CIENTISTAS DESCOBREM ELEMENTO CHAVE DA FORTE RESPOSTA DE ANTICORPOS AO COVID-19. (Comentado)

Uma equipe liderada por cientistas da Scripps Research descobriu uma característica molecular comum encontrada em muitos dos anticorpos humanos que neutralizam o SARS-CoV-2, o coronavírus que causa o COVID-19.

Micrografia eletrônica de varredura colorida do vírus SARS-CoV-2. Crédito: NIAID

Os cientistas, cujo estudo aparece 13 julho na  Science, dados revistos cerca de 300 anti-SARS-CoV-2 anticorpos que seus laboratórios e outros encontraram em convalescença COVID-19 pacientes ao longo dos últimos meses. Eles observaram que um subconjunto desses anticorpos é particularmente poderoso na neutralização do vírus – e esses anticorpos potentes são todos codificados, em parte, pelo mesmo gene do anticorpo IGHV3-53.

Os cientistas usaram uma ferramenta precisa, conhecida como cristalografia de raios-X, para criar dois desses anticorpos anexados ao seu local alvo no SARS-CoV-2. Os detalhes da estrutura atômica resultantes dessa interação devem ser úteis para os projetistas de vacinas, bem como para os cientistas que desejam desenvolver medicamentos antivirais direcionados para o mesmo local no SARS-CoV-2.

Pesquisas anteriores sugerem que os anticorpos codificados pelo IGHV3-53 geralmente estão presentes, pelo menos em pequenos números, no sangue de pessoas saudáveis. Os resultados, portanto, oferecem esperança de que o uso de uma vacina para aumentar os níveis desses anticorpos sempre presentes proteja adequadamente contra o vírus.

“Este tipo de anticorpo foi isolado freqüentemente em estudos com pacientes com COVID-19, e agora podemos entender a base estrutural para sua interação com o SARS-CoV-2”, diz o autor sênior do estudo, Ian Wilson, DPhil, Hansen Professor de Estruturas. Biologia e Presidente do Departamento de Biologia Estrutural e Computacional Integrativa da Scripps Research.

“Este estudo fornece uma inspiração importante para o design eficaz da vacina COVID-19”, diz o co-autor Dennis Burton, Ph.D., professor e co-presidente do Departamento de Imunologia e Microbiologia da Scripps Research.

A pesquisa foi uma colaboração envolvendo principalmente os laboratórios Wilson e Burton e o Centro de Anticorpos Neutralizadores da IAVI, baseado em pesquisa da Scripps, da IAVI, uma importante organização sem fins lucrativos de pesquisa de vacinas.

Até agora, o SARS-CoV-2 já infectou mais de 12 milhões de pessoas em todo o mundo e matou mais de 500.000, além de causar perturbações e danos socioeconômicos generalizados. O desenvolvimento de uma vacina eficaz para cessar a pandemia é atualmente a principal prioridade de saúde pública do mundo.

Embora várias vacinas em potencial já estejam em testes clínicos, os cientistas ainda não têm um entendimento completo das características moleculares que definiriam uma resposta protetora de anticorpos. No novo estudo, os cientistas deram um grande passo em direção a esse objetivo.

A equipe começou analisando 294 anticorpos neutralizantes de SARS-CoV-2 diferentes isolados do sangue de pacientes com COVID-19 nos últimos meses. Anticorpos são proteínas em forma de Y produzidas em células imunes chamadas células B. Cada célula B produz um tipo de anticorpo específico, ou clone, que é codificado por uma combinação única de genes de anticorpos na célula. Os cientistas descobriram que um gene de anticorpo chamado IGHV3-53 era o mais comum dos genes para os 294 anticorpos, codificando cerca de 10% deles.

Os cientistas também observaram que os anticorpos codificados por IGHV3-53 em seu estudo contêm uma variante invulgarmente curta da alça CDR H3, normalmente um elemento chave de ligação ao alvo. No entanto, estes anticorpos são muito potentes contra o SARS-CoV-2 quando comparados com outros anticorpos não codificados pelo IGHV3-53.

Uma resposta poderosa logo de cara

Os anticorpos IGHV3-53 tinham ainda outra propriedade, sugerindo que aumentar seus números seria um objetivo bom e viável para uma vacina SARS-CoV-2: eles pareciam ter sofrido uma mutação mínima das versões originais que circulavam, inicialmente em pequenos números no sangue de pessoas saudáveis.

