HIV、ラッサ、SARS-CoV-2 バリアントに対する強力な超原子価ナノ粒子

Study: Rational Development of Hypervalent Glycan Shield-Binding Nanoparticles with Broad-Spectrum Inhibition against Fatal Viruses Including SARS-CoV-2 Variants. Image Credit: Kateryna Kon / Shutterstock


ジャーナル Advanced Science に掲載された最近の研究では、研究者は致死ウイルスに対する広域スペクトル活性を持つ分子インプリント ナノ粒子 (nanoMIP) を開発しました。

研究: SARS-CoV-2 バリアントを含む致命的なウイルスに対する広域スペクトル阻害を備えた超原子価グリカン シールド結合ナノ粒子の合理的な開発。 画像著作権: Kateryna Kon / Shutterstock

ウイルス感染症は、人類にとって深刻な脅威です。 最近のコロナウイルス病 2019 (COVID-19) の発生により、世界の公衆衛生、経済、社会開発が深刻な脅威にさらされています。 複数の予防および治療戦略の開発にもかかわらず、急速に変化するウイルス抗原プロフィールァイルは、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) の変異体によって例示されるように、重大な課題を提示します。 したがって、ウイルスの広域スペクトル阻害剤は非常に正当化されます。

普遍的な翻訳後修飾であるグリコシル化は、多くの重要な役割を果たします。 いくつかのウイルスは、宿主翻訳機構を使用してタンパク質を「自己」グリカンで修飾するように進化しており、高度にグリコシル化されたウイルスエンベロープをもたらしています。 これらのグリコシル化タンパク質は、宿主由来のグリカンの密なシースで免疫原性表面を保護し、それによって免疫逃避を促進します。

プラスチック/人工抗体としても知られる分子インプリントポリマー (MIP) は、テンプレートの存在下で共重合を介して抗体結合を模倣する抗体を持つ合成受容体です。 調製の容易さ、保存安定性、およびコスト効率により、MIP は、診断、がん治療、ウイルス認識、毒素中和など、さまざまな用途の可能性を示します。 MIP はウイルスに対して開発されていますが、広域スペクトルの活動を持つものはありません。

研究と調査結果

本研究では、中国の研究者が、高マンノース糖鎖保有ウイルスに対して幅広く強力な活性を持つ糖鎖シールド結合ナノMIPを開発しました。 NanoMIP は、リバース マイクロエマルションに閉じ込められたエピトープ指向の表面インプリンティングおよびクラッディング (ROSIC) 技術によって合成されました。 同様に、インプリントされていないナノ粒子 (NIP) も、テンプレートなしで同じ手順を使用して合成されました。

得られたナノMIPは、平均直径39.5 nmの明確に定義された球状の形態を持っていました。 ナノMIPによるマンノースの特異的吸着は有意に高かった。 注目すべきは、nanoMIP がいくつかのマンノース結合レクチンよりも優れた性能を発揮したことです。 NanoMIP は、非グリコシル化タンパク質に対してほとんどまたはまったく結合活性を示しませんでした。 各 nanoMIP は、50 以上の高マンノース糖鎖を結合することができました。

著者らは次に、バイオレイヤー干渉計を使用して、高マンノースグリカンを含むタンパク質への nanoMIP の結合と動力学を研究しました。 まず、標的タンパク質として RNase B を使用し、解離定数 (Kd) は 1.3 x 10-6 M であり、マンノースの Kd に比べて 2 ~ 3 桁改善されました。 SARS-CoV-2 S1 タンパク質の Kd は 5.3 x 10-7 M でした。対照的に、NIP は RNase または SARS-CoV-2 S1 に結合しませんでした。

さらに、研究者らは、ナノMIPのSARS-CoV-2シュードウイルスへの結合が、SARS-CoV-2 S1タンパク質と比較して3桁強化されていることを発見し、ナノMIPが高い結合力でビリオンに結合できることを示唆しています。 次に、著者らは、ナノ MIP とアンギオテンシン変換酵素 2 (ACE2) との競合的結合を、タンパク質およびシュードウイルス レベルで評価しました。 タンパク質レベルでは、SARS-CoV-2 S1 への ACE2 の結合は、高濃度の ACE2 (最大 200 nM) でも観察されませんでした。

