Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2737410.32607/actanaturae.27374Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleBroadly Reactive Nanobody Targeting the H3 Hemagglutinin of the Influenza A VirusНаноантитело широкого спектра к гемагглютинину вируса гриппа А подтипа Н3ShcheblyakovD. V.ЩебляковД. В.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruVoroninaD. V.ВоронинаД. В.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruFavorskayaI. A.ФаворскаяИ. А.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruEsmagambetovI. B.ЕсмагамбетовИ. Б.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruAlekseevaI. A.АлексееваИ. А.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruKorobkovaA. I.КоробковаА. И.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruRyabovaE. I.РябоваЕ. И.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruDerkaevA. A.ДеркаевА. А.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruKanV. Yu.КанВ. Ю.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruDzharullaevaA. Sh.ДжаруллаеваА. Ш.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruTukhvatulinA. I.ТухватулинА. И.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruBandelyukA. S.БанделюкА. С.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruShmarovM. M.ШмаровМ. М.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruLogunovD. Yu.ЛогуновД. Ю.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruGintsburgA. L.ГинцбургА. Л.
Russian Federation
daryavoronin2009@yandex.ruNational Research Center for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N. F. GamaleyaНациональный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи Минздрава РоссииDepartment of Immunology and Biotechnology, Moscow State Academy of Veterinary Medicine and Biotechnology named after K. I. SkryabinМосковская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина100520241611011102401202409022024Copyright ©; 2024, Shcheblyakov D.V., Voronina D.V., Favorskaya I.A., Esmagambetov I.B., Alekseeva I.A., Korobkova A.I., Ryabova E.I., Derkaev A.A., Kan V.Y., Dzharullaeva A.S., Tukhvatulin A.I., Bandelyuk A.S., Shmarov M.M., Logunov D.Y., Gintsburg A.L.Copyright ©; 2024, Щебляков Д.В., Воронина Д.В., Фаворская И.А., Есмагамбетов И.Б., Алексеева И.А., Коробкова А.И., Рябова Е.И., Деркаев А.А., Кан В.Ю., Джаруллаева А.Ш., Тухватулин А.И., Банделюк А.С., Шмаров М.М., Логунов Д.Ю., Гинцбург А.С.2024Shcheblyakov D.V., Voronina D.V., Favorskaya I.A., Esmagambetov I.B., Alekseeva I.A., Korobkova A.I., Ryabova E.I., Derkaev A.A., Kan V.Y., Dzharullaeva A.S., Tukhvatulin A.I., Bandelyuk A.S., Shmarov M.M., Logunov D.Y., Gintsburg A.L.Щебляков Д.В., Воронина Д.В., Фаворская И.А., Есмагамбетов И.Б., Алексеева И.А., Коробкова А.И., Рябова Е.И., Деркаев А.А., Кан В.Ю., Джаруллаева А.Ш., Тухватулин А.И., Банделюк А.С., Шмаров М.М., Логунов Д.Ю., Гинцбург А.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/27374

Monoclonal antibodies and recombinant antibody fragments are a very promising therapeutic tool to combat infectious diseases. Due to their unique paratope structure, nanobodies (VHHs) hold several advantages over conventional monoclonal antibodies, especially in relation to viral infections. Influenza A viruses (IAVs) remain a major threat to public health. The hemagglutinin (HA) protein is the main protective and immunodominant antigen of IAVs. In this study, three broadly reactive nanobodies (D9.2, E12.2, and D4.2) to H3N2 influenza strains were isolated and Fc-fusion proteins (VHH-Fcs) were obtained and characterized in vitro. This modification improved the nanobodies’ binding activity and allowed for their interaction with a wider range of strains. The D9.2-Fc antibody showed a 100% protection rate against mortality in vivo in a mouse lethal model. Furthermore, we demonstrated that the observed protection has to do with Fc-FcγR interactions. These results indicate that D9.2-Fc can serve as an effective antiviral agent against the H3N2 influenza infection.

