MPER特异性人广谱中和抗体LN01广谱中和HIV-1的结构基础

Structural Basis for Broad HIV-1 Neutralization by the MPER-Specific Human Broadly Neutralizing Antibody LN01.

作者信息Dora Pinto, Craig Fenwick, Christophe Caillat, Chiara Silacci, Serafima Guseva, François Dehez, Christophe Chipot, Sonia Barbieri, Andrea Minola, David Jarrossay, Georgia D Tomaras, Xiaoying Shen, Agostino Riva, Maciej Tarkowski, Olivier Schwartz, Timothée Bruel, Jérémy Dufloo, Michael S Seaman, David C Montefiori, Antonio Lanzavecchia, Davide Corti, Giuseppe Pantaleo, Winfried Weissenhorn
PMID31653484
发布时间2019-11-13
DOI10.1016/j.chom.2019.09.016

实验完整度

高

包含假病毒中和、ADCC/CDC功能验证、抗原表位定位、晶体结构解析及分子动力学模拟等多个独立层级。

主要模型

TZM-bl细胞系(假病毒中和实验) CEM-NKR-CCR5与Raji-Env细胞(ADCC/CDC实验) HIV-1假病毒面板(118株及全球参考株) huFcRn转基因小鼠(药代动力学)

重点核对

LN01对118株HIV-1假病毒面板的中和广度(92%)及IC50/IC80 HIV-2/HIV-1 MPER嵌合假病毒7312A.C4与7312A.C6的中和差异 COT6.15 MPER突变体(F673A、D674A、D674S、W672A)对LN01中和活性的影响 LN01与MPER-TM1/MPER-TM2的SPR和BLI结合亲和力(Kd) LN01-MPER-TM1、LN01-MPER-TM1-PS及LN01-MPER-TM2复合物晶体结构分辨率(3.2 Å、3.1 Å、3.9 Å)

摘要

gp41膜近端外部区域(MPER)是HIV-1 Env的高度保守区域。Pinto等人表征了广谱中和抗MPER单克隆抗体LN01,其表现出低自身反应性。LN01与包含MPER、跨膜区和脂质的复合表位相互作用,为疫苗设计提供见解。

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
LN01如何识别HIV-1 gp41 MPER并介导广谱中和,其结构与分子机制为何?
核心机制
LN01同时结合MPER与TM形成的连续螺旋表位,并通过HCDR3插入膜及两个脂质结合位点与膜脂质相互作用;MPER螺旋以约25°倾斜的TM方向使Fab同时接触肽表位和膜。
主要证据
从精英控制者淋巴结GC B细胞分离LN01;LN01中和92%的118株假病毒面板;HIV-2嵌合病毒和MPER突变体定位表位;SPR/BLI显示MPER-TM2结合亲和力(Kd 13.0 nM)高于MPER-TM1;晶体结构与MD模拟揭示MPER-TM连续螺旋、膜倾斜方向及脂质结合位点。
研究意义
LN01的多数关键表位和脂质结合残基由种系基因编码,支持将LN01表位作为谱系疫苗开发候选;MPER免疫原需连接天然Env跨膜区并嵌入膜中。

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

从患者样本分离并鉴定LN01

从精英控制者淋巴结中分离能广谱中和HIV-1的B细胞克隆

分离淋巴结单核细胞,分选IgG记忆B细胞和IgG GC B细胞,EBV永生化后与MSC共培养并加入刺激物,筛选培养上清中和活性,克隆VH/VL并表达为重组IgG1。

2

LN01中和广度与效力评估

验证LN01对多株HIV-1假病毒的中和广度与效力

用TZM-bl细胞微量中和实验检测LN01对全球参考株面板和118株假病毒面板的中和活性,计算IC50和IC80。

3

体细胞突变对中和活性的作用

确定LN01体细胞突变对中和活性的贡献

构建九种FR和CDR区回复种系的LN01变体,比较其与全突变LN01的中和活性及与MPER-TM2的结合。

4

LN01自身反应性与药代动力学

评估LN01的自身反应性和体内药代动力学特征

检测LN01与HEp-2细胞和心磷脂的结合,并在huFcRn转基因小鼠中静脉注射LN01后监测血清浓度。

5

表位特异性定位

确定LN01识别的gp41区域及关键残基

使用HIV-2/HIV-1 MPER嵌合假病毒、COT6.15 MPER突变体、肽微阵列及MPER-TM1/MPER-TM2肽段结合实验定位LN01表位。

6

LN01-MPER-TM复合物结构解析

揭示LN01识别MPER、TM和脂质的结构基础

解析LN01与MPER-TM1、MPER-TM1加06:0 PS及MPER-TM2的晶体结构,分析相互作用界面和脂质结合位点。

7

分子动力学模拟膜中TM构象

研究TM在脂双层中的取向、倾斜角及直/弯构象转变

将LN01-MPER-TM2复合物或单独TM嵌入模拟病毒脂质组成的双层中,进行平衡MD模拟和MW-ABF自由能计算。

8

Fc效应功能评估

检测LN01介导ADCC和CDC杀伤HIV-1感染细胞的能力

用HIV-1感染的CEM-NKR-CCR5细胞与NK细胞共培养检测ADCC,用Raji-YU2 Env细胞加人血清检测CDC。

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
PE-Cy7小鼠抗人CD19抗体BD Biosciences341113_clone SJ25-C1
APC抗人CD38抗体BD Pharmingen555462_clone HIT2
BV650抗人CD27抗体BioLegend302827_clone O323
CpG 2006Microsynth--
人重组IL-6BD Pharmingen550071
人重组IL-21ImmunoTools11340215
Ni-NTA琼脂糖Qiagen30210
Fos-Choline-12anatraceF308
正辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷anatraceO311
PEG3350Sigma-Aldrich88276
PEG8000Sigma-Aldrich89510
06:0磷脂酰丝氨酸Avanti Polar Lipids840030
ImmunoWELL心磷脂(IgG)检测试剂盒GenBio3090
Pierce Rapid Gold BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher ScientificA53225PR
NK细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-092-657
LIVE/DEAD可固定Aqua死细胞染色试剂盒InvitrogenL34965
ANA HEp-2检测系统Zeus ScientificFA2400
EZ-Link NHS-PEG4生物素化试剂盒Thermo Scientific21455

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
HIV-1假病毒中和实验
TZM-bl细胞接种密度、病毒与抗体预孵育时间、感染后检测时间、IC50/IC80计算方式
阅读提示:STAR Methods中Neutralization Assays小节及Figure 1C、Figure 3A图注
表位定位
嵌合病毒构建的MPER替换残基、COT6.15突变体类型、肽微阵列肽段设计
阅读提示:Results中LN01 Epitope Specificity and Binding小节及Figure 4、Figure S4图注
晶体结构解析
复合物组成、结晶条件、空间群、分辨率及R/Rfree统计
阅读提示:STAR Methods中Crystallization, Data Collection and Structure Determination小节及Table S2
分子动力学模拟
脂双层组成与数量、水分子数、离子浓度、温度、模拟时长、力场参数
阅读提示:STAR Methods中Molecular Dynamics (MD) Simulation小节
ADCC与CDC实验
抗体浓度、效靶比、孵育时间、靶细胞株、NK细胞来源及统计检验方法
阅读提示:STAR Methods中ADCC Assay和Complement-dependent Cytotoxicity Assay小节及Figure 3C、3D图注