Lichaamseigen corona-antistoffen binden ieder op een eigen unieke manier

Het ‘beste’ antilichaam kiezen maakt ontwikkeling nieuwe coronamedicijnen mogelijk

Antilichamen van corona-patiënten binden op een eigen unieke manier aan het spike-eiwit van het coronavirus SARS-CoV-2. Dat ontdekte een onderzoeksteam onder leiding van de biochemicus Albert Heck, samen met collega’s van het Amsterdam UMC en het Scripps Institute. Volgens Heck moet het mogelijk zijn om uit het bloed van coronapatiënten de best bindende antilichamen te selecteren, en die verder te ontwikkelen tot een nieuw corona-medicijn.

Na een coronabesmetting maakt ons lichaam een waaier aan verschillende antistoffen aan die ten strijde trekken tegen het coronavirus. De manier waarop ze binden aan het virus blijkt voor iedere antistof uit die waaier uniek te zijn. Dat ontdekte een onderzoeksteam onder leiding van de Utrechtse biochemicus Albert Heck. De onderzoekers publiceren hun resultaten in het vakblad ACS Central Science, dat de ontdekking als cover-onderwerp selecteerde.

Kenmerkend voor coronavirussen zijn de eiwitten die uit de buitenkant van het virus steken. Die zogeheten spike-eiwitten heeft het virus nodig om te kunnen hechten aan cellen, zodat het zich verder kan verspreiden. Ons afweersysteem herkent die spike-eiwitten snel. Het maakt antilichamen aan die binden aan de spike-eiwitten, om te voorkomen dat het virus ons kan aanvallen.

Drie-eenheid

Spike-eiwitten van coronavirussen rangschikken zich altijd in groepjes van drie eiwitten, ook wel trimeren genoemd. “Je zou dus a priori verwachten dat aan elk groepje spike-eiwitten ook drie antilichamen binden”, zegt Heck.

Albert Heck, Utrecht University
Prof. dr. Albert Heck

Tot verrassing van Heck en collega’s bleek dat niet altijd het geval te zijn. Hecks team ontdekte dat spike-eiwit-groepjes ook twee of slechts één antilichaam aan zich gebonden kunnen krijgen. Ook de sterkte van de binding verschilde. Alle menselijke antilichamen die zij bekeken, lieten daarin een ander patroon zien.

Heck en collega’s wijzen diverse oorzaken aan voor de bindingsverschillen die ze vaststelden. Het is mogelijk dat antilichamen elkaar soms als het ware in de weg zitten, waardoor ze aan minder spike-eiwitten kunnen binden. Daarnaast verschillen ze in de snelheid waarmee ze binden aan de eiwitten, ook wel aviditeit genoemd. Ook is het denkbaar dat een antilichaam tegelijk bindt aan twee van de bindingsplekken van een spike-eiwit, of zelfs dat een antilichaam twee spike-trimeren aan elkaar bindt.

Krenten uit de pap

Al die verschillen kunnen ervoor dat sommige antilichamen tegen een corona-besmetting ‘beter’ zijn dan andere. Volgens Heck biedt dat mogelijkheden om nieuwe geneesmiddelen tegen corona te ontwikkelen. De onderzoeker vermoedt dat het mogelijk moet zijn om uit een pool van antilichamen, verkregen uit het bloed van coronapatiënten, de ‘beste’ te selecteren. Dat antilichaam wordt dan gebruikt als sjabloon voor een nieuw geneesmiddel.

Afzonderlijke moleculen

Heck en collega’s kwamen de unieke bindingseigenschappen van antilichamen op het spoor dankzij extreem gevoelige metingen. Ze gebruikten daarvoor twee verfijnde varianten van een beproefde techniek genaamd massaspectrometrie. Die techniek scheidt stoffen van elkaar op basis van hun moleculaire samenstelling. De varianten die Hecks team toepaste, genaamd single-molecule-massaspectrometrie, kan afzonderlijke moleculen onderscheiden.

Die aanpak is nog niet eerder toegepast, aldus onderzoeker Victor Yin, die deel uitmaakt van Hecks onderzoeksgroep. “In dit onderzoek introduceren we nieuwe, zeer gevoelige single-molecule-benaderingen die het mogelijk maken om te bestuderen hoe afzonderlijke antilichamen binden aan hun virale antigenen.”

De techniek kan ook snel worden toegepast wanneer nieuwe, zorgwekkend spike-varianten zich aandienen, zoals de omikron-variant

Heck werkte voor dit project samen met collega’s van het Amsterdam UMC en het Amerikaanse Scripss Research Institute. “De samenwerking was niet altijd gemakkelijk, vanwege de gedeeltelijke lockdown in de corona-tijd”, zegt Heck. “Maar toch konden we een bijdrage leveren om te kijken wat welke humane antilichamen het beste binden aan het spike-eiwit. Dat helpt ons om te selecteren welke van hen het beste doorontwikkeld kan worden als mogelijk nieuw geneesmiddel. De techniek kan ook snel worden toegepast wanneer nieuwe, zorgwekkend spike-varianten zich aandienen, zoals de omikron-variant.”

Publicatie

Probing Affinity, Avidity, Anti-Cooperativity, and Competition in Antibody and Receptor Binding to the SARS-CoV-2 Spike by Single Particle Mass Analyses

ACS Central Science, 7 (2021) 1863–1873. DOI: 10.1021/acscentsci.1c00804

Victor Yin, Szu-Hsueh Lai, Tom G. Caniels, Philip J.M. Brouwer, Mitch Brinkkemper, Yoann Aldon, Hejun Liu, Meng Yuan, Ian A. Wilson, Rogier W. Sanders, Marit J. van Gils, Albert J.R. Heck