circolare il virus e infettare una parte significativa della popolazione prima di causare reinfezioni e quindi caratteristiche cliniche più gravi, sono qualcosa che richiederà più approfondite indagini epidemiologiche e immunologiche / sierologiche. Una migliore comprensione di qualsiasi meccanismo immunologico sottostante o di qualsiasi fattore di rischio aggiuntivo che potrebbe spiegare le differenze tra i paesi nei tassi di malattia grave e mortalità attribuibili a COVID-19 aiuterà a guidare le risposte internazionali sulla salute pubblica durante questa pandemia in corso. Sarà importante chiarire se il meccanismo ARDS responsabile della grave infezione respiratoria potrebbe essere attribuibile all’ADE.

Due diverse strategie in vivo potrebbero essere impiegate per avallare questa ipotesi.

In primo luogo (disegno osservazionale), tutti gli operatori sanitari e i donatori di sangue devono sottoporsi a test sierici per COVID-19. Le persone che presentano anticorpi IgG SARS-CoV-2 dovrebbero essere incluse in un registro ad hoc locale / regionale / nazionale e monitorate nel tempo per il possibile sviluppo di malattie gravi sostenute da ADE, che dovrebbero essere confermate dall’emocromo, dal dosaggio di IFN e citochine proinfiammatorie, oltre alla TC del torace. Il rischio di sviluppare gravi COVID-19 deve essere stimato e stratificato in base a fattori di rischio rilevanti, incluso il livello sierico basale di anticorpi IgG specifici per SARS-CoV-2, età, sesso, potenziale esposizione professionale, anamnesi (in particolare infezioni precedenti e stato della vaccinazione ), eventuali comorbidità, area di residenza e stato di salute dei membri della famiglia, tra gli altri.

Secondo (disegno sperimentale di laboratorio), modelli animali (criceti, roditori, zibetti di palma, scimmie, furetti) 33 51 52 potrebbero essere infettati da SARS-CoV-2 (o altri virus / coronavirus) e successivamente riesposti a SARS-CoV- 2 per verificare la possibilità di insorgenza di ARDS sostenuta da ADE.

Riferimenti

Le note

  • Editor di gestione Seye Abimbola

  • Collaboratori LC, JP, SB, GP e GM hanno ugualmente contribuito a concepire l’idea e redigere il manoscritto. SC e GS hanno contribuito alla stesura del manoscritto.

  • Finanziamento Gli autori non hanno dichiarato una sovvenzione specifica per questa ricerca da nessuna agenzia di finanziamento nei settori pubblico, commerciale o no profit.

  • Interessi concorrenti Nessuno dichiarato.

  • Consenso del paziente per la pubblicazione Non richiesto.

  • Provenienza e revisione tra pari Non commissionato; peer review esternamente.

  • Dichiarazione sulla disponibilità dei dati Non ci sono dati in questo lavoro.

 
 
 

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