Nokkur mótefni eru nú þegar í notkun eða í þróun sem meðferð við COVID-19.Með tilkomu nýrra afbrigða af alvarlegu bráðu öndunarfæraheilkenni coronavirus 2 (SARS-CoV-2), er mikilvægt að spá fyrir um hvort þau verði enn næm fyrir mótefnameðferð.Starr o.fl.Notað var gersafn sem nær yfir allar stökkbreytingar í bindisviði SARS-CoV-2 viðtaka sem munu ekki trufla bindinguna við hýsilviðtakann (ACE2), og kortleggja hvernig þessar stökkbreytingar hafa áhrif á hina þrjá. Helstu and-SARS-CoV -2 mótefnabinding.Þessar tölur bera kennsl á stökkbreytingar sem sleppa við mótefnabindingu, þar á meðal stakar stökkbreytingar sem sleppa við mótefnin tvö í Regeneron mótefnablöndunni.Margar stökkbreytingar sem sleppa við eitt mótefni dreifast í mönnum.
Mótefni eru hugsanleg meðferð til að meðhöndla alvarlegt bráða öndunarfæraheilkenni coronavirus 2 (SARS-CoV-2), en það er ekki ljóst að veiran þróast til að komast undan áhættu sinni.Hér kortleggjum við hvernig allar stökkbreytingar í SARS-CoV-2 viðtakabindingarsvæðinu (RBD) hafa áhrif á bindingu REGN-COV2 kokteilsins við mótefnið LY-CoV016.Þessi heildarkort leiddu í ljós amínósýrustökkbreytingu sem komst algjörlega hjá REGN-COV2 blöndunni, sem er samsett úr tveimur mótefnum REGN10933 og REGN10987 sem miða að mismunandi burðarvirkjum.Þessar tölur bera einnig kennsl á vírusstökkbreytingar sem valdar eru í þrálátum sýktum sjúklingum sem meðhöndlaðir eru með REGN-COV2 og við val á in vitro vírusflótta.Að lokum sýna þessar tölur að stökkbreytingar sem sleppa við eitt mótefni eru nú þegar til staðar í SARS-CoV-2 stofnum í dreifingu.Þessi fullkomnu flóttakort geta útskýrt afleiðingar stökkbreytinga sem sjást við veirueftirlit.
Verið er að þróa mótefni til að meðhöndla alvarlegt bráða öndunarfæraheilkenni coronavirus 2 (SARS-CoV-2) (1).Mótefni gegn ákveðnum öðrum vírusum geta verið óvirk með veirustökkbreytingum sem valdar eru við meðhöndlun sýktra sjúklinga (2, 3) eða veirustökkbreytingum sem hafa breiðst út um allan heim til að veita ónæmi fyrir öllu veiruhúðinni.Þess vegna er mikilvægt að ákvarða hvaða SARS-CoV-2 stökkbreytingar geta sloppið við lykilmótefni til að meta hvernig stökkbreytingar sem sjást við veirueftirlit hafa áhrif á árangur mótefnameðferðar.
Flest leiðandi and-SARS-CoV-2 mótefni miða við veiruviðtakabindingarsvæðið (RBD), sem miðlar bindingu við angíótensínbreytandi ensím 2 (ACE2) viðtakann (5, 6).Nýlega höfum við þróað djúpa stökkbreytingaskönnunaraðferð til að kortleggja hvernig allar stökkbreytingar á RBD hafa áhrif á virkni þess og greiningu með veirueyðandi mótefnum (7, 8).Aðferðin felur í sér að búa til safn af RBD stökkbreyttum, tjá þær á yfirborði gersins og nota flúrljómunarvirkjaða frumuflokkun og djúpröðun til að mæla hvernig hver stökkbreyting hefur áhrif á RBD-fellingu, ACE2 sækni (mælt í títrunarröð) og mótefnabindingu. (Mynd S1A).Í þessari rannsókn notuðum við endurtekið stökkbreytt safn sem lýst er í (7), sem er samsett úr strikamerktum RBD afbrigðum, sem nær yfir 3804 af 3819 mögulegum amínósýrustökkbreytingum.Bókasafnið okkar var útbúið úr RBD erfðafræðilegum bakgrunni frumeinangrunar Wuhan-Hu-1.Þó að tíðni nokkurra stökkbreyttra sé að aukast, tákna þeir samt algengustu RBD raðir (9, 10).Við höfum teiknað tvær af 2034 stökkbreytingum sem trufla ekki RBD-fellingu og ACE-bindingu verulega (7) hvernig á að standast REGN-COV2 kokteilinn (REGN10933 og REGN10987) (11, 12) og Eli Lilly's LY-CoV016. mótefni hefur áhrif á aðferðina við að binda mótefni (einnig kallað CB6 eða JS016) (13) (Mynd S1B).REGN-COV2 fékk nýlega leyfi til neyðarnotkunar fyrir COVID-19 (14), en LY-CoV016 er nú í 3. stigs klínískum rannsóknum (15).
