SARS-COV-2を予防するヒトモノクローナル抗体
＜Abstruct＞
中国の武漢で新しいヒトコロナウイルスSARS-CoV-2が出現したことで、呼吸器疾患の世界的な流行が引き起こされました（COVID-19）。 この病気の治療のためのワクチンと標的療法は現在欠けています。 ここでは、細胞培養においてSARS-CoV-2（およびSARS-CoV）を中和するヒトモノクローナル抗体について報告します。 この交差中和抗体は、これらのウイルスの共通エピトープを標的とし、COVID-19の予防と治療の可能性を提供します。
＜Introduction＞
重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）は、2019年後半に中国で発生し、パンデミックを引き起こしたコロナウイルス誘発疾患19（COVID-19）の病原体です。 2020年4月19日の時点で、世界中で2,241,778件の症例が報告されており、そのうち152,551件（6.8％）が感染により死亡しています。
SARS-CoV-2は、2002年に出現したSARS-CoVとともにサルベコウイルス亜属（ベータコロナウイルス属、コロナウイルス科）に属し、致死率10％で〜8000感染を引き起こします。どちらのウイルスも、動物の貯蔵所からの種の壁を越え、人間に生命を脅かす呼吸器疾患を引き起こす可能性があります。現在、COVID-19に使用できる承認済みの標的治療薬はありません。ウイルス表面タンパク質の脆弱な部位を標的とするモノクローナル抗体は、感染症に対する有望なクラスの薬剤としてますます認識されており、多くのウイルスに対する治療効果を示しています。
コロナウイルス中和抗体は、主に、ウイルス表面の三量体スパイク（S）糖タンパク質を標的とし、宿主細胞への侵入を仲介します。 Sタンパク質には、細胞接着（S1サブユニット、S1AからS1Dまでの4つのコアドメインが存在する）を仲介する2つの機能サブユニットと、ウイルスと細胞膜の融合（S2サブユニット）があります。強力な中和抗体は、多くの場合、S1の受容体相互作用部位を標的とし、受容体相互作用を無効にします。
SARS-CoV-2（SARS2-S; 1273残基、Wuhan-Hu-1株）およびSARS-CoV（SARS-S、1255残基、Urbani株）のスパイクタンパク質は、一次アミノ酸配列によって77.5％同一です。構造的に非常に類似しており、ヒトのアンジオテンシン変換酵素2（ACE2）タンパク質を、S1Bドメインを介してホスト受容体として結合します。
受容体相互作用は、膜融合を可能にするコロナウイルススパイクタンパク質の不可逆的な構造変化を引き起こすことが知られています。
＜SARS-CoV-2反応性抗体の同定＞
SARS-CoV-2-中和抗体を特定するために、ELISA-（交差）反応性を、ヒト免疫グロブリンをコードするキメラ免疫グロブリンをコードする免疫化トランスジェニックH2L2マウス由来の51 SARS-Sハイブリドーマのコレクションの抗体含有上清について評価しました。 ラット起源の軽鎖および定常領域（補足表1）。 51 SARS-Sハイブリドーマ上清のうち4つは、SARS2-S1サブユニット（S残基1〜681、補足表1）とのELISA交差反応性を示し、そのうちの1つ（47D11）はSARS-SおよびSARS2-の交差中和活性を示しました S偽型VSV感染。 キメラ47D11 H2L2抗体は、ヒト可変重鎖および軽鎖領域をヒトIgG1アイソタイプバックボーンにクローニングすることにより、完全ヒト免疫グロブリンに再フォーマットされました。 組換えにより発現されたヒト47D11を、さらなる特徴付けのために使用した。
＜ヒトmAb 47D11の抗ウイルスおよび生化学的特性＞
ヒト47D11抗体は、SARS-CoVおよびSARS-CoV-2の全長スパイクタンパク質を発現する細胞に結合します（図1a）。 47D11抗体は、SARS-SおよびSARS2-S偽型VSVによるVeroE6細胞の感染を強力に阻害し、IC50値はそれぞれ0.061および0.061μg/ mlでした（図1b）。 SARS-CoVおよびSARS-CoV-2によるVeroE6細胞の本物の感染は、0.19および0.57μg/ mlのIC50値で中和されました（図1c）。 ELISA 47D11を使用すると、SARS-SおよびSARS2-SのS1B受容体結合ドメイン（RBD）をターゲットとすることが示されました。 47D11は、ELISAベースの半最大有効濃度（EC50）値（それぞれ0.02および0.03μg/ ml;図2a）で示されるように、類似した親和性で両方のウイルスのS1Bに結合しました。等モルの抗原コーティングにもかかわらず、SARS-CoVのスパイクエクトドメイン（Secto）に対する47D11のELISAベースの結合親和性は、SARS-CoV-2（EC50値：それぞれ0.018μg/ mlおよび0.15μg/ ml）に比べて高かった（補足図。1）。 ELISA反応性と一致し、バイオレイヤー干渉法による47D11の結合速度の測定により、47D11がSARS-SectoとSARS2-Secto（KD 10.8 nM）と比較してより高い親和性（平衡解離定数[KD]：0.745 nM）で結合することが示された。 SARS-S1BおよびSARS2-S1Bの場合も同様の範囲でした（それぞれ、16.1および9.6μM、補足図2）。ドメインBは、融合前のスパイクホモ三量体に閉じた構造と開いた構造を採用できるため、SARS-SとSARS2-Sのエピトープのアクセシビリティの違いが原因である可能性があります。
