DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-09499-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41519898
تاريخ النشر: 2026-01-10
المؤلف: Jimin Lee وآخرون
الموضوع الرئيسي: البحث في فيروس SARS-CoV-2 وCOVID-19
نظرة عامة
لقد قلل التطور المستمر لـ SARS-CoV-2 بشكل كبير من فعالية الأجسام المضادة المحايدة الناتجة عن العدوى السابقة أو التطعيمات، مما جعل العديد من علاجات الأجسام المضادة الأحادية غير فعالة. في هذا السياق، يقدم البحث TRI2-2، وهو مثبط مصمم حسابيًا من بروتين مصغر ثلاثي الوحدات، والذي أظهر نشاطًا محايدًا واسع النطاق ضد مختلف متغيرات SARS-CoV-2 التي ظهرت على مدار السنوات الخمس الماضية.
تشير النتائج إلى أن TRI2-2 يحمي الفئران بفعالية من التحديات التي تطرحها المتغيرات الحديثة، بما في ذلك BQ.1.1 و XBB.1.5 و BA.2.86، عند إعطائه عن طريق الأنف بعد التعرض. ومن الجدير بالذكر أن مقاومة TRI2-2 لآليات الهروب الفيروسي التي تظهرها معظم المتغيرات، جنبًا إلى جنب مع توصيله المستهدف إلى المسالك الهوائية العليا، يبرز إمكاناته كنهج علاجي بديل واعد في مكافحة عدوى SARS-CoV-2.
مقدمة
تستعرض المقدمة الدور الحاسم لبروتين الشوكة (S) من فيروس كورونا المتلازمة التنفسية الحادة الشديدة 2 (SARS-CoV-2) في تسهيل دخول الفيروس من خلال تفاعله مع مستقبل ACE2. لقد قلل ظهور متغيرات أوميكرون بشكل كبير من فعالية اللقاحات والأجسام المضادة الأحادية الموجودة، مما أدى إلى زيادة معدلات إعادة العدوى والعدوى المفاجئة، بالإضافة إلى استمرار موجات العدوى العالمية.
طور المؤلفون سابقًا مثبط بروتين مصغر مصمم حسابيًا، TRI2-2، والذي يظهر ارتباطًا عاليًا ببروتين S من خلال التفاعل مع جميع مجالات ارتباط المستقبلات الثلاثة (RBDs) من ثلاثي بروتين S. وقد أفادوا بأن إعطاء TRI2-2 عن طريق الأنف منح حماية للفئران ضد متغيرات SARS-CoV-2 بيتا ودلتا. يوسع البحث الحالي هذه النتائج، كاشفًا أن TRI2-2 يحتفظ بفعاليته في المحايدة في المختبر وفي الحماية في الجسم الحي ضد جميع متغيرات أوميكرون تقريبًا التي ظهرت على مدار السنوات الخمس الماضية، مما يبرز إمكاناته كخيار علاجي من الجيل التالي.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام خطوط خلوية متنوعة، بما في ذلك خلايا DH10B القابلة للتنافس، HEK293T، Vero E6-TMPRSS2-GFP، BHK-21-GFP، وخلايا HEK293T مع تعبير مستقر لمستقبل ACE2 البشري. تم زراعة الخلايا في وسط Eagle المعدل من دولبيكو (DMEM) معززة بـ 10% مصل جنين البقر (FBS) و1% بنسلين-ستربتوميسين عند 37 درجة مئوية في جو يحتوي على 5% CO2. تم الحفاظ على خطوط خلوية محددة، مثل BHK-21-GFP و Vero E6-TMPRSS2-GFP، مع مضادات حيوية إضافية: 2 ميكروغرام/مل من بيومايسين لـ BHK-21-GFP و8 ميكروغرام/مل من بيومايسين مع 4 ميكروغرام/مل من بلاستيسيدين لـ Vero E6-TMPRSS2-GFP.