[Glu406→Trp(E406W)] slapp mjög úr blöndu tveggja mótefna (Mynd 1A).Flóttakortið af LY-CoV016 leiddi einnig í ljós margar flóttabreytingar á mismunandi stöðum í RBD (Mynd 1B).Þrátt fyrir að sumar flóttastökkbreytingar geti skert getu RBD til að bindast ACE2 eða tjá sig í viðeigandi brotnu formi, samkvæmt fyrri mælingum á djúpstökkbreytingaskönnun með því að nota ger-sýnt RBD, hafa margar starfrænar stökkbreytingar lítil sem engin áhrif á þessa virknieiginleika (7 ) (Mynd 1, A og B tákna tap á ACE2 sækni, en mynd S2 sýnir lækkun á RBD tjáningu.
(A) Kortlagning á mótefninu í REGN-COV2.Línuritið til vinstri sýnir flóttann á hverjum stað í RBD (summa allra stökkbreytinga á hverjum stað).Merkimyndin til hægri sýnir sterka flóttastaðinn (fjólublá undirstrikun).Hæð hvers bókstafs er í réttu hlutfalli við styrk flóttans sem miðlað er af amínósýrustökkbreytingunni og „escape score“ upp á 1 fyrir hverja stökkbreytingu samsvarar algjöru sleppi.Y-ás kvarðinn er mismunandi fyrir hverja röð, þannig að td E406W sleppur við öll REGN mótefni, en hann er augljósastur fyrir kokteila því hann er gagntekinn af öðrum flóttastöðum einstakra mótefna.Fyrir skalanlegu útgáfuna eru S2, A og B notuð til að lita kortið eftir því hvernig stökkbreytingar hafa áhrif á tjáningu brotins RBD.S2, C og D eru notuð til að dreifa áhrifum á ACE2 sækni og RBD tjáningu meðal allra stökkbreytinga sem sjást í víruseinangrunum í blóðrás.(B) Eins og sýnt er í (A), teiknaðu LY-CoV016.(C) Notaðu spike-gervigerðir lentiveiruagnir til að sannreyna lykilstökkbreytingar í hlutleysunarprófinu.Við völdum að sannreyna stökkbreytingarnar sem spáð er að hafi meiri áhrif eða séu til í mikilli tíðni í SARS-CoV-2 einangruðum (eins og N439K) í blóðrásinni.Hver punktur táknar margfalt aukningu á miðgildi hamlandi styrks (IC50) stökkbreytingarinnar miðað við hámark óstökkbreyttu villigerðarinnar (WT) sem inniheldur D614G.Bláa strikalínan 1 táknar hlutleysingaráhrif svipað og WT, og gildi> 1 táknar aukna hlutleysingarviðnám.Litur punktsins gefur til kynna hvort þú vilt komast út af kortinu.Punktarnir gefa til kynna að þar sem IC50 er utan þynningarröðarinnar sem notuð er, er margbreytileg breyting athugað (efri eða neðri mörk).Flestir stökkbrigði eru prófaðir í tvíriti, svo það eru tveir punktar.Heildar hlutleysingarferillinn er sýndur á mynd 2. S3.Eins stafs skammstafanir á amínósýruleifum eru sem hér segir: A, Ala;C, sýstein;D, Asp;E, Glu;F, Phe;G, Gly;H, hans;ég, Ile;K, lýsín;L, Liu;Metropolis N, Assen;P, Pro;Q, Gln;R, Arg;S, Ser;T, Þr;V, Val;W, tryptófan;og Y, Týr.