Normalmente, quando ativadas por um encontro com um vírus ao qual eles se encaixam, as células B começam a proliferar e também a mutar partes de seus genes de anticorpos, a fim de gerar novas células B cujos anticorpos se ajustam melhor ao alvo viral. Quanto mais mutações forem necessárias para esse processo de “maturação por afinidade” para gerar anticorpos neutralizantes de vírus, mais difícil poderá ser induzir esse mesmo processo com uma vacina.

Felizmente, os anticorpos IGHV3-53 encontrados no estudo pareciam ter sofrido pouca ou nenhuma maturação por afinidade e ainda eram muito potentes em neutralizar o vírus – o que sugere que uma vacina pode ser capaz de induzir uma resposta protetora desses neutralizadores potentes com relativa facilidade.

“Os coronavírus existem há centenas ou milhares de anos, e pode-se imaginar que nosso sistema imunológico tenha evoluído de tal maneira que carregamos anticorpos como esses que podem dar uma resposta poderosa logo de cara”, diz Wilson.

Mapa para fabricantes de vacinas, indicador para ensaios clínicos

A equipe de Wilson usou cristalografia de raios-X de alta resolução para criar imagens de dois anticorpos IGHV3-53 diferentes ligados ao seu alvo na SARS-CoV-2. Esse alvo, conhecido como local de ligação ao receptor, é uma estrutura crucial na proteína “spike” viral que normalmente se conecta a um receptor nas células humanas para iniciar o processo de infecção celular. Muitos dos anticorpos que neutralizam o SARS-CoV-2 parecem fazê-lo bloqueando essa conexão receptor-vírus.

“Conseguimos revelar características estruturais únicas desses anticorpos codificados por IGHV3-53 – características que facilitam sua alta afinidade de ligação e sua especificidade para o local de ligação ao receptor SARS-CoV-2”, diz o co-primeiro autor Meng Yuan, Ph. D., pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório Wilson.

Os dados estruturais detalhados em escala atômica devem ser de interesse para os projetistas de vacinas e desenvolvedores de medicamentos. Além disso, dizem os pesquisadores, a identificação de anticorpos codificados por IGHV3-53 como elementos-chave da resposta imune ao COVID-19 sugere que os níveis desses anticorpos podem ser úteis como um marcador indireto de sucesso em ensaios de vacina em andamento e futuros.

Jornal Referência: Meng Yuan et al. Structural basis of a shared antibody response to SARS-CoV-2. Science  13 Jul 2020. DOI: 10.1126/science.abd2321

Fonte: MedicalXpress
.

Comentários internos

Aqui vale comentar como são produzidos os anticorpos e os elementos celulares principais do sistema imunológico. Os anticorpos são imunoglobulinas, glicoproteínas associadas a moléculas de açúcar denominadas sacarídeos. No corpo, sua principal função era garantir a defesa do organismo. Eles são produzidos pelos linfócitos.

Os linfócitos são células do sistema imunológico responsáveis por realizar esta defesa. Existem três tipos básicos dele: linfócitos T, linfócitos B e células NK.

Os linfócitos T são produzidos a partir de células progenitoras linfoides encontradas na medula óssea. Ao saírem da medula se direcionam ao timo onde as células passam pelo processo de maturação e diferenciam-se em diferentes categorias (células T helper [TCD4], T supressora e T citotóxica).

As células NK, abreviatura de Natural Killer (matadoras naturais ou TCD8), fazem parte do sistema imune inato. Essas células linfocitárias citotóxicas são capazes de distinguir células infectadas ou tumorais e atacá-las sem necessidade de estímulo. 

A linfopoiese de Linfócitos T, B e NK

Os linfócitos B são produzidos na medula óssea e lá permanecem até sua maturação. Deixam a região caindo na circulação em direção a órgãos linfoides quando estão maduras. Eles são os responsáveis por garantir a chamada imunidade humoral, ou seja, pela resposta imunológica realizada pela produção de anticorpos.

Anticorpos são glicoproteínas produzidas pelos plasmócitos a partir da diferenciação dos linfócitos B. Essas moléculas são de alta especificidade, o que significa que cada anticorpo atua apenas contra determinado invasor, chamado de antígeno, que podem ser vírus, bactérias, fungos, protozoários e vermes parasitas.

Além da produção de anticorpos, os linfócitos B atuam como células de memória imunitária. Essas células são capazes de reagir rapidamente em uma nova infecção com o mesmo antígeno. Assim sendo, elas garantem uma proteção mais rápida e eficaz.