抗高マンノース nanoMIP によるウイルス阻害の図。

抗高マンノース nanoMIP によるウイルス阻害の図。

シュードウイルスレベルでは、(シュードウイルスへの)ACE2結合はnanoMIPの濃度の増加とともに減少し、100μg/ mlで完全に阻害されました。 偽ウイルス中和アッセイでは、nanoMIP は野生型 SARS-CoV-2 の偽ウイルス粒子を 90.2% 阻害しました。 同様に、N439K、N501Y、D614G、または Δ69-70 変異を持つ SARS-CoV-2 変異体の疑似ウイルスと、SARS-CoV-2 Delta および Omicron 変異体で高い阻害効果が観察されました。

nanoMIP は、ラッソ ウイルスの偽粒子の 95.5% と HIV 偽ウイルスの 97.2% を阻害し、ラッソ ウイルス、HIV、SARS-CoV-2 およびその変異体に対するナノMIP の広域スペクトル活性をサポートしました。 nanoMIP で処理された SARS-CoV-2 疑似ウイルスはクラスターに凝集し、クラスターの外側には少数の疑似粒子しかありません。 さらに、蛍光マーカーで標識されたSARS-CoV-2疑似ウイルスをナノMIPで処理し、宿主細胞とインキュベートしました。

生きたウイルスの強力な阻害。  a、b)さまざまな濃度のナノMIPで処理したVero細胞からの感染後3日目の本物のSARS-CoV-2ウイルス(野生型およびデルタ)RNAロード。 平均値 ± SD、n = 3. c–f) nanoMIP (800 μg mL−1)、NIP (800 μg mL−1)、および MBL (10 μg mL−1) で処理した Vero 細胞の細胞変性効果 (CPE) 画像生きたSARS-CoV-2の感染下で3日間。

生きたウイルスの強力な阻害。 a、b)さまざまな濃度のナノMIPで処理したVero細胞からの感染後3日目の本物のSARS-CoV-2ウイルス(野生型およびデルタ)RNAロード。 平均値 ± SD、n = 3. c–f) nanoMIP (800 μg mL−1)、NIP (800 μg mL−1)、および MBL (10 μg mL−1) で処理した Vero 細胞の細胞変性効果 (CPE) 画像生きたSARS-CoV-2の感染下で3日間。

蛍光画像は、ナノMIPがビリオンを効率的に架橋し、宿主細胞膜の周りに凝集できることを示しました。 偽ウイルスのナノMIP誘導凝集体は、サブミクロンからミクロンサイズであった。 さらなる実験により、nanoMIP によって誘導された偽ウイルス凝集体は、食作用を増強し、自然免疫を活性化し、ウイルスの不活性化を促進できることが明らかになりました。

最後に、研究者らは、本物の野生型 SARS-CoV-2 と Delta バリアントを中和する nanoMIP の効力を評価しました。 NanoMIP は、本物の SARS-CoV-2 (野生型および Delta バリアント) による Vero 細胞の感染を抑制しました。 ウイルス RNA 負荷は、野生型とデルタ バリアントの両方の nanoMIP 濃度の増加に伴って減少しました。 NIPまたはマンノース結合レクチンで処理した明らかなCPEとは対照的に、nanoMIP処理では細胞変性効果(CPE)はほとんど/まったくありませんでした。

結論

要約すると、研究者らは、いくつかのウイルスに対して高い効力と幅を持つ超原子価糖鎖シールド結合人工抗体を開発しました。 nanoMIP の高い結合活性、立体障害、および剛性構造は、宿主細胞とウイルス粒子間の相互作用を効果的にブロックしました。 NanoMIP は、同時に複数のビリオンに結合し、宿主細胞へのウイルスの侵入を阻害し、食作用を促進することにより、ウイルスの凝集を誘導しました。

ブロッキング能力と架橋能力の両方により、超原子価ナノMIPは、抗原/エピトープからウイルスのグリカンシールドに移行することで、さまざまなウイルスに対する強力で広範な阻害活性のための独自の戦略を提供し、それによってウイルスの多様性と突然変異に関連する課題を回避しました。 .



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