Ultrapotenta IgM-antikroppar isolerade från en gravid kvinna med Zika-virus visar lovande som immunterapi

Ultrapotenta IgM-antikroppar isolerade från en gravid kvinna med Zika-virus visar lovande som immunterapi

Zikavirusinfektion (ZIKV) är en potentiellt teratogen sjukdom som gör att upp till vart sjunde barn som föds av infekterade mödrar lider av neuroutvecklingsbrist. En ny studie publicerad i tidskriften cell visar att vissa mammor undviker att skada sina barn eftersom de utvecklar en mycket effektiv neutraliserande antikropp. Detta visar betydelsen av sådana antikroppar för att skydda fostret från Zika-virus samtidigt som de representerar en potentiellt användbar antikropp för att förhindra fosterinfektion.

Lära sig: Ett Zika-virusspecifikt IgM framkallat under graviditeten visar ultrapotent neutralisering. Fotokredit: NIAID

introduktion

ZIKV uppstod i Amerika och visade sig snart överföras vertikalt, vilket resulterade i att en betydande minoritet av drabbade spädbarn föddes med mikrocefali och andra medfödda anomalier. Samtidigt, även hos spädbarn med normal utseende, fanns det en signifikant andel neuroutvecklingsstörningar efter maternell ZIKV-infektion under graviditeten flera år tidigare.

Intressant nog orsakar ZIKV vanligtvis inte sjukdom hos vuxna; det är främst ansvarigt för teratogena konsekvenser under graviditeten. Till exempel, i Brasilien fanns det 11 000 fall av mikrocefali som härrörde från ett enda utbrott 2015-16. Därför krävs skyddande immunitet som involverar neutraliserande antikroppar (nAbs) under graviditet.

Tidigare studier rapporterade främst om nAbs av immunglobulin G (IgG)-klassen, även om IgM-antikroppar har en överraskande långvarig roll i flavivirusinfektioner som gula febervirus och West Nile-virusinfektioner. Detta bygger på det konventionella konceptet att IgM-antikroppar tillfälligt bildas under den akuta infektionsfasen, vilka består av lågaffinitetsantikroppar utan neutraliserande förmåga. Detta motsäger emellertid de tidiga neutraliserande IgM-antikropparna i sådana infektioner.

IgM-antikroppar är pentameriska och binder till fem gånger så många epitoper som IgG-antikroppar. De tätt packade repeterande strukturerna hos dessa virus utnyttjas, vilket gör att B-cellsreceptorer kan bindas av IgM-antikropparna i multivalenta förhållanden. Detta gynnar i sin tur B-cellstimulering och klonalt urval av antikroppar.

Resultatet är specifika IgM-antikroppar mot ZIKV efter flera år, till skillnad från den fem dagar långa halveringstiden för IgM i vanliga fall. Detta tyder på urval av B-celler som uttrycker ZIKV-specifikt IgM följt av expansion under sådan infektion.

"Även om den neutraliserande aktiviteten främst tillskrivs IgG-isotypantikroppar, kan IgM spela en underskattad roll i ZIKV-immunitet ... särskilt under graviditet."

B-celler stimuleras först att frigöra interleukin (IL-10), sedan undertrycks deras produktion, vilket tillåter mogna B-celler att överleva men minskar antalet naiva B-celler under graviditeten. Eftersom de senare producerar IgM-antikroppar, formar denna förskjutning mot minne och antikroppsutsöndrande celler profilen för IgG och IgM nAbs under graviditeten.

Den aktuella studien, som ska publiceras i Cell, undersökte de neutraliserande effekterna av IgM-antikroppar hos gravida kvinnor. I kohorten ingick tio kvinnor, åtta med akut och de andra med sekundär ZIKV-infektion, det vill säga efter tidigare exponering för denguevirus (DENV).

Vad visade studien?

Resultaten visar att alla infekterade kvinnor hade höga nivåer av anti-ZIKV-antikroppar under hela graviditeten från infektionstillfället. Anti-ZIKV IgM hittades hos alla försökspersoner, med en patient som visade ihållande IgM efter 406 dagar

Forskarna fann också att ZIKV delvis neutraliseras av IgM-antikroppar, med den högsta procentandelen på ~80% som hittats hos en försöksperson som också visade den längsta persistensen av ZIKV-neutraliserande IgM 100 dagar efter symtomdebut. Därför är neutralisering av IgM viktigast under den första trimestern av graviditeten med primär eller sekundär ZIKV-infektion.

Fyra av de sju kvinnorna med sena IgM-antikroppar visade emellertid neutraliserande kapacitet upp till 210 dagar efter symtomdebut, vilka alla var sekundära fall. Intressant nog var majoriteten av ZIKV-reaktivt IgM inte ZIKV-neutraliserande IgM.

Forskarna undersökte B-cellsrepertoarer från blodprover från infekterade mödrar.

Detta ledde till identifieringen av nio separata B-cellinjer som producerade ZIKV-bindande antikroppar i det perifera blodet hos ZIKV-infekterade mödrar. Dessutom visade sig dessa B-lymfoblastoidcellinjer (B-LCL) innehålla en som producerade IgM-antikroppen DH1017.IgM i pentamerisk form.

