Induction of SARS CoV-2 neutralizing antibodies by anti-idiotype antibodies

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02970
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 松下 修三 熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター, 特任教授 (00199788)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 新型コロナウイルス感染症（COVID-19） / SARS-CoV-2 / 中和抗体 / 抗イディオタイプ抗体

Outline of Annual Research Achievements

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に対する有効なワクチン開発は世界的課題である。原因ウイルスであるSARS-CoV-2に対する中和抗体は、ウイルスの感染阻止に中心的役割を果たす。我々は、令和2年度までに、COVID-19の回復期症例から、SARS-CoV-2を低濃度で強力に中和する単クローン抗体（9-105、10-121）を樹立した（特願2020-143055）。本研究の令和3年度の実績としては、2種類の中和モノクローナル抗体をマウスに5回免疫し、それぞれの抗体を用いてsingle cell sortingし、中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体を誘導した。これまでに9-105抗体に対する抗イディオタイプ抗体候補が2クローン樹立された。中でもaId-128抗体は、コントロール抗体や3種類のCOVID-19中和抗体に反応せず、9-105抗体特異的に反応し、9-105抗体とスパイク蛋白のRBDとの結合を阻止した。その他の候補抗体に関してさらに検討中である。9-105抗体に対する抗イディオタイプ抗体パネルの作成は、ホストをアルパカに変えて、スクリーニングを続けている。一方、2021年11月に南アフリカで報告され、世界的流行株となったオミクロン株については、9-105抗体は、既存の抗体であるソトロビマブと同等の効果であり、強力な中和活性を示さなかった。これに対し、ワクチン2回接種後にデルタ株に感染した症例から、新たに分離した中和抗体（特許出願準備中）は、オミクロン株を含むすべての変異株をIC50＜0.085μg/mlで中和した。この新規中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体のパネルの作成を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、SARS-CoV-2に対する強力な中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体パネルを作成し、これらによる中和抗体誘導の可能性を調べるところにある。現状では、SARS-CoV-2の変異株の流行に対しても繰り返しプロトタイプのワクチン接種が行われているが、スパイク蛋白に対する抗体の大部分は非中和抗体であり、感染病態を悪化させる可能性もある。一方、抗イディオタイプ抗体を用いる戦略は、強力な中和抗体のみを特異的に誘導する方法である。この目的のためには、多くの抗イディオタイプ抗体をパネルとして作成する必要がある。令和3年度は、最も強力なSARS-CoV-2中和抗体（9-105）をマウスに免疫し、免疫した脾臓細胞からB細胞を分取し、ビオチン化した中和抗体でsingle cell sortで分離した。中和抗体特異的抗イディオタイプ抗体産生B細胞に関しては、RT-PCR後にVHとVLをPCRで増やしそれぞれクローニングして、293A細胞またはCHOにて抗体蛋白を得た。中和抗体に対する結合抑制活性、中和活性の抑制試験などにより、2種類の抗イディオタイプ抗体が得られた。中でもaId-128抗体は、9-105抗体の抗原結合部位を認識する抗体と考えられ、9-105抗イディオタイプ抗体のひな形ともいえる良好な活性を示している。さらに、他のクローンの特徴を明らかにするとともに、アルパカに免疫して、single chain抗体として、ファージ・ディスプレイライブラリーを作製し、複数の特異性を持った抗イディオタイプ抗体パネルを分離する計画を開始した。また、SARS-C0V-2のすべての変異ウイルスを中和する新規抗体に対する抗イディオタイプ抗体パネルの作成を開始した。

Strategy for Future Research Activity

本研究で明らかにできる課題には、以下の4つのレベルがある。
１．SARS-CoV-2中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体パネルの作成
２．抗イディオタイプ抗体パネルを用いた人およびモデル動物のB細胞集団の解析
３．SARS-CoV-2感染実験可能な動物モデルでの中和抗体誘導研究 ４．治療ワクチン及び予防ワクチンとしての応用のためのPOC試験
令和3年度は、最も強力な中和抗体（9-105）をマウスに免疫し、免疫した脾臓細胞からB細胞を分取し、ビオチン化した中和抗体でsingle cell sortで分離し、中和抗体に対する結合抑制活性、中和活性の抑制試験などにより、2種類の抗イディオタイプ抗体が得られた。令和4年度は、さらにアルパカに免疫して、single chain抗体として、ファージ・ディスプレイライブラリーを作製し、複数の特異性を持った抗イディオタイプ抗体パネルを作製する。こうして得られた抗イディオタイプ抗体パネルに関して、様々な中和抗体、抗RBD抗体への交差反応性を検討し、中和エピトープに最も類似する構造を持つ抗体を選別する。さらに、オミクロン株を含むすべての変異株をIC50＜0.085μg/mlで中和する新規中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体のパネルの作成を行う。中和エピトープに最も類似する構造を持つ抗体の選別には、京都大学の野田教授、橋口教授、小柳教授など、構造解析を行っている研究者の協力を得る。In vitroの検討で、候補となる抗イディオタイプ抗体を数クローンに絞り込み、これら抗イディオタイプ抗体パネルを用いて、COVID-19感染者、及び非感染者由来の末梢血B細胞を解析し、交差するイディオトープを持つ細胞を同定し、single cell sortingで細胞を分離し、RBD抗原への反応性、SARS-CoV-2中和活性を誘導するための基礎実験を行う。