Til að sannreyna mótefnavakaáhrif lykilstökkbreytinga, gerðum við hlutleysunarpróf með því að nota panicle gervigerð lentiveiru agnir, og komumst að því að það var samræmi á milli mótefnabindandi flóttakortsins og hlutleysunarprófsins (Mynd 1C og Mynd S3).Eins og búist var við af REGN-COV2 mótefnakortinu er stökkbreytingin í stöðu 486 aðeins hlutleyst af REGN10933, en stökkbreytingin í stöðunum 439 og 444 er aðeins hlutleyst af REGN10987, þannig að þessar stökkbreytingar geta ekki sloppið.En E406W slapp við REGN-COV2 mótefnin tvö, svo það slapp líka sterklega úr blöndunni.Með burðargreiningu og vali á vírusflótta, telur Regeneron að engin ein amínósýrustökkbreyting geti sloppið við mótefnin tvö í kokteilnum (11, 12), en heildarkortið okkar auðkennir E406W sem hanastökkbreytingu.E406W hefur áhrif á REGN-COV2 mótefnið á tiltölulega sérstakan hátt og truflar ekki virkni RBD alvarlega, vegna þess að það dregur aðeins örlítið úr hlutleysunaráhrifum LY-CoV016 (Mynd 1C) og títrinum á gervigerðum lentiveiruagnum (Mynd S3F).
Til að kanna hvort flóttakortið okkar sé í samræmi við þróun vírusa við mótefnaval, skoðuðum við fyrst gögn Regeneron vírusvalstilraunarinnar þar sem tjáningarbroddurinn var ræktaður í frumurækt í viðurvist hvers kyns REGN10933 The vesicular munnbólguveiru (VSV), REGN10987 eða REGN-COV2 kokteill (12).Þessi vinna greindi fimm flýja stökkbreytingar frá REGN10933, tvær flýja stökkbreytingar frá REGN10987 og engar stökkbreytingar frá kokteil (Mynd 2A).Stökkbreytingarnar sem allar frumuræktirnar valda eru auðkenndar á flóttakortinu okkar, og einkirnisbreytingin á villigerðarkódonnum í Wuhan-Hu-1 RBD röðinni er einnig aðgengileg (Mynd 2B), sem gefur til kynna muninn á escapes Concordance línurit og vírusþróun við mótefnaþrýsting í frumurækt.Rétt er að taka fram að ekki er hægt að nálgast E406W með stökum núkleótíðbreytingum, sem gæti útskýrt hvers vegna Regeneron kokteilvalið getur ekki greint það þrátt fyrir tiltölulega gott þol fyrir RBD-fellingu og ACE2 sækni.
(A) Í nærveru mótefna notar Regeneron gervigerð VSV á rjúpu til að velja stökkbreytingar á vírusflótta í frumurækt (12).(B) Escape skýringarmyndin, eins og sýnt er á mynd 1A, en sýnir aðeins stökkbreytingarnar sem eru aðgengilegar með einni núkleótíðbreytingu í Wuhan-Hu-1 röðinni.Ógrátt gefur til kynna stökkbreytingar í frumuræktun (rauður) og sýktum sjúklingum (blár) ), eða bæði (fjólublátt).Mynd S5 sýnir þessi línurit, sem eru lituð af því hvernig stökkbreytingar hafa áhrif á ACE2 sækni eða RBD tjáningu.(C) Hreyfifræði RBD stökkbreytinga hjá sjúklingum sem fengu REGN-COV2 á 145. degi sýkingar (svört lóðrétt punktalína).Tíðni tengingar á milli E484A og F486I jókst, en þar sem E484A er ekki flóttastökkbreyting á myndinni okkar er hún ekki sýnd á öðrum spjöldum.Sjá einnig mynd.S4.(D) Flóttastökkbreytingarnar sem eiga sér stað í frumuræktun og sýktum sjúklingum eru aðgengilegar með einu núkleótíði og binding flóttamótefna veldur ekki miklum kostnaði við ACE2 sækni [eins og mælt er með ger sýna aðferð (7)].Hver punktur er stökkbreyting og lögun hans og litur gefa til kynna hvort hægt sé að nálgast hann og velja hann meðan á vírusvexti stendur.Fleiri punktar til hægri á x-ásnum gefa til kynna sterkari mótefnabindingu flótta;hærri punktar á y-ás gefa til kynna meiri ACE2 sækni.