驚くべきことに、47D11のSARS-S1BおよびSARS2-S1Bへの結合は、フローサイトメトリー（図2b;補足図3）によって示されるように、細胞表面に発現するACE2受容体へのS1B結合と競合せず、SectoおよびS1Bへの結合とも競合しませんでした。固相ベースのアッセイにおける可溶性ACE2（補足図4）、一方、SARS-S（ただしSARS2-Sではない）を中和する2つのSARS-S1特異抗体35F4および43C6は、偽型VSV感染（補足図5）の結合をブロックしますSARS-SectoおよびSARS-S1BからACE2へ。トリプシントリガーの細胞間融合アッセイを使用して、47D11はSARS-SおよびSARS2-Sを介した合胞体形成を損なうことが示されました（補足図6）。私たちのデータは、47D11が受容体結合干渉とは異なる未知のメカニズムを通じてSARS-CoVおよびSARS-CoV-2を中和することを示しています。 RBDを標的とする抗体によるコロナウイルス中和の代替メカニズムが報告されており、47D11にも適用される可能性がある、その融合前構造の抗体誘発不安定化によるスパイク不活化が含まれます。
＜47D11はSARS2-S-S1Bドメイン内の保存されたエピトープを標的とする＞
SARS2-S1B RBD（残基338〜506）は、コアドメインと、受容体に直接関与する逆平行ベータシートコアドメイン構造からループアウトする受容体結合サブドメイン（残基438〜498）で構成されています。 S1Bコアドメインと比較して、SARS-SおよびSARS2-SのS1B受容体相互作用サブドメインのタンパク質配列の同一性は大幅に低くなっています（46.7％対86.3％、補足図7および図2c）。強力な中和抗体は、多くの場合、この受容体結合サブドメインを標的とします。しかし、このサブドメインには共通のバリエーションがあるため、これらの抗体はウイルス特異的であることが多く、関連するウイルスとの結合や中和は不十分です。
47D11の交差反応性は、抗体がS1B RBDの保存されたコア構造をターゲットにする可能性が高いことを示しています。興味深いことに、S1BコアドメインもターゲットとするSARS-CoV中和抗体CR3022は、SARS-CoV-2感染をクロス中和する能力は報告されていませんでしたが、SARS-CoV-2をクロスバインドすることが最近発見されました。
受容体結合インターフェイスからさらに離れた47D11によるS1B結合は、スパイク-受容体相互作用を危うくすることができないことを説明し、受容体結合サブドメインを標的とする非競合の強力な中和抗体との併用治療の可能性を開きます。重複しないエピトープを標的とする抗体の組み合わせは、相乗的に作用してより低い投与量をもたらし、免疫回避のリスクを軽減する可能性があります。
結論として、これはSARS-CoV-2を中和する（ヒト）モノクローナル抗体の最初の報告です。 47D11はスパイクRBDの保存されたエピトープに結合し、受容体結合阻害とは独立したメカニズムを使用して、SARS-CoVとSARS-CoV-2を交差中和する能力を説明します。 この抗体は、SARS-CoV-2を標的とする抗原検出テストおよび血清学的アッセイの開発に役立ちます。 中和抗体は、ウイルスのクリアランスをサポートする感染したホストの感染経路を変更したり、ウイルスにさらされている感染していないホストを保護したりできます。
したがって、この抗体は、単独でまたは組み合わせて、COVID-19を予防および/または治療する可能性を提供し、サルベコウイルス亜属由来のウイルスによって引き起こされるヒトの他の将来の新たな疾患も提供します。
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Nature communications
Published: 04 May 2020
A human monoclonal antibody blocking SARS-CoV-2 infection
Chunyan Wang, Wentao Li, Dubravka Drabek, Nisreen M. A. Okba, Rien van Haperen, Albert D. M. E. Osterhaus, Frank J. M. van Kuppeveld, Bart L. Haagmans, Frank Grosveld & Berend-Jan Bosch
Nature Communications
volume 11, Article number: 2251 (2020) Cite this article
A Publisher Correction to this article was published on 14 May 2020
Abstract
The emergence of the novel human coronavirus SARS-CoV-2 in Wuhan, China has caused a worldwide epidemic of respiratory disease (COVID-19). Vaccines and targeted therapeutics for treatment of this disease are currently lacking. Here we report a human monoclonal antibody that neutralizes SARS-CoV-2 (and SARS-CoV) in cell culture. This cross-neutralizing antibody targets a communal epitope on these viruses and may offer potential for prevention and treatment of COVID-19.