Assim sendo, os linfócitos B apresentam diferentes formas de atuar contra um antígeno, a partir da neutralização e a opsonização. Opsonização é o nome dada a fixação de moléculas opsoninas em epitopos do antígeno, permitindo a fagocitose pelas células do sistema imune. Um epitopo é a menor porção de um antígeno com potencial para gerar uma resposta imune. É a área da molécula do antígeno que se liga aos receptores celulares e anticorpos. Ou seja, é um sítio de ligação específico que é reconhecido por um anticorpo ou por um receptor de superfície de um linfócito T.

Existem cinco classes de anticorpos nomeados em função de suas imunoglobulinas: IgM, IgG, IgA, IgD e IgE. As imunoglobulinas são formadas por uma combinação de cadeias de peptídeos leves e pesadas, sendo a maioria formada por duas cadeias leves e duas pesadas. As duas cadeias pesadas são cadeias maiores, e as duas cadeias leves são cadeias menores. Elas estão dispostas em formato que lembra a letra Y.

Cada uma das duas cadeias – seja as leves ou as pesadas – possui uma porção constante e outra chamada variável. Há uma região constante e uma região variável na cadeia leve e uma região constante e uma região variável na cadeia pesada.

A porção variável, como o nome indica, muda de um anticorpo para outro e é a porção que se liga ao antígeno.

A porção constante, por sua vez, apresenta uma sequência de aminoácidos que pouco variam de um anticorpo para outro.

Nas cinco categorias de anticorpos IgM, IgG, IgA, IgD e IgE cada letra maiúscula indica uma classe específica de anticorpos com características físico-químicas específicas. Os anticorpos IgG conferem uma categoria encontrada em maior quantidade no nosso corpo. Corresponde a cerca de 75% dos anticorpos.

A categoria IgM corresponde a anticorpos formados durante a resposta primária e são os primeiros que se formam em resposta a patógenos complexos. Os anticorpos do tipo IgA são encontrados em secreções, como saliva, lágrima e fluidos nasais. A categoria IgD constitui menos de 1% das imunoglobulinas presentes no plasma, mas são encontradas em grande quantidade na membrana do linfócito B. Por fim, o grupo IgE é encontrado em concentrações muito baixas no soro e está relacionada com processos alérgicos, sendo responsável por desencadear a liberação de enzimas e de histamina, um mediador químico que induz a ação vasodilatadora.

Quando um novo invasor, como o SARS-CoV-2, surge, alguns desses anticorpos (e suas variedades) têm a capacidade de se ligar ao vírus e desencadear uma resposta imunológica eficaz. Mas nem todos os indivíduos selecionam os mesmos anticorpos para gerar a resposta e assim, nem todos desenvolvem a mesma resposta imunológica.

A pandemia de COVID-19 é caracterizada pela ampla gama de respostas ao coronavírus. Algumas pessoas são assintomáticas, enquanto outras sofrem de sintomas graves ou mesmo fatais. Pensando nisto, 12 pacientes participaram de um estudo sobre resposta imunológica diante do SARS-CoV-2. Os resultados confirmaram que as respostas estão longe de ser uniformes. O único elemento comum compartilhado por todos os participantes foi que eles geraram anticorpos direcionados as proteínas spike que cobrem a superfície do coronavírus. Mas eles se ligaram em locais muito diferentes nessas proteínas, porque elas são grandes.

Os cientistas da Universidade de Genebra e dos Hospitais da Universidade de Genebra (HUG) identificaram três dos alvos (epítopos lineares) mais frequentemente selecionados pelos anticorpos de um grupo de pacientes que tiveram COVID-19. Dois destes epítopos correspondem a sítios de ligação essenciais para proteínas especiais (proteases), que permitem ao coronavírus se fundir com a membrana celular e liberar seu material genético dentro da célula.

Localização dos três locais de ligação dominantes de anticorpos humanos no coronavírus responsável por COVID-19. Crédito: UNIGE. Fonte: MedicalXPress

No texto acima vimos que uma equipe liderada por cientistas da Scripps Research caracterizou 294 anticorpos que apareceram como resposta contra SARS-CoV-2 retirados de pacientes em recuperação de COVID-19 e descobriu que um subconjunto desses anticorpos é particularmente poderoso para neutralizar o vírus – a variável pesada de imunoglobulina 3-53 (IgHV3-53) representada pelo gene IGHV.

