发布日期：2022-09-08
狙击新冠变异｜水木未来CryoEM发力病毒抗体表位解析
狙击新冠变异｜水木未来CryoEM发力病毒抗体表位解析
发布日期：2021-01-29 17:10
2020年12月18日，南非检测到一种新冠病毒突变株——501Y.V2变体，该突变株在刺突蛋白（Spike glycoprotein，S蛋白）受体结合域（Receptor-binding domain，RBD）中发生K417N、E484K、N501Y三个关键突变，目前南非突变株已经传播至20个国家，这是继英国出现新冠病毒变异株之后又一吸引全世界关注的新冠病毒变异株。人们不由得担忧，病毒变异出现免疫逃逸，现有的疫苗和治疗性中和性抗体还有效吗？
2021年1月19日，美国洛克菲勒大学分子免疫学实验室在预印本网站bioRxiv提交题为“mRNA vaccine-elicited antibodies to SARS-CoV-2 and circulating variants”的研究论文[1]，研究表明新冠疫苗对南非突变株——501Y.V2变体的防护能力可能有所下降，为了避免选择和逃逸，抗体疗法应由靶向非重叠表位的抗体组合组成。2021年1月4日，在预印本网站bioRixv提交的名为“SARS-CoV-2 501Y.V2 escapes neutralization by South African COVID-19 donor plasma”的研究成果[2]，对十二种I类抗体结构的分析表明，它们的表位集中在S蛋白残基K417上，这是501Y.V2突变株RBD中的三个突变之一，表明501Y.V2突变体可逃脱针对RBD表位的单克隆抗体，并且对该突变体恢复期患者血浆/血清表现出高水平的抵抗力。
这些研究结果都表明，治疗性中和抗体的效果也会受到突变株的影响，提醒我们要不断更新对突变株的认识，尤其是S蛋白和中和抗体的抗原-抗体结合表位的鉴定，对加快治疗性抗体研发具有重要作用。冷冻电镜单颗粒分析技术（CryoEM SPA）的持续突破为抗原-抗体表位鉴定提供了更高效的新路径。
水木未来持续关注疫情动态，不断优化S蛋白抗原-抗体冷冻电镜单颗粒技术表位解析的方法，已和百奥赛图、山东绿叶制药、北京生命科学研究所等多家机构合作，成功得到高分辨率的S蛋白抗原-抗体复合物冷冻电镜结构，特推出S蛋白抗原表位鉴定优惠活动：
案例分享
案例一：
2020年8月21日，再生元的研究团队在Science杂志发表题为“Studies in humanized mice and convalescent humans yield a SARS-CoV-2 antibody cocktail”的研究论文，发现相对于单一抗体，双抗体疗法不但起到有效的治疗作用，同时将病毒逃逸的几率降至最低。研究解析了REGN10933和REGN10987的Fab片段和 S蛋白RBD复合物的冷冻电镜（cryo-EM）结构，分辨率为3.9Å，表明两个Fab片段结合在RBD的不同表位上，这证实它们是非竞争性抗体。 REGN10933结合在RBD的顶部，与ACE2的结合位点广泛重叠。 另一方面，REGN10987的表位位于RBD的一侧，远离REGN10933表位，并且与ACE2结合位点几乎没有重叠[3]。
图1 REGN10933和REGN10987与SARS-CoV-2 RBD的复合物三维结构模型
（ A ）REGN10933-RBD-REGN10987复合物的3.9 Å冷冻电镜结构图。
（ B ）RBD为深蓝色，REGN10933重链和轻链分别是绿色和青色，REGN10987重链和轻链分别是黄色和红色
案例二：
2020年9月21日，北京生命科学研究所郑三多教授团队提交在 bioRxiv预印本上的“Cryo-EM structure of S-Trimer, a subunit vaccine candidate for COVID-19”，分别解析了新冠病毒S蛋白三聚体的野生型（WT）和突变型（MT）冷冻电镜结构。该项工作的冷冻电镜数据收集全部在水木未来电镜平台完成，WT和MT S-Trimers的Cryo-EM结构分辨率分别为3.2Å和2.6Å。结构解析结果表明这两种抗原均具有紧密闭合的构象，其结构与以前解析的全长野生型S蛋白的结构基本相同[4]。
图2 新冠病毒S蛋白三聚体的野生型（左）和突变型（右）的冷冻电镜三维结构模型
参考文献：
[1] Zijun Wang, Fabian Schmidt, Yiska Weisblum, et al. mRNA vaccine-elicited antibodies to SARS-CoV-2 and circulating variants. BioRxiv, 2020.
[2] Constantinos Kurt Wibmer，Frances Ayres，Tandile Hermanus，et al. SARS-CoV-2 501Y.V2 escapes neutralization by South African COVID-19 donor. BioRxiv, 2020.
[3] Hansen J , Baum A , Pascal K E , et al. Studies in humanized mice and convalescent humans yield a SARS-CoV-2 antibody cocktail[J]. Science, 2020, 369(6506):eabd0827.
[4] Ma J, Su D, Huang X, et al. Cryo-EM structure of S-Trimer, a subunit vaccine candidate for COVID-19[J]. BioRxiv, 2020.
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