Исследованы S-белки различных линий омикрона и реакция на них иммунной системы

Все варианты коронавируса SARS-CoV-2, циркулирующие в настоящее время (не исключая и «Пиролу»), принадлежат к линии омикрона. Авторы новой статьи в Nature проанализировали причины успешности этого «суперварианта» и особенности иммунного ответа на новые варианты у вакцинированных и переболевших предыдущими вариантами коронавируса. Статья отправлена в журнал в начале 2023 года, поэтому анализ не включает самые последние варианты.

Исследователи сравнили S-белки ряда сублиний омикрона и исходного уханьского вируса, измерив сродство их рецепторсвязывающего домена (RBD) с рецептором ACE2 человека с помощью биослойной интерферометрии и поверхностного плазмонного резонанса (ППР).

Сила связывания RBD с рецептором среди относительно успешных сублиний омикрона (BA.4/5, BA.2.75.2, BQ.1.1, «Кракен» XBB.1.5) была намного выше, чем у исходного уханьского вируса, и слабо отличалась между этими вариантами. Только связывающий домен S-белка XBB.1 показал практически такое же сродство с рецептором, как у вируса-прародителя. XBB.1 не смог широко распространиться, зато его потомок XBB.1.5, отличающийся всего на одну аминокислотную замену в S-белке, но со сродством к ACE2 примерно в 3,7 раз выше, потеснил конкурентов с даже чуть более высокой аффинностью к рецептору.

Авторы исследовали фузогенность, то есть способность S-белка вызывать слияние клеток, что коррелирует с более тяжелым заболеванием. У более ранних омикронов (BA.5, BA.2, BA.1) фузогенность была значительно ниже, чем у уханьского варианта и дельты; более поздние варианты сократили отставание.

Затем клетки в культуре инфицировали псевдовирусами, несущими S-белки различных вариантов омикрона. Все протестированные варианты омикрона, в отличие от более ранних вариантов SARS-CoV-2, эффективно проникают в клетки по эндосомному пути — через интернализацию клеткой вирусной частицы, связавшейся с поверхностью, а не через слияние суперкапсида с клеточной мембраной, которое обеспечивается протеазой TMPRSS2 клетки-хозяина. Авторы сравнили, как влияют ингибиторы различных протеаз на способность псевдовирусов инфицировать клетки. Ожидаемо, ингибиторы TMPRSS2 камостат и нафомостат слабо влияли на исследуемые субварианты. Но и чувствительность к ингибитору катепсина — внутриклеточной протеазы, необходимой для эндосомного пути, — у более поздних вариантов снизилась, следовательно, эволюция механизмов проникновения в клетку продолжилась.

Исследователи тщательно изучили структуры RBD различных вариантов и их комплексов с ACE2 и фрагментом антитела S309. Это моноклональное антитело, родительское для препарата сотровимаб, сохраняло нейтрализующую активность против доомикронных вариантов SARS-CoV-2 за счет высокой консервативности целевого участка связывания.

Сопоставив результаты визуализации комплексов RBD и S309 с результатами измерения силы межмолекулярного связывания и титрами нейтрализации, ученые выявили критические аминокислотные замены. В среднем для исследованных вариантов омикрона аффинность антитела была снижена в 160 раз в сравнении с уханьским вариантом. Но S-белок варианта BN.1, несущий замену K356T (лизин на треонин в 356 позиции полипептидной цепи) демонстрировал снижение аффинности примерно в 370 раз! Соответственно, нейтрализующая способность сотровимаба против этого варианта снизилась в 778 раз. У «Кракена» этот показатель снижен лишь в 11 раз, но в тестах с иммунной плазмой он показал также очень мощное ускользание от иммунного ответа, превосходящее таковое у доминировавших до него вариантов. Замена K356T, которая присутствует и у «Пиролы», предположительно ослабляет связывание, устраняя критический солевой мостик с вариабельной областью тяжелой цепи антитела. Присутствие рядом с целевым участком N-связанного гликана, появившегося благодаря этой замене, незначительно влияет на взаимодействие с антителом, вопреки более ранним предположениям

Тем не менее клетки со всеми вариантами омикронных S-белков в присутствии S309 оказались подвержены антителозависимой клеточной цитотоксичности и антителозависимому клеточному фагоцитозу — двум механизмам, с помощью которых клеточный иммунитет может бороться с инфекцией. Эксперименты in vivo подтвердили, что S309 облегчает течение заболевания у животных даже при заражении вариантом с сильно сниженной нейтрализацией.

Исследования плазмы крови людей с различными историями иммунизации (сочетание инфекций доомикрооными и омикронными вариантами, вакцинация только исходной или исходной и обновленной вакцинами) показали, что общие уровни антител, связывающихся с тримерами полноразмерного S-белка и даже RBD не изменялись значимо ни для каких вариантов, несмотря на накопившиеся замены. Однако были обеднены именно пулы антител, направленных на рецепторсвязывающий мотив RBD, которые в основном и вызывают нейтрализацию. Это подтверждает гипотезу, что S-белок изменяется главным образом под давлением нейтрализующих антител.

Наконец, из крови представителей тех же групп выделили В-клетки памяти, чтобы оценить, на какие варианты они способны реагировать. Оказалось, что большинство B-клеток с рецептором, аффинным к RBD, могут связывать как его исходный вариант, так и один или несколько из трех омикронных (BA.1, BA.2 и BA.5), в том числе у тех, кто получил только вакцину против исходного варианта. Среди В-клеток памяти, реагирующих на уханьский вариант и ранние варианты омикрона, 66% могли также реагировать на BQ.1.1. Подобные же результаты наблюдались для RBD BQ.1.1 и XBB.1. При этом небольшая фракция В-клеток памяти с рецепторами, специфичными только к ранним вариантам омикрона, но не к доомикронным, распознавала поздние варианты значительно реже. По-видимому, эти клетки появились относительно недавно, при контакте с омикроном или вакциной, и широта их иммунного ответа еще может вырасти в результате созревания аффинности.

Авторы напоминают о проблеме иммунного импринтинга, или «первородного антигенного греха». Ответ кроссреактивных клеток памяти на новый антиген обеспечивает защиту, но при этом снижает вероятность подключения нативных клеток, которые могли бы производить антитела, специфичные к оригинальным для омикрона эпитопам, и улучшить ответ на новые варианты. Они убедились, что после вакцинации бивалентными бустерами против уханьского варианта и BA.5 или BA.1 реагирующие на RBD В-клетки памяти остаются кроссреактивными, доля клеток, специфичных к омикрону, почти не растет: повторные контакты с эпитопами омикрона не позволяют преодолеть импринтинг. Поэтому, как сказал руководитель исследования Дэвид Вислер из Вашингтонского университета, вакцины против новых вариантов не должны содержать компоненты старых вариантов.

Вариант коронавируса EG.5 (Эрис) обнаружен в 51 стране