A distribuição do uso do gene IGHV é mostrada para um total de 294 anticorpos direcionados a RBD.

A equipe também estudou as estruturas cristalinas de dois anticorpos IgHV3-53 ligados a porção RBD da proteína spike. Eles estudaram e compararam duas variedades do IgHV3-53 que se ligam a estrutura da proteína spike que é responsável por permitir a invasão do vírus na célula.

Muitos anticorpos anti-SARS-CoV-2 são produzidos por um gene de anticorpo comum. A cristalografia de raios-X revelou como características específicas desses anticorpos (dois dos quais estão representados aqui em amarelo e laranja, anexados a proteína spike do vírus) permitem o reconhecimento potente da proteína spike do vírus. Gráfico de Meng Yuan, Hejun Liu e Nicholas Wu no laboratório Wilson.

Esse alvo, conhecido como local de ligação ao receptor, é uma estrutura crucial na proteína spike pois age como um “abridor de latas” molecular que permite a infecção viral nas células humanas.

Muitos dos anticorpos que neutralizam o SARS-CoV-2 parecem fazê-lo bloqueando esse conector vírus-receptor.

A esquerda o SARS-CoV-2 e suas estruturas. A direita a atuação de anticorpos impedindo a proteina spike de se conectar na proteína ACE2 da membrana celular humana Fonte: NewsLab


O grupo identificou as características que levou os anticorpos a serem tão eficazes na ligação e tão potentes. Os pesquisadores explicaram que essas características são o que os torna promissores para o projeto de vacinas, e que sua visão detalhada dos anticorpos neutralizantes IgHV3-53 deve facilitar o projeto de antígenos vacinais que induzem esse tipo de resposta de anticorpos neutralizantes.

Os anticorpos IgHV3-53 foram encontrados em 7 de 12 estudos e em 17 de 32 amostras de pacientes COVID-19.

Os anticorpos IgHV3-53 tinham ainda outra propriedade sugerindo que aumentar seus números seria um objetivo bom e viável para uma vacina contra SARS-CoV-2: eles pareciam ter sofrido maturação mínima em relação às versões originais que estariam circulando, inicialmente em pequenos números, no sangue de pessoas saudáveis.

Quanto mais maduro os anticorpos neutralizantes de vírus, mais difícil pode ser induzir esse mesmo processo com uma vacina.

Para entender as características moleculares do IgHV3-53 com propriedades favoráveis para o reconhecimento de RBD, o estudo estabeleceu as estruturas cristalinas de duas categorias do anticorpo neutralizante IgHV3-53 que são denominadas como CC12.1 e CC12.3 no complexo da estrutura RBD do SARS-CoV-2, como podemos ver abaixo:

De B a D vemos estruturas das cadeias leves e pesadas de CC12.1 no complexo com RBD de SARS-CoV-2, de CC12.3 com o complexo RBD de SARS-CoV-2 e a proteína ACE2 humano associada ao sítio RBD de SARS-CoV-2.

As categorias CC12.1 e CC12.3 do anticorpo IgHV3-53 foram previamente isolados de um paciente infectado com SARS-CoV-2 e mostraram ser específicos para o RBD.  Elas são clonotipos diferentes, mas são codificados pelo mesmo gene (IGHV) comum da linhagem germinativa.

Os anticorpos do tipo CC12.1 adquiriram apenas quatro alterações de aminoácidos (mutações somáticas) durante a maturação de afinidade da sequência de anticorpo da linha germinativa original. Da mesma forma, o tipo CC12.3 também é minimamente mutado somaticamente, com três alterações de aminoácidos em IGHV e uma única deleção de aminoácidos. Ambos se ligam a um epitopo semelhante, RDB, que se sobrepõe ao sítio de ligação de ACE2 na membrana celular.

Com este estudo, os pesquisadores também descobriram que muitos dos resíduos de epitopo não são conservados entre SARS-CoV-2 e SARS-CoV, explicando sua falta de reatividade cruzada. Indicando que são diferentes o suficiente para que a atuação de um anticorpo para a SARS não tornaria o individua imunizado para SARS-CoV-2.

Victor Rossetti

Palavras chave: NetNature, Rossetti, Coronavirus, SARS-CoV-2, RBD, Proteína Spike, Anticorpos, Linfócitos B, Sistema imunológico, Resposta Imunológica, IgHV3-53.

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Foto do Google

Você está comentando utilizando sua conta Google. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s