分子操作された低コストで非常に効果的な RBD ベースの COVID ワクチン

Study: Molecular engineering of a cryptic epitope in Spike RBD improves manufacturability and neutralizing breadth against SARS-CoV-2 variants. Image Credit: Design_Cells / Shutterstock


bioRxiv* プレプリント サーバーに投稿された最近の研究では、研究者の国際チームが、分子工学によって第 2 世代の重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) 受容体結合ドメイン (RBD) 抗原 (RBD-J6) を開発しました。疎水性潜在性 RBD コア エピトープに 2 つのアミノ酸 (aa) 置換 (S383D および L518D 変異) を追加して、懸念される SARS-CoV-2 バリアント (VOC) に対する安定性と発現を強化します。

研究: Spike RBD の潜在性エピトープの分子工学により、SARS-CoV-2 バリアントに対する製造可能性と中和幅が改善されます。 画像クレジット: Design_Cells / Shutterstock

低所得国と中所得国の間で生産および配布できるサルベコウイルスワクチンが必要です。 サブユニットタンパク質性ワクチンは、便利な熱要件を備えた大規模で費用対効果の高い方法で製造されており、そのうちいくつかのワクチンが抗SARS-CoV-2の有効性を実証しています。

この研究の著者は、酵母でのRBDの生産と安定性を改善するために、以前に分子工学実験を行った。 その結果、祖先(武漢-Hu-1)株RBDと比較して、免疫原性と製造可能性が改善された、SARS-CoV-2スパイク(S)タンパク質RBD抗原(RBD-J)の改変バリアントを開発しました。

研究について

本研究では、研究者は、操作された SARS-CoV-2 RBD のさらなる分子工学分析を実行することにより、以前の分析を拡張しました。

C末端に近いRBDコアの疎水性パッチが変更されました [reduced or eliminated by mutations] RBD の安定性、溶解性、および分泌を改善します。 分析のために、アンギオテンシン変換酵素 (ACE2) 結合能力を維持しながら、酵母での RBD 発現を高めることが以前に報告された 21 個の aa 置換が選択されました。 それぞれが個別に評価されました。 各 RBD には L452K 変異が含まれており、以前に著者によって RBD の安定性と発現が改善されることが示されていました。

各RBDバリアントは、RBD分泌評価のために酵母に移されました。 RBD コアの疎水性パッチの受容体結合モチーフ (RBM) の L452K および F490W 変異を含む 3 つのアスパラギン酸変異の組み合わせを評価しました。 RBD-J6 と RBD-J の生理学的特性を比較しました。 遠紫外円二色性 (CD) 分光法、示差走査熱量測定 (DSC)、静的光散乱 (SLS)、逆相高速液体クロマトグラフィー (HPLC)、およびバイオレイヤー干渉法 (BLI) 実験が行われました。

RBD-J6 の ACE2 への結合と、異なる RBD エピトープを標的とするいくつかの nAbs (中和抗体) を評価しました。 次に、チームは、RBD-J6 ワクチン接種マウスに結合した RBD-J におけるポリクローナル Ab 上昇と、SARS-CoV-2 Delta VOC 感染およびコロナウイルス病 2019 (COVID-19) メッセンジャーリボ核酸 (mRNA ) 最初に (RBD-J) およびその後に (RBD-J6) 操作された RBD に対するワクチン免疫回復期患者を評価しました。 チームは、RBD-J6 の疎水性パッチに変異を導入することで得られる製造可能性と安定性の利点が、アルファおよびベータ VOC 変異を含む RBD 抗原にも役立つかどうかを調査しました。

3 つの Beta VoC RBD 変異 (K417N、E484K、および N501Y) が RBD-J6 (以下、RBD-J6 β と呼びます) に追加されました。 HBsAg VLP (B 型肝炎表面抗原ウイルス様粒子) 免疫原性と共役ベータ VOC 突然変異含有初期およびその後操作された RBD を比較しました。 さらに、K18-hACE2 (ヒト ACE2) トランスジェニック マウスに、ミョウバン アジュバント添加 VLP-RBD コンジュゲートまたは Pfizer-BioNTech の mRNA ワクチンのいずれかを 3 週間間隔で 2 回筋肉内投与し、改変ワクチンの免疫原性に対する RBD-J6 aa 置換の影響を調べました。

血清学的反応は、ワクチン接種の2週間、5週間、および7週間後にSARS-CoV-2 VOC RBDに対して評価されました。 7 週間後、RBD-J β および RBD-J6 β をワクチン接種した K18-hACE2 マウスに、アルファ VOC またはベータ VOC を接種しました。 さらに、マウスの頭蓋および肺組織における SARS-CoV-2 RNA 力価が測定され、SARS-CoV-2 VOC 中和が評価されました。

結果

RBD-J6 は、Delta 回復期患者の血清との結合を示し、RBD コア クラス IV エピトープを標的とする nAb (EY6A および CR3022) を除く、テストしたすべての nAb に対して結合を示しました。 疎水性パッチの変更により、RBD 分泌力価が 3 倍向上し、安定性が向上しました。 ただし、変更は現在、RBD の免疫原性または抗原性に大きな違いを示しています。

コンジュゲート VLP-RBD は、アルファやベータなどの SARS-CoV-2 VOC に対してマウスで交差反応性免疫を誘発しました。 RBD-J6 の追加の変異は、祖先株 RBD と比較して RBD 生産性を 4 倍改善し、3 つのアスパラギン酸変異 (S383D、R408D、および L518D) は、RBD 発現を 60mg/L から 173mg/L に最も顕著に改善しました。 さらに、RBD-J6は、表面疎水性の低下を示した。 RBD-J6 の Tm (熱融解温度) (63°C) は、すべての温度ベースの分析で RBD-J よりも高く、RBD-J6 のコンフォメーションおよびコロイド安定性が高いことを示しており、操作された RBD はアルミニウムおよびCpGアジュバント。

ワクチン接種の状態は、ACE2、Delta 回復期血清、およびテストされた nAb に対する操作された RBD の両方の結合親和性を変化させませんでした。 RBD-J6 β も RBD-J6 と同様の ACE2 結合を示し、アルファおよびベータ VOC RBD 変異を追加しても ACE2 結合の増加は見られませんでした。 SARS-CoV-2 RNA タイヤは、RBD-J6 発現と比較して RBD-J6 β 発現の場合、マウスの脳と肺で 30% 低く、肺はアルファ VOC またはベータ VOC チャレンジ後の炎症が少ないことを示しました。 VLP – RBD-J6 β コンジュゲートとファイザーの mRNA COVID-19 ワクチンの交差中和効力は同等でした。

全体として、研究結果は、RBDベースのサブユニットワクチンの開発を改善するためのRBD-J6の使用の可能性を強調し、製造可能性、安定性、および低中所得国へのアクセスを改善しました。

*重要なお知らせ

bioRxiv は、査読されていない暫定的な科学レポートを発行しているため、決定的なものと見なしたり、臨床診療/健康関連の行動をガイドしたり、確立された情報として扱ったりするべきではありません。



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