Моноклональные антитела (мАт) и их антигенсвязывающие фрагменты являются перспективным средством борьбы с инфекционными заболеваниями. Наноантитела (VHH), благодаря уникальной структуре своего паратопа, имеют ряд преимуществ перед классическими мАт, особенно в случае вирусных инфекций. Вирусы гриппа А (ВГА) остаются серьезной угрозой для общественного здравоохранения. Основным протективным и иммунодоминантным антигеном ВГА является белок гемагглютинин (НА). В данной работе выделены три наноантитела с широкой реактивностью (D9.2, E12.2 и D4.2) к различным штаммам гриппа H3N2, а также получены и охарактеризованы слитые с Fc-фрагментом VHH (VHH-Fc). Эта модификация улучшила связывающую способность VHH и позволила взаимодействовать с более широким спектром штаммов. Антитело D9.2-Fc продемонстрировало 100% защиту мышей от летального исхода in vivo. Кроме того, показано, что протективная активность D9.2-Fc обусловлена Fc-FcγR-взаимодействием. Представленные результаты говорят о том, что антитело D9.2-Fc может применяться как препарат, эффективный против инфекции, вызванной H3N2.

nanobodysingle-domain antibodyinfluenza virushemagglutininFc regionнаноантителаоднодоменные антителавирус гриппагемагглютининFc-фрагментМинистерство здравоохранения Российской ФедерацииThe Ministry of Health of the Russian Federation121031800132-4Cockburn W.C., Delon P.J., Ferreira W. // Bull W. Hlth Organ. 1969. V. 41. P. 345–348.Burrell A., Huckson S., Pilcher D.V. // N. Engl. J. Med. 2018. V. 378. № 22. P. 2138–2139.Huang S.Y., Huang W.C., Chen Y.C., Tsai C.Y., Lee I.K. // Am. J. Trop. Med. Hygiene. 2017. V. 97. № 6. P. 1945–1951.Nateghian A., Gouya M.M., Nabavi M., Soltani H., Mousavi S.V., Agah E., Erfani H., Parchami P., Dadras M., Robinson J.L. // J. Clin. Virol. 2020. V. 124. P. 104281.Tekin S., Keske S., Alan S., Batirel A., Karakoc C., Tasdelen-Fisgin N., Simsek-Yavuz S., Işler B., Aydin M., Kapmaz M., et al. // Inter. J. Infect. Dis. 2019. V. 81. P. 6–9.Darvishian M., van den Heuvel E.R., Bissielo A., Castilla J., Cohen C., Englund H., Gefenaite G., Huang W.T., la Bastide-van Gemert S., Martinez-Baz I., et al. // Lancet Respir. Med. 2017. V. 5. № 3. P. 200–211.Lewnard J.A., Cobey S. // Vaccines (Basel). 2018. V. 6. № 2. P. 28.Hayden F.G., Sugaya N., Hirotsu N., Lee N., de Jong M.D., Hurt A.C., Ishida T., Sekino H., Yamada K., Portsmouth S., et al. // N. Eng. J. Med. 2018. V. 379. № 10. P. 913–923.Stephenson I., Democratis J., Lackenby A., McNally T., Smith J., Pareek M., Ellis J., Bermingham A., Nicholson K., Zambon M. // Clin. Infect. Dis. 2009. V. 48. № 4. P. 389–396.Huang K., Ying T., Wu Y. // Viruses. 2022. V. 14. № 6. P. 1162.Hoefman S., Ottevaere I., Baumeister J., Sargentini-Maier M.L. // Antibodies. 2015. V. 4. № 3. P. 141–156.Hultberg A., Temperton N.J., Rosseels V., Koenders M., Gonzalez-Pajuelo M., Schepens B., Ibañez L.I., Vanlandschoot P., Schillemans J., Saunders M., et al. // PLoS One. 2011. V. 6. № 4. P. e17665.Ferrara F., Molesti E., Temperton N. // Future Virol. 2015. V. 10. № 6. P. 731–749.Wu Y., Wu Y., Tefsen B., Shi Y., Gao G.F. // Trends Microbiol. 2014. V. 22. № 4. P. 183–191.Tong S., Zhu X., Li Y., Shi M., Zhang J., Bourgeois M., Yang H., Chen X., Recuenco S., Gomez J., et al. // PLoS Pathog. 