Ultrapotente IgM-antistoffer isoleret fra en gravid kvinde med Zika-virus viser lovende som immunterapi

Ultrapotente IgM-antistoffer isoleret fra en gravid kvinde med Zika-virus viser lovende som immunterapi

Zika-virus (ZIKV) infektion er en potentielt teratogene sygdom, der forårsager, at op til et ud af syv spædbørn født af inficerede mødre lider af neuroudviklingsmæssige underskud. En ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet celle viser, at nogle mødre undgår skade på deres babyer, fordi de udvikler et yderst effektivt neutraliserende antistof. Dette viser vigtigheden af ​​sådanne antistoffer til at beskytte fosteret mod Zika-virus, mens de også repræsenterer et potentielt nyttigt antistof til at forhindre fosterinfektion.

Lære: Et Zika-virus-specifikt IgM fremkaldt under graviditet viser ultrapotent neutralisering. Fotokredit: NIAID

indledning

ZIKV dukkede op i Amerika og viste sig snart at blive lodret overført, hvilket resulterede i, at et betydeligt mindretal af berørte spædbørn blev født med mikrocefali og andre medfødte anomalier. I mellemtiden, selv hos spædbørn med normal udseende, var der en signifikant forekomst af neuroudviklingsforstyrrelser efter maternel ZIKV-infektion under graviditeten flere år tidligere.

Interessant nok forårsager ZIKV ikke typisk sygdom hos voksne; det er hovedsageligt ansvarligt for teratogene konsekvenser under graviditeten. For eksempel var der i Brasilien 11.000 tilfælde af mikrocefali, der stammede fra et enkelt udbrud i 2015-16. Derfor er beskyttende immunitet, der involverer neutraliserende antistoffer (nAbs) påkrævet under graviditet.

Tidligere undersøgelser rapporterede primært om nAbs af immunoglobulin G (IgG)-klassen, selvom IgM-antistoffer har en overraskende langvarig rolle i flavivirusinfektioner såsom gul febervirus og West Nile virusinfektioner. Dette er baseret på det konventionelle koncept, at der midlertidigt dannes IgM-antistoffer under den akutte fase af infektionen, som består af lavaffinitetsantistoffer uden neutraliserende kapacitet. Dette modsiger imidlertid de tidlige neutraliserende IgM-antistoffer i sådanne infektioner.

IgM-antistoffer er pentameriske og binder til fem gange så mange epitoper som IgG-antistoffer. De tætpakkede gentagne strukturer af disse vira udnyttes, hvilket tillader B-cellereceptorer at blive bundet af IgM-antistofferne i multivalente forhold. Dette begunstiger igen B-cellestimulering og klonal selektion af antistoffer.

Resultatet er specifikke IgM-antistoffer mod ZIKV efter flere år, i modsætning til den fem-dages halveringstid af IgM i normale tilfælde. Dette tyder på selektion af B-celler, der udtrykker ZIKV-specifikt IgM efterfulgt af ekspansion under en sådan infektion.

"Selvom den neutraliserende aktivitet primært tilskrives IgG isotype antistoffer, kan IgM spille en undervurderet rolle i ZIKV immunitet ... især under graviditet."

B-celler stimuleres først til at frigive interleukin (IL-10), derefter undertrykkes deres produktion, hvilket tillader modne B-celler at overleve, men reducerer antallet af naive B-celler under graviditeten. Da sidstnævnte producerer IgM-antistoffer, former dette skift mod hukommelse og antistof-udskillende celler profilen af ​​IgG og IgM nAbs under graviditet.

Den aktuelle undersøgelse, der skal publiceres i Cell, undersøgte de neutraliserende virkninger af IgM-antistoffer hos gravide kvinder. Kohorten omfattede ti kvinder, otte med akut og de andre med sekundær ZIKV-infektion, det vil sige efter tidligere eksponering for dengue-virus (DENV).

Hvad viste undersøgelsen?

Resultaterne viser, at alle inficerede kvinder havde høje niveauer af anti-ZIKV-antistoffer gennem hele graviditeten fra infektionstidspunktet. Anti-ZIKV IgM blev fundet hos alle forsøgspersoner, hvor et individ viste vedvarende IgM efter 406 dage

Forskerne fandt også, at ZIKV er delvist neutraliseret af IgM-antistoffer, med den højeste procentdel på ~80% fundet hos et forsøgsperson, som også viste den længste persistens af ZIKV-neutraliserende IgM 100 dage efter symptomdebut. Derfor er neutralisering af IgM vigtigst i graviditetens første trimester med primær eller sekundær ZIKV-infektion.

Fire af de syv kvinder med sene IgM-antistoffer viste imidlertid neutraliserende kapacitet op til 210 dage efter symptomdebut, som alle var sekundære tilfælde. Interessant nok var størstedelen af ​​ZIKV-reaktivt IgM ikke ZIKV-neutraliserende IgM.

Forskerne undersøgte B-celle repertoirer fra blodprøver fra inficerede mødre.

Dette førte til identifikation af ni separate B-cellelinjer, der producerede ZIKV-bindende antistoffer i det perifere blod fra ZIKV-inficerede mødre. Derudover blev disse B-lymfoblastoidcellelinjer (B-LCL) fundet at indeholde en, der producerede IgM-antistoffet DH1017.IgM i en pentamerisk form.