Research Products

• [Journal Article] Exploratory studies on soluble small molecule CD4 mimics as HIV entry inhibitors (2022)
  • Author(s): Tsuji K, Kobayakawa T, Konno K, Masuda A, Takahashi K, Ohashi N, Yoshimura K, Kuwata T, Matsushita S, Harada S, Tamamura H
  • Journal Title: Bioorg Med Chem Volume: 15 Pages: 116616
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.116616
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clonality of HIV-1- and HTLV-1-Infected Cells in Naturally Coinfected Individuals (2022)
  • Author(s): Katsuya H, Cook LBM, Rowan AG, Melamed A, Turpin J, Ito J, Islam S, Miyazato P, Jek Yang Tan B, Matsuo M, Miyakawa T, Nakata H, Matsushita S, Taylor GP, Bangham CRM, Kimura S, Satou Y
  • Journal Title: J Infect Dis Volume: 225 Pages: 317-326
  • DOI: 10.1093/infdis/jiab202
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A widely distributed HIV-1 provirus elimination assay to evaluate latency-reversing agents in vitro (2021)
  • Author(s): Matsuda K, Islam S, Takada T,Tsuchiya K, Tan BJY, Hattori S, Katsuya H, Kitagawa K, Kim KS, Matsuo M, Sugata K, Delino NS, Gatanaga H, Yoshimura K, Matsushita S, Mitsuya H, Iwami S, Satou Y, Maeda K
  • Journal Title: Cell Reports Methods Volume: 1 Pages: 100122
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2021.100122
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional analysis of a monoclonal antibody reactive against the C1C2 of Env obtained from a patient infected with HIV-1 CRF02_AG (2021)
  • Author(s): Md Zahid H, Kuwata T, Takahama S, Kaku Y, Biswas S, Matsumoto K, Tamamura H, Matsushita S
  • Journal Title: Retrovirology Volume: 18 Pages: 23
  • DOI: 10.1186/s12977-021-00568-y.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Resistance of SARS-CoV-2 variants to neutralization by antibodies induced in convalescent patients with COVID-19. (2021)
  • Author(s): Kaku Y, Kuwata T, Zahid HM, Hashiguchi T, Noda T, Kuramoto N, Biswas S, Matsumoto K, Shimizu M, Kawanami Y, Shimura K, Onishi C, Muramoto Y, Suzuki T, Sasaki J, Nagasaki Y, Minami R, Motozono C, Toyoda M, Takahashi H, Kishi H, Fujii K, Tatsuke T, Ikeda T, Maeda Y, Ueno T, Koyanagi Y, Iwagoe H, Matsushita S.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 36 Pages: 109385
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109385.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phenotypic and Genotypic Co-receptor Tropism Testing in HIV-1 Epidemic Region of Tanzania Where Multiple Non-B Subtypes Co-circulate (2021)
  • Author(s): Judicate GP, Barabona G, Kamori D, Mahiti M, Tan TS, Ozono S, Mgunya AS, Kuwata T, Matsushita S, Sunguya B, Lyamuya E, Tokunaga K, Ueno T
  • Journal Title: Front Microbiol Volume: 12 Pages: 703041
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.703041.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 抗体療法を目指した変異株に有効なSARS-CoV-2中和モノクローナル抗体の分離 (2021)
  • Author(s): 郭 悠、桑田岳夫、松下修三、
  • Journal Title: ウイルス Volume: 71 Pages: -
• [Presentation] 抗イディオタイプ抗体を用いたHIV中和抗体誘導の為の段階的ワクチン戦略 (2021)
  • Author(s): 郭悠、Zahid Md H、Biswas S、松本佳穂、桑田岳夫、松下修三
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [Presentation] COVID-19回復者で誘導された抗体に対するSARS-CoV-2変異株の中和抵抗性 (2021)
  • Author(s): 桑田岳夫、郭悠、清水美紀子、Zahid Md H、Biswas S、松本佳穂、松下修三
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [Presentation] 回復患者より抽出したSARS-CoV-2中和抗体の検討 (2021)
  • Author(s): 郭悠、松本佳穂、Zahid Md H、Biswas S、桑田岳夫、松下修三
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [Presentation] CD4類似化合物YIR-821によるサブタイプB HIV-1患者抗体の活性増強効果 (2021)
  • Author(s): 松本佳穂、桑田岳夫、Zahid Md H、郭悠、Biswas S、高濱正吉、玉村啓和、松下修三
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [Presentation] Anti-Idiotype antibodies as sorting probes to isolate anti-CD4i antibodies (2021)
  • Author(s): Biswas S, Yamauchi S, Morioka H, Kaku Y, Kuwata T, Matsushita S
  • Organizer: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会