Depuis le début de la pandémie de maladie à coronavirus induite par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) 2019 (COVID-19), des antiviraux efficaces et sûrs sont recherchés avec une urgence croissante. Une voie prometteuse a été l’utilisation d’anticorps monoclonaux (mAb) comme le palivizumab, ou REGN-EB3, pour la prévention et le traitement du virus respiratoire syncytial ou du virus Ebola, respectivement.
Contre le virus actuel également, le bamlanivimab a été le premier mAb à recevoir l’approbation d’utilisation d’urgence par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis.
On sait maintenant que les mAb dirigés contre le domaine de liaison au récepteur (RBD) sont les plus efficaces pour neutraliser le virus car ils perturbent la liaison virus-récepteur et empêchent ainsi l’infection. Cependant, il est long et coûteux d’identifier le clone d’anticorps le plus efficace, tandis que de nouvelles souches émergentes entravent souvent la neutralisation.
Une nouvelle étude dans la revue Communication Nature décrit le processus de conversion d’un anticorps en une forme multivalente, lui permettant ainsi de se lier à différents points avec son site de liaison sur l’antigène – également connu sous le nom d’épitope.
Cela augmente l’avidité des anticorps, ou l’affinité de liaison globale, pour l’épitope, et améliore son pouvoir de neutralisation.
Sommaire
L’avidité détermine la capacité de neutralisation
Les chercheurs ont utilisé un protomère d’apoferritine humaine comme échafaudage d’anticorps, sur lequel plusieurs fragments d’anticorps pourraient être attachés en tant que multimères. Appelée Multabody, cette molécule a une puissance supérieure de quatre ordres de grandeur par rapport aux anticorps d’immunoglobuline G (IgG) en termes de neutralisation du SRAS-CoV-2.
Le choix de l’apoferritine humaine est dû au fait que sa chaîne légère a la propriété de s’auto-assembler. Cela permet aux protomères d’apoferritine repliés de former une structure multimère de type nanocage octaédrique symétrique. L’extrémité azotée de chaque protomère pointe vers l’extérieur afin qu’il puisse être fusionné facilement à 24 protéines d’intérêt identiques.
Le domaine variable à chaîne unique VHH-72 de l’anticorps, qui se lie au site antigénique du virus, peut être fusionné au fragment cristallisable (Fc) de l’anticorps pour acquérir une capacité de neutralisation. Cependant, il n’a pas la capacité de neutraliser le virus en tant qu’entité monovalente. Lorsqu’il est affiché en 24 copies sur la chaîne légère de l’apoferritine humaine, le VHH-72 a montré une puissance neutralisante 10 000 fois supérieure par rapport au format bivalent fusionné avec Fc. Cela montre le rôle de l’avidité dans la détermination de la capacité de neutralisation.
Similitude croissante avec les IgG
La demi-vie et les fonctions effectrices de la molécule d’IgG sont médiées par la liaison du Fc avec le récepteur Fc néonatal (FcRn) et les récepteurs gamma Fc (FcγR), respectivement. En créant les constructions Fab et Fc à chaîne unique, les chercheurs les ont fusionnées aux extrémités terminales N de la chaîne légère de l’apoferritine.
Une expérience similaire menée chez la souris a montré que la molécule Multabody était capable de se lier au FcRn de souris à pH acide, comme l’IgG de souris naturel, avec une liaison plus élevée au FcγR1 de souris en raison de son affinité plus élevée par rapport à l’IgG naturel. En réduisant la liaison FcγR de l’anticorps multimérique, ils ont pu augmenter la demi-vie, confirmant que la partie Fc est impliquée dans la biodisponibilité de la molécule in vivo.
Augmentation du nombre de Fab pour une neutralisation améliorée
L’ingénierie des protéines a été réalisée pour augmenter le nombre de fragments Fab à chaîne unique dans le multimère, améliorant ainsi encore son pouvoir de neutralisation. Les scientifiques ont cherché à construire un hétérodimère de la molécule d’apoferritine fusionnée.
Pour ce faire, le Fab monocaténaire a été attaché aux deux hélices C-terminales du protomère d’apoferritine (appelé C-ferritine, en abrégé). Le Fc monocaténaire a été attaché, quant à lui, aux hélices N-terminales (N-Ferritine).