Til að ákvarða hvort Escape Atlas geti greint þróun vírusa sem sýkja menn skoðuðum við djúpröðunargögn frá viðvarandi sýktum ónæmisbældum sjúklingi sem fékk REGN-COV2 á 145. degi eftir greiningu á COVID-19 meðferð (16).Síðbúin meðferð gerir veiruþýði sjúklingsins kleift að safna erfðafræðilegum fjölbreytileika, sem sum hver getur verið knúin áfram af ónæmisstreitu, vegna þess að sjúklingurinn hefur veikt sjálfhlutleysandi mótefnasvörun fyrir meðferð (16).Eftir gjöf REGN-COV2 breyttist tíðni fimm amínósýrustökkbreytinga í RBD hratt (Mynd 2C og Mynd S4).Flóttakortið okkar sýndi að þrjár af þessum stökkbreytingum sluppu við REGN10933 og ein slapp við REGN10987 (Mynd 2B).Rétt er að taka fram að eftir mótefnameðferðina voru ekki allar stökkbreytingar fluttar á fasta staðinn.Þvert á móti, það er hækkun og fall samkeppni (Mynd 2C).Þetta mynstur hefur sést í innri þróun aðlögunarhýsils annarra veira (17, 18), hugsanlega vegna samkeppni milli erfðafræðilegra fríríðinga og veiruætta.Báðir þessir kraftar virðast gegna hlutverki hjá sjúklingum með viðvarandi sýkingu (Mynd 2C og Mynd S4C): E484A (ekki flóttastökkbreyting á skýringarmyndinni okkar) og F486I (escape REGN10933) í lausagöngu eftir meðferð og vírusættir sem bera N440D og Q493K (sleppur REGN10987 og REGN10933, í sömu röð) keppti fyrst við REGN10933 escape stökkbreytt Y489H, og keppti síðan við ætternið sem bar E484A og F486I og Q493K.
Þrjár af fjórum flóttabreytingum hjá sjúklingum sem fengu REGN-COV2 voru ekki auðkenndar í Regeneron's vírusfrumuræktunarvali (Mynd 2B), sem sýnir kosti heildarkortsins.Veiruval er ófullkomið vegna þess að þeir geta aðeins greint allar stökkbreytingar sem valdar eru af handahófi í þeirri tilteknu frumuræktartilraun.Þvert á móti, heildarkortið skýrir allar stökkbreytingar, sem geta falið í sér stökkbreytingar af völdum ástæðna sem eru ótengdar meðferð, en hafa óvart áhrif á mótefnabindingu.
Auðvitað er þróun vírusa fyrir áhrifum af virknitakmörkunum og þrýstingi til að komast hjá mótefnum.Stökkbreytingarnar og sjúklingarnir sem valdir eru í frumurækt uppfylla alltaf eftirfarandi skilyrði: þeir sleppa við mótefnabindingu, geta komist inn í gegnum eina núkleótíðbreytingu og hafa lítinn eða engan kostnað við ACE2 sækni [með fyrri djúpu stökkbreytingunum sem sýndar voru með gerskönnunarmælingu RBD (7 )] (Mynd 2D og Mynd S5).Þess vegna er hægt að nota fullkomið kort af því hvernig stökkbreytingar hafa áhrif á helstu lífefnafræðilegar svipgerðir RBD (svo sem ACE og mótefnabindingu) til að meta mögulegar leiðir fyrir þróun vírusa.Einn fyrirvari er sá að á lengri þróunartíma, eins og sést í veiruónæmi og lyfjaflótta, vegna víxlverkana í blóði, getur þolrýmið fyrir stökkbreytingum breyst (19-21).
