Les scientifiques restaurent par calcul la puissance d’un anticorps contre les sous-variantes d’Omicron du SRAS-CoV-2

Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de préimpression, une équipe de chercheurs des États-Unis a modifié par ordinateur l’anticorps monoclonal COV2-2130 pour restaurer sa capacité de neutralisation contre les sous-variants d’Omicron du syndrome respiratoire aigu sévère coronavirus 2 (SARS-CoV-2), tout en conservant son efficacité contre le Delta et le sauvage -type souches.

Étude : Restauration par calcul de la puissance d’un anticorps clinique contre les sous-variants SARS-CoV-2 Omicron. Crédit d’image : Lightspring / Shutterstock

Arrière plan

Alors que les anticorps monoclonaux et les vaccins ont réussi à atténuer les conséquences graves de la pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), les variantes émergentes du SRAS-CoV-2 préoccupantes, telles que les sous-variantes d’Omicron, contiennent des mutations qui permettent aux virus d’échapper à l’immunité humorale et aux anticorps – thérapies basées sur.

Une combinaison de tixagevimab et de cilgavimab a été utilisée comme thérapie prophylactique par anticorps et a eu de puissants effets neutralisants sur la souche ancestrale Wuhan-1 et les variantes antérieures du SRAS-CoV-2 telles que delta, était inefficace contre les sous-variantes Omicron BA.1 et BA. 1.1.

La modification informatique des anticorps existants approuvés par la réglementation pour améliorer leur efficacité de liaison et de neutralisation offre une alternative rapide et rentable au développement de nouveaux anticorps.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, l’équipe a développé une méthode de calcul appelée Generative Unconstrained Intelligent Drug Engineering (GUIDE), qui utilise des techniques d’apprentissage automatique et de simulation pour cibler plusieurs sites de liaison à l’antigène tels que les domaines de liaison aux récepteurs (RBD) de plusieurs variantes du SARS-CoV-2 et incorporent des caractéristiques avantageuses telles que la thermostabilité.

La plateforme informatique a introduit des mutations dans le COV2-2130 (partie de la combinaison de traitement tixagevimab + cilgavimab) pour proposer des anticorps candidats. Cette méthode n’utilise pas les entrées des expériences de laboratoire humide sur les anticorps candidats ou tout dérivé de l’anticorps COV2-2130 d’origine. L’équipe a utilisé les RBD de la variante SARS-CoV-2 Delta et les sous-variantes Omicron BA.1 et BA1.1 comme antigènes cibles. Des mutations ont été introduites sur 20 résidus paratopes, en particulier dans les régions déterminant la complémentarité des chaînes lourdes et légères de l’anticorps.

Cinq propriétés d’anticorps ont été prises en compte lors de l’introduction de mutations dans les résidus paratopes de COV2-2130. Celles-ci comprenaient l’affinité de liaison aux RBD des sous-variants Omicron BA.1 et BA1.1, la variante Delta et des propriétés telles que la thermostabilité et la similitude avec les séquences humaines naturelles. Au total, 376 séquences d’anticorps générées par le processus de conception informatique ont été sélectionnées pour une validation expérimentale.

Gyrolab xPlore et le dosage immuno-enzymatique (ELISA) ont été utilisés pour effectuer des dosages immunologiques à concentration unique et multiple afin de cribler les anticorps pour les affinités de liaison au type sauvage et aux RBD Omicron BA.1 et BA.1.1. De plus, les anticorps sélectionnés ont été fabriqués à plus grande échelle, et des évaluations de décalage thermique et des immunodosages ont été utilisés pour caractériser les anticorps d’immunoglobuline G (IgG).

La performance des anticorps fabriqués a été testée à l’aide d’essais de neutralisation contre des pseudovirus. Un test de neutralisation par réduction de foyer utilisant plusieurs souches de SRAS-CoV-2 et des cellules Vero exprimant la sérine protéase transmembranaire 2 (TMPRSS2) a été effectué pour déterminer l’activité de neutralisation authentique contre le virus.

Vue d’ensemble de la plate-forme d’ingénierie des médicaments guidée par le calcul GUIDE. Compte tenu des antigènes cibles et d’un anticorps parental, les co-structures sont estimées expérimentalement et/ou informatiquement (à gauche). Dans la boucle de calcul principale (au centre à gauche), un générateur de séquences propose des candidats anticorps mutants multipoints, et un agent d’optimisation bayésienne sélectionne les séquences proposées à évaluer via un ensemble d’outils de prédiction d’affinité. Un sous-ensemble de 376 séquences évaluées par calcul basées sur l’optimalité de Pareto ont été expérimentalement évaluées pour l’affinité de liaison par Gyros ou ELISA (centre droit). Les 10 premières séquences sont ensuite évaluées pour la neutralisation des variants du SRAS-CoV-2 (à droite).

