Димерный ACE2‑FC эквивалентен мономерному ACE2 в суррогатном тесте вирус-нейтрализующей активности антител

1 ФИЦ Биотехнологии РАН, 119071 Москва, Россия

Поступила в редакцию 13.05.2023
После доработки 14.06.2023
Принята к публикации 16.06.2023

DOI: 10.31857/S0320972523090075

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ангиотензин-превращающий фермент 2, SARS‑CoV‑2, сВНТ, вирус-нейтрализация, протективный иммунитет.

Аннотация

Ангиотензин-превращающий фермент 2 (ACE2) является основным клеточным рецептором для опасных сарбековирусов SARS‑CoV и SARS‑CoV‑2. Его рекомбинантный внеклеточный домен используется для мониторинга уровня протективного гуморального иммунного ответа на вирусную инфекцию или вакцину методом суррогатного вирус-нейтрализующего теста (сВНТ). Растворимый ACE2 также рассматривается как вариант антивирусной терапии, потенциально нечувствительной к изменениям шиповидного белка SARS‑CoV‑2. Для широкого тестирования методом сВНТ необходимо использовать препараты ACE2 или его конъюгатов с постоянными свойствами. Ранее нами была получена клеточная линия – продуцент растворимого мономерного ACE2, и было показано, что такой вариант ACE2 может быть использован в сВНТ, предпочтительно в форме конъюгата с пероксидазой хрена (HRP). Для получения стабильной и универсально применимой формы растворимого ACE2 была получена клеточная линия – продуцент слитного белка ACE2‑Fc с высокой продуктивностью, более 150 мг/л целевого белка при культивировании в перемешиваемой колбе. Аффинно очищенный ACE2‑Fc представляет собой смесь димерной и тетрамерной форм, но позволяет получать линейные кривые ингибирования антителами комплексообразования с рецептор-связывающим доменом шиповидного белка SARS‑CoV‑2. Система тестирования сВНТ на основе ACE2‑Fc‑HRP может быть использована для практического измерения уровней вирус-нейтрализующих антител в отношении различных циркулирующих вариантов вируса SARS‑CoV‑2.

Текст статьи

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-04-00091).

Благодарности

Авторы выражают благодарность Н.Н. Случанко (Институт биохимии им. Баха, ФИЦ Биотехнологии РАН) за проведение определения молекулярной массы ACE2‑Fc при помощи MALS-детекции, Сафенковой И.В. (ibid.) за проведение определения константы диссоциации ACE2‑Fc и RBD методом ППР, Кострикиной Е.С. (ООО «Хема-Медика») за получение конъюгата ACE2‑Fc‑HRP.

Вклад авторов

И.И. Воробьев – концепция и руководство работой; Е.А. Гаямова, Д.Э. Колесов, Н.А. Орлова – проведение экспериментов; все авторы – обсуждение результатов исследования; И.И. Воробьев и Н.А. Орлова – написание текста; Н.А. Орлова – редактирование текста статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Lambert, D. W., Yarski, M., Warner, F. J., Thornhill, P., Parkin, E. T., Smith, A. I., Hooper, N. M., and Turner, A. J. (2005) Tumor necrosis factor-alpha convertase (ADAM17) mediates regulated ectodomain shedding of the severe-acute respiratory syndrome-coronavirus (SARS-CoV) receptor, angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2), J. Biol. Chem., 280, 30113-30119, doi: 10.1074/jbc.M505111200.

2. Smith, M. K., Tusell, S., Travanty, E. A., Berkhout, B., van der Hoek, L., and Holmes, K. V. (2006) Human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) is a receptor for human respiratory coronavirus NL63, Adv. Exp. Med. Biol., 581, 285-288, doi: 10.1007/978-0-387-33012-9_48.

3. Bohn, M. K., Lippi, G., Horvath, A., Sethi, S., Koch, D., Ferrari, M., Wang, C. B., Mancini, N., Steele, S., and Adeli, K. (2020) Molecular, serological, and biochemical diagnosis and monitoring of COVID-19: IFCC taskforce evaluation of the latest evidence, Clin. Chem. Lab. Med., 58, 1037-1052, doi: 10.1515/cclm-2020-0722.

