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タイトルTargeted selection of HIV-specific antibody mutations by engineering B cell maturation.
ジャーナル・号・ページScience, Vol. 366, Issue 6470, Year 2019
掲載日2019年12月6日
著者Kevin O Saunders / Kevin Wiehe / Ming Tian / Priyamvada Acharya / Todd Bradley / S Munir Alam / Eden P Go / Richard Scearce / Laura Sutherland / Rory Henderson / Allen L Hsu / Mario J Borgnia / Haiyan Chen / Xiaozhi Lu / Nelson R Wu / Brian Watts / Chuancang Jiang / David Easterhoff / Hwei-Ling Cheng / Kelly McGovern / Peyton Waddicor / Aimee Chapdelaine-Williams / Amanda Eaton / Jinsong Zhang / Wes Rountree / Laurent Verkoczy / Mark Tomai / Mark G Lewis / Heather R Desaire / Robert J Edwards / Derek W Cain / Mattia Bonsignori / David Montefiori / Frederick W Alt / Barton F Haynes /
PubMed 要旨INTRODUCTION: A major goal of HIV-1 vaccine development is the design of immunogens that induce broadly neutralizing antibodies (bnAbs). However, vaccination of humans has not resulted in the ...INTRODUCTION: A major goal of HIV-1 vaccine development is the design of immunogens that induce broadly neutralizing antibodies (bnAbs). However, vaccination of humans has not resulted in the induction of affinity-matured and potent HIV-1 bnAbs. To devise effective vaccine strategies, we previously determined the maturation pathway of select HIV-1 bnAbs from acute infection through neutralizing antibody development. During their evolution, bnAbs acquire an abundance of improbable amino acid substitutions as a result of nucleotide mutations at variable region sequences rarely targeted by activation-induced cytidine deaminase, the enzyme responsible for antibody mutation. A subset of improbable mutations is essential for broad neutralization activity, and their acquisition represents a key roadblock to bnAb development.
RATIONALE: Current bnAb lineage-based vaccine strategies can initiate bnAb lineage development in animal models but have not specifically elicited the improbable mutations required for neutralization breadth. Induction of bnAbs requires vaccine strategies that specifically engage bnAb precursors and subsequently select for improbable mutations required for broadly neutralizing activity. We hypothesized that vaccination with immunogens that bind with moderate to high affinity to bnAb B cell precursors, and with higher affinity to precursors that have acquired improbable mutations, could initiate bnAb B cell lineages and select for key improbable mutations required for bnAb development.
RESULTS: We elicited serum neutralizing HIV-1 antibodies in human bnAb precursor knock-in mice and wild-type macaques vaccinated with immunogens designed to select for improbable mutations. We designed two HIV-1 envelope immunogens that bound precursor B cells of either a CD4 binding site or V3-glycan bnAb lineage. In vitro, these immunogens bound more strongly to bnAb precursors once the precursor acquired the desired improbable mutations. Vaccination of macaques with the CD4 binding site–targeting immunogen induced CD4 binding site serum neutralizing antibodies. Antibody sequences elicited in human bnAb precursor knock-in mice encoded functional improbable mutations critical for bnAb development. In bnAb precursor knock-in mice, we isolated a vaccine-elicited monoclonal antibody bearing functional improbable mutations that was capable of neutralizing multiple HIV-1 global isolates. Structures of a bnAb precursor, a bnAb, and the vaccine-elicited antibody revealed the precise roles that acquired improbable mutations played in recognizing the HIV-1 envelope. Thus, our immunogens elicited antibody responses in macaques and knock-in mice that exhibited the mutational patterns, structural characteristics, or neutralization profiles of nascent broadly neutralizing antibodies.
CONCLUSION: Our study represents a proof of concept for targeted selection of improbable mutations to guide antibody affinity maturation. Moreover, this study demonstrates a rational strategy for sequential immunogen design to circumvent the difficult roadblocks in HIV-1 bnAb induction by vaccination. We show that immunogens should exhibit differences in affinity across antibody maturation stages where improbable mutations are necessary for the desired antibody function. This strategy of selection of specific antibody nucleotides by immunogen design can be applied to B cell lineages targeting other pathogens where guided affinity maturation is needed for a protective antibody response.
リンクScience / PubMed:31806786 / PubMed Central
手法EM (単粒子)
解像度3.5 - 4.3 Å
構造データ

