Eine neue Studie von Wissenschaftlern des La Jolla Institute for Immunology (LJI) gibt Forschern einen Leitfaden zur Neutralisierung des Lassa-Virus unter Verwendung eines Trios seltener Antikörper, die von Überlebenden einer Lassa-Virus-Infektion isoliert wurden.
Das Lassa-Virus ist ein tödliches Virus, das in Westafrika endemisch ist, wo es hauptsächlich von Nagetieren verbreitet wird. Das Virus verursacht Lassa-Fieber, eine Krankheit, die jedes Jahr bis zu 300.000 Menschen betrifft und typischerweise mit grippeähnlichen Symptomen beginnt, aber zu schwerer Krankheit, Tod und lang anhaltenden Symptomen wie Taubheit führen kann. Für Schwangere ist das Lassa-Virus besonders gefährlich: Fast 90 % der Infektionen während der Schwangerschaft verlaufen tödlich.
LJI-Wissenschaftler können nun genau zeigen, wie ein Cocktail aus drei menschlichen Antikörpern eine Virusinfektion blockieren kann. Diese Antikörper könnten sich in bevorstehenden klinischen Studien für Lassa-Therapien als wertvoll erweisen, und das LJI-Team plant, seine neue Karte des Oberflächenglykoproteins des Lassa-Virus zu verwenden, um einen dringend benötigten Impfstoff zu entwickeln.
Wir wissen jetzt, wo diese drei therapeutischen Antikörper wirken und wie genau sie wirken.“
Kathryn Hastie, Ph.D., LJI-Ausbilderin und Direktorin des Antibody Discovery Center am LJI
Die Ergebnisse wurden am 26. Oktober 2022 als Titelgeschichte in Science Translational Medicine veröffentlicht. Die Forschung wurde vom Saphire Lab am LJI geleitet, darunter Ausbilder Haoyang Li, Ph.D., Hastie und Professor Erica Ollmann Saphire, Ph.D. , in Zusammenarbeit mit Luis Branco, Ph.D., von Zalgen Labs LLC.
Die Kraft, Antikörper zu neutralisieren
Im Jahr 2017 veröffentlichten Hastie und ihre Kollegen im Saphire Lab (damals bei Scripps Research) die allerersten Strukturbilder des Lassa-Virus-Glykoproteins. Lassa verwendet Glykoproteine, um in Wirtszellen einzudringen und eine Infektion auszulösen. Die Glykoproteinstruktur von Hastie gab den Forschern eine Vorstellung davon, womit sie es zu tun hatten.
Hasties Durchbruch kam, als Forscher nach den seltenen menschlichen Antikörpern suchten, die Lassas Abwehrkräfte durchbrechen könnten. Die Hoffnung war, dass Forscher diese neutralisierenden Antikörper nutzen könnten, um Lassa-Fieber-Therapeutika oder -Impfstoffe zu entwickeln.
Diese Hoffnung wurde Wirklichkeit, als Forschungspartner an der Tulane University und Zalgen Labs LLC eine vielversprechende Gruppe von Lassa-bekämpfenden Antikörpern aus dem Blut von Lassa-Fieber-Überlebenden isolierten. Mitarbeiter der medizinischen Abteilung der Universität von Texas testeten einen Cocktail aus drei neutralisierenden Antikörpern an nichtmenschlichen Primaten. Diese Antikörpertherapie mit dem Namen Arevirumab-3 erwies sich als zu 100 Prozent wirksam bei der Behandlung von Lassa-Fieber, selbst bei Tieren mit fortgeschrittener Krankheit.
„Das war eine bahnbrechende Erkenntnis“, sagt Saphire. „Das Dogma war, dass Antikörper keinen Schutz gegen das Lassa-Virus bieten würden.“
Als es an der Zeit war, den Cocktail in klinischen Studien am Menschen zu testen, standen die Forscher vor einem Problem. Die US-amerikanische Food and Drug Administration war nicht bereit, klinische Studien zu starten, bis die Forscher den Mechanismus aufdecken konnten, der die Therapie so wirksam machte. Wie genau zielten diese neutralisierenden Antikörper auf das Glykoprotein des Lassa-Virus ab und verhinderten eine Infektion?
Um diese Frage zu beantworten, benötigten die Forscher eine detailliertere Karte des Lassa-Glykoproteins. Hasties ursprüngliche Struktur des Glykoproteins erforderte ein kompliziertes molekulares Engineering, um eine ausreichende Stabilität für die Bildgebung bereitzustellen. Ihre Struktur gab den Wissenschaftlern einen kritischen Einblick in das Lassa-Glykoprotein, aber nicht das vollständige Bild. Außerdem konnten einige der vielversprechenden therapeutischen Antikörper diese oder irgendeine Version des künstlich hergestellten Lassa-Glykoproteins nicht erkennen. Die Forscher mussten ein natürliches Glykoprotein-Ziel für weitere Untersuchungen isolieren.