Heildarkortið gerir okkur kleift að meta núverandi flóttastökkbreytingar í SARS-CoV-2 sem er í dreifingu.Við skoðuðum allar tiltækar SARS-CoV-2 raðir af mönnum frá og með 11. janúar 2021 og komumst að því að mikill fjöldi RBD stökkbreytinga slapp við eitt eða fleiri mótefni (Mynd 3).Hins vegar er eina undankomustökkbreytingin sem er til staðar í >0,1% af röðinni REGN10933 flýjastökkbreytingin Y453F [0,3% af röðinni;sjá (12)], REGN10987 flýja stökkbreytt N439K [1,7% af röðinni;sjá mynd 1C og (22)], og LY-CoV016 flýja stökkbreytingu K417N (0,1% röð; sjá einnig mynd 1C).Y453F tengist sjálfstæðum faraldri sem tengjast minkabúum í Hollandi og Danmörku (23, 24);Rétt er að taka fram að minkaröðin sjálf inniheldur stundum aðrar undankomustökkbreytingar eins og F486L (24).N439K er mjög vinsælt í Evrópu og er stór hluti af röðinni frá Skotlandi og Írlandi í Evrópu (22, 25).K417N er til í B.1.351 ætterni sem fyrst fannst í Suður-Afríku (10).Önnur stökkbreyting sem veldur áhyggjum er N501Y, sem er til staðar í B.1.351 og einnig í B.1.1.7 ætterni sem upphaflega var auðkennd í Bretlandi (9).Kortið okkar sýnir að N501Y hefur engin áhrif á REGN-COV2 mótefni, heldur aðeins miðlungs áhrif á LY-CoV016 (Mynd 3).
Fyrir hverja mótefna- eða mótefnasamsetningu, frá og með 11. janúar 2021, meðal 317.866 hágæða SARS-CoV-2 raða af mannavöldum á GISAID (26), er sambandið milli flóttastigs fyrir hverja stökkbreytingu og tíðni hennar.Það er merkt.REGN-COV2 kokteilflóttastökkbreytingin E406W krefst margra núkleótíðbreytinga í Wuhan-Hu-1 RBD röðinni og sést ekki í GISAID röðinni.Aðrar stökkbreytingar á leifum E406 (E406Q og E406D) sáust með lágtíðnitalningu, en þessar stökkbreyttu amínósýrur eru ekki stakar núkleótíðstökkbreytingar langt í burtu frá W.
Eins og búist var við, eiga sér stað flóttastökkbreytingar venjulega í mótefna-RBD tenginu.Samt sem áður er uppbygging ekki nóg til að spá fyrir um hvaða stökkbreytingar miðla að flótta.Til dæmis notar LY-CoV016 þungar og léttar keðjur sínar til að bindast breiðri myndefni sem skarast á ACE2 bindiyfirborðinu, en flóttaferlið felur í sér stökkbreytingar í RBD leifum á svæðinu sem ákvarðar þunga keðju fyllingar (Mynd 4A og Mynd S6, E til G).Aftur á móti kom flótti frá REGN10933 og REGN10987 aðallega fram við RBD leifar sem voru staflaðar á viðmóti þungra og léttra mótefnakeðja (mynd 4A og mynd S6, A til D).E406W stökkbreytingin sem slapp úr REGN-COV2 blöndunni átti sér stað við leifar sem voru ekki í snertingu við hvorugt mótefnið (Mynd 4, A og B).Þrátt fyrir að E406 sé byggingarlega nær LY-CoV016 (Mynd 4B og Mynd S6H), hefur E406W stökkbreytingin mun minni áhrif á mótefnið (Mynd 1, B og C), sem gefur til kynna að sértæki langdrægi byggingaraðferðin sé and-REGN - COV2 mótefni (Mynd S6I).Í stuttu máli, stökkbreytingar á RBD leifum í snertingu við mótefni miðla ekki alltaf flótta og nokkrar marktækar flóttabreytingar eiga sér stað við leifar sem eru ekki í snertingu við mótefni (mynd 4B og mynd S6, D og G).
