Ultrapotente IgM-antistoffer isolert fra en gravid kvinne med Zika-virus viser løfte som immunterapi

Ultrapotente IgM-antistoffer isolert fra en gravid kvinne med Zika-virus viser løfte som immunterapi

Zika-virusinfeksjon (ZIKV) er en potensielt teratogene sykdom som fører til at opptil ett av sju spedbarn født av infiserte mødre lider av nevroutviklingsproblemer. En ny studie publisert i tidsskriftet celle viser at noen mødre unngår skade på babyene sine fordi de utvikler et svært effektivt nøytraliserende antistoff. Dette demonstrerer viktigheten av slike antistoffer for å beskytte fosteret mot Zika-virus, samtidig som de representerer et potensielt nyttig antistoff for å forhindre fosterinfeksjon.

Lære: Et Zika-virusspesifikk IgM fremkalt under graviditet viser ultrapotent nøytralisering. Bildekreditt: NIAID

introduksjon

ZIKV dukket opp i Amerika og viste seg snart å være vertikalt overført, noe som resulterte i at et betydelig mindretall av berørte spedbarn ble født med mikrocefali og andre medfødte anomalier. I mellomtiden, selv hos spedbarn med normalt utseende, var det en betydelig forekomst av nevroutviklingsforstyrrelser etter maternell ZIKV-infeksjon under svangerskapet flere år tidligere.

Interessant nok forårsaker ikke ZIKV vanligvis sykdom hos voksne; det er hovedsakelig ansvarlig for teratogene konsekvenser under graviditet. For eksempel, i Brasil var det 11 000 tilfeller av mikrocefali som stammet fra et enkelt utbrudd i 2015-16. Derfor er beskyttende immunitet som involverer nøytraliserende antistoffer (nAbs) nødvendig under graviditet.

Tidligere studier rapporterte primært på nAbs av immunoglobulin G (IgG)-klassen, selv om IgM-antistoffer har en overraskende langvarig rolle i flavivirusinfeksjoner som gulfebervirus og West Nile-virusinfeksjoner. Dette er basert på det konvensjonelle konseptet at IgM-antistoffer dannes midlertidig under den akutte infeksjonsfasen, som består av lavaffinitetsantistoffer uten nøytraliserende kapasitet. Dette motsier imidlertid de tidlige nøytraliserende IgM-antistoffene i slike infeksjoner.

IgM-antistoffer er pentameriske og binder seg til fem ganger så mange epitoper som IgG-antistoffer. De tettpakkede repeterende strukturene til disse virusene utnyttes, slik at B-cellereseptorer kan bindes av IgM-antistoffene i multivalente forhold. Dette favoriserer igjen B-cellestimulering og klonal seleksjon av antistoffer.

Resultatet er spesifikke IgM-antistoffer mot ZIKV etter flere år, i motsetning til fem dagers halveringstid for IgM i normale tilfeller. Dette antyder valg av B-celler som uttrykker ZIKV-spesifikk IgM etterfulgt av ekspansjon under slik infeksjon.

"Selv om den nøytraliserende aktiviteten primært tilskrives IgG-isotype-antistoffer, kan IgM spille en undervurdert rolle i ZIKV-immunitet ... spesielt under graviditet."

B-celler stimuleres først til å frigjøre interleukin (IL-10), deretter undertrykkes produksjonen deres, noe som lar modne B-celler overleve, men reduserer antallet naive B-celler under graviditet. Siden sistnevnte produserer IgM-antistoffer, former dette skiftet mot hukommelse og antistoff-utskillende celler profilen til IgG og IgM nAbs under graviditet.

Den nåværende studien, som skal publiseres i Cell, undersøkte de nøytraliserende effektene av IgM-antistoffer hos gravide kvinner. Kohorten inkluderte ti kvinner, åtte med akutt og de andre med sekundær ZIKV-infeksjon, det vil si etter tidligere eksponering for denguevirus (DENV).

Hva viste studien?

Resultatene viser at alle smittede kvinner hadde høye nivåer av anti-ZIKV-antistoffer gjennom hele svangerskapet fra infeksjonstidspunktet. Anti-ZIKV IgM ble funnet hos alle forsøkspersonene, med ett individ som viste vedvarende IgM etter 406 dager

Forskerne fant også at ZIKV er delvis nøytralisert av IgM-antistoffer, med den høyeste prosentandelen ved ~80% funnet hos et forsøksperson som også viste den lengste persistensen av ZIKV-nøytraliserende IgM 100 dager etter symptomdebut. Derfor er nøytralisering av IgM viktigst i første trimester av svangerskapet med primær eller sekundær ZIKV-infeksjon.

Imidlertid viste fire av de syv kvinnene med sene IgM-antistoffer nøytraliserende kapasitet opptil 210 dager etter symptomdebut, som alle var sekundære tilfeller. Interessant nok var flertallet av ZIKV-reaktivt IgM ikke ZIKV-nøytraliserende IgM.

Forskerne undersøkte B-celle-repertoarer fra blodprøver fra infiserte mødre.

Dette førte til identifisering av ni separate B-cellelinjer som produserte ZIKV-bindende antistoffer i det perifere blodet til ZIKV-infiserte mødre. I tillegg ble disse B-lymfoblastoidcellelinjene (B-LCL) funnet å inneholde en som produserte IgM-antistoffet DH1017.IgM i en pentamerisk form.