E-bok antikroppar

Sammanställning av de bästa intervjuerna, artiklarna och nyheterna från det senaste året. Ladda ner en gratis kopia

Denna nAb hade mognat, vilket framgår av det faktum att den hade genomgått en somatisk mutation. Den var mycket specifik för ZIKV, reaktiv mot andra flavivirus och visade ultrapotent neutralisering av ZIKV. I direkt jämförelse med kända ZIKV-neutraliserande IgG monoklonala antikroppar (mAbs) överskred dess neutraliseringsområde det senare med 8- till över 10 000 gånger. Varje neutraliserande antikropp med en halvmaximal hämmande koncentration (IC50) på mindre än 10 ng/ml kan beskrivas som ultrapotent.

Denna ultrapotens var direkt relaterad till dess IgM-isotyp och rekombinanta DH1017. IgG-antikroppar visade mycket svagare interaktioner med ZIKV. Noterbart uppvisade DH1017.IgM inte antikroppsberoende förstärkning (ADE) av infektion in vitro, inte heller reagerade B-cellsklonen med humana autoantigener för att orsaka autoimmun sjukdom.

När det gavs till möss före exponering för dödliga doser av viruset förhindrade det viremi bättre än IgG-antikroppar. Medan alla exponerade kontrollmöss dog av infektionen, överlevde de som behandlades med DH1017.IgM och visade en minskning av viremi till detektionsgränsen. Även vid halva dosen överlevde alla djur, men viremi förhindrades mindre effektivt. Antikroppen kunde detekteras upp till fyra dagar efter exponering för viruset.

Återigen, "den dekavalenta DH1017.IgM-pentameren skyddar mot ZIKV-sjukdom hos möss och kontrollerar viremi mer effektivt än den bivalenta DH1017.IgG-monomeren."

Dessa resultat indikerar att den multivalenta isotypen av IgM är ansvarig för den överlägsna neutraliseringskapaciteten.

Viruset har femfaldig symmetri med flera ektodomän (E) glykoproteinenheter på ytan. Ytterligare studier av antikroppsstrukturen avslöjade att "armarna på DH1017.IgM pentamer kan böjas mot virusets yta och att varje arm kan komma i kontakt med epitoperna av angränsande asymmetriska enheter." Detta dekavalenta sätt för antigenigenkänning ger IgM-antikroppen en fördel jämfört med den möjliga bivalenta kontakten med IgG-antikroppar.

IgM-antikroppar kan också binda till epitoppar på olika virioner och tvärbinda dem för att bilda aggregat. Båda sätten för antigenigenkänning kan fungera samtidigt.

Vilka är effekterna?

Baserat på fynd från mus verkar DH1017.IgM vara en bra kandidat för immunterapi mot ZIKV. Liksom andra flavivirus inducerar ZIKV persistenta IgM-antikroppar som kan hjälpa till att neutralisera viruset under de första tre månaderna av graviditeten.

Detta stöds av den tidigare observationen att ZIKV-infektion i de flesta fall försvann inom två veckor efter infektion, troligen på grund av tidig toppproduktion av IgM-antikroppar som kontrollerar viruset. Den aktuella studien visar att så är fallet även under graviditeten.

Framtida studier bör undersöka hur IgM-nivåer relaterar till ihållande viremi. Hos kvinnan med den längsta perioden av viremi, efter den första toppen av IgM-neutraliserande aktivitet 14 dagar efter symtomdebut, inträffade en andra topp vid ~70 dagar, under vilken tid DH1017.IgM uppträdde. Den somatiska mutationen av denna cellinje antyder att det är en minnes-B-cell som uttrycker IgM, kanske från en pool av IgM+-minne-B-celler och plasmaceller som kan ge upphov till isotypspecifika neutraliserande IgM-antikroppar.

Neutraliseringssättet kan vara via bindning till en kvartär epitop som inte tidigare känts igen av en stark neutraliserande antikropp. Emellertid markerar denna epitoptyp en klass av potent neutraliserande IgG-mAbs. Dess användning av denna IgM-antikropp kan förhindra fusogen konformationsförändring av E-protein och hämma infektion.

Ultrapotensen hos DH1017.IgM beror främst på dess multivalenta bindning, vilket tyder på att IgM-antikroppar kan "uppta en funktionell nisch reserverad för IgM i samband med patogener med repetitiva proximala strukturer." Dessutom förstärks aktiviteten av DH1017.IgM i närvaro av komplement, vilket ytterligare minskar risken för ADE.

"Viktigt, DH1017.IgM-medierat skydd från dödlig ZIKV-utmaning hos möss rekapitulerar skyddet och viruskontrollen som ges av potenta IgG-neutraliserande antikroppar."

I det aktuella scenariot utan pågående ZIKV-vaccinförsök på grund av den relativa sällsyntheten av denna infektion, är graviditetssäkra interventioner brådskande för att minska risken för medfödd ZIKV. DH1017.IgM kan vara en åtgärd för att överbrygga detta gap, särskilt eftersom IgM, till skillnad från IgG, inte överförs över moderkakan, vilket minskar risken för fosterskada eller ADE i spädbarnsåldern.

Hänvisning:

• 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

.