Ultrapotentné IgM protilátky izolované od tehotnej ženy s vírusom Zika sú sľubné ako imunoterapia

Ultrapotentné IgM protilátky izolované od tehotnej ženy s vírusom Zika sú sľubné ako imunoterapia

Infekcia vírusom Zika (ZIKV) je potenciálne teratogénne ochorenie, ktoré spôsobuje, že až jedno zo siedmich dojčiat narodených infikovaným matkám trpí neurologickým vývojovým deficitom. Nová štúdia publikovaná v časopise bunka ukazuje, že niektoré matky sa vyhýbajú zraneniu svojich detí, pretože si vyvinú vysoko účinnú neutralizačnú protilátku. To demonštruje dôležitosť takýchto protilátok pri ochrane plodu pred vírusom Zika a zároveň predstavuje potenciálne užitočnú protilátku pri prevencii infekcie plodu.

Naučte sa: IgM špecifický pre vírus Zika vyvolaný počas tehotenstva vykazuje ultrapotentnú neutralizáciu. Fotografický kredit: NIAID

úvod

ZIKV sa objavil v Amerike a čoskoro sa ukázalo, že sa prenáša vertikálne, čo viedlo k tomu, že významná menšina postihnutých detí sa narodila s mikrocefáliou a inými vrodenými anomáliami. Medzitým sa dokonca aj u normálne vyzerajúcich dojčiat vyskytla významná miera neurovývojových porúch po infekcii matky ZIKV počas tehotenstva pred niekoľkými rokmi.

Je zaujímavé, že ZIKV zvyčajne nespôsobuje ochorenie u dospelých; je zodpovedný najmä za teratogénne následky počas tehotenstva. Napríklad v Brazílii bolo v rokoch 2015-16 zaznamenaných 11 000 prípadov mikrocefálie pochádzajúcich z jediného ohniska. Preto je počas tehotenstva potrebná ochranná imunita zahŕňajúca neutralizačné protilátky (nAbs).

Predchádzajúce štúdie uvádzali predovšetkým nAbs triedy imunoglobulínu G (IgG), hoci protilátky IgM majú prekvapivo dlhotrvajúcu úlohu pri infekciách flavivírusmi, ako je vírus žltej zimnice a infekcie vírusom západného Nílu. Je to založené na konvenčnej koncepcii, že protilátky IgM sa dočasne tvoria počas akútnej fázy infekcie, ktoré pozostávajú z protilátok s nízkou afinitou bez neutralizačnej kapacity. To však popiera skoré neutralizačné IgM protilátky pri takýchto infekciách.

Protilátky IgM sú pentamérne a viažu sa na päťkrát viac epitopov ako protilátky IgG. Využijú sa husto zbalené opakujúce sa štruktúry týchto vírusov, čo umožňuje, aby sa B bunkové receptory viazali protilátkami IgM v multivalentných pomeroch. To zase podporuje stimuláciu B buniek a klonálnu selekciu protilátok.

Výsledkom sú špecifické IgM protilátky proti ZIKV po niekoľkých rokoch, na rozdiel od päťdňového polčasu IgM v bežných prípadoch. To naznačuje selekciu B buniek exprimujúcich ZIKV-špecifický IgM, po ktorej nasleduje expanzia počas takejto infekcie.

"Aj keď sa neutralizačná aktivita pripisuje primárne protilátkam izotypu IgG, IgM môže hrať nedocenenú úlohu v imunite ZIKV... najmä v tehotenstve."

B bunky sú najskôr stimulované k uvoľňovaniu interleukínu (IL-10), potom je ich produkcia potlačená, čo umožňuje zrelým B bunkám prežiť, ale znižuje počet naivných B buniek počas tehotenstva. Keďže tieto produkujú protilátky IgM, tento posun smerom k bunkám vylučujúcim pamäť a protilátky formuje profil IgG a IgM nAb počas tehotenstva.

Súčasná štúdia, ktorá bude publikovaná v Cell, skúmala neutralizačné účinky IgM protilátok u tehotných žien. Súbor zahŕňal desať žien, osem s akútnou a ostatné so sekundárnou infekciou ZIKV, teda po predchádzajúcej expozícii vírusu dengue (DENV).

Čo ukázala štúdia?

Výsledky ukazujú, že všetky infikované ženy mali vysoké hladiny anti-ZIKV protilátok počas celého tehotenstva od okamihu infekcie. Anti-ZIKV IgM bol nájdený u všetkých subjektov, pričom jeden subjekt vykazoval perzistentné IgM po 406 dňoch

Výskumníci tiež zistili, že ZIKV je čiastočne neutralizovaný protilátkami IgM, pričom najvyššie percento ~80% sa nachádza u subjektu, ktorý tiež vykazoval najdlhšiu perzistenciu IgM neutralizujúceho ZIKV 100 dní po nástupe symptómov. Neutralizácia IgM je preto najdôležitejšia v prvom trimestri gravidity s primárnou alebo sekundárnou infekciou ZIKV.

Štyri zo siedmich žien s neskorými IgM protilátkami však vykazovali neutralizačnú kapacitu až 210 dní po nástupe symptómov, pričom všetky boli sekundárnymi prípadmi. Je zaujímavé, že väčšina ZIKV-reaktívnych IgM nebola ZIKV-neutralizujúca IgM.

Výskumníci skúmali repertoár B buniek zo vzoriek krvi infikovaných matiek.

To viedlo k identifikácii deviatich samostatných B bunkových línií, ktoré produkovali protilátky viažuce ZIKV v periférnej krvi matiek infikovaných ZIKV. Okrem toho sa zistilo, že tieto B-lymfoblastoidné bunkové línie (B-LCL) obsahujú jednu, ktorá produkuje IgM protilátku DH1017.IgM v pentamérnej forme.

