La pandémie en cours de COVID-19 a eu un impact sanitaire, économique et social énorme sur l'humanité. Pour restaurer un semblant de normalité, les scientifiques se sont concentrés sur la recherche de vaccins et d'antiviraux efficaces. Un nouveau rapport rédigé par des chercheurs de l'Université de Melbourne et publié sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en septembre 2020, des rapports sur l'utilisation d'un schéma de vaccin à deux doses à deux protéines et son immunogénicité dans deux modèles animaux.
Sommaire
Neutralisation basée sur les pointes
La glycoprotéine de pointe (S) du SRAS-CoV-2 a fait l'objet de nombreuses tentatives pour concevoir de nouveaux vaccins pour obtenir des anticorps neutralisants. Des recherches antérieures montrent que ces anticorps peuvent prévenir l'infection chez les macaques et la réinfection chez l'homme.
La protéine de pointe médie l'attachement viral avec l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) sur la surface de la cellule hôte, avec une fusion ultérieure et une entrée virale dans la cellule. Cet engagement se produit au niveau du domaine de liaison au récepteur (RBD). Les anticorps qui empêchent la liaison RBD-ACE2 sont, par conséquent, une voie efficace pour la neutralisation du virus.
Molécule de protéase principale du coronavirus SARS-CoV-2, illustration 3D. Crédit d'image: Kateryna Kon / Shutterstock
Les virus échappent également au système immunitaire par une multitude de méthodes, y compris la N-glycosylation lourde, exposant des régions virales qui changent constamment du système immunitaire, et d'autres techniques. Les protocoles de développement de vaccins doivent garantir que la plupart des cellules B reconnaissent les épitopes les plus cruciaux pour la réplication virale, ou les épitopes sur cible, laissant ceux qui sont mutables ou non neutralisants (épitopes hors cible).
Bien que plusieurs vaccins à base de pointes soient actuellement à l'essai, ils utilisent diverses présentations de pointes telles que des trimères de pointe recombinants, des protomères ou trimères de RBD et des analogues de pointe qui pénètrent dans la cellule via des vecteurs viraux ou des ARNm. La variété des vaccins candidats montre que de nombreuses questions demeurent sur l'immunogène optimal à utiliser pour obtenir la réponse de neutralisation la plus ciblée.
En particulier, le vaccin devrait-il inclure uniquement le RBD, qui se lie au récepteur hôte, ou des sections plus grandes du pic, y compris de nombreux autres épitopes, pour augmenter l'immunogénicité et le potentiel de neutralisation? Ou d'un autre côté, est-ce que cela ne fera qu'augmenter les épitopes hors cible et sera-t-il la proie de la stratégie de distraction immunitaire du virus?
S ou RBD: quel est le meilleur?
L'étude actuelle compare la réponse immunitaire provoquée par les épitopes S et RBD chez les souris et les primates non humains en utilisant un régime à deux doses sous diverses formes. Le premier amorce le système immunitaire tandis que le second le remet en question et assure des concentrations d'anticorps efficaces.
Les chercheurs ont découvert que chez la souris, la RBD est un immunogène médiocre, incapable d'induire des réponses significatives des cellules B dans les centres germinatifs (GC), ou de recruter des cellules T auxiliaires folliculaires (Tfh). Lorsque S seul est utilisé comme dose principale, suivi par un rappel S ou RBD, la réponse immunitaire est robuste, avec des anticorps de liaison et de neutralisation produits.
Chez les primates non humains, en revanche, un régime de stimulation primaire avec l'une ou l'autre de ces protéines s'est avéré fiable pour induire de fortes réponses d'anticorps neutralisants. Les immunogènes recombinants S ont été sélectionnés pour une étude plus approfondie car ils provoquent une réponse en anticorps protecteurs à un niveau supérieur à celui observé chez les humains en convalescence.
Spike mais pas RBD puissamment immunogène chez la souris
Une dose unique de la protéine de pointe adjuvante, indépendante de la glycosylation, s'est avérée produire des anticorps anti-S élevés avec une dose, mais avait une faible capacité de neutralisation. Une dose de RBD n'était pas très immunogène, comme prévu.
