I ricercatori del National Institutes of Health hanno identificato anticorpi mirati a una regione difficile da individuare del virus dell’influenza, facendo luce sul “lato oscuro” relativamente inesplorato della testa della proteina neuraminidasi (NA). Gli anticorpi prendono di mira una regione della proteina NA che è comune a molti virus, compresi i virus del sottotipo H3N2, e potrebbero essere un nuovo bersaglio per le contromisure.
La ricerca, condotta da scienziati del Centro di ricerca sui vaccini dell’Istituto nazionale per le allergie e le malattie infettive, parte del NIH, è stata pubblicata su Immunity.
Nuove scoperte sull’influenza
L’influenza attacca ogni anno milioni di persone in tutto il mondo e può portare a malattie gravi e alla morte. Sebbene la vaccinazione riduca il peso della malattia, ogni stagione sono necessari vaccini aggiornati per fornire protezione contro i numerosi ceppi e sottotipi del virus in rapida evoluzione.
I vaccini che forniscono protezione contro un’ampia gamma di virus potrebbero prevenire epidemie di virus i nuovi e riemergenti senza la necessità di riformulazione o vaccinazioni annuali del vaccino .
Un modo per migliorare i vaccini e altre contromisure è identificare nuovi bersagli sulle proteine superficiali del virus in regioni “conservate”, porzioni che tendono a rimanere relativamente invariate tra i diversi ceppi del virus. L’NA è una proteina di superficie contenente una porzione globulare della testa e una porzione stretta del gambo.
La parte inferiore della testa della NA contiene una regione altamente conservata con bersagli per gli anticorpi , noti come epitopi, che la rendono vulnerabile al legame degli anticorpi e all’inibizione del virus, oltre a non essere condizionata dalle mutazioni comuni nei ceppi resistenti ai farmaci. Questa regione è chiamata il “lato oscuro” a causa della sua posizione parzialmente nascosta e delle caratteristiche relativamente inesplorate.
I ricercatori hanno isolato anticorpi umani che prendono di mira il lato oscuro NA dal sangue di due persone che si erano riprese dal sottotipo H3N2 dell’influenza di tipo A, un sottotipo importante dei virus dell’influenza stagionale. Nei test di laboratorio , gli anticorpi hanno inibito la propagazione dei virus del sottotipo H2N2, il sottotipo che causò l’influenza pandemica nel 1957-58, e dei virus H3N2 negli esseri umani, nei suini e negli uccelli.
Gli anticorpi hanno inoltre protetto i topi dall’infezione letale da parte del virus del sottotipo H3N2 quando somministrati agli animali un giorno prima o due giorni dopo l’infezione, dimostrando che l’anticorpo può trattare e prevenire in questo modello.
Gli scienziati hanno analizzato la struttura di due anticorpi mentre erano legati all’NA utilizzando tecniche di microscopia avanzate note come microscopia elettronica criogenica. Ciascun anticorpo ha preso di mira regioni diverse e non sovrapposte del lato oscuro, dimostrando che questa regione ha più aree che potrebbero essere utili da esplorare per lo sviluppo di contromisure.
Questi risultati mostrano che il lato oscuro della NA ha epitopi unici, precedentemente non sfruttati, che potrebbero essere applicati allo sviluppo di nuovi vaccini e strategie terapeutiche. Suggeriscono che gli anticorpi mirati al lato oscuro della NA potrebbero essere utili in combinazione con antivirali o altri tipi di anticorpi, poiché sono efficaci contro i virus con mutazioni resistenti ai farmaci.
I ricercatori notano inoltre che gli obiettivi del lato oscuro della NA potrebbero essere inclusi nella prossima generazione di vaccini ampiamente protettivi contro l’influenza.
Anticorpo umano rivela la vulnerabilità nascosta nel virus dell’influenza
Un team ha scoperto e caratterizzato la struttura di un anticorpo umano presente in natura che riconosce e distrugge una porzione della proteina emoagglutinina (HA) utilizzata dal virus per entrare e infettare le cellule. I ricercatori hanno determinato che l’anticorpo, FluA-20, si lega strettamente a un’area sulla testa globulare della proteina HA che è accessibile solo per brevissimo tempo all’attacco degli anticorpi. Non si prevedeva che il sito fosse vulnerabile a un simile sciopero.
James E. Crowe, Jr., MD, del Vanderbilt University Medical Center, Nashville, Tennessee, e Ian A. Wilson, D. Phil., dello Scripps Research Institute, San Diego, California, hanno guidato il team. Hanno isolato l’anticorpo FluA-20 da una persona che aveva ricevuto molte vaccinazioni contro l’influenza.
In una serie di esperimenti, hanno dimostrato che l’influenza A-20 può “raggiungere” una parte altrimenti inaccessibile della molecola del trimero HA in tre parti e provocarne la disgregazione, prevenendo così la diffusione del virus da una cellula all’altra.
