大規模調查新冠患者抗體!  揭密靶向新冠病毒棘蛋白抗體分子特徵

日期2021-12-06
大規模調查新冠患者抗體!  揭密靶向新冠病毒棘蛋白抗體分子特徵
日前,美國斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute)與伊利諾大學(University of Illinois)研究人員,從88篇論文、13項專利中,收集了來自215名新冠肺炎(COVID-19)患者體內8,048種靶向新冠病毒(SARS-CoV-2)棘突蛋白的抗體數據,分析抗體靶向棘突蛋白不同的結構域,並利用深度學習區分靶向新冠病毒棘突蛋白和流感血球凝集素(hemagglutinin, HA)的抗體序列。該研究發表於預印本平台《bioRxiv》上。
 
患者的抗體反應代表從不同個體中,分離出來的抗原特異性抗體,具有相同的遺傳組成和抗原辨識模式,因此研究患者的抗體通常具有相同的免疫球蛋白重鏈可變區域(immunoglobulin heavy variable, IGHV)基因和互補決定區(complementarity-determining regions, CDRs)H3序列。
 
研究人員從已發表的88篇論文、13項專利中,收集了來自215名新冠肺炎患者體內8,048種靶向新冠病毒棘突蛋白的抗體做成數據庫,並分析了免疫球蛋白可變區域基因序列,發現靶向受體結合區域(RBD)、N端結構域(NTD)和棘突蛋白S2的抗體具有不同免疫球蛋白可變區域基因序列。
 
研究人員發現有99.4%的抗體與新冠病毒反應,其餘則與SARS-CoV或季節性冠狀病毒產生反應,在7,997種與新冠病毒產生反應的抗體中,有7,923種與棘突蛋白結合,49種與核殼蛋白(nucleocapsid protein)結合,25種與ORF8結合。
 
由於CDR H3在抗原和抗體結合方面具有重要性,研究人員發現,患者抗體對於靶向RBD和棘突蛋白S2所產生的反應取決於CDR H3序列,而大多數靶向NTD的抗體並不受CDR H3的影響。
 
研究人員分析了一組主要由CDR H3和輕鏈組成、具有互補位(paratopes)的抗體,發現到靶向棘突蛋白S2的抗體中,免疫球蛋白重鏈穩定區域delta (immunoglobulin heavy constant delta, IGHD)基因IGHD1-26數量很多,而這些抗體主要由IGHV3-30基因進行編碼產生,進一步分析顯示,靶向棘突蛋白S2的抗體反應主要由重鏈驅動。
 
透過分析靶向新冠病毒抗體的體細胞超突變(somatic hypermutation, SHM),在IGHV3-53/3-66、VH F27V、T28I和Y58F免疫細胞類型中,都發現多個反覆出現的體細胞超突變,還發現一些新的重/輕鏈體細胞超突變在重複發生。
 
進一步分析觀察到,IGHV1-58/IGKV3-20免疫細胞類型的抗體會與棘突蛋白的RBD結合,這些抗體可以透過疫苗接種和不同新冠病毒變種感染來誘導產生,而這些抗體可有效中和不同的新冠病毒突變株。
 
接著,研究人員利用6個CDR(H1、H2、H3、L1、L2和L3)序列進行深度學習模型訓練,來區分靶向新冠病毒棘突蛋白和流感HA的抗體,並分析了總共4,736種棘突蛋白抗體和2,204種流感HA抗體。
 
這項研究確定了靶向新冠病毒棘突蛋白的患者抗體的多種分子特徵,有助於科學家了解有效靶向新冠病毒的抗體設計。
 
參考資料:https://www.news-medical.net/news/20211205/Scientists-identify-molecular-features-of-antibody-responses-to-SARS-CoV-2-spike.aspx
 
https : //doi.org/10.1101/2021.11.26.470157

(編譯/李林璦)

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