Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur, les chercheurs ont muté la structure trimérique de la protéine de pointe (S) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) pour concevoir un nouvel antigène S de préfusion, S2D14.
Sommaire
Arrière plan
Au milieu des préoccupations croissantes selon lesquelles les vaccins actuellement utilisés contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) perdent de leur efficacité contre les nouvelles variantes du SRAS-CoV-2, telles qu’Omicron, il existe un besoin crucial de plus d’antigènes de protéine S de type S-2P. L’utilisation d’antigènes S améliorés dans les futurs vaccins élargirait la protection contre les variantes émergentes du SRAS-CoV-2 préoccupantes (COV), y compris Omicron.
À propos de l’étude
Tous les vaccins COVID-19 actuellement utilisés sont des antigènes de protéine S stabilisés par préfusion, à base de S-2P. S2-P, dans un état de préfusion, est conçu selon une stratégie de conception basée sur la structure. La première étape nécessite l’insertion de deux résidus de proline, K986P et V987P (S-2P), hébergés entre le domaine de l’hélice centrale (CH) et la région de répétition heptade 1 (HR1), et modifiés par l’insertion de prolines supplémentaires, F817P, A892P , A899P, A942P (HexaPro). La dernière étape est cruciale, car elle nécessite de tester des centaines de mutations ponctuelles pour identifier un antigène avec les niveaux de stabilité, de conformation et d’expression préférés.
Pour cela, les chercheurs ont adapté un algorithme de conception, Protein Repair One-Stop Shop (PROSS), qui utilise l’alignement multi-séquence (informations évolutives) d’une protéine, dans ce cas, des glycoprotéines de bétacoronavirus apparentées, pour identifier des résidus d’acides aminés plus fonctionnels dans une protéine. L’optimisation de la séquence combinatoire de Rosetta a généré des constructions avec des profils d’énergie plus favorables que le modèle d’antigène S d’origine.
L’équipe a réduit le nombre de stratégies de conception à trois pour obtenir 12 concepts de conception par stratégie à tester. En outre, ils ont sélectionné une conception de chaque groupe pour la production, la purification et in vitro une analyse. Le modèle 14 a affiché une expression six fois plus élevée par rapport au S-2P. Il liait le récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine 2 (ACE2) avec une constante de liaison de dissociation à l’équilibre (Kré) dans la gamme picomolaire et une affinité de liaison comparable à S-2P.
Le test de fluorimétrie différentielle à balayage (DSF) a révélé que la transition de fusion (Tm1) les valeurs pour la conception 14, indiquant une stabilité thermique améliorée, étaient comparables à celles du S-2P. Les micrographies au microscope électronique cryogénique (cryo-EM) de la conception 14 ont également montré la taille de particule attendue et les caractéristiques structurelles secondaires.
Le nouvel antigène de préfusion S résultant, maintenant appelé S2D14, a montré des propriétés biochimiques et biophysiques supérieures à celles du S-2P, ainsi qu’une plus grande capacité à produire des anticorps neutralisants (nAbs) contre la souche ancestrale du SRAS-CoV-2 Wuhan-Hu1 et les COV chez la souris.
Pour in vivo Pour évaluer l’immunogénicité de S2D14 par rapport à S-12P, les chercheurs ont utilisé des souris femelles BALB/c âgées de sept à huit semaines et les ont vaccinées avec trois microgrammes (μg) ou 0,3 μg de protéines S avec adjuvant AS03, mélangées peu de temps avant l’administration intramusculaire. Ils ont administré le vaccin deux fois, à trois semaines d’intervalle. Ils ont prélevé des échantillons de sérum de toutes les souris deux fois, trois semaines après la première vaccination (post-I) et deux semaines après la deuxième vaccination (post-II).
Ils ont évalué les réponses des anticorps spécifiques au S-2P à l’aide d’un test de neutralisation du pseudo-virus (PVN) de la souche Wuhan. De même, ils ont utilisé un dosage immuno-enzymatique (ELISA) pour mesurer les anticorps se liant à l’immunoglobuline G (IgG) dans le sérum des animaux de test. Ils ont en outre mesuré les anticorps neutralisants dans des échantillons de sérum post-II à l’aide d’un test PVN avec les COV Alpha, Beta, Delta et Omicron.
Pour une analyse comparative des données de liaison et de neutralisation des IgG des groupes vaccinés S-2P et S2D14, l’équipe a utilisé un modèle ANOVA adapté aux données transformées en log10. Il a pris en compte le type de vaccin, la posologie, le temps et les données d’interaction en tant que facteurs fixes et a pris en compte l’homogénéité des écarts entre les groupes. Ce modèle a comparé les réponses aux vaccins S-2P et S2D14 par dose et a calculé les moyennes géométriques des titres (GMT) et les rapports des moyennes géométriques (GMR) avec les intervalles de confiance (IC) à 95 % correspondants.
Résultats de l’étude
Bien que la vaccination des souris avec S2D14 ou S-2P ait provoqué des titres d’IgG comparables, S2D14 a provoqué une réponse fonctionnelle plus élevée qui a neutralisé plus efficacement la souche Wuhan-Hu1 et les COV Alpha, Beta et Delta que S-2P. La réponse fonctionnelle induite par S2D14, lorsqu’elle est combinée à son expression accrue, pourrait se traduire par des effets d’économie de dose. Cela pourrait également se traduire par une dose plus faible lorsqu’il est administré par des plates-formes alternatives, telles que l’acide ribonucléique messager (ARNm) ou des vecteurs viraux capables de se répliquer.
Par rapport au S-2P, l’immunisation des souris avec la dose de 0,3 µg de S2D14 a provoqué des titres de nAb ~ 10 fois plus élevés contre la souche Omicron que la souche Wuhan-Hu1, indiquant ainsi l’utilisation de S2D14 comme échafaudage pour des modifications supplémentaires qui pourraient améliorer le nAb réponses contre Omicron ou d’autres variants émergents du SRAS-CoV-2.
conclusion
La présente étude a comblé le manque de connaissances sur les déterminants moléculaires des antigènes S améliorés, ce qui s’avérerait précieux pour éclairer la conception de futurs vaccins à base de S avec la capacité d’obtenir une large protection contre les variantes émergentes du SRAS-CoV-2.
Une carte moléculaire complète de la réponse immunitaire déclenchée par S2D14 pourrait également faciliter les comparaisons entre les spécificités polyclonales déclenchées après la vaccination ou l’infection naturelle, ce qui, à son tour, pourrait éclairer davantage les futures conceptions de vaccins. Les études futures devraient examiner si des mutations dans S2D14 pourraient introduire de nouveaux épitopes et évaluer leur impact sur l’immunité des lymphocytes T.
*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.