(A) Escape skýringarmyndin varpað á RBD uppbyggingu bundið af mótefninu.[REGN10933 og REGN10987: Próteingagnagrunnur (PDB) ID 6XDG (11);LY-CoV016: PDB auðkenni 7C01 (13)].Breytileg lén þungu og léttu keðjanna mótefnisins eru sýnd sem bláar teiknimyndir og liturinn á yfirborði RBD gefur til kynna styrk stökkbreytingamiðlaðs flótta á þessum stað (hvítt gefur til kynna enga flótta, og rautt gefur til kynna sterkasta flóttastaður mótefnisins eða blöndunnar).Síður sem eru ekki stökkbreyttar í virkni eru gráar.(B) Fyrir hvert mótefni, flokkaðu staðinn sem bein mótefnasnertingu (ekki vetnisatóm innan 4Å frá mótefninu), nærmótefni (4 til 8Å) eða fjarlægt mótefni (> 8Å).Hver punktur táknar síðu, skipt í escape (rautt) eða non-escape (svart).Gráa strikalínan táknar mikilvæga gildið sem notað er til að flokka svæðið sem flótta eða ekki flótta (fyrir nánari upplýsingar, sjá Efni og aðferðir).Rauðu og svörtu tölurnar gefa til kynna hversu margar síður í hverjum flokki eru sloppnar eða ósloppnar.
Í þessari rannsókn höfum við fullkomlega kortlagt stökkbreytingarnar sem forðast þrjú helstu and-SARS-CoV-2 mótefnin.Þessi kort gefa til kynna að fyrri lýsingu á flóttastökkbreytingum sé ófullnægjandi.Hvorki stakar amínósýrustökkbreytingar sem geta sloppið úr mótefnunum tveimur í REGN-COV2 hanastélinu hafa verið auðkenndar né hafa þær greint meirihluta þrálátra sýkingarsjúklinga sem meðhöndlaðir eru með kokteilnum.stökkbreytingu.Auðvitað hefur kortið okkar ekki enn svarað brýnustu spurningunni: Mun SARS-CoV-2 þróa mikið ónæmi fyrir þessum mótefnum?En það sem er víst er að það er áhyggjuefni að svo margar flóttabreytingar hafa lítil áhrif á RBD-fellingu eða viðtakasækni, og það eru nú þegar nokkrar lágstigsstökkbreytingar í vírusum í blóðrás.Að lokum er nauðsynlegt að bíða og fylgjast með hvaða stökkbreytingum SARS-CoV-2 mun senda þegar það dreifist meðal íbúanna.Vinna okkar mun hjálpa „athugun“ með því að útskýra strax áhrif stökkbreytinga sem flokkaðar eru með eftirliti með erfðamengi veiru.
Þetta er grein með opnum aðgangi sem dreift er samkvæmt skilmálum Creative Commons Attribution License.Greinin leyfir ótakmarkaða notkun, dreifingu og fjölföldun á hvaða miðli sem er með því skilyrði að rétt sé vitnað í upprunalega verkið.
Athugið: Við biðjum þig aðeins um að gefa upp netfangið þitt svo að sá sem þú mælir með á síðuna viti að þú viljir að hann sjái tölvupóstinn og að hann sé ekki ruslpóstur.Við munum ekki fanga nein netföng.
Þessi spurning er notuð til að prófa hvort þú sért gestur og koma í veg fyrir sjálfvirka ruslpóstsendingu.
Tyler N.Starr, Allison J.Greaney, Amin Addetia, William W. Hannon, Manish C. Choudhary (Manish C. Choudhary), Adam S. Dinges (Adam S.
Heildarkortið af SARS-CoV-2 stökkbreytingum sem sleppa við Regeneron einstofna mótefnablönduna hjálpar til við að útskýra þróun vírusins við meðferð sjúklinga.
Tyler N.Starr, Allison J.Greaney, Amin Addetia, William W. Hannon, Manish C. Choudhary (Manish C. Choudhary), Adam S. Dinges (Adam S.
Heildarkortið af SARS-CoV-2 stökkbreytingum sem sleppa við Regeneron einstofna mótefnablönduna hjálpar til við að útskýra þróun vírusins við meðferð sjúklinga.
©2021 American Association for the Advancement of Science.allur réttur áskilinn.AAAS er samstarfsaðili HINARI, AGORA, OARE, CHORUS, CLOCKSS, CrossRef og COUNTER.Science ISSN 1095-9203.
Birtingartími: 24-2-2021