Les cellules GC B ciblant à la fois S et RBD ont été induites de manière robuste par S mais pas par RBD.
Les cellules Tfh ont montré la même tendance, les epitopes immunogènes prédominants étant non-RBD. Seules 3 séquences peptidiques sur la RBD ont été reconnues par les cellules T CD4, l'une étant beaucoup plus immunogène que les autres.
La protéine S avait plus de 8 épitopes non RBD en dehors de la RBD, qui étaient plus immunogènes que les épitopes RBD et induisaient une réponse des lymphocytes T CD4 plus puissante.
Le régime S-R a conduit à une multiplication par quatre des anticorps de liaison et de neutralisation contre le RBD par rapport à une immunisation homologue S-S. Lorsque la protéine de pointe a été utilisée pour la première fois, suivie d'un rappel RBD pour concentrer les anticorps sur la RBD, l'activité neutralisante était 2,5 fois plus élevée, contrairement à un protocole S-S. La protéine S est plus efficace pour déclencher une réponse anticorps indépendante de l'antigène de rappel dans un régime de stimulation primaire, dirigeant les réponses des cellules GC B et Tfh vers des épitopes non RBD. Au contraire, les régimes R-R ou R-S étaient peu immunogènes pour les anticorps contre RBD ou S.
Le RR a également produit les réponses des cellules GC B les plus faibles, des réponses intermédiaires étant obtenues avec l'utilisation du pic comme dose d'amorçage et soit le pic ou RBD comme rappel, et une induction robuste avec l'immunisation RS chez la souris, probablement parce que la protéine de pointe déclenche GC Réponses des lymphocytes B contre des epitopes non RBD sur la protéine de pointe.
RBD et S montrent un anticorps puissant et une activité neutralisante chez les primates non humains
Les chercheurs ont récapitulé leurs découvertes dans un modèle de primate non humain (PSN), le macaque à queue de cochon, en utilisant à la fois des vaccins à base de protéines RBD et S. Ils ont constaté que deux doses de vaccin homologue ou hétérologue induisaient de manière fiable une activité neutralisante contre les deux protéines, sans la variation d'immunogénicité observée chez la souris.
Les réponses des cellules GC B / Tfh étaient robustes chez tous les animaux, mais plus élevées avec S-S et S-R par rapport à R-R. L'induction de cellules GC B spécifiques ciblant la RBD était la plus élevée chez les animaux R-R, suivis par S-R et S-S. Cependant, les cellules anti-S B étaient les plus élevées chez S-S et S-R, mais faibles chez les animaux immunisés R-R.
Des cellules GC Tfh ont été trouvées dans tous les ganglions lymphatiques drainants, ciblant à la fois les peptides RBD et non RBD, mais la Tfh reconnaissait plus souvent les premiers.
Les cellules B mémoire spécifiques des épitopes S et RBD sont cruciales pour une immunité durable. L'immunisation S-S a conduit aux fréquences les plus élevées de cellules B mémoire spécifiques S, avec R-R et S-R conduisant à des fréquences comparables.
Les cellules B ciblant la RBD étaient faibles partout, mais les plus élevées parmi les animaux S-S avec des niveaux inférieurs dans les groupes S-R et R-R. Après deux semaines de rappel de vaccin, des cellules T CD4 mémoire et des cellules Tfh ont été trouvées en circulation.
Une découverte surprenante était que la Tfh circulante ciblant S ciblait à la fois les peptides RBD et non-RBD également dans les NHP, les premiers correspondant aux titres d'anticorps S. Cela montre que peut-être, « La cTFH spécifique de l'antigène constitue un biomarqueur utile de l'immunogénicité des vaccins dans les modèles de PSN. »
Réponses immunitaires chez les souris, les macaques et les humains
Les chercheurs ont ensuite évalué dans quelle mesure le S et la RBD induisent des anticorps et le titre neutralisant dans 72 échantillons de plasma convalescent COVID-19. Ils ont constaté que, par rapport à l'infection humaine naturelle, les sérums de souris et de PSN immunisés avec S-S et S-R ont une forte activité d'anticorps et de neutralisation. Dans ce dernier, l'activité neutralisante était supérieure à celle trouvée dans le plasma humain en convalescence.
