A monoclonal neutralizing IgA antibody reduces phagocytosis of SARS-CoV-2 spike beads

Popular Abstract (Swedish)

Från IgG till IgA: En omvandling som hämmade fagocytos av SARS-CoV-2 spike-kulor

Sedan slutet av 2019 har COVID-19 pandemin orskat förödande konskekvenser för både människa och hälsa, med miljontals döda och en djup socioekonimsk inverkan. Boven bakom denna pandemi är viruset Severe Acute Respiratory Syndrome Corona Virus 2, eller SARS-CoV-2. Ett av våra viktigaste skydd mot SARS-CoV-2 är antikroppar. Vid en pågående infektion (och efter vaccination) producerar kroppen mängder av olika antikroppar, även kallade immunoglobuliner (Ig). Dessa antikroppar/immunoglobuliner är en slags molekyl som kan hjälpa immunförsvaret att eliminera virus och skydda oss från framtida infektioner. Två viktiga antikroppstyper som produceras under en SARS-CoV-2-infektion är immunoglobulin G och A (IgG och IgA) (Figur 1).

Det mest välstuderade och vanligaste sättet som både IgG- och IgA-antikroppar bidrar till SARS-CoV-2-skydd är via en mekanism kallad ”neutralisering”. Detta sker genom att antikroppen fäster/binder till virusets spike-protein och blockerar kontakten med nya celler, och därmed vidare infektion (Figur 2A). En i fallet COVID-19 mindre studerad och uppmärksammad antikroppsfunktion är ”opsonisering” (grekiska ”Att göra välsmakande”) vilket innebär att när en antikropp bundit till ett virus (t.ex. till spike) fungerar den som en etikett vilken signalerar till immunceller att de ska äta upp viruset, en process kallad fagocytos (grekiska ”stor mun”) (Figur 2B). Även om det inte råder något tvivel om de neutraliserande antikropparnas viktiga roll i skyddet mot SARS-CoV-2, har betydligt mindre uppmärksamhet ägnats åt opsoniserande antikroppar.

I en studie av Nordenfelt Lab fann man en mängd opsoniserande IgG antikroppar i blodet hos tillfrisknade COVID-19 patienter, något som antyder att fagocytos har en viktig roll i kroppens bekämpning av SARS-CoV-2. Vidare kunde denna studie även påvisa att en IgG-antikropp från dessa patienter kallad Antikropp 59 (IgG 59) kunde binda till spike samt att den var både opsoniserande och neutraliserande. Dessutom skyddade den möss som infekterats med SARS-Cov-2. Med bakgrunden av dessa upptäckter ville vi undersöka om det gick att ombilda IgG 59 till en IgA-antikropp istället. Det vill säga, behålla IgG-antikroppens förmåga att binda till spike (och därmed vara både neutraliserande och opsoniserande) och på samma gång nyttja dess förmågor som IgA. Antikroppar av typen IgA har precis som IgG också förmågan att förmedla och förstärka fagocytos hos immunceller (d.v.s. hjälpa immuncellerna att äta upp fler sjukdomsalstrande organismer), men gör det via en lite annorlunda mekanism. Därför ville vi undersöka ifall ombildningen till IgA (numera IgA 59) kunde påverka fagocytos.
För att undvika att jobba med SARS-CoV-2 i labbet, klistrade vi istället fast spike-protein på små mikroskopiska rödlysande metallkulor, dessa kommer hädanefter att kallas ”spike-kulor” (Figur 3A). För att undersöka fagocytos, d.v.s. mängden uppätna spike-kulor, använde vi oss humana immunförsvarsceller (monocyter) som vi odlat i en flaska. Tack vare att spike-kulorna lyste rött kunde vi undersöka hur många av våra immunceller som ätit upp spike-kulor (Figur 3B). Eftersom immunceller har förmågan att känna igen sjukdomsalstrande partiklar, åt de upp kulorna oavsett om vi hade tillsatt antikroppar eller inte. Men, precis som vi sett i tidigare studier från Nordenfelt lab ökade mängden fagocytos (d.v.s. fler uppätna spike-kulor) när vi tillsatte IgG 59 antikroppar, vilket betyder att IgG 59 är opsoniserande. Intressant nog, när vi tillsatta våra omvandlade IgA 59 antikroppar minskade istället mängden fagocytos till nivåer lägre än när vi inte hade några antikroppar alls. För att undersöka om detta fenomen berodde på att antikroppen var av typen IgA, behövde vi jämföra med en antikropp som inte kunde binda till spike. Vi omvandlade därför en IgG antikropp som binder till en molekyl på bröstcancerceller (d.v.s. den har inte förmågan att binda till spike-kulorna) till en IgA-antikropp. Vi undersökte sedan om dessa kunde påverka immuncellernas förmåga att fagocytera. Märkligt nog minskade även dessa IgA antikroppar mängden uppätna kulor trots att de inte kunde binda till spike-kulorna, vilket skulle kunna antyda att våra IgA-antikroppar inducerar en antiinflammatorisk effekt i immuncellerna oavsett spike-kulor eller ej.
Detta resultat är intressant, då få andra labb undersökt hur omvandlingen av IgG till IgA påverkar fagocytos av SARS-CoV-2 spike-kulor. Forskningen kring IgA är framförallt fokuserad på dess roll som en neutraliserande antikropp i slemhinnorna. IgAs roll i cirkulationssytemet (i blodet) å andra sidan, är fortfarande inte helt klarlagd. Den mesta forskningen tyder på att blodburet IgA kan trigga fagocytos och andra regulatoriska effekter i immunceller som är viktiga för att eliminera och skydda oss mot sjukdomsalstrande partiklar och organismer, som virus och bakterier. Men nyare forskning visar att blodburet IgA även kan agera antiinflammatoriskt och istället förhindra processer som fagocytos. Med andra ord, precis som de flesta andra regulatoriska processer i våra kroppar kan IgA ha olika effekt beroende på kontext och balans. Till exempel, i allvarliga fall av COVID-19 kan immunförsvaret, som egentligen har till uppgift att eliminera virus, orsaka en stark immunförsvarsrespons som leder till hyperinflammation och andnöd. Med det sagt, hade det därför varit intressant att undersöka om våra IgA 59 antikroppar kan förmedla en antiinflammatorisk respons i en sådan situation. Detta är dock bara spekulationer och många fler försök och tester skulle behövas för att gå i den riktningen, då vi inte använt oss av varken det riktiga viruset eller en djurmodell samt endast undersökt Antikropp 59.

Avslutningsvis, syftet med denna studie var att bidra till en bredare förståelse för hur olika antikroppar kan påverka immunförsvarsresponsen, mer specifikt, hur IgA kan påverka fagcytos. Vi kunde visa att våra IgA-antikroppar minskade mängden fagocytos av spike-kulor, trots att original IgG-antikroppen gav en ökande effekt. Detta skulle kunna tyda på att IgA-antikroppar orsakar en antiinflammatorisk respons i immuncellerna. För att fastställa detta behövs många fler experiment göras och fler antikroppar testas.

• author: Heurgren, Max
• supervisor: Pontus Nordenfelt
• organization: Degree Projects in Molecular Biology
• course: MOBN03 20222
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Biology and Life Sciences
• language: English
• id: 9122333
• date added to LUP: 2023-06-09 10:02:09
• date last changed: 2023-06-09 10:02:09