4. Bewley, K. R., Coombes, N. S., Gagnon, L., McInroy, L., Baker, N., Shaik, I., St-Jean, J. R., St-Amant, N., Buttigieg, K. R., Humphries, H. E., Godwin, K. J., Brunt, E., Allen, L., Leung, S., Brown, P. J., Penn, E. J., Thomas, K., Kulnis, G., Hallis, B., Carroll, M., et al. (2021) Quantification of SARS-CoV-2 neutralizing antibody by wild-type plaque reduction neutralization, microneutralization and pseudotyped virus neutralization assays, Nat. Protoc., 16, 3114-3140, doi: 10.1038/s41596-021-00536-y.

5. Vandergaast, R., Carey, T., Reiter, S., Lathrum, C., Lech, P., Gnanadurai, C., Haselton, M., Buehler, J., Narjari, R., Schnebeck, L., Roesler, A., Sevola, K., Suksanpaisan, L., Bexon, A., Naik, S., Brunton, B., Weaver, S. C., Rafael, G., Tran, S., Baum, A., et al. (2021) IMMUNO-COV v2.0: Development and validation of a high-throughput clinical assay for measuring SARS-CoV-2-neutralizing antibody titers, mSphere, 6, e0017021, doi: 10.1128/mSphere.00170-21.

6. Tan, C. W., Chia, W. N., Qin, X., Liu, P., Chen, M. I., Tiu, C., Hu, Z., Chen, V. C., Young, B. E., Sia, W. R., Tan, Y. J., Foo, R., Yi, Y., Lye, D. C., Anderson, D. E., and Wang, L. F. (2020) A SARS-CoV-2 surrogate virus neutralization test based on antibody-mediated blockage of ACE2-spike protein-protein interaction, Nat. Biotechnol., 38, 1073-1078, doi: 10.1038/s41587-020-0631-z.

7. Kolesov, D. E., Sinegubova, M. V., Dayanova, L. K., Dolzhikova, I. V., Vorobiev, I. I., and Orlova, N. A. (2022) Fast and accurate surrogate virus neutralization test based on antibody-mediated blocking of the interaction of ACE2 and SARS-CoV-2 spike protein RBD, Diagnostics (Basel), 12, 393, doi: 10.3390/diagnostics12020393.

8. Рязанова А. Ю., Ходак Ю. А., Орлова Н. А., Синегубова М. В., Даянова Л. К., Ковнир С. В., Коробова С. В., Лёдов В. А., Ковальчук А. Л., Алхазова Б. И., Головина М. Э., Воробьёв И. И., Апарин П. Г. (2022) Рецепторсвязывающий домен S-белка SARS-CoV-2, слитый с негликозилированным кристаллизующимся фрагментом IgG1 человека: получение и оценка иммуногенности, Биотехнология, 38, 12-19, doi: 10.56304/S0234275822060102.

9. Orlova, N. A., Dayanova, L. K., Gayamova, E. A., Sinegubova, M. V., Kovnir, S. V., and Vorobiev, I. I. (2022) Targeted knockout of the dhfr, glul, bak1, and bax genes by the multiplex genome editing in CHO cells, Dokl Biochem Biophys, 502, 40-44, doi: 10.1134/S1607672922010082.

10. Matthews, A. M., Biel, T. G., Ortega-Rodriguez, U., Falkowski, V. M., Bush, X., Faison, T., Xie, H., Agarabi, C., Rao, V. A., and Ju, T. (2022) SARS-CoV-2 spike protein variant binding affinity to an angiotensin-converting enzyme 2 fusion glycoproteins, PLoS One, 17, e0278294, doi: 10.1371/journal.pone.0278294.

11. Zhang, S., Gao, C., Das, T., Luo, S., Tang, H., Yao, X., Cho, C. Y., Lv, J., Maravillas, K., Jones, V., Chen, X., and Huang, R. (2022) The spike-ACE2 binding assay: An in vitro platform for evaluating vaccination efficacy and for screening SARS-CoV-2 inhibitors and neutralizing antibodies, J. Immunol. Methods, 503, 113244, doi: 10.1016/j.jim.2022.113244.

12. Ru, Z., Xhang, Y., Wu, J., Huang, H., Liang, Y., Yang, X., Wu, J., and Lou, J. (2021) Comparison of the SARS-CoV-2 surrogate virus neutralization test (sVNT) assay and direct binding ELISA (S-IgG) with the cytopathic effect assay (CPE) in analyzing the neutralization antibody of vaccination people, J. Clin. Immunol. Immunother., 7, 063, doi: 10.24966/CIIT-8844/1000063.