20817

6um5

EMDB-20817, PDB-6um5:
Cryo-EM structure of HIV-1 neutralizing antibody DH270 UCA3 in complex with CH848 10.17DT Env
手法: EM (単粒子) / 解像度: 4.2 Å

20818

6um6

EMDB-20818, PDB-6um6:
Cryo-EM structure of HIV-1 neutralizing antibody DH270.6 in complex with CH848 10.17DT Env
手法: EM (単粒子) / 解像度: 4.3 Å

20819

6um7

EMDB-20819, PDB-6um7:
Cryo-EM structure of vaccine-elicited HIV-1 neutralizing antibody DH270.mu1 in complex with CH848 10.17DT Env
手法: EM (単粒子) / 解像度: 3.5 Å

化合物

ChemComp-NAG:
2-acetamido-2-deoxy-beta-D-glucopyranose / N-アセチル-β-D-グルコサミン / N-アセチルグルコサミン

由来
  • human immunodeficiency virus 1 (ヒト免疫不全ウイルス)
  • homo sapiens (ヒト)
キーワードVIRAL PROTEIN/immune system (ウイルス性) / V3-glycan site / unmutated common ancestor / DH270 lineage / VIRAL PROTEIN (ウイルスタンパク質) / VIRAL PROTEIN-immune system complex (ウイルス性)

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万見文献について

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お知らせ

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2022年2月9日: EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

EMDBエントリの付随情報ファイルのフォーマットが新しくなりました

  • EMDBのヘッダファイルのバージョン3が、公式のフォーマットとなりました。
  • これまでは公式だったバージョン1.9は、アーカイブから削除されます。

関連情報:EMDBヘッダ

外部リンク:wwPDBはEMDBデータモデルのバージョン3へ移行します

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2020年8月12日: 新型コロナ情報

新型コロナ情報

URL: https://pdbj.org/emnavi/covid19.php

新ページ: EM Navigatorに新型コロナウイルスの特設ページを開設しました。

関連情報:Covid-19情報 / 2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

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2020年3月5日: 新型コロナウイルスの構造データ

新型コロナウイルスの構造データ

関連情報:万見生物種 / 2020年8月12日: 新型コロナ情報

外部リンク:COVID-19特集ページ - PDBj / 今月の分子2020年2月：コロナウイルスプロテーアーゼ

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2019年1月31日: EMDBのIDの桁数の変更

EMDBのIDの桁数の変更

  • EMDBエントリに付与されているアクセスコード(EMDB-ID)は4桁の数字(例、EMD-1234)でしたが、間もなく枯渇します。これまでの4桁のID番号は4桁のまま変更されませんが、4桁の数字を使い切った後に発行されるIDは5桁以上の数字(例、EMD-12345)になります。5桁のIDは2019年の春頃から発行される見通しです。
  • EM Navigator/万見では、接頭語「EMD-」は省略されています。

関連情報:Q: 「EMD」とは何ですか？ / 万見/EM NavigatorにおけるID/アクセスコードの表記

外部リンク:EMDB Accession Codes are Changing Soon! / PDBjへお問い合わせ

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2017年7月12日: PDB大規模アップデート

PDB大規模アップデート

  • 新バージョンのPDBx/mmCIF辞書形式に基づくデータがリリースされました。
  • 今回の更新はバージョン番号が4から5になる大規模なもので、全エントリデータの書き換えが行われる「Remediation」というアップデートに該当します。
  • このバージョンアップで、電子顕微鏡の実験手法に関する多くの項目の書式が改定されました(例：em_softwareなど)。
  • EM NavigatorとYorodumiでも、この改定に基づいた表示内容になります。

外部リンク:wwPDB Remediation / OneDepデータ基準に準拠した、より強化された内容のモデル構造ファイルが、PDBアーカイブで公開されました。

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  • EMDB/PDB/SASBDBのエントリから引用されている文献のデータベースです
  • Pubmedのデータを利用しています

関連情報:EMDB / PDB / SASBDB / 万見 (Yorodumi) / EMN文献 / 新しいEM Navigatorと万見の変更点

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