Las “mutaciones de escape” podrían ayudar al SARS-CoV-2 a evadir el ataque inmunológico

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Investigadores en los Estados Unidos han identificado mutaciones dentro del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), el agente que causa la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), que pueden reducir la unión de anticuerpos al virus, lo que potencialmente puede mediar su escape de ataque inmunológico.

El equipo utilizó una técnica llamada Phage-DMS para perfilar el escape de este anticuerpo en una estructura de superficie llamada proteína de pico, que el virus utiliza para unirse e infectar a las células huésped.

Utilizando muestras de sangre de pacientes que se habían recuperado de COVID-19, el equipo probó todas las posibles mutaciones dentro de la proteína de pico que podrían usar vías de escape dentro de los epítopos que son el objetivo de plasma convaleciente.

El equipo – del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson y el Universidad de Washington – encontró que la unión de anticuerpos era común en dos regiones inmunodominantes, pero que había muchas vías de escape únicas dentro de estas regiones.

Estas mutaciones de escape también diferían entre individuos, lo que sugiere que los sitios de unión de anticuerpos y los mutantes de escape podrían variar significativamente de una persona a otra.

“Identificamos un espectro de mutantes individuales que eran capaces de reducir la unión de anticuerpos y encontramos variabilidad de persona a persona en el efecto de mutaciones dentro de los epítopos inmunodominantes”, escriben Julie Overbaugh y el equipo.

Los hallazgos sugieren que es poco probable que las respuestas de las personas a una vacuna que se dirija a la proteína de pico sean uniformes, dicen los investigadores.

“En la carrera armamentista entre la respuesta inmune humoral y el SARS-CoV-2, estos resultados nos permiten predecir las vías de escape y pronosticar la aparición de mutantes de escape”, escribe el equipo.

Una versión preimpresa del papel está disponible en el bioRxiv* servidor, mientras que el artículo se somete a revisión por pares.

Esquema del diseño de la biblioteca Spike Phage-DMS.  (A) Estructura de la proteína S y ubicación de dominios proteicos importantes.  La estructura se creó en BioRender.com (PDB: 6VXX) (B) Las secuencias se diseñaron computacionalmente para codificar péptidos de 31 aminoácidos de longitud y para distribuir por pasos el ectodominio de la proteína Wuhan-Hu-1 SARS-CoV-2 S por 1 aminoácido .  Hay 20 péptidos que representan los 20 aminoácidos posibles en la posición central, que contienen el residuo de tipo salvaje (mostrado en negro) o un residuo mutante (mostrado en rojo).  Dentro de la región de 31 aa que rodea la mutación D614G, también se generaron péptidos con G614 además de las variantes de 20 aminoácidos en la posición central.  (C) Las secuencias diseñadas se clonaron en un vector de presentación de fagos T7 y se amplificaron para crear la biblioteca final de proteína S Phage-DMS.  Esta biblioteca se utilizó luego en experimentos de secuenciación profunda e inmunoprecipitación aguas abajo con plasma humano.

Esquema del diseño de la biblioteca Spike Phage-DMS. (A) Estructura de la proteína S y ubicación de dominios proteicos importantes. La estructura se creó en BioRender.com (PDB: 6VXX) (B) Las secuencias se diseñaron computacionalmente para codificar péptidos de 31 aminoácidos de longitud y para distribuir por pasos el ectodominio de la proteína Wuhan-Hu-1 SARS-CoV-2 S por 1 aminoácido . Hay 20 péptidos que representan los 20 aminoácidos posibles en la posición central, que contienen el residuo de tipo salvaje (mostrado en negro) o un residuo mutante (mostrado en rojo). Dentro de la región de 31 aa que rodea la mutación D614G, también se generaron péptidos con G614 además de las variantes de 20 aminoácidos en la posición central. (C) Las secuencias diseñadas se clonaron en un vector de presentación de fagos T7 y se amplificaron para crear la biblioteca final de proteína S Phage-DMS. Esta biblioteca se utilizó luego en experimentos de secuenciación profunda e inmunoprecipitación aguas abajo con plasma humano.

Los investigadores no están seguros de si la inmunidad contra el SARS-CoV-2 es duradera

Determinar si la inmunidad al SARS-CoV-2 puede ser protectora a largo plazo es uno de los desafíos más urgentes que enfrentan los investigadores que trabajan para desarrollar vacunas contra el SARS-CoV-2.