2013. V. 9. № 10. P. e1003657.Bangaru S., Lang S., Schotsaert M., Vanderven H.A., Zhu X., Kose N., Bombardi R., Finn J.A., Kent S.J., Gilchuk P., et al. // Cell. 2019. V. 177. № 5. P. 1136–1152.e18.Benjamin E., Wang W., McAuliffe J.M., Palmer-Hill F.J., Kallewaard N.L., Chen Z., Suzich J.A., Blair W.S., Jin H., Zhu Q. // J. Virol. 2014. V. 88. № 12. P. 6743–6750.DiLillo D.J., Palese P., Wilson P.C., Ravetch J.V. // J. Clin. Invest. 2016. V. 126. № 2. P. 605–610.Henry Dunand C.J., Leon P.E., Huang M., Choi A., Chromikova V., Ho I.Y., Tan G.S., Cruz J., Hirsh A., Zheng N.Y., et al. // Cell Host Microbe. 2016. V. 19. № 6. P. 800–813.Iba Y., Fujii Y., Ohshima N., Sumida T., Kubota-Koketsu R., Ikeda M., Wakiyama M., Shirouzu M., Okada J., Okuno Y., et al. // J. Virol. 2014. V. 88. № 13. P. 7130–7144.Kubota-Koketsu R., Mizuta H., Oshita M., Ideno S., Yunoki M., Kuhara M., Yamamoto N., Okuno Y., Ikuta K. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2009. V. 387. № 1. P. 180–185.Lee J., Boutz D.R., Chromikova V., Joyce M.G., Vollmers C., Leung K., Horton A.P., DeKosky B.J., Lee C.H., Lavinder J.J., et al. // Nat. Med. 2016. V. 22. № 12. P. 1456–1464.McCarthy K.R., Watanabe A., Kuraoka M., Do K.T., McGee C.E., Sempowski G.D., Kepler T.B., Schmidt A.G., Kelsoe G., Harrison S.C. // Immunity. 2018. V. 48. № 1. P. 174–184.e9.Son S., Ahn S. Bin, Kim G., Jang Y., Ko C., Kim M., Kim S.J. // Antiviral Res. 2023. V. 213. P. 105591.Tan G.S., Leon P.E., Albrecht R.A., Margine I., Hirsh A., Bahl J., Krammer F. // PLoS Pathog. 2016. V. 12. № 4. P. e1005578.Watanabe A., McCarthy K.R., Kuraoka M., Schmidt A.G., Adachi Y., Onodera T., Tonouchi K., Caradonna T.M., Bajic G., Song S., et al. // Cell. 2019. V. 177. № 5. P. 1124–1135.e16.Yoon A., Yi K.S., Chang S.Y., Kim S.H., Song M., Choi J.A., Bourgeois M., Hossain M.J., Chen L.M., Donis R.O., et al. // PLoS One. 2015. V. 10. № 10. P. e0141312.Gao R., Sheng Z., Sreenivasan C.C., Wang D., Li F. // Viruses. 2020. V. 12. № 3. P. 276.Boudreau C.M., Alter G. // Front. Immunol. 2019. V. 10. P. 440.Voronina D.V., Shcheblyakov D.V., Esmagambetov I.B., Derkaev A.A., Popova O., Shcherbinin D.N. // Acta Naturae. 2021. V. 13. № 4. P. 33–41.Saunders K.O. // Front. Immunol. 2019. V. 10. P. 1296.Voronina D.V., Shcheblyakov D.V., Favorskaya I.A., Esmagambetov I.B., Dzharullaeva A.S., Tukhvatulin A.I., Zubkova O.V., Popova O., Kan V.Y., Bandelyuk A.S., et al. // Viruses. 2022. V. 14. № 11. P. 2485.Laursen N.S., Friesen R.H.E., Zhu X., Jongeneelen M., Blokland S., Vermond J., van Eijgen A., Tang C., van Diepen H., Obmolova G., et al. // Science. 2018. V. 362. № 6414. P. 598–602.Kaverin N.V., Rudneva I.A., Govorkova E.A., Timofeeva T.A., Shilov A.A., Kochergin-Nikitsky K.S., Krylov P.S., Webster R.G. // J. Virol. 2007. V. 81. № 23. P. 12911–12917.He W., Mullarkey C.E., Miller M.S. // Methods. 2015. V. 90. P. 95–100.Mähler M., Berar M., Feinstein R., Gallagher A., Illgen-Wilcke B., Pritchett-Corning K., Raspa M. // Lab. Anim. 2014. V. 48. № 3. P. 178–192.Benhaim M.A., Prasad V.M., Garcia N.K., Guttman M., Lee K.K. // Sci. Adv. 2020. V. 6. № 18. P. eaaz8822.Benton D.J., Gamblin S.J., Rosenthal P.B., Skehel J.J. // Nature. 