E-bok antistoffer

Sammenstilling av de beste intervjuene, artikler og nyheter fra det siste året. Last ned en gratis kopi

Dette nAb hadde modnet, som vist av det faktum at det hadde gjennomgått en somatisk mutasjon. Det var svært spesifikt for ZIKV, ikke reaktivt overfor andre flavivirus, og viste ultrapotent nøytralisering av ZIKV. I direkte sammenligning med kjente ZIKV-nøytraliserende IgG monoklonale antistoffer (mAbs), overskred nøytraliseringsområdet det sistnevnte med 8 til over 10 000 ganger. Ethvert nøytraliserende antistoff med en halvmaksimal hemmende konsentrasjon (IC50) på mindre enn 10 ng/ml kan beskrives som ultrapotent.

Denne ultrapotensen var direkte relatert til dens IgM-isotype og rekombinante DH1017. IgG-antistoffer viste mye svakere interaksjoner med ZIKV. Spesielt viste DH1017.IgM ikke antistoffavhengig forsterkning (ADE) av infeksjon in vitro, og heller ikke B-celleklonen reagerte med humane autoantigener for å forårsake autoimmun sykdom.

Når det ble gitt til mus før eksponering for dødelige doser av viruset, forhindret det viremi bedre enn IgG-antistoffer. Mens alle eksponerte kontrollmus døde av infeksjonen, overlevde de som ble behandlet med DH1017.IgM og viste en reduksjon i viremi til deteksjonsgrensen. Selv ved halve dosen overlevde alle dyrene, men viremi ble forhindret mindre effektivt. Antistoffet var påvisbart opptil fire dager etter eksponering for viruset.

Igjen, "den dekavalente DH1017.IgM-pentameren beskytter mot ZIKV-sykdom hos mus og kontrollerer viremi mer effektivt enn den bivalente DH1017.IgG-monomeren."

Disse resultatene indikerer at den multivalente isotypen av IgM er ansvarlig for den overlegne nøytraliseringskapasiteten.

Viruset har femdobbelt symmetri med flere ektodomene (E) glykoproteinenheter på overflaten. Ytterligere studier av antistoffstrukturen avslørte at "armene til DH1017.IgM pentamer kan bøye seg mot overflaten av viruset og at hver arm kan komme i kontakt med epitopene til nærliggende asymmetriske enheter." Denne dekavalente modusen for antigengjenkjenning gir IgM-antistoffet en fordel fremfor den mulige bivalente kontakten med IgG-antistoffer.

IgM-antistoffer kan også binde seg til epitoppar på forskjellige virioner og tverrbinde dem for å danne aggregater. Begge modusene for antigengjenkjenning kan fungere samtidig.

Hva er effektene?

Basert på funn fra mus, ser DH1017.IgM ut til å være en god kandidat for immunterapi mot ZIKV. Som andre flavivirus induserer ZIKV vedvarende IgM-antistoffer som kan bidra til å nøytralisere viruset i løpet av de tre første månedene av svangerskapet.

Dette støttes av den tidligere observasjonen at ZIKV-infeksjon i de fleste tilfeller forsvant innen to uker etter infeksjon, sannsynligvis på grunn av tidlig toppproduksjon av IgM-antistoffer som kontrollerer viruset. Den aktuelle studien viser at dette også er tilfelle under graviditet.

Fremtidige studier bør undersøke hvordan IgM-nivåer relaterer seg til vedvarende viremi. Hos kvinnen med den lengste perioden med viremi, etter den første toppen av IgM-nøytraliserende aktivitet 14 dager etter symptomdebut, oppsto en andre topp ved ~70 dager, i løpet av denne tiden dukket DH1017.IgM opp. Den somatiske mutasjonen av denne cellelinjen antyder at det er en minne B-celle som uttrykker IgM, kanskje fra en pool av IgM+ minne B-celler og plasmaceller som kan gi opphav til isotypespesifikke nøytraliserende IgM-antistoffer.

Nøytraliseringsmåten kan være via binding til en kvaternær epitop som ikke tidligere er kjent for å bli gjenkjent av et sterkt nøytraliserende antistoff. Imidlertid markerer denne epitoptypen en klasse av sterkt nøytraliserende IgG-mAbs. Bruken av dette IgM-antistoffet kan forhindre fusogen konformasjonsendring av E-protein og hemme infeksjon.

Ultrapotensen til DH1017.IgM skyldes først og fremst dens multivalente binding, noe som antyder at IgM-antistoffer kan "oppta en funksjonell nisje reservert for IgM i sammenheng med patogener med repeterende proksimale strukturer." Videre økes aktiviteten til DH1017.IgM i nærvær av komplement, noe som ytterligere reduserer risikoen for ADE.

"Viktig er det at DH1017.IgM-mediert beskyttelse mot dødelig ZIKV-utfordring hos mus rekapitulerer beskyttelsen og viruskontrollen gitt av potente IgG-nøytraliserende antistoffer."

I det nåværende scenariet uten pågående ZIKV-vaksineforsøk på grunn av denne infeksjonens relative sjeldenhet, er graviditetssikre intervensjoner påtrengende nødvendig for å redusere risikoen for medfødt ZIKV. DH1017.IgM kan være et tiltak for å bygge bro over dette gapet, spesielt siden IgM, i motsetning til IgG, ikke overføres over morkaken, noe som reduserer risikoen for fosterskade eller ADE i spedbarnsalderen.

Referanse:

• 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

.