[저자] Kuan-Ying A. Huang, Daming Zhou, Tiong Kit Tan, Charles Chen, Helen M. E. Duyvesteyn, Yuguang Zhao, Helen M. Ginn, Ling Qin, Pramila Rijal, Lisa Schimanski, Robert Donat, Adam Harding, Javier Gilbert-Jaramillo, William James, Julia A. Tree, Karen Buttigieg, Miles Carroll, Sue Charlton, Chia-En Lien, Meei-Yun Lin, Cheng-Pin Chen, Shu-Hsing Cheng, Xiaorui Chen, Tzou-Yien Lin, Elizabeth E. Fry, Jingshan Ren, Che Ma, Alain R. Townsend, David I. Stuart
Background: Administration of potent anti-receptor-binding domain (RBD) monoclonal antibodies has been shown to curtail viral shedding and reduce hospitalization in patients with SARS-CoV-2 infection. However, the structure-function analysis of potent human anti-RBD monoclonal antibodies and its links to the formulation of antibody cocktails remains largely elusive. Methods: Previously, we isolated a panel of neutralizing anti-RBD monoclonal antibodies from convalescent patients and showed their neutralization efficacy in vitro . Here, we elucidate the mechanism of action of antibodies and dissect antibodies at the epitope level, which leads to a formation of a potent antibody cocktail. Results: We found that representative antibodies which target non-overlapping epitopes are effective against wild type virus and recently emerging variants of concern, whilst being encoded by antibody genes with few somatic mutations. Neutralization is associated with the inhibition of binding of viral RBD to ACE2 and possibly of the subsequent fusion process. Structural analysis of representative antibodies, by cryo-electron microscopy and crystallography, reveals that they have some unique aspects that are of potential value while sharing some features in common with previously reported neutralizing monoclonal antibodies. For instance, one has a common VH 3-53 public variable region yet is unusually resilient to mutation at residue 501 of the RBD. We evaluate the in vivo efficacy of an antibody cocktail consisting of two potent non-competing anti-RBD antibodies in a Syrian hamster model. We demonstrate that the cocktail prevents weight loss, reduces lung viral load and attenuates pulmonary inflammation in hamsters in both prophylactic and therapeutic settings. Although neutralization of one of these antibodies is abrogated by the mutations of variant B.1.351, it is also possible to produce a bi-valent cocktail of antibodies both of which are resilient to variants B.1.1.7, B.1.351 and B.1.617.2. Conclusions: These findings support the up-to-date and rational design of an anti-RBD antibody cocktail as a therapeutic candidate against COVID-19.
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【저자키워드】 SARS-CoV-2, antibody cocktail, Human monoclonal antibody, In vitro and in vivo function, Antibody-antigen complex, Receptor-binding domain epitope, 【초록키워드】 COVID-19, antibodies, Efficacy, ACE2, Mutation, Hospitalization, antibody, hamsters, B.1.351, neutralization, SARS-COV-2 infection, monoclonal antibody, variant, Infection, variants of concern, viral shedding, B.1.617.2, Crystallography, Cryo-electron microscopy, in vitro, Prophylactic, monoclonal antibodies, virus, variants, pulmonary inflammation, Formulation, Epitopes, Convalescent patients, electron microscopy, Viral, antibody cocktail, B.1.1.7, RBD, therapeutic, Neutralizing, hamster, in vivo, epitope, mechanism of action, wild type, mechanism, neutralizing monoclonal antibodies, convalescent patient, binding, cocktail, Analysis, Structural analysis, anti-RBD, Anti-RBD antibody, leads, somatic mutations, variable region, Support, weight loss, residue, viral RBD, anti-receptor-binding domain, non-overlapping epitopes, lung viral load, structure-function, Prevent, feature, effective, shown, evaluate, reported, subsequent, unique, the RBD, reduce, reveal, dissect, abrogated, attenuate, curtail, non-overlapping epitope, patients with SARS-CoV-2, 【제목키워드】 Structure, anti-RBD, therapeutic potential,
배경: 강력한 항수용체결합도메인(RBD) 단일클론항체의 투여는 SARS-CoV-2 감염 환자의 바이러스 배출을 줄이고 입원을 줄이는 것으로 나타났습니다. 그러나 강력한 인간 항-RBD 단일클론 항체의 구조-기능 분석 및 항체 칵테일 제형과의 연관성은 여전히 파악하기 어렵습니다. 방법: 이전에 우리는 회복기 환자로부터 중화 항-RBD 단일 클론 항체 패널을 분리하고 시험관 내에서 중화 효능을 보여주었습니다. 여기에서 우리는 항체의 작용 메커니즘을 설명하고 강력한 항체 칵테일의 형성으로 이어지는 에피토프 수준에서 항체를 해부합니다. 결과: 중첩되지 않는 에피토프를 표적으로 하는 대표적인 항체가 야생형 바이러스 및 최근에 대두되고 있는 우려되는 변이체에 대해 효과적이며 체세포 돌연변이가 거의 없는 항체 유전자에 의해 암호화된다는 것을 발견했습니다. 중화는 ACE2에 대한 바이러스 RBD의 결합 억제 및 후속 융합 과정과 관련이 있습니다. 극저온 전자 현미경 및 결정학에 의한 대표적인 항체의 구조 분석은 이전에 보고된 중화 모노클로날 항체와 일부 기능을 공유하면서 잠재적 가치가 있는 몇 가지 독특한 측면을 가지고 있음을 보여줍니다. 예를 들어, 하나는 공통 VH 3-53 공개 가변 영역을 가지고 있지만 RBD의 잔기 501에서 돌연변이에 대해 비정상적으로 회복력이 있습니다. 우리는 시리아 햄스터 모델에서 2개의 강력한 비경쟁 항-RBD 항체로 구성된 항체 칵테일의 생체내 효능을 평가합니다. 우리는 칵테일이 예방 및 치료 환경 모두에서 햄스터의 체중 감소를 방지하고 폐 바이러스 부하를 줄이며 폐 염증을 약화시킨다는 것을 보여줍니다. 이러한 항체 중 하나의 중화는 변이체 B.1.351의 돌연변이에 의해 폐지되지만, 둘 다 변이체 B.1.1.7, B.1.351 및 B에 대해 탄력적인 항체의 2가 칵테일을 생성하는 것도 가능합니다. 1.617.2. 결론: 이러한 발견은 COVID-19에 대한 치료 후보로서 항-RBD 항체 칵테일의 최신 및 합리적인 설계를 뒷받침합니다.