Kleine lama-nanobodies neutraliseren verschillende norovirussen: kunnen ze antivirale therapieën voor mensen verbeteren?

Menselijke norovirussen veroorzaken acute gastro-enteritis, een mondiaal gezondheidsprobleem waarvoor geen vaccins of antivirale geneesmiddelen bestaan. Hoewel de meeste gezonde patiënten volledig herstellen van de infectie, kan het norovirus levensbedreigend zijn bij zuigelingen, ouderen en mensen met onderliggende ziekten. Schattingen geven aan dat menselijke norovirussen jaarlijks ongeveer 684 miljoen ziekten en 212.000 sterfgevallen veroorzaken.

“Menselijke norovirussen zijn zeer divers”, zegt eerste auteur Dr. Wilhelm Salmen, een afgestudeerde student in het laboratorium van Dr. BV Venkataram Prasad terwijl hij aan dit project werkte en momenteel een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Michigan. “Norovirussen zijn onderverdeeld in tien groepen, waarvan de groepen GI, GII, GIV, GVIII en GIX mensen infecteren. Virussen in de GII.4-subgroep zijn het meest overheersend in menselijke populaties.”

Norovirussen zijn ook berucht omdat ze periodiek aanleiding geven tot nieuwe varianten, vooral die van het GII.4-norovirus, die de immuunrespons kunnen omzeilen die het lichaam tegen eerdere varianten heeft ontwikkeld, zoals sommige griepvirussen en coronavirussen doen. De diversiteit van norovirusgroepen en de terugkerende opkomst van nieuwe varianten zijn enkele van de factoren die de ontwikkeling van effectieve preventieve en therapeutische benaderingen om deze ernstige ziekte onder controle te houden, uitdagen.

In de huidige studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatieonderzochten Salmen, Prasad en hun collega’s een nieuwe strategie om menselijke norovirussen te neutraliseren. Ze testten in het laboratorium of kleine antilichamen geproduceerd door lama’s, nanobodies genaamd, de menselijke norovirusinfectie effectief konden neutraliseren.

De onverwachte bevindingen laten zien dat nanobodies kunnen worden ontwikkeld als therapeutisch middel tegen het menselijke norovirus.

Nanobodies van lama’s kunnen de overhand krijgen

Lama’s en aanverwante dieren, zoals kamelen en alpaca’s, produceren net als mensen antilichamen ter bescherming tegen ziekten. Vergeleken met de antilichamen van mensen zijn lama’s echter ongeveer een tiende van de grootte van menselijke antilichamen. De nanobodies van lama’s zijn ontwikkeld tegen virussen zoals de virussen die hepatitis B, griep, menselijke immunodeficiëntie, polio en andere ziekten veroorzaken.

“Onze medewerkers uit Argentinië, dr. Marina Bok en dr. Viviana Parreño van het Instituut voor Virologie en Technologie-innovatie, hadden nanobodies gemaakt van lama’s die waren geïnoculeerd met menselijke norovirusachtige deeltjes van verschillende stammen,” zei Salmen. “We hebben gewerkt met één nanobody genaamd M4, die zich bond aan de overheersende GII.4-stam, en testte zijn vermogen om verschillende norovirusstammen te neutraliseren, dat wil zeggen om te voorkomen dat ze menselijke cellen infecteren.”

De onderzoekers testten het vermogen van de nanobodies om te voorkomen dat levende virussen menselijke darmorganoïden of mini-ingewanden die in het laboratorium worden gekweekt, infecteren. Mini-darmcellen zijn modellen van menselijke darmcellen, die het feitelijke weefsel van de dunne darm en de functies ervan nauw vertegenwoordigen, waardoor wetenschappers kunnen bestuderen hoe norovirussen werken en mogelijke therapieën kunnen testen.

“Het was echt onverwacht om te zien dat het M4-nanobody niet alleen interageerde en neutraliseerde met de momenteel circulerende pandemische GII.4-stam, maar ook met de oudere varianten ervan”, zegt Prasad, Alvin Romansky-leerstoel in biochemie en professor aan de afdeling Biochemie van Verna en Marrs McLean. en Moleculaire Farmacologie en de afdeling Moleculaire Virologie en Microbiologie in Baylor.

Hij is ook lid van Baylor’s Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center en de corresponderende auteur van het werk.

De onderzoekers gebruikten kristallografie en andere technieken om de interacties tussen nanobodies en norovirussen nauwkeurig te bekijken om te proberen te begrijpen hoe het M4-nanolichaam een ​​verscheidenheid aan norovirussen herkent en neutraliseert, terwijl ze verwachtten dat het alleen de GII.4-stam zou herkennen die werd gebruikt om M4 te genereren.

“We ontdekten dat dit kleine nanolichaam een ​​deel van het norovirus kan herkennen dat alle verschillende norovirussen die we hebben getest gemeen hebben”, zei Salmen.

Norovirusdeeltjes: een dynamische structuur

Het team ontdekte dat het M4-nanobody een verborgen zak in de norovirusdeeltjes herkende die alleen bloot zou komen te liggen als de deeltjes een structurele verandering ondergingen. “Het traditionele denken is dat virale deeltjes zich in een zeer stabiele, compacte staat bevinden, maar in werkelijkheid ‘ademen’ deze deeltjes aanzienlijk,” zei Salmen. “Recente studies hebben aangetoond dat de structuur van norovirusdeeltjes dynamisch is, afwisselend een rustende of compacte conformatie en een verhoogde conformatie.”

“Wij denken dat de verhoogde toestand belangrijk is voor het virus om zich aan cellen te binden en deze te infecteren”, aldus Prasad. “We denken ook dat wanneer de virale deeltjes zich in de verhoogde staat bevinden, de verborgen pocket wordt blootgesteld en beschikbaar is voor het nanobody om eraan te binden en, als een wig, het deeltje in een verhoogde, potentieel onstabiele staat te houden, waardoor het wordt voorkomen.” van terug instorten in de compacte, stabielere rusttoestand.”

“Onze bevindingen suggereren dat het opsluiten van de virale deeltjes in een verhoogde, onstabiele toestand de deeltjes demonteert, waardoor het virus wordt gedood. Dit zou de infectie effectief stoppen omdat het de transmissieketen blokkeert, waardoor wordt voorkomen dat het virus zich van cel naar cel verspreidt”, aldus Salmen. .

“Deze studie is ook opmerkelijk omdat het bevestigt dat het menselijke norovirus zijn 3D-bevestiging moet veranderen, van compact naar verhoogd, om mensen te infecteren”, zegt co-auteur Dr. Mary Estes, Distinguished Service Professor of Virology and Microbiology en Cullen Foundation Endowed Chair bij Baylor. Ze is ook lid van het Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center van Baylor. “Ook onthult dit werk het belang van het overwegen van de dynamiek van virale deeltjes bij het ontwerpen van vaccins.”