抗イディオタイプ抗体を用いた新型コロナウイルス中和抗体誘導の基礎研究

• 研究課題/領域番号: 21H02970
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分54030:感染症内科学関連
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 感染症 / 内科 / ウイルス / 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

研究開始時の研究の概要

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）。我々は、また、中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体を効率的に作成する方法を確立した。本研究では、SARS-CoV-2中和抗体に対する多様な抗イディオタイプ抗体を作成し、これらを用いた中和抗体誘導法の確立を目指す。

研究実績の概要

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）。本研究の目的は、SARS-CoV-2中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体を作成し、その免疫による中和抗体誘導の可能性を調べるところにある。令和４年度は、昨年度に引き続き、従来株を強力に中和する2種類の中和モノクローナル抗体を標的とした抗イディオタイプ抗体の作成をマウスの系で行い、抗イディオタイプ抗体候補が2クローン樹立された。一方、令和4年度においてSARS-CoV-2パンデミックは、オミクロン株の流行という新しい局面を迎えた。我が国でも、令和4年春のBA.1（第6波）に続き、BA.2、BA.5の流行が起こった（第7波、第8波）。さらに、最近、その亜系統株（BQ.1.1やXBB.1.5）の流行が米国で報告された。我々が用いてきた抗体は、従来株に比べオミクロン株に対する中和能が著しく低下することが判明したため、ワクチン2回接種後にデルタ株に感染した症例から、新たにオミクロン株を広範に中和する4種類の中和モノクローナル抗体を分離した（出願番号：特願2022-142801）。これによって、オミクロン株を含むすべての変異株が低濃度で中和されるパネルが準備できた。本研究では、これらの新規中和抗体に対する抗イディオタイプ抗体の作成を開始した。中でも、早期に分離できた1-58抗体もしくは3-1抗体に関しては、抗SARS-CoV-2活性を低下させる抗イディオタイプ抗体候補として10クローンが分離できている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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、中和抗体誘導の可能性を調べるところにある。現在スパイク蛋白全長を発現するmRNAワクチンの接種が行われているが、誘導できる抗体の大部分は非中和抗体である。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。特に、オミクロン株の抗原ドリフトに対応する中和抗体反応の誘導には、対応するB細胞の同定が必須であり、抗イディオタイプ抗体パネルを用いた交差中和抗体を持つ症例の解析データが必要である。令和3～4年度は、デルタ株を含む従来株に対して最も強力なSARS-CoV-2中和抗体（9-105）をマウスに免疫し、脾臓細胞から抗イディオタイプ抗体産生B細胞を分離し、RT-PCR後にVHとVLをそれぞれクローニングして抗体蛋白を得る方法を確立した。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。令和4年度には、オミクロン株の流行という新しい局面を迎えた。我々が用いてきた抗体は、従来株に比べオミクロン株に対する中和能が低下することが判明したため、新たにオミクロン株を中和する4種類の中和モノクローナル抗体を分離した（出願番号：特願2022-142801）。令和4年度には、これら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。中でも、早期に分離できた1-58抗体及び3-1抗体に関しては、抗イディオタイプ抗体候補として10クローンが分離できた。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分離する計画を開始した。

今後の研究の推進方策

本研究課題には、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4年度は、最も強力な中和抗体（9-105）をマウスに免疫し、脾臓中のB細胞を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活性や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5年度は、さらにアルパカに免疫して、single chain抗体としてライブラリーを作製し、複数の特異性を持った抗体を作製する。令和4年度のオミクロン株の流行に対応して、新たに4種類の中和モノクローナル抗体を分離した（出願番号：特願2022-142801）。これらは、オミクロン株とその亜系統株（BQ.1.1やXBB.1.5）を含むSARS-CoV-2を広範に中和する。令和5年度は、これら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推進する。早期に分離できた1-58抗体及び3-1抗体に関しては、すでに10クローンの抗イディオタイプ抗体候補を選定している。新規抗体に関しても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。中和エピトープに最も類似する構造を持つ抗体を選別し、京都大学の野田教授、橋口教授との共同研究で、抗体の構造解析を行う。絞り込んだパネルを用いて、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する。