تم زراعة خلايا Expi293F تحت ظروف مختلفة قليلاً عند 37 درجة مئوية و8% CO2. تم زراعة خلايا Vero-TMPRSS2 في DMEM مع مكملات إضافية، بما في ذلك 10 ملي مول من HEPES، 1 ملي مول من صوديوم البيروفات، و1× أحماض أمينية غير أساسية، بالإضافة إلى 5 ميكروغرام/مل من بلاستيسيدين. كانت خلايا Vero-hACE2-TMPRSS2 تتطلب 10 ميكروغرام/مل من بيومايسين للصيانة. من المهم أن جميع خطوط الخلايا تم اختبارها بانتظام للكشف عن تلوث الميكوبلازما باستخدام اختبار قائم على PCR، على الرغم من أنه لم يتم التحقق من صحتها قبل الاستخدام.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم فعالية الارتباط والمحايدة لمضاد TRI2-2 ضد مختلف متغيرات SARS-CoV-2، وخاصة متغيرات أوميكرون. باستخدام تقنية التداخل الحيوي (BLI)، أظهر TRI2-2 ارتباطات عالية لمجالات ارتباط مستقبلات ووهان-هو-1 ودلتا (RBDs) مع ارتباطات بيكومولارية، بينما لوحظ الارتباط بعدة متغيرات أوميكرون (BA.1، BA.2، BA.5، إلخ) مع ارتباطات نانومولارية. ومن الجدير بالذكر أن TRI2-2 لم يرتبط بمستقبل KP.3، مما يتوافق مع عدم قدرته على تحييد هذا المتغير. في الاختبارات الوظيفية، قام TRI2-2 بتحييد فيروس التهاب الفم القلاعي (VSV) عبر معظم المتغيرات المختبرة، مع تركيزات مثبطة نصفية تتراوح من حوالي 0.5 إلى 5 نانومتر، باستثناء JN.1 و KP.3، اللذين أظهرا تحييدًا منخفضًا أو عدم تحييد على التوالي.
كشفت التحليلات الهيكلية عبر المجهر الإلكتروني بالتبريد عن تفاعلات الارتباط بين TRI2-2 وثلاثي بروتين الشوكة BA.2.86، مما يبرز بقايا محفوظة ومتحورة تؤثر على قوة الارتباط. على الرغم من الطفرات الكبيرة في RBDs لمتغيرات مختلفة، حافظ TRI2-2 على نشاطه المحايد ضد معظمها، مما يشير إلى آلية عمل قوية. أظهرت التجارب في الجسم الحي أن إعطاء TRI2-2 عن طريق الأنف قدم تأثيرات وقائية ضد فقدان الوزن وتقليل الأحمال الفيروسية في فئران K18-hACE2 المصابة بمتغيرات أوميكرون BQ.1.1 و XBB.1.5 و BA.2.86. تؤكد هذه النتائج على إمكانات TRI2-2 كعلاج محايد على نطاق واسع ضد متغيرات SARS-CoV-2، خاصة في سياق سلالات أوميكرون الناشئة.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الفعالية المقارنة للتطعيم العضلي مقابل العدوى الطبيعية في توليد عناوين الأجسام المضادة المحايدة في المسالك التنفسية العليا البشرية، مما يشير إلى أن العناوين المنخفضة الناتجة عن التطعيم قد تسهم في زيادة القابلية للإصابة بعدوى SARS-CoV-2 المفاجئة. هذه القابلية المستمرة، التي تفاقمت بسبب تراجع المناعة الطبيعية والتحولات المستضدية الفيروسية، تؤكد الحاجة إلى استراتيجيات لقاح مبتكرة، خاصة تلك التي يمكن إعطاؤها عن طريق الأنف أو الفم. أظهرت الدراسات قبل السريرية أن اللقاحات المعطاة عن طريق الأنف يمكن أن تحفز مناعة مخاطية قوية، وقد أظهر TRI2-2 قدرة محايدة واسعة ضد عدة متغيرات من SARS-CoV-2، بما في ذلك BQ.1.1 و XBB.1.5 و BA.2.86، بينما أظهر أيضًا خصائص فيزيائية حيوية ملائمة للإنتاج على نطاق واسع.
تضع قدرة TRI2-2 على استيعاب الطفرات داخل موضعه المستضدي كمرشح واعد للتطوير العلاجي المستقبلي ضد الفيروسات التنفسية سريعة التطور. إن استقراره الاستثنائي وفعاليته من حيث التكلفة، جنبًا إلى جنب مع فعاليته المثبتة في الجسم الحي، تشير إلى أن TRI2-2 يمكن أن يغير بشكل كبير مشهد تطوير الأدوية المضادة للفيروسات. تؤكد النتائج على إمكانات تصميم البروتينات الحسابية في تسريع إنشاء عوامل مضادة للفيروسات فعالة، خاصة استجابةً للتهديدات الفيروسية الناشئة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-025-09499-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41519898
Publication Date: 2026-01-10
Author(s): Jimin Lee et al.
Primary Topic: SARS-CoV-2 and COVID-19 Research
Overview
The ongoing evolution of SARS-CoV-2 has significantly diminished the effectiveness of neutralizing antibodies generated from previous infections or vaccinations, rendering many monoclonal antibody treatments ineffective. In this context, the study introduces TRI2-2, a computationally-designed homotrimeric miniprotein inhibitor, which has demonstrated broad near pan-neutralizing activity against various SARS-CoV-2 variants that have emerged over the past five years.
The findings indicate that TRI2-2 effectively protects mice from challenges posed by recent variants, including BQ.1.1, XBB.1.5, and BA.2.86, when administered intranasally after exposure. Notably, TRI2-2’s resistance to viral escape mechanisms exhibited by most variants, combined with its targeted delivery to the upper airways, underscores its potential as a promising alternative therapeutic approach in combating SARS-CoV-2 infections.
