受容体結合ドメインとN末端ドメイン中和抗体の組み合わせにより、SARS-COV-2スパイク中和エスケープ変異体の生成が制限されます

緊急使用のためにFDAによって承認されたものを含む、最も既知のSARS-COV-2中和抗体（NAB）は、スパイクタンパク質の受容体結合ドメイン（RBD）を標的とすることによりウイルス感染を阻害します。RBDまたはSの他の領域に変異を運ぶ懸念のバリエーション（VOC）は、中和を回避することにより、多くのNABとワクチンの有効性を低下させます。したがって、耐性の影響を受けにくい治療法は緊急に必要です。ここでは、Covid-19回復中のドナーのメモリB細胞レパートリーを特徴づけ、RBDおよび非RBD NABを分析しました。非RBDターゲティングNABの多くは、N末端ドメイン（NTD）に固有であることがわかりました。本物のSARS-COV-2とSARS-COV-2 Sタンパク質（RVSV-SARS2）を運ぶ組換え小胞口炎ウイルスを使用した中和アッセイを使用して、強力なRBDおよびNTD NABSのパネルを定義しました。次に、中和エスケープRVSV-SARS2変異体とRBD変異体の酵母ディスプレイライブラリの組み合わせを使用して、エピトープをマッピングしました。最も強力なRBD NABはHACE2結合と競合し、残基F490を含むエピトープを標的としました。最も強力なNTD NABエピトープには、Y145、K150、およびW152が含まれていました。いくつかの天然VOCで見られるように、Covid-19回復期の血清の中和能力は、Y145D、K150E、またはW152Rスパイク変異を持つRVSV-SARS2に対して4〜16倍減少しました。さらに、RBDとNTD NABを組み合わせることで、中和の可能性が向上しないことがわかりました。特に、RBDとNTD NABSの同じ組み合わせにより、in vitroで中和エスケープ変異体の開発が制限されているため、このような戦略はVOCの出現を緩和するための有効性と有用性が高い可能性があることを示唆しています。重要性米国FDAは、軽度から中程度のCOVID-19の治療のために、複数の研究モノクローナル抗体（MAB）療法に対して緊急使用許可（EUAS）を発行しています。これらのMAB治療薬は、SARS-COV-2スパイクタンパク質の受容体結合ドメインのみを標的としています。ただし、スパイクタンパク質のN末端ドメインには、重要な中和エピトープも運ばれています。ここでは、N末端ドメインの重要な変異が回復期のCOVID-19血清の中和能力を低下させることができることを示します。受容体結合ドメインとN末端ドメインを標的とする2つの中和抗体の組み合わせが、ウイルスバリアントの出現と戦うのに有益である可能性があると報告しています。

Most known SARS-CoV-2 neutralizing antibodies (nAbs), including those approved by the FDA for emergency use, inhibit viral infection by targeting the receptor-binding domain (RBD) of the spike (S) protein. Variants of concern (VOC) carrying mutations in the RBD or other regions of S reduce the effectiveness of many nAbs and vaccines by evading neutralization. Therefore, therapies that are less susceptible to resistance are urgently needed. Here, we characterized the memory B-cell repertoire of COVID-19 convalescent donors and analyzed their RBD and non-RBD nAbs. We found that many of the non-RBD-targeting nAbs were specific to the N-terminal domain (NTD). Using neutralization assays with authentic SARS-CoV-2 and a recombinant vesicular stomatitis virus carrying SARS-CoV-2 S protein (rVSV-SARS2), we defined a panel of potent RBD and NTD nAbs. Next, we used a combination of neutralization-escape rVSV-SARS2 mutants and a yeast display library of RBD mutants to map their epitopes. The most potent RBD nAb competed with hACE2 binding and targeted an epitope that includes residue F490. The most potent NTD nAb epitope included Y145, K150, and W152. As seen with some of the natural VOC, the neutralization potencies of COVID-19 convalescent-phase sera were reduced by 4- to 16-fold against rVSV-SARS2 bearing Y145D, K150E, or W152R spike mutations. Moreover, we found that combining RBD and NTD nAbs did not enhance their neutralization potential. Notably, the same combination of RBD and NTD nAbs limited the development of neutralization-escape mutants in vitro, suggesting such a strategy may have higher efficacy and utility for mitigating the emergence of VOC. IMPORTANCE The U.S. FDA has issued emergency use authorizations (EUAs) for multiple investigational monoclonal antibody (MAb) therapies for the treatment of mild to moderate COVID-19. These MAb therapeutics are solely targeting the receptor-binding domain of the SARS-CoV-2 spike protein. However, the N-terminal domain of the spike protein also carries crucial neutralizing epitopes. Here, we show that key mutations in the N-terminal domain can reduce the neutralizing capacity of convalescent-phase COVID-19 sera. We report that a combination of two neutralizing antibodies targeting the receptor-binding and N-terminal domains may be beneficial to combat the emergence of virus variants.