Ils ont également découvert que contrairement aux animaux, les humains avaient des cellules spécifiques de RBD et de S de plusieurs familles de gènes V. En ce qui concerne la longueur de CDR277 H3, ils ont constaté qu'elle était plus courte chez la souris que chez les macaques (soit des ganglions lymphatiques, soit des cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC). Les longueurs des macaques CDR277 H3 étaient comparables à celles trouvées chez les convalescents, pour les séquences RBD et S.
Implications
L'étude actuelle montre l'avantage de combiner des immunogènes et de comparer leurs performances dans différents modèles animaux et chez l'homme. Comme indiqué précédemment, la RBD a une immunogénicité plus faible chez la souris après une ou deux doses en raison du recrutement inadéquat de Tfh de haute efficacité dans le cadre de la réponse immunitaire primaire.
Cependant, l'amorçage S chez la souris s'est avéré être un puissant inducteur de la réponse d'anticorps de liaison primaire et de neutralisation, indépendamment de l'antigène de rappel. Cela montre que l'amorçage d'un spectre plus large de cellules Tfh aide à réguler la réponse immunitaire après la stimulation. De plus, la RBD s'est avérée plus immunogène dans les PSN en raison de leur plus grand répertoire allélique et MHC II, par rapport aux souris.
Pourtant, la RBD n'est pas bien reconnue par GC B ou par les cellules Tfh circulantes chez les convalescents COVID-19, ce qui en fait probablement un immunogène moins préféré au niveau de la population. L'antigène de pointe était beaucoup plus immunogène chez toutes les espèces.
L'utilisation de l'amorçage de pointe avec un rappel hétérologue de la RBD a provoqué la concentration de la reconnaissance des anticorps sur le site de reconnaissance de l'ACE2 chez la souris, indiquant un rappel sélectif de la réponse RBD avec une inhibition accrue de la liaison RBD-ACE2. Cette différence n'a pas été observée chez les macaques immunisés avec S-R vs S-S, reflétant la réponse humaine, comme l'a récemment montré la même équipe.
Les chercheurs commentent: «L'activité neutralisante sérologique n'était pas exclusivement dirigée par la RBD. » Au lieu de cela, le domaine N-terminal (NTD) et d'autres épitopes non RBD peuvent être responsables d'une grande partie de la protection vaccinale. Deuxièmement, les souris utilisent différentes familles de gènes et ont des limites sur les longueurs de CDR H3 dans leurs réponses des cellules GC B aux vaccins. Cela les distingue des PSN ou des sujets humains et est peut-être la raison pour laquelle ils nécessitent des titres d'anticorps élevés pour la neutralisation par rapport à ces derniers.
Des recherches récentes suggèrent que les anticorps monoclonaux humains qui neutralisent les épitopes non-RBD ont des boucles CDR-H3 plus longues que celles observées chez la souris, ce qui peut influencer la réponse des anticorps aux vaccins à base de pointes chez la souris. En conséquence, des changements peuvent être envisagés dans la conception de vaccins similaires chez l'homme.
Enfin, les titres d'anticorps neutralisants faibles et transitoires suite à une infection naturelle par le SRAS-CoV-2 chez l'homme peuvent être contrés par un simple régime de prime-boost à deux protéines avec adjuvant. La réponse comprenait une induction de cellules GC B robuste avec une activité anti-S spécifique, ainsi que des cellules T mémoire et des cellules B dans le sang périphérique. L'étude conclut: «La vaccination constitue une voie de protection sérologique contre le SRAS-CoV-2 plus robuste et plus fiable que l'infection naturelle. »
*Avis important
Tan, H.-X. et coll. (2020). Les vaccins sous-unitaires protéiques Prime-Boost contre le SRAS-Cov-2 sont hautement immunogènes chez les souris et les macaques. bioRxiv préimpression. doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.01.278630. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.09.01.278630v1
