Nanobodies sintetici come possibile strumento terapeutico nella lotta contro SARS-CoV-2 (pre-print)

Riassunto e traduzione dell’articolo: Justin D. Walter, Cedric A.J. Hutter, Iwan Zimmermann, Jennifer Earp, Pascal Egloff, Michèle Sorgenfrei, Lea M. Hürlimann, Imre Gonda, Gianmarco Meier, Sille Remm, Sujani Thavarasah, Philippe Plattet, Markus A. Seeger Synthetic nanobodies targeting the SARS-CoV-2 receptor-binding domain, bioRxiv, [Pre-print non ancora sottoposto a peer-review]

Riassunto e traduzione a cura di: Matilde Mantovani; Revisione: Michela Di Filippo

Articolo Originale Pubblicato il 18 Aprile 2020

L’elevata trasmissibilità di SARS-CoV-2, combinata con la mancanza di immunità di gregge, l’insorgere di un quadro clinico spesso grave e preoccupante, la presenza di portatori asintomatici del virus, e l’impossibilità di avere a disposizione un vaccino prima di 12-18 mesi, rendono urgente lo sviluppo di contromisure terapeutiche rapide ed efficaci.

La superficie di SARS-COV-2 presenta delle proteine multidominio “spike” che permettono l’entrata del virus nelle cellule umane. Esse sono composte da due subunità: S1, che attraverso il Receptor Binding Domain (RBD) al C-terminale si lega al recettore cellulare ACE-2, e S2, che conseguentemente, tramite taglio proteolitico e cambio conformazionale, permette la fusione del capside virale con la membrana cellulare.

In questo studio, un gruppo di ricerca dell’università di Zurigo sviluppa “nanocorpi” (frammenti proteici che riconoscono e legano l’antigene – Muyldermans et al., 2013) sintetici – i cosiddetti sybodies– selezionati per riconoscere e legarsi a RBD. A differenza dei nanocorpi tradizionali, i sybodies sono più veloci da generare (solamente 12 giorni) e  nel caso di SARS-CoV-2, essi vengono sintetizzati in modo tale da assicurare il riconoscimento delle proteine “spike” nella loro conformazione pre-fusione, rendendo RBD potenzialmente inaccessibile al legame con il recettore. È quindi cruciale che i nanocorpi riescano a legare la subunità S1 quando si trova in questo stato, poiché una volta che S2 va incontro a un cambio conformazionale la particella virale è in grado di fondersi con la membrana della cellula umana, rilasciando al suo interno il materiale genetico.

La tecnica consiste nel clonare, esprimere e purificare le proteine S di SARS-CoV-2 in modo che presentino mutazioni in grado di stabilizzare lo stato pre-fusione di RBD in maniera stabile. Successivamente, dalle librerie di sybodies, vengono selezionati  (tramite un round di “ribosomal display” e due round di “phage display”) e identificati (ELISA e qPCR) quelli che si legano alle proteine S con maggiore affinità (Zimmermann et al., 2020). Un La sequenza dei sybodies viene quindi trasferita in diversi vettori di espressione, senza dover essere amplificati tramite PCR.

Tale protocollo, dettagliatamente illustrato nel lavoro, ha permesso agli autori di identificare e selezionare in maniera “non ambigua” 63 sybodies che riconoscono la proteina spike wild-type di SARS-COV-2, le cui sequenze sono state gentilmente fornite nell’articolo in questione. Lo screening del pool identificato di sybodies contro la proteina spike con RBD mutato per stabilizzare lo stato pre-fusione in modo stabile è in corso. Questa rapida piattaforma di selezione in vitro di nanocorpi sintetici può pertanto costituire un valido mezzo nel mettere a punto strumenti profilattici (farmaco inalabile), terapeutici e diagnostici nella battaglia contro COVID-19. Sebbene la loro caratterizzazione sia ancora in corso, gli autori si augurano che le sequenze messe a disposizione possano, tramite un lavoro sinergico del mondo scientifico, accelerare o contribuire a questo scopo.

Bibliografia:

Iwan Zimmermann, Pascal Egloff, Cedric A. J. Hutter, Benedikt T. Kuhn, Philipp Bräuer, Simon Newstead, Roger J. P. Dawson, Eric R. Geertsma & Markus A. Seeger. Generation of synthetic nanobodies against delicate proteins. Nature Protocols, April 08, 2020

Iwan Zimmermann, Pascal Egloff, Cedric AJ Hutter, Fabian M Arnold, Peter Stohler, Nicolas Bocquet, Melanie N Hug, Sylwia Huber, Martin Siegrist, Lisa Hetemann, Jennifer Gera, Samira Gmür, Peter Spies, Daniel Gygax, Eric R Geertsma , Roger JP Dawson, Markus A Seeger. Synthetic single domain antibodies for the conformational trapping of membrane proteins. Elife, 2018. 7.

Serge Muyldermans. Nanobodies: natural single-domain antibodies. Annu Rev Biochem, 2013. 82: p. 775-97.


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