E-bog antistoffer

Samling af de bedste interviews, artikler og nyheder fra det sidste år. Download en gratis kopi

Dette nAb var modnet, som vist ved det faktum, at det havde gennemgået en somatisk mutation. Det var meget specifikt for ZIKV, ikke-reaktivt over for andre flavivira og viste ultrapotent neutralisering af ZIKV. I direkte sammenligning med kendte ZIKV-neutraliserende IgG monoklonale antistoffer (mAbs) overskred dets neutraliseringsområde sidstnævnte med 8 til over 10.000 gange. Ethvert neutraliserende antistof med en halvmaksimal inhiberende koncentration (IC50) på mindre end 10 ng/ml kan beskrives som ultrapotent.

Denne ultrapotens var direkte relateret til dens IgM-isotype og rekombinante DH1017. IgG-antistoffer viste meget svagere interaktioner med ZIKV. Navnlig viste DH1017.IgM ikke antistofafhængig forstærkning (ADE) af infektion in vitro, og B-celleklonen reagerede heller ikke med humane autoantigener for at forårsage autoimmun sygdom.

Når det blev givet til mus før eksponering for dødelige doser af virussen, forhindrede det viræmi bedre end IgG-antistoffer. Mens alle eksponerede kontrolmus døde af infektionen, overlevede de behandlede med DH1017.IgM og viste en reduktion i viræmi til detektionsgrænsen. Selv ved halvdelen af ​​doseringen overlevede alle dyr, men viræmi blev forhindret mindre effektivt. Antistoffet kunne påvises op til fire dage efter eksponering for virussen.

Igen, "den dekavalente DH1017.IgM pentamer beskytter mod ZIKV sygdom hos mus og kontrollerer viræmi mere effektivt end den bivalente DH1017.IgG monomer."

Disse resultater indikerer, at den multivalente isotype af IgM er ansvarlig for den overlegne neutraliseringskapacitet.

Virusset har femdobbelt symmetri med multiple ektodomæne (E) glykoproteinenheder på overfladen. Yderligere undersøgelse af antistofstrukturen afslørede, at "armene på DH1017.IgM-pentameren kan bøje sig mod overfladen af ​​virussen, og at hver arm kan kontakte epitoperne af tilstødende asymmetriske enheder." Denne dekavalente måde for antigengenkendelse giver IgM-antistoffet en fordel i forhold til den mulige bivalente kontakt med IgG-antistoffer.

IgM-antistoffer kan også binde til epitoppar på forskellige virioner og tværbinde dem for at danne aggregater. Begge former for antigengenkendelse kan fungere samtidigt.

Hvad er virkningerne?

Baseret på musefund ser DH1017.IgM ud til at være en god kandidat til immunterapi mod ZIKV. Som andre flavivira inducerer ZIKV vedvarende IgM-antistoffer, der kan hjælpe med at neutralisere virussen inden for de første tre måneder af graviditeten.

Dette understøttes af den tidligere observation, at ZIKV-infektion i de fleste tilfælde forsvandt inden for to uger efter infektion, sandsynligvis på grund af tidlig topproduktion af IgM-antistoffer, der kontrollerer virussen. Den aktuelle undersøgelse viser, at det også er tilfældet under graviditeten.

Fremtidige undersøgelser bør undersøge, hvordan IgM-niveauer relaterer sig til vedvarende viræmi. Hos kvinden med den længste periode med viræmi, efter den første top af IgM-neutraliserende aktivitet 14 dage efter symptomdebut, forekom en anden top ved ~70 dage, i løbet af hvilken tid DH1017.IgM dukkede op. Den somatiske mutation af denne cellelinje antyder, at det er en hukommelses-B-celle, der udtrykker IgM, måske fra en pulje af IgM+-hukommelses-B-celler og plasmaceller, der kan give anledning til isotype-specifikke neutraliserende IgM-antistoffer.

Neutraliseringsmåden kunne være via binding til en kvaternær epitop, som ikke tidligere er kendt for at blive genkendt af et stærkt neutraliserende antistof. Imidlertid markerer denne epitoptype en klasse af potent neutraliserende IgG-mAbs. Dets anvendelse af dette IgM-antistof kunne forhindre fusogen konformationsændring af E-protein og hæmme infektion.

Ultrapotensen af ​​DH1017.IgM skyldes primært dets multivalente binding, hvilket tyder på, at IgM-antistoffer kan "optage en funktionel niche reserveret til IgM i sammenhæng med patogener med gentagne proksimale strukturer." Desuden øges aktiviteten af ​​DH1017.IgM i nærvær af komplement, hvilket yderligere reducerer risikoen for ADE.

"Vigtigt er det, at DH1017.IgM-medieret beskyttelse mod dødelig ZIKV-udfordring i mus rekapitulerer beskyttelsen og den virale kontrol givet af potente IgG-neutraliserende antistoffer."

I det nuværende scenarie uden igangværende ZIKV-vaccineforsøg på grund af denne infektions relative sjældenhed, er der et presserende behov for graviditetssikre indgreb for at reducere risikoen for medfødt ZIKV. DH1017.IgM kan være en foranstaltning til at bygge bro over dette hul, især da IgM, i modsætning til IgG, ikke overføres over moderkagen, hvilket reducerer risikoen for fosterskade eller ADE i spædbarnsalderen.

Reference:

• Singh, T. et al. (2022). Ein in der Schwangerschaft hervorgerufenes Zika-Virus-spezifisches IgM zeigt eine ultrapotente Neutralisation. Zelle. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.10.023. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01369-1

.