Questa scoperta è stata una sorpresa perché si pensava che questa regione dell’HA trimerico fosse stabile e inaccessibile agli anticorpi. Inoltre, questa regione, a differenza del resto della testa dell’HA, varia poco da ceppo a ceppo. In teoria, le terapie basate su anticorpi dirette verso quella precisa regione sarebbero efficaci contro molti ceppi del virus dell’influenza A.
Allo stesso modo, i vaccini progettati per suscitare anticorpi contro questo bersaglio potrebbero fornire una protezione duratura contro qualsiasi ceppo influenzale, eliminando potenzialmente la necessità di vaccinazione annuale contro l’influenza stagionale.
Negli studi sui topi, l’influenza A-20 ha prevenuto infezioni o malattie quando gli animali erano esposti a quattro diversi sottotipi virali dell’influenza A che causano malattie negli esseri umani. Due virus utilizzati negli esperimenti, H1N1 e H5N1, sono sottotipi influenzali del Gruppo 1, mentre gli altri due, H3N2 e H7N9, sono membri del Gruppo 2.
Gli attuali vaccini antinfluenzali devono contenere componenti virali di entrambi i sottotipi per suscitare anticorpi corrispondenti. Un singolo vaccino in grado di generare potenti anticorpi contro i membri di entrambi i gruppi potrebbe fornire un’ampia protezione pluriennale contro l’influenza.
Progettare anticorpi per combattere l’influenza
Il virus dell’influenza rappresenta una minaccia annuale per la salute pubblica in tutto il mondo. I rapidi cambiamenti nelle proteine di superficie virale (antigeni), tuttavia, rendono difficile identificare anticorpi con attività ampiamente neutralizzante contro diversi sottotipi.
In un rapporto pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences , James Crowe Jr., MD, Jens Meiler, Ph.D., e colleghi descrivono come hanno sviluppato e applicato un metodo computazionale per riprogettare un anticorpo anti-influenza, C05, contro un grande pannello contenente fino a 500 antigeni stagionali del sottotipo influenzale H1.
Gli anticorpi riprogettati avevano un’affinità aumentata di circa cinque volte contro un ceppo di influenza e un legame ora rilevabile con un altro ceppo, pur mantenendo un legame ad alta affinità con gli antigeni precedentemente mirati nel pannello.
I ricercatori hanno affermato che il loro lavoro dimostra che la progettazione computazionale può migliorare la capacità degli anticorpi naturali di riconoscere diversi ceppi virali. Il C05, ad esempio, è un anticorpo clinicamente rilevante che potrebbe accelerare lo sviluppo di terapie e vaccini antinfluenzali più efficaci.
ricercatori del National Institutes of Health hanno scoperto che gli anticorpi che potrebbero costituire la base di un vaccino antinfluenzale universale inibiscono una seconda proteina virale oltre a quella a cui si legano. Lo studio rivela che gli anticorpi che riconoscono la proteina virale di superficie emoagglutinina possono anche inibire la neuraminidasi virale e che ciò migliora la neutralizzazione degli anticorpi del virus e l’attivazione delle cellule immunitarie innate con anti -attività virale.
L’emoagglutinina e la neuraminidasi sono proteine yin-yang presenti sulla superficie del virus dell’influenza. Il primo media l’attaccamento del virione e la fusione con le membrane della cellula ospite, mentre il secondo è un enzima che rilascia virioni della progenie gemmante dalla superficie cellulare che rimangono attaccati tramite il legame dell’emoagglutinina.
L’emoagglutinina è costituita da un dominio della testa che contiene il sito di legame del recettore che si attacca alle membrane della cellula ospite e da un dominio staminale che collega la testa alla membrana del virione. Gli attuali vaccini antinfluenzali inducono anticorpi che riconoscono la testa dell’emoagglutinina e inibiscono la sua capacità di mediare l’ingresso virale. Ma la testa dell’emoagglutinina subisce una rapida mutazione per sfuggire agli anticorpi esistenti. Ciò genera ogni anno ceppi resistenti al vaccino del virus dell’influenza, rendendo necessaria la folle corsa annuale per creare un vaccino abbinato.
Il dominio staminale dell’emoagglutinina, al contrario, è molto più resistente alle mutazioni, fornendo un bersaglio per i vaccini antinfluenzali universali, come è stato dimostrato da dozzine di studi su modelli animali.
“Gli anticorpi specifici per il gambo dell’emoagglutinina sono forse l’approccio più promettente per migliorare la durata e l’efficacia della vaccinazione antinfluenzale”, scrivono gli autori dello studio, guidato da Jonathan W. Yewdell, ricercatore senior presso il National Institute of Allergy and Infectious Malattie, Istituto Nazionale di Sanità. “È quindi fondamentale comprendere meglio come gli anticorpi anti-staminali forniscano protezione dal virus”.
