连接区和体细胞高频突变诱导的CX4C基序对人多发性中和抗体识别HCV E2上高度保守表位至关重要

Junctional and somatic hypermutation-induced CX4C motif is critical for the recognition of a highly conserved epitope on HCV E2 by a human broadly neutralizing antibody

作者信息Chunyan Yi, Jing Xia, Lan He, Zhiyang Ling, Xuesong Wang, Yu Yan, Jiangjun Wang, Xinhao Zhao, Weiguo Fan, Xiaoyu Sun, Ronghua Zhang, Sheng Ye, Rongguang Zhang, Yongfen Xu, Liyan Ma, Yaguang Zhang, Honglin Zhou, Zhong Huang, Junqi Niu, Gang Long, Junxia Lu, Jin Zhong, Bing Sun
PMID32235917
发布时间2021-03
DOI10.1038/s41423-020-0403-1

实验完整度

包含体外结合、中和实验、表位作图和功能验证、突变分析、胚系抗体重建以及体内病毒实验等多个独立证据层级。

主要模型

Huh7.5.1细胞 HCVcc病毒株 HEK293T细胞 患者来源的B细胞

重点核对

CX4C基序中的C104和C109突变对8D6中和活性和结合的影响 N448糖基化位点对8D6识别E2的作用 8D6 iGL对PR79L9株的特异性中和

摘要

诱导结合病毒包膜糖蛋白的广谱中和单克隆抗体(bNAbs)是丙型肝炎病毒(HCV)疫苗研究的主要目标。在自然感染中产生的bNAbs的研究对此至关重要。我们生成了一种人类抗体8D6,识别从慢性丙型肝炎患者中分离的HCV E2蛋白。该抗体具有广谱中和活性,覆盖了细胞培养来源的HCV病毒粒子(HCVcc)的泛基因型 panel。功能和表位分析表明,8D6通过靶向E2上的高度保守表位来阻断E2与CD81之间的相互作用。我们描述了8D6谱系如何通过体细胞高频突变进化以实现广谱中和。我们发现,CDRH3中V(D)J重组产生的连接区和体细胞高频突变诱导的二硫键(C-C)基序对于8D6的广谱中和及结合活性至关重要。该基序在一系列广谱中和HCV抗体中是保守的,表明存在共同的结合模型。接下来,重建了8D6推断的胚系(iGL),并测试了其结合亲和力和中和活性。有趣的是,8D6 iGL对1b基因型PR79L9株介导了相对较强的抑制,这表明PR79L9可能作为一种潜在的自然病毒株,其E2序列可诱导bNAbs。总体而言,我们对HCV E2特异性mAb 8D6的详细表位作图和遗传学研究进一步细化了E2上的抗原位点,并揭示了一种产生功能性CDRH3的新机制,而其iGL可作为探针来识别潜在的HCV疫苗株。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
如何从自然感染中产生针对HCV E2的广谱中和抗体,并确定关键的表位和遗传机制?
核心机制
8D6通过CDRH3中的CX4C二硫键基序(由V(D)J重组和体细胞突变产生)靶向E2上高度保守表位,阻断E2-CD81相互作用,实现广谱中和。
主要证据
通过单B细胞技术分离8D6,ELISA和中和实验证实其广谱性,表位作图和丙氨酸扫描鉴定关键残基,突变分析验证CX4C基序的功能,iGL重建显示PR79L9的敏感性。
研究意义
揭示了广谱中和抗体的新机制,8D6 iGL可作为探针筛选疫苗株,为HCV疫苗设计提供理论基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

抗体分离与筛选

从慢性丙肝患者中分离出特异性结合E2并具有广谱中和活性的单克隆抗体

从患者外周血中分选E2特异性记忆B细胞,单细胞RT-PCR扩增抗体基因,构建重组抗体,筛选结合和中和活性最佳的抗体8D6

2

结合和中和活性检测

评估8D6与不同基因型E2的结合能力及对多种HCVcc的中和效力

ELISA检测8D6与来自基因型1-6的可溶性E2的结合,中和实验检测对12种HCVcc及临床分离株的中和活性

3

中和机制分析

探究8D6抑制HCV进入的机制,特别是对E2-CD81相互作用的阻断

通过时间依赖性中和实验确定8D6作用于病毒附着阶段,ELISA检测8D6对E2-CD81结合的阻断

4

表位作图

定位8D6在E2上的结合表位,并比较与其他bNAbs的表位差异

竞争ELISA、丙氨酸扫描诱变、HVR缺失突变体结合分析、糖基化突变体分析、HADDOCK对接

5

抗体遗传分析

分析8D6的胚系基因和体细胞突变,确定关键突变对功能的影响

序列分析确定VH7-4-1*02和VL1-39*01基因,构建胚系回复突变体,定点突变分析CDRH3中的CX4C基序

6

iGL功能验证和疫苗株筛选

评估8D6 iGL的结合和中和活性,筛选对iGL敏感的病毒株作为潜在疫苗株

重组表达8D6 iGL抗体,检测其对HCVcc的中和活性及与可溶性E2的结合,发现PR79L9株敏感

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清----
ExpiCHO-S细胞Invitrogen--
ExpiCHO表达培养基Invitrogen--
Lympholyte-H密度梯度分离液GE--
His Trap Excel柱GE--
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素Thermo Fisher Scientific--
KOD-Plus诱变试剂盒TOYOBO--
GenePulser电穿孔系统Bio-Rad--
Olympus IX53共聚焦显微镜Olympus--
Octet Red仪器ForteBio--
HRP偶联抗6xHis单抗Pierce--
HRP偶联山羊抗人Fc抗体Sigma--
HRP偶联山羊抗小鼠IgGInvitrogen--
HRP偶联抗His标签单抗Proteintech--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
抗体分离
患者样本来源、单B细胞分选门控策略、扩增引物
阅读提示:Materials and methods: Isolation of monoclonal antibodies
结合和中和实验
E2蛋白浓度、抗体浓度梯度、病毒株种类、细胞接种密度、孵育时间
阅读提示:Materials and methods: Neutralization assay, ELISA
表位作图
丙氨酸突变体列表、参考抗体浓度、竞争实验条件
阅读提示:Materials and methods: HCV E2 truncation and site-directed mutagenesis
突变体功能验证
突变体种类(C104A、C109A等)、中和实验浓度范围
阅读提示:Figure 4 and Supplementary Figure 11
iGL重建和筛选
胚系序列来源、重组抗体表达系统、中和病毒panel
阅读提示:Materials and methods: Germline antibody design and antibody engineering