Le résultat final était un multimère d’apoferritine auto-assemblé qui avait encore plus de Fab monocaténaire mais moins de Fc monocaténaire à l’extérieur. Cela permet au Multabody d’être purifié en une seule étape similaire à l’IgG, mais avec une puissance de neutralisation 1 600 et 2 000 fois supérieure à celle des mAb IgG naturels anti-SRAS-CoV-2 BD23 et 4A8.
Conversion d’AcM non neutralisants en mAb neutralisants
Les chercheurs ont découvert que la puissance des mAb de liaison augmentait jusqu’à quatre ordres de grandeur dans 18 des 20 cas lorsqu’ils étaient convertis au format Multabody. Parmi ceux-ci, 11 étaient initialement non neutralisants mais sont devenus neutralisants dans ce format, et sept sont devenus des anticorps neutralisants puissants dans des tests de neutralisation de pseudovirus.
En fait, ils étaient d’une puissance comparable à celle des mAbs approuvés de Regeneron REGN10933 et REGN10987, ce qui indique leur applicabilité clinique. Dans le cas des mAb neutralisants les plus puissants, il a également été confirmé que le format Multabody confère une capacité de neutralisation tout aussi puissante contre le virus authentique.
Dans l’ensemble, cette plate-forme permet la formulation rapide de molécules neutralisantes ultra puissantes de type IgG à partir d’AcM avec une puissance de neutralisation limitée. Cette augmentation de puissance est due à leur avidité accrue, liée au fait que les Multabodies ciblent deux épitopes principaux sur le domaine de liaison au récepteur (RBD) du pic SARS-CoV-2.
Prévention de l’évasion mutationnelle
Deuxièmement, les chercheurs ont découvert que quatre anticorps spécifiques, une fois convertis au format Multabody, continuaient à montrer une puissance neutralisante élevée même en présence de l’une des quatre mutations RBD naturelles. Une combinaison de trois Multbodies, chacun avec une spécificité différente, a neutralisé toutes les variantes de pointe à une puissance similaire à la pointe de type sauvage. La puissance globale était 100-1000 fois plus élevée que pour les IgG correspondantes en combinaison.
Plus encore, ils ont pu combiner des fragments de liaison aux anticorps (Fab) avec trois spécificités différentes dans un seul format Multabody, ce qui a entraîné le même niveau élevé de neutralisation. La combinaison des trois anticorps 298-324-46 était la plus puissante, voire supérieure à celle des IgG les plus puissantes qui ont été identifiées jusqu’à présent d’un à deux ordres de grandeur contre le pseudovirus ainsi que l’authentique SARS-CoV-2 .
Ce Multabody tri-spécifique a même pu neutraliser la variante préoccupante B.1.351 du SARS-CoV-2, qui a jusqu’à présent montré une résistance à plusieurs mAb. De plus, la possibilité d’utiliser des mAb de spécificité variable dans un seul Multabody peut permettre d’affiner la combinaison pour obtenir la plus haute avidité et la neutralisation synergique. En fait, il pourrait être possible un jour de produire une seule particule multimérique avec une capacité de neutralisation du pan-betacoronavirus.
Quelles sont les implications ?
Les multicorps sont formés de particules auto-assemblantes stables qui se forment à des températures similaires à celles des IgG parents. Ces corps utilisent également un fragment Fc, améliorant leur biodisponibilité en leur permettant de se lier au FcRn. Cet aspect devra être examiné plus avant lors du développement ultérieur du médicament afin d’assurer une avidité optimale.
En variante, d’autres groupes fonctionnels peuvent être utilisés pour prolonger la demi-vie si d’autres fonctions effectrices d’anticorps ne sont pas requises, telles que la sérumalbumine humaine.
Les avantages de cette plate-forme incluent la possibilité d’inclure n’importe quel anticorps, indépendamment de la séquence, du format ou de l’épitope, même en utilisant plusieurs Fab ciblant différents bacs d’épitopes sur la protéine de pointe. La possibilité d’utiliser des domaines VHH est particulièrement intéressante car ceux-ci sont petits et donc très efficaces pour la neutralisation.
Cette plate-forme montre donc comment l’ingénierie des protéines améliorant l’avidité peut aider à raccourcir le délai de développement de puissants produits biologiques neutralisants contre les menaces virales.
Les chercheurs écrivent :
Le Multabody offre une plate-forme « plug-and-play » polyvalente de type IgG pour améliorer les caractéristiques antivirales des mAb contre le SRAS-CoV-2, et démontre le pouvoir de l’avidité en tant que mécanisme à exploiter contre les agents pathogènes viraux. «