Comprender cómo podría evolucionar el virus para escapar de la protección inmunológica es fundamental para responder a esta pregunta.

El principal objetivo viral de interés para los investigadores es la proteína de pico, la estructura que inicia la unión y fusión de la célula huésped para permitir la entrada viral.

La proteína de pico está formada por dos subunidades. La subunidad 1 (S1) contiene un dominio N-terminal (NTD) y un dominio de unión al receptor (RBD). La subunidad 2 (S2) contiene un péptido de fusión (FP) y dos regiones de repetición de heptada (HR1 y HR2), separadas por una región enlazadora, que impulsan la fusión del virus y la membrana del huésped.

Una vez que S1 se une a una célula huésped a través del RBD, se produce una escisión proteolítica dentro de S2 que expone la FP y desencadena una serie de cambios conformacionales que permiten la fusión de la membrana.

Anticuerpos neutralizantes que se dirigen al RBD han sido el foco principal de los esfuerzos para desarrollar vacunas y terapias con anticuerpos. Se ha demostrado que estos anticuerpos neutralizantes bloquean la entrada de virus in vitro y previenen infecciones o enfermedades en modelos preclínicos.

“Sin embargo, el estudio de otros coronavirus ha demostrado que los anticuerpos provocados por la infección pueden apuntar a regiones de epítopos fuera del RBD”, dicen Overbaugh y sus colegas. Por lo tanto, puede haber múltiples regiones dentro de la proteína de pico del SARS-CoV-2 que pueden dar forma a la respuesta inmune viral “.

Además, dada la tasa de transmisión inusualmente alta de SARS-CoV-2 y la alta mutabilidad de coronavirus anteriores, es probable que surjan variantes que son capaces de evadir la respuesta inmune.

¿Qué hicieron los investigadores?

Previamente, Overbaugh y el equipo desarrollaron un método llamado Phage-DMS para mapear exhaustivamente las mutaciones de escape que permitían al VIH evitar la unión de los anticuerpos monoclonales.

El equipo ahora ha utilizado esta técnica para identificar mutaciones en la proteína pico SARS-CoV-2 que podrían reducir la unión de anticuerpos y, por lo tanto, mediar el escape de anticuerpos presentes en el plasma de pacientes con COVID-19.

¿Qué encontraron?

El equipo descubrió que la unión de anticuerpos era común en dos regiones: la FP y la región enlazadora aguas arriba de HR2.

El estudio reveló un espectro de mutantes únicos que eran capaces de reducir la unión de anticuerpos dentro de estas regiones.

Sin embargo, las mutaciones de escape mostraron variabilidad dentro de estas regiones inmunodominantes, así como variabilidad de persona a persona.

¿Cuáles son las implicaciones del estudio?

Los hallazgos sugieren que no es probable que el patrón de evolución del virus sea impulsado por una sola mutación de escape de anticuerpo. También sugieren que habrá variación entre individuos en la evolución del virus mediada por anticuerpos.

“Por lo tanto, es probable que las respuestas a una vacuna de proteína de pico de SARS-CoV-2 no sean uniformes, ni tampoco las vías de escape”, escribe el equipo.

Los investigadores dicen que los epítopos FP y la región enlazadora / HR2 podrían servir como objetivos alternativos para el desarrollo de vacunas e inmunoterapia que podrían complementar los esfuerzos centrados en el RBD.

El equipo dice que S2 en general, especialmente el FP, está altamente conservado en coronavirus. Estas regiones más conservadas podrían ser objetivos importantes para el diseño de vacunas óptimas y duraderas.

“Estos estudios han definido mutaciones de escape comunes y variables en los pacientes con COVID-19 que serán útiles para la vigilancia viral, particularmente a medida que se introduzcan en la población vacunas basadas en proteínas de pico de SARS-CoV-2”, escriben los investigadores.

Además, la biblioteca de proteínas de pico Phage-DMS utilizada en este estudio podría usarse para examinar cohortes más grandes, que podrían incluir individuos de diferentes edades y con resultados clínicos variables, sugieren Taylor y sus colegas.

Esto podría ayudar a “definir si las mutaciones que interrumpen la unión de anticuerpos varían de manera sistemática entre las poblaciones y si esto se correlaciona con el resultado clínico o el riesgo de reinfección”, concluye el equipo.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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