研究成果

• [雑誌論文] Comparison of neutralization activity against Omicron BA.2/BA.5 in sera from HCWs receiving heterologous/homologous COVID-19 vaccines. (2023)
  • 著者名/発表者名: Amano M, Ichikawa Y, Uemura Y, Matsumoto S, Maeda K,, Matsushita S, Shimada S, Mitsuya H.
  • 雑誌名: Journal of Infection 2023 in press. 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of a Novel CD4 Mimetic Compound YIR-821 against HIV-1 Clinical Isolates (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Kaho、Kuwata Takeo、Tolbert William D.、Richard Jonathan、Ding Shilei、Prevost Jeremie、Takahama Shokichi、Judicate George P.、Ueno Takamasa、Nakata Hirotomo、Kobayakawa Takuya、Tsuji Kohei、Tamamura Hirokazu、Smith Amos B.、Pazgier Marzena、Finzi Andres、Matsushita Shuzo
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 97 号: 1
  • DOI: 10.1128/jvi.01638-22
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Restoration of Neutralization Activity Against Omicron BA.2 and BA.5 in Older Adults and Individuals With Risk Factors Following the Fourth Dose of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 BNT162b2 Vaccine. (2023)
  • 著者名/発表者名: Amano M, Otsu S, Ichikawa Y, Higashi-Kuwata N, Matsushita S, Shimada S, Mitsuya H.
  • 雑誌名: J Infect Dis. 巻: 227 号: 1 ページ: 161-163
  • DOI: 10.1093/infdis/jiac393
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sensitivity to a CD4 mimic of a consensus clone of monkey-adapted CCR5-tropic SHIV-MK38C (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuura Kanako、Yamaura Mizuki、Sakawaki Hiromi、Himeno Ai、Pisil Yalcin、Kobayakawa Takuya、Tsuji Kohei、Tamamura Hirokazu、Matsushita Shuzo、Miura Tomoyuki
  • 雑誌名: Virology 巻: 578 ページ: 171-179
  • DOI: 10.1016/j.virol.2022.12.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and characterization of a panel of anti-idiotype antibodies to 1C10 that cross-neutralize HIV-1 subtype B viruses (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaku Yu、Matsumoto Kaho、Kuwata Takeo、Zahid Hasan Md、Biswas Shashwata、Gorny Miroslaw K.、Matsushita Shuzo
  • 雑誌名: Frontiers in Virology 巻: 2 ページ: 932187-932187
  • DOI: 10.3389/fviro.2022.932187
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hybrids of small CD4 mimics and gp41-related peptides as dual-target HIV entry inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Rongyi、Tsuji Kohei、Kobayakawa Takuya、Liu Yishan、Yoshimura Kazuhisa、Matsushita Shuzo、Harada Shigeyoshi、Tamamura Hirokazu
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 76 ページ: 117083-117083
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.117083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploratory studies on soluble small molecule CD4 mimics as HIV entry inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuji Kohei、Kobayakawa Takuya、Konno Kiju、Masuda Ami、Takahashi Kohei、Ohashi Nami、Yoshimura Kazuhisa、Kuwata Takeo、Matsushita Shuzo、Harada Shigeyoshi、Tamamura Hirokazu
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 56 ページ: 116616-116616
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.116616
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clonality of HIV-1 and HTLV-1 infected cells in naturally coinfected individuals (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsuya H, Cook L, Rowan AG, Melamed A, Turpin J, Ito J, Islam S, Miyazato P, Tan B, Matsuo M, Miyakawa T, Nakata H, Matsushita S, Taylor GP, Bangham CRM, Kimura S, Satou Y.
  • 雑誌名: The Journal of Infectious Diseases 巻: 0 号: 2 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1093/infdis/jiab202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A widely distributed HIV-1 provirus elimination assay to evaluate latency-reversing agents in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Cell Reports Methods 巻: 1 号: 8 ページ: 100122-100122
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2021.100122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional analysis of a monoclonal antibody reactive against the C1C2 of Env obtained from a patient infected with HIV-1 CRF02_AG (2021)
  • 著者名/発表者名: Md Zahid H, Kuwata T, Takahama S, Kaku Y, Biswas S, Matsumoto K, Tamamura H, Matsushita S
  • 雑誌名: Retrovirology 巻: 18 号: 1 ページ: 23-23
  • DOI: 10.1186/s12977-021-00568-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Resistance of SARS-CoV-2 variants to neutralization by antibodies induced in convalescent patients with COVID-19 (2021)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 36 号: 2 ページ: 109385-109385
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109385
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phenotypic and Genotypic Co-receptor Tropism Testing in HIV-1 Epidemic Region of Tanzania Where Multiple Non-B Subtypes Co-circulate (2021)
  • 著者名/発表者名: Judicate George P.、Barabona Godfrey、Kamori Doreen、Mahiti Macdonald、Tan Toong Seng、Ozono Seiya、Mgunya Amina Shaban、Kuwata Takeo、Matsushita Shuzo、Sunguya Bruno、Lyamuya Eligius、Tokunaga Kenzo、Ueno Takamasa
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 12 ページ: 703041-703041
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.703041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 郭 悠、桑田岳夫、松下修三、
  • 雑誌名: ウイルス 巻: 71
• [学会発表] CD4類似化合物YIR-821の臨床株に対する有効性の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松本佳穂, 桑田岳夫, 高濱正吉, Judicate GP, 上野貴将, 小早川拓也, 玉村啓和, 松下修三.
  • 学会等名: 第30回抗ウイルス療法学会学術集会総会
• [学会発表] CD4 類似化合物YIR-821は多くのHIV-1臨床株に有効である (2022)
  • 著者名/発表者名: 松本佳穂, 桑田岳夫, 高濱正吉 , Judicate GP, 上野貴将, 小早川拓也, 玉村啓和, 松下修三.
  • 学会等名: 第36回日本エイズ学会学術集会総会
• [学会発表] The CD4 mimetic compound YIR-821 is broadly effective against HIV-1 clinical strains. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaho Matsumoto, Takeo Kuwata, Shokichi Takahama, George P Judicate, Takamasa Ueno, Takuya Kobayakawa, Kohei Tsuji, Hirokazu Tamamura and Shuzo Matsushita.
  • 学会等名: 24th Kumamoto AIDS Seminar
• [学会発表] Antibodies against CD4 induced epitope of HIV-1 evolve from B cells primed by gut microbiome (2022)
  • 著者名/発表者名: Shashwata Biswas, Kyo Okazaki, Soichiro Yamauchi, Takeo Kuwata, Hiroshi Morioka and Shuzo Matsushita.
  • 学会等名: 24th Kumamoto AIDS Seminar
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 郭悠、Zahid Md H、Biswas S、松本佳穂、桑田岳夫、松下修三
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 桑田岳夫、郭悠、清水美紀子、Zahid Md H、Biswas S、松本佳穂、松下修三
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [学会発表] 回復患者より抽出したSARS-CoV-2中和抗体の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 郭悠、松本佳穂、Zahid Md H、Biswas S、桑田岳夫、松下修三
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会
• [学会発表] Anti-Idiotype antibodies as sorting probes to isolate anti-CD4i antibodies (2021)
  • 著者名/発表者名: Biswas S, Yamauchi S, Morioka H, Kaku Y, Kuwata T, Matsushita S
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会学術集会・総会