Introduction
The introduction outlines the critical role of the spike (S) glycoprotein of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in facilitating viral entry through its interaction with the ACE2 receptor. The emergence of Omicron variants has significantly diminished the effectiveness of existing vaccines and monoclonal antibodies, resulting in increased rates of reinfections and breakthrough infections, as well as ongoing waves of global infection.
The authors previously developed a computationally-designed miniprotein inhibitor, TRI2-2, which demonstrates high avidity binding to the S protein by engaging all three receptor-binding domains (RBDs) of the S trimer. They reported that intranasal administration of TRI2-2 conferred protection in mice against SARS-CoV-2 Beta and Delta variants. The current study extends these findings, revealing that TRI2-2 maintains its in vitro neutralization and in vivo protective efficacy against nearly all Omicron variants that have emerged over the past five years, underscoring its potential as a next-generation therapeutic option.
Methods
In this study, various cell lines were utilized, including DH10B competent cells, HEK293T, Vero E6-TMPRSS2-GFP, BHK-21-GFP, and HEK293T cells with stable human ACE2 expression. The cells were cultured in Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS) and 1% penicillin-streptomycin at 37°C in a 5% CO2 atmosphere. Specific cell lines, such as BHK-21-GFP and Vero E6-TMPRSS2-GFP, were maintained with additional antibiotics: 2 µg/mL of Puromycin for BHK-21-GFP and 8 µg/mL of Puromycin along with 4 µg/mL of Blasticidin for Vero E6-TMPRSS2-GFP.
Expi293F cells were cultured under slightly different conditions at 37°C and 8% CO2. Vero-TMPRSS2 cells were grown in DMEM with additional supplements, including 10 mM HEPES, 1 mM sodium pyruvate, and 1× non-essential amino acids, along with 5 µg/mL of Blasticidin. Vero-hACE2-TMPRSS2 cells required 10 µg/mL of Puromycin for maintenance. Importantly, all cell lines were routinely tested for mycoplasma contamination using a PCR-based assay, although none were authenticated prior to use.
Results
In this study, the binding and neutralizing efficacy of the TRI2-2 antibody against various SARS-CoV-2 variants, particularly the Omicron variants, were evaluated. Using biolayer interferometry (BLI), TRI2-2 demonstrated high binding affinities to the Wuhan-Hu-1 and Delta receptor-binding domains (RBDs) with picomolar avidities, while binding to several Omicron variants (BA.1, BA.2, BA.5, etc.) was observed with nanomolar avidities. Notably, TRI2-2 did not bind to the KP.3 variant RBD, correlating with its inability to neutralize this variant. In functional assays, TRI2-2 effectively neutralized pseudotyped vesicular stomatitis virus (VSV) across most variants tested, with half-maximal inhibitory concentrations ranging from approximately 0.5 to 5 nM, except for JN.1 and KP.3, which exhibited reduced or no neutralization, respectively.
Structural analysis via cryo-electron microscopy revealed the binding interactions between TRI2-2 and the BA.2.86 spike trimer, highlighting conserved and mutated residues that influence binding affinity. Despite significant mutations in the RBDs of various variants, TRI2-2 maintained its neutralizing activity against most, suggesting a robust mechanism of action. In vivo experiments demonstrated that intranasal administration of TRI2-2 provided protective effects against weight loss and reduced viral loads in K18-hACE2 mice infected with Omicron variants BQ.1.1, XBB.1.5, and BA.2.86. These findings underscore the potential of TRI2-2 as a broadly neutralizing therapeutic against SARS-CoV-2 variants, particularly in the context of emerging Omicron strains.
Discussion
The discussion highlights the comparative efficacy of intramuscular vaccination versus natural infection in generating neutralizing antibody titers in the human upper respiratory tract, suggesting that lower titers from vaccination may contribute to increased susceptibility to SARS-CoV-2 breakthrough infections. This ongoing vulnerability, exacerbated by waning natural immunity and viral antigenic shifts, underscores the need for innovative vaccine strategies, particularly those that can be administered intranasally or orally. Preclinical studies have shown that intranasal vaccines can elicit robust mucosal immunity, and the TRI2-2 minibinder has demonstrated broad neutralizing activity against several SARS-CoV-2 variants, including BQ.1.1, XBB.1.5, and BA.2.86, while also exhibiting favorable biophysical properties for large-scale production.
The TRI2-2 minibinder’s ability to accommodate mutations within its epitope positions it as a promising candidate for future therapeutic development against rapidly evolving respiratory viruses. Its exceptional stability and cost-effectiveness, combined with its demonstrated efficacy in vivo, suggest that TRI2-2 could significantly alter the landscape of antiviral drug development. The findings emphasize the potential of computational protein design in accelerating the creation of effective antiviral agents, particularly in response to emerging viral threats.