Résultats

Les résultats ont rapporté que le meilleur anticorps conçu dans l’étude, 2130-1-0114-112, présentait une activité de neutralisation puissante et large contre les sous-variants SARS-CoV-2 Omicron BA.1 à BA.5.5 tout en conservant l’efficacité contre le Delta et le souches de type sauvage (WA1/2020) et restant thermostables.

Lorsque des souris transgéniques K18-hACE2 inoculées par voie intranasale avec le type sauvage ou des variantes Omicron BA.1.1 ou BA.5 ont été administrées 2130-1-0114-112 et que le COV2-2130 d’origine, 2130-1-0114-112 présentait une in vivo activité antivirale.

Quatre mutations (GH112E, SL32A, SL33A, TL59E) incorporées dans 2130-1-0114-112 semblent optimiser les interactions hydrophobes et électrostatiques et se lier aux RBD mutés des sous-variants Omicron. Bien que les mutations dans les RBD des sous-variants Omicron plus récents tels que BA.2, BA.2.12.1, BA.4, BA.5 et BA.5.5 n’aient pas été prises en compte lors de la conception de ces anticorps, l’activité de neutralisation de 2130- 1-0114-112 contre tous ces sous-variants d’Omicron a indiqué la robustesse de cette méthode dans le développement d’anticorps largement neutralisants à partir de progéniteurs existants.

La sous-variante Omicron BA.4.6 contenant la mutation R346T, contre laquelle l’anticorps COV2-2130 a présenté une activité de neutralisation nulle, a été neutralisée par 2130-1-0114-112 à une valeur de concentration inhibitrice demi-maximale (IC50) de 1264 ng/ml, indiquant une vulnérabilité réduite par rapport à l’ancêtre.

Structure Cryo-EM des anticorps neutralisants 2130-1-0114-112 en complexe avec Cov2 BA.2 RBD. (A) Carte Cryo-EM et modèle du complexe RBD-Fab. La carte est transparente et colorée par chaîne avec le rouge RBD, le jaune 2130-1-0114-112 HC et le vert 2130-1-0114-112 LC. (B) Modèle atomique du complexe RBD-Fab. Couleur comme dans A. Liaison hydrogène en pointillés. BA.2 Mutation RBD en orange. Mutation 2130-1-0114-112 en cyan et bleu (HC et LC). (C) Détail montrant les résidus modifiés 2130-1-0114-112 et l’interaction avec Cov2 BA.2 RBD. À gauche, HCDR3 Glu112. Milieu, réseau hydrophobe LCDR1 Ala32 et Ala33. À droite, pont de sel LCDR2 Glu59 avec Arg498. Les lignes pointillées orange et vertes indiquent respectivement les liaisons H et les interactions hydrophobes ; les lignes pointillées jaunes sont étiquetées avec des distances. (D) À gauche, HCDR3 représenté comme dans (C) avec une couleur de surface par potentiel électrostatique, montrant les charges positives et négatives de Lys444 et Glu112. À droite, A32 et A33 dans LCDR1 avec la surface RBD voisine colorée par l’hydrophobicité (orange à cyan hydrophobe à hydrophile). (E) Diagramme 2D des résidus de paratope et d’épitope Fab 2130-1-0114-112 impliqués dans la liaison hydrogène (lignes pointillées) et les interactions hydrophobes. Les résidus impliqués dans les interactions hydrophobes sont représentés par des lignes courbes avec des rayons. Atomes représentés par des cercles, avec du rouge oxygène, du noir de carbone et du bleu azote. Les résidus d’interaction qui appartiennent aux boucles CDR sont colorés dans une teinte différente. Les astérisques correspondent aux résidus mutés. Image créée avec Ligplot+ [Laskowski2011].

conclusion

Pour résumer, l’étude a repensé par ordinateur la partie anticorps clinique COV2-2130 de la thérapie par anticorps prophylactique combinée tixagevimab + cilgavimab pour restaurer l’activité neutralisante contre les sous-variants émergents d’Omicron du SRAS-CoV-2 tout en conservant son efficacité contre le delta et variantes de type sauvage.

Le meilleur anticorps sélectionné dans l’étude (2130-1-0114-112) a neutralisé avec succès les souches de type sauvage et Delta et une gamme de sous-variantes d’Omicron, y compris les sous-variantes BA.2 à BA.5.5, qui n’avaient pas émergé au moment de la anticorps a été conçu.

L’utilisation par la méthode GUIDE de la simulation informatique haute performance, de la bioinformatique, de l’apprentissage automatique et de l’indépendance des expériences en laboratoire humide en fait un outil potentiellement utile pour modifier rapidement les anticorps cliniques existants afin d’améliorer leurs larges efficacités de neutralisation contre les variantes émergentes du SRAS-CoV-2.

*Avis important

bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.