2020. V. 583. № 7814. P. 150–153.Mausser E., Nador E., Politch J.A., Pauly M.R., Marathe J.G., Moench T.R., Zeitlin L., Whaley K.J., Anderson D.J. // PLoS One. 2023. V. 18. № 3. P. e0282147.Cawez F., Mercuri P.S., Morales-Yãnez F.J., Maalouf R., Vandevenne M., Kerff F., Guérin V., Mainil J., Thiry D., Saulmont M., et al. // Antimicrob. Agents Chemother. 2023. V. 67. № 4. P. e01499-22.Kumar S., Athreya A., Gulati A., Nair R.M., Mahendran I., Ranjan R., Penmatsa A. // Commun. Biol. 2021. V. 4. № 1. P. 836.Esmagambetov I.B., Shcheblyakov D.V., Egorova D.A., Voronina O.L., Derkaev A.A., Voronina D.V., Popova O., Ryabova E.I., Shcherbinin D.N., Aksenova E.I., et al. // Acta Naturae. 2021. V. 13. № 4. P. 53–63.Wang R., Zhang H., Peng C., Shi J., Zhang H., Gong R. // Virol. Sin. 2021. V. 36. № 6. P. 1600–1610.Burmistrova D.A., Tillib S.V., Shcheblyakov D.V., Dolzhikova I.V., Shcherbinin D.N., Zubkova O.V., Ivanova T.I., Tukhvatulin A.I., Shmarov M.M., Logunov D.Y., et al. // PLoS One. 2016. V. 11. № 3. P. e0150958.Tutykhina I.L., Sedova E.S., Gribova I.Y., Ivanova T.I., Vasilev L.A., Rutovskaya M.V., Lysenko A.A., Shmarov M.M., Logunov D.Y., Naroditsky B.S., et al. // Antiviral Res. 2013. V. 97. № 3. P. 318–328.Derkaev A.A., Ryabova E.I., Esmagambetov I.B., Shcheblyakov D.V., Godakova S.A., Vinogradova I.D., Noskov A.N., Logunov D.Y., Naroditsky B.S., Gintsburg A.L. // Front Microbiol. 2022. V. 13. P. 960937.Esmagambetov I.B., Ryabova E.I., Derkaev A.A., Shcheblyakov D.V., Dolzhikova I.V., Favorskaya I.A., Grousova D.M., Dovgiy M.A., Prokofiev V.V., Gosudarev A.I., et al. // Front. Immunol. 2023. V. 14. P. 1129245.Panova E.A., Kleymenov D.A., Shcheblyakov D.V., Bykonia E.N., Mazunina E.P., Dzharullaeva A.S., Zolotar A.N., Derkaev A.A., Esmagambetov I.B., Sorokin I.I., et al. // Front. Immunol. 2023. V. 14. P. 1098302.Favorskaya I.A., Shcheblyakov D.V., Esmagambetov I.B., Dolzhikova I.V., Alekseeva I.A., Korobkova A.I., Voronina D.V., Ryabova E.I., Derkaev A.A., Kovyrshina A.V., et al. // Front Immunol. 2022. V. 13. P. 822159.Hanke L., Das H., Sheward D.J., Perez Vidakovics L., Urgard E., Moliner-Morro A., Kim C., Karl V., Pankow A., Smith N.L., et al. // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 155.Liu H., Wu L., Liu B., Xu K., Lei W., Deng J., Rong X., Du P., Wang L., Wang D., et al. // Cell Rep. Med. 2023. V. 4. № 2. P. 100918.Schepens B., van Schie L., Nerinckx W., Roose K., Fijalkowska D., Devos S., Weyts W., De Cae S., Vanmarcke S., Lonigro C., et al. // Sci. Transl. Med. 2021. V. 13. №. 621. P. eabi7826.Hufton S.E., Risley P., Ball C.R., Major D., Engelhardt O.G., Poole S. // PLoS One. 2014. V. 9. № 8. P. e103294.Wrapp D., De Vlieger D., Corbett K.S., Torres G.M., Wang N., van Breedam W., Roose K., van Schie L., Hoffmann M., Pöhlmann S., et al. // Cell. 2020. V. 181. № 5. P. 1004–1015.e15.Derebe M.G., Nanjunda R.K., Gilliland G.L., Lacy E.R., Chiu M.L. // Immunol. Lett. 2018. V. 197. P. 1–8.DiLillo D.J., Tan G.S., Palese P.R.J.V. // Nat. Med. 2014. V. 20. № 2. P. 143–151.Bruhns P. // Blood. 2012. V. 119. № 24. P. 5640–5649.Ko Y.A., Yu Y.H., Wu Y.F., Tseng Y.C., Chen C.L., Goh K.S., Liao H.Y., Chen T.H., Cheng T.J.R., Yang A.S., et al. // PLoS Pathog. 2021. V. 17. № 8. P. e1009724.