13. Pieri, M., Infantino, M., Manfredi, M., Nuccetelli, M., Grossi, V., Lari, B., Tomassetti, F., Sarubbi, S., Russo, E., Amedei, A., Benucci, M., Casprini, P., Stacchini, L., Castilletti, C., and Bernardini, S. (2022) Performance evaluation of four surrogate Virus Neutralization Tests (sVNTs) in comparison to the in vivo gold standard test, Front. Biosci. (Landmark Ed), 27, 74, doi: 10.31083/j.fbl2702074.

14. Khan, A., Benthin, C., Zeno, B., Albertson, T. E., Boyd, J., Christie, J. D., Hall, R., Poirier, G., Ronco, J. J., Tidswell, M., Hardes, K., Powley, W. M., Wright, T. J., Siederer, S. K., Fairman, D. A., Lipson, D. A., Bayliffe, A. I., and Lazaar, A. L. (2017) A pilot clinical trial of recombinant human angiotensin-converting enzyme 2 in acute respiratory distress syndrome, Crit. Care, 21, 234, doi: 10.1186/s13054-017-1823-x.

15. Shoemaker, R. H., Panettieri, R. A., Jr., Libutti, S. K., Hochster, H. S., Watts, N. R., Wingfield, P. T., Starkl, P., Pimenov, L., Gawish, R., Hladik, A., Knapp, S., Boring, D., White, J. M., Lawrence, Q., Boone, J., Marshall, J. D., Matthews, R. L., Cholewa, B. D., Richig, J. W., Chen, B. T., et al. (2022) Development of an aerosol intervention for COVID-19 disease: Tolerability of soluble ACE2 (APN01) administered via nebulizer, PLoS One, 17, e0271066, doi: 10.1371/journal.pone.0271066.

16. Chan, K. K., Dorosky, D., Sharma, P., Abbasi, S. A., Dye, J. M., Kranz, D. M., Herbert, A. S., and Procko, E. (2020) Engineering human ACE2 to optimize binding to the spike protein of SARS coronavirus 2, Science, 369, 1261-1265, doi: 10.1126/science.abc0870.

17. Wines, B. D., Kurtovic, L., Trist, H. M., Esparon, S., Lopez, E., Chappin, K., Chan, L. J., Mordant, F. L., Lee, W. S., Gherardin, N. A., Patel, S. K., Hartley, G. E., Pymm, P., Cooney, J. P., Beeson, J. G., Godfrey, D. I., Burrell, L. M., van Zelm, M. C., Wheatley, A. K., Chung, A. W., et al. (2022) Fc engineered ACE2-Fc is a potent multifunctional agent targeting SARS-CoV2, Front. Immunol., 13, 889372, doi: 10.3389/fimmu.2022.889372.

18. Higuchi, Y., Suzuki, T., Arimori, T., Ikemura, N., Mihara, E., Kirita, Y., Ohgitani, E., Mazda, O., Motooka, D., Nakamura, S., Sakai, Y., Itoh, Y., Sugihara, F., Matsuura, Y., Matoba, S., Okamoto, T., Takagi, J., and Hoshino, A. (2021) Engineered ACE2 receptor therapy overcomes mutational escape of SARS-CoV-2, Nat. Commun., 12, 3802, doi: 10.1038/s41467-021-24013-y.

19. Moore, M. J., Dorfman, T., Li, W., Wong, S. K., Li, Y., Kuhn, J. H., Coderre, J., Vasilieva, N., Han, Z., Greenough, T. C., Farzan, M., and Choe, H. (2004) Retroviruses pseudotyped with the severe acute respiratory syndrome coronavirus spike protein efficiently infect cells expressing angiotensin-converting enzyme 2, J. Virol., 78, 10628-10635, doi: 10.1128/JVI.78.19.10628-10635.2004.

20. Svilenov, H. L., Delhommel, F., Siebenmorgen, T., Ruhrnossl, F., Popowicz, G. M., Reiter, A., Sattler, M., Brockmeyer, C., and Buchner, J. (2023) Extrinsic stabilization of antiviral ACE2-Fc fusion proteins targeting SARS-CoV-2, Commun. Biol., 6, 386, doi: 10.1038/s42003-023-04762-w.

21. Hernández, T., Bermúdez, E., Fundora, T., and Sánchez, B. (2022) COVID-19 therapy based on soluble ACE2: the use of receptor-Fc fusion proteins, Open Acc. J. Bio Sci., 4, 1970-1975, doi: 10.38125/OAJBS.000472.