E-Book Protilátky

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

Táto nAb dozrela, čo dokazuje skutočnosť, že prešla somatickou mutáciou. Bol vysoko špecifický pre ZIKV, nereagoval na iné flavivírusy a vykazoval ultrapotentnú neutralizáciu ZIKV. V priamom porovnaní so známymi ZIKV-neutralizujúcimi IgG monoklonálnymi protilátkami (mAb), jeho neutralizačný rozsah prekročil 8- až viac ako 10 000-násobne. Akákoľvek neutralizačná protilátka s polovicou maximálnej inhibičnej koncentrácie (IC50) menej ako 10 ng/ml môže byť opísaná ako ultrapotentná.

Táto ultrapotencia priamo súvisela s jeho izotypom IgM a rekombinantným DH1017. IgG protilátky vykazovali oveľa slabšie interakcie so ZIKV. Je pozoruhodné, že DH1017.IgM nevykazoval zosilnenie infekcie závislé od protilátky (ADE) in vitro, ani klon B buniek nereagoval s ľudskými autoantigénmi, aby spôsobil autoimunitné ochorenie.

Keď bol podaný myšiam pred vystavením smrteľným dávkam vírusu, predchádzal virémii lepšie ako IgG protilátky. Zatiaľ čo všetky vystavené kontrolné myši zomreli na infekciu, tie, ktoré boli liečené DH1017.IgM, prežili a vykazovali zníženie virémie na hranicu detekcie. Aj pri polovičnej dávke všetky zvieratá prežili, ale virémii sa predchádzalo menej efektívne. Protilátka bola detekovateľná až štyri dni po vystavení vírusu.

Opäť, „dekavalentný DH1017.IgM pentamér chráni pred ochorením ZIKV u myší a kontroluje virémiu účinnejšie ako bivalentný DH1017.IgG monomér.“

Tieto výsledky naznačujú, že multivalentný izotyp IgM je zodpovedný za vynikajúcu neutralizačnú kapacitu.

Vírus má päťnásobnú symetriu s viacerými ektodoménovými (E) glykoproteínovými jednotkami na povrchu. Ďalšia štúdia štruktúry protilátky odhalila, že „ramená pentaméru DH1017.IgM sa môžu ohýbať smerom k povrchu vírusu a že každé rameno môže kontaktovať epitopy susedných asymetrických jednotiek“. Tento dekavalentný spôsob rozpoznávania antigénu dáva IgM protilátke výhodu oproti bivalentnému kontaktu možnému s IgG protilátkami.

Protilátky IgM sa môžu tiež viazať na páry epitopov na rôznych viriónoch a zosieťovať ich za vzniku agregátov. Oba spôsoby rozpoznávania antigénu môžu fungovať súčasne.

Aké sú účinky?

Na základe zistení u myší sa zdá, že DH1017.IgM je dobrým kandidátom na imunoterapiu proti ZIKV. Podobne ako iné flavivírusy, ZIKV indukuje perzistentné protilátky IgM, ktoré by mohli pomôcť neutralizovať vírus počas prvých troch mesiacov tehotenstva.

Toto je podporené predchádzajúcim pozorovaním, že vo väčšine prípadov infekcia ZIKV vymizla do dvoch týždňov od infekcie, pravdepodobne v dôsledku skorej maximálnej produkcie IgM protilátok, ktoré kontrolujú vírus. Aktuálna štúdia ukazuje, že je to tak aj počas tehotenstva.

Budúce štúdie by mali preskúmať, ako súvisia hladiny IgM s pretrvávajúcou virémiou. U ženy s najdlhším obdobím virémie sa po prvom vrchole neutralizačnej aktivity IgM 14 dní po nástupe symptómov vyskytol druhý vrchol ~70 dní, počas ktorých sa objavil DH1017.IgM. Somatická mutácia tejto bunkovej línie naznačuje, že ide o pamäťovú B bunku exprimujúcu IgM, možno zo skupiny IgM+ pamäťových B buniek a plazmatických buniek, ktoré môžu viesť k vzniku izotypovo špecifických neutralizačných IgM protilátok.

Spôsob neutralizácie by mohol byť prostredníctvom väzby na kvartérny epitop, o ktorom nebolo predtým známe, že by ho mohla rozoznať silná neutralizačná protilátka. Avšak tento typ epitopu označuje triedu silne neutralizujúcich IgG mAb. Jeho použitie touto IgM protilátkou by mohlo zabrániť fúzogénnej konformačnej zmene E proteínu a inhibovať infekciu.

Ultrapotencia DH1017.IgM je primárne spôsobená jeho multivalentnou väzbou, čo naznačuje, že protilátky IgM môžu „zaberať funkčnú niku vyhradenú pre IgM v kontexte patogénov s opakujúcimi sa proximálnymi štruktúrami“. Okrem toho sa aktivita DH1017.IgM zvyšuje v prítomnosti komplementu, čím sa ďalej znižuje riziko ADE.

"Dôležité je, že ochrana sprostredkovaná DH1017.IgM pred smrteľnou výzvou ZIKV u myší rekapituluje ochranu a vírusovú kontrolu, ktorú poskytujú silné protilátky neutralizujúce IgG."

V súčasnom scenári bez prebiehajúcich skúšok vakcíny ZIKV z dôvodu relatívnej zriedkavosti tejto infekcie sú na zníženie rizika vrodenej ZIKV naliehavo potrebné zásahy bezpečné pre tehotenstvo. DH1017.IgM môže byť opatrením na preklenutie tejto medzery, najmä preto, že IgM sa na rozdiel od IgG neprenáša cez placentu, čím sa znižuje riziko poškodenia plodu alebo ADE v detstve.

Referencia:

• 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

.