Gli anticorpi leganti lo stelo possono bloccare l’ingresso virale nelle cellule ospiti inibendo l’attività di fusione cellulare dell’emoagglutinina, ma come riporta il laboratorio di Yewdell, inibiscono anche il rilascio di virioni appena replicati bloccando le molecole di neuraminidasi in prossimità dell’emoagglutinina sul virione.
Esperimenti sui topi hanno confermato che la capacità degli anticorpi anti-staminali di inibire la neuraminidasi ha consentito agli animali di sopravvivere meglio a una grave infezione influenzale. Yewdell e colleghi ritengono che questo effetto possa essere in gran parte dovuto al ruolo che la neuraminidasi normalmente svolge nel prevenire l’attivazione delle cellule immunitarie innate con attività antivirale. A sostegno di questa idea, i ricercatori hanno scoperto che l’oseltamivir (Tamiflu), inibitore della neuraminidasi approvato dalla FDA, ha ulteriormente potenziato la capacità degli anticorpi anti-staminali di attivare le cellule immunitarie esposte al virus dell’influenza.
“La capacità degli inibitori della neuraminidasi di migliorare… l’attivazione delle cellule immunitarie [da parte di anticorpi anti-staminali] legate a virus o cellule infette suggerisce la possibile sinergia clinica tra gli inibitori della neuraminidasi e [gli anticorpi anti-staminali] negli esseri umani”, scrivono gli autori. Inoltre, questa nuova comprensione di come gli anticorpi anti-staminali esercitano i loro effetti protettivi dovrebbe aiutare la progettazione di vaccini antinfluenzali universali mirati al dominio staminale dell’emoagglutinina.
Come l’influenza può infettare le cellule
Gli scienziati del Fred Hutchinson Cancer Research Center hanno scoperto un meccanismo attraverso il quale l’influenza può infettare le cellule. Una scoperta che alla fine potrebbe avere implicazioni per l’immunità.
I virus dell’influenza hanno due proteine principali sulla loro superficie che consentono loro di fare il lavoro sporco: una proteina chiamata emoagglutinina consente ai virus di infettare le cellule, mentre una proteina chiamata neuraminidasi consente ai virus di fuggire dalle cellule.
Ora, in un articolo pubblicato online prima del numero cartaceo di dicembre del Journal of Virology , Jesse Bloom, Ph.D., biologo evoluzionista e membro assistente della Fred Hutch Basic Sciences Division, e Kathryn Hooper, assistente ricercatrice laureata nel Bloom Lab, descrivono la scoperta di un virus influenzale che utilizza invece la neuraminidasi per attaccarsi alle cellule.
I ricercatori hanno scoperto il nuovo meccanismo di infezione dopo aver mutato l’emoagglutinina di un ceppo influenzale adattato in laboratorio in modo che non potesse più attaccarsi alle cellule.
“Ci aspettavamo che i virus con l’emoagglutinina mutata non sarebbero stati in grado di infettare le cellule”, ha detto Bloom, che è anche biologo computazionale e membro assistente della divisione di scienze della salute pubblica di Fred Hutch.
“Quindi siamo rimasti sorpresi quando un virus con questa emoagglutinina ha iniziato a crescere. Siamo rimasti ancora più sorpresi quando abbiamo sequenziato il virus e abbiamo scoperto che aveva evoluto una mutazione nella neuraminidasi”.
Hooper iniziò a caratterizzare dettagliatamente il nuovo virus . Ha scoperto che la mutazione permetteva alla neuraminidasi di attaccare il virus alle cellule. La capacità dell’emoagglutinina di legarsi alle cellule – a lungo considerata una delle proprietà più importanti e conservate della proteina – non era più necessaria per l’infezione.
Cosa significa questa scoperta per l’influenza negli esseri umani? Questa rimane una questione aperta, ma Bloom e Hooper hanno già dimostrato che la mutazione della neuraminidasi da loro scoperta è presente in alcuni isolati umani di influenza.
“Questa non era una mutazione che ci aspettavamo di trovare in laboratorio, per non parlare dei virus che hanno infettato gli esseri umani negli ultimi anni”, ha detto Hooper. “Ciò suggerisce che in natura circola un’influenza che potrebbe infettare le cellule attraverso un meccanismo che è stato trascurato da altri nel campo.”
I ricercatori stanno ora caratterizzando attentamente gli isolati dell’influenza umana che presentano la mutazione. Stanno anche cercando altre mutazioni che consentano alla neuraminidasi di attaccare i virus alle cellule.
Dicono che esiste la possibilità che questo tipo di mutazioni possano avere implicazioni per l’immunità contro l’influenza , poiché potrebbero consentire al virus di sfuggire agli anticorpi che bloccano il legame dell’emoagglutinina alle cellule.