Glücklicherweise verfügte das Saphire Lab über die Werkzeuge und das Fachwissen, um diese molekularen Details aufzudecken. Li leitete die Bemühungen, ein „natives“ Lassa-Glykoprotein herzustellen. Dank Fortschritten in der Proteinproduktion und drei Jahren Beharrlichkeit war Lis Version des Glykoproteins eine Kopie des Originals und konnte von allen drei in Avirumab-3 verwendeten Antikörpern erkannt werden. Li verwendete dann eine Technik namens Kryo-Elektronenmikroskopie-Einzelpartikelanalyse, um das native Glykoprotein zusammen mit den drei Antikörpern abzubilden.
„Haoyangs Einfallsreichtum und harte Arbeit haben es uns ermöglicht, die Strukturen zu sehen, die wir vorher nicht sehen konnten.“ sagt Hastie.
Eine neue Karte von Zielen des Lassa-Virus
Basierend auf den hochauflösenden Strukturen und mehreren funktionellen Assays enthüllte das Team genau, wie die drei in Arevirumab-3 verwendeten Antikörper das Lassa-Virus neutralisieren.
Treffen Sie neutralisierende Antikörper: 8.9F, 12.1F und 37.2D.
Hastie war erstaunt zu sehen, wie der Antikörper 8.9F an die Spitze der Glykoproteinstruktur bindet. In diesem Bereich des Glykoproteins kommen drei Moleküle (Protomere genannt) zusammen, um ein „Trimer“ zu bilden, eine Art verdrehtes Kleeblatt, wie Hastie es beschreibt. Lassa würde normalerweise diese Region des Glykoproteins verwenden, um sich an Rezeptoren auf Wirtszellen zu binden, aber Lis Struktur zeigt, wie ein einzelnes 8.9F einspringt und gleichzeitig an alle drei Protomere bindet, um eine Infektion zu blockieren.
„Die Struktur ist wirklich ein schönes Beispiel dafür, wie dieser Antikörper im Wesentlichen den Wirtsrezeptor nachahmt, um die Bindung des Glykoproteinrezeptors zu blockieren“, sagt Hastie. „Es ist eine absolut wunderschöne Struktur zu sehen.“
Unterdessen bindet der neutralisierende Antikörper namens 12.1F an nur ein Protomer im dreiseitigen Trimer. Glücklicherweise hätte jedes Therapeutikum viele Kopien von 12.1F. Als Dreierteam kann jeder 12.1F-Antikörper an einen Protomer binden, um die Neutralisierung des Virus zu unterstützen.
Gleichzeitig zielen Kopien des Antikörpers 37.2D auf das Lassa-Virus ab, indem sie so binden, dass benachbarte Protomere miteinander verankert werden. Diese Antikörperaktivität ist ein großes Problem für Lassa, da das Virus sein Trimer (wo die Protomere zusammenkommen) öffnen muss, um Wirtszellen zu infizieren. Mit 37.2D vor Ort ist die Eintrittsmaschinerie blockiert und kann nicht funktionieren.
„Lassa hat einen weiteren Trick. Es schirmt sich mit einer dicken Schicht menschlicher Kohlenhydratmoleküle ab – wie ein Wolf im Schafspelz“, sagt Saphire, „Haoyangs Strukturen zeigen deutlich, wie diese potenten, schützenden Antikörper die Kohlenhydrate durchbrechen oder sogar nutzen, um sie anzuvisieren und zu nutzen das Virus neutralisieren.“
„Die Ergebnisse schließen eine kritische Lücke in der Lassa-Virus-Forschung und könnten Avirumab-3 den Weg in klinische Studien ebnen.“ sagt Branco, der das Zalgen-Team leiten wird, um die zukünftigen klinischen Studien durchzuführen.
Mit dieser neuen Studie haben die Forscher eine Anleitung, wie sie drei Lassa-Schwachstellen (sogenannte Epitope) besser anvisieren können. Zwei dieser kritischen Epitope waren noch nie zuvor kartiert worden.
Tatsächlich hat das Saphire Lab erst in diesem Jahr drei Artikel über neutralisierende Anti-Lassa-Antikörper veröffentlicht (einschließlich dieser Veröffentlichung). Die anderen beiden Untersuchungen wurden in Cell Reports (Enriquez et al Cell Reports 2022; PMID: 3561358) und mBio (Buck et al mBio 2022; PMID: 35730904) veröffentlicht.
„Dieses Werk bietet nun die allererste vollständige Epitopkarte, die jedes gefährdete Ziel des Lassa-Glykoproteins aufdeckt.“ sagt Saphir.
„Wir haben jetzt eine sehr klare Vorstellung von der Oberfläche des neutralisierenden Epitops und den Anforderungen, die an das Glykoprotein für die Bindung und Erkennung von beliebigen Personen gestellt werden müssen“, fügt Hastie hinzu.
Li und Hastie verwenden die neue Glykoprotein-Epitopkarte, um das Impfstoffdesign zu steuern. Sie hoffen, dass ein zukünftiger Impfstoff Risikopersonen veranlassen könnte, selbst neutralisierende Antikörper herzustellen.
Quelle:
La Jolla Institut für Immunologie
Referenz:
Li, H., et al. (2022) Ein Cocktail aus schützenden Antikörpern untergräbt den dichten Glykanschild des Lassa-Virus. Wissenschaft Translationale Medizin. doi.org/10.1126/scitranslmed.abq0991.
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