Vrc01-class Precursor Frequency in an African Population is Influenced by Ighv1-2 Allelic Composition and Not Malaria Exposure

Resumen Técnico: La frecuencia de precursores de la clase VRC01 en una población africana está influenciada por la composición alélica de IGHV1-2 y no por la exposición al paludismo

Planteamiento del problema
Las estrategias de vacunas de direccionamiento a la línea germinal (GT, por sus siglas en inglés) tienen como objetivo elidir anticuerpos de amplia neutralización (bnAbs) contra el VIH mediante el uso de inmunógenos diseñados para expandir selectivamente los raros precursores de células B ingenuas (naïve). El éxito de este enfoque depende de la presencia de estos precursores en frecuencias y afinidades suficientes dentro de las poblaciones objetivo. Si bien se han caracterizado los precursores de los bnAbs de la clase VRC01 en poblaciones de América del Norte, existen datos limitados sobre su frecuencia y propiedades en poblaciones africanas, que soportan la mayor carga de VIH. Además, se desconoce si la exposición crónica a patógenos endémicos, específicamente al paludismo, altera el repertorio de células B ingenuas o impacta la frecuencia de estos precursores específicos. Adicionalmente, la alta heterogeneidad genética en las poblaciones africanas sugiere que las variaciones alélicas en el gen de la cadena pesada variable de la inmunoglobulina 1-2 (IGHV1-2) pueden diferir de las bases de datos de referencia, lo que podría afectar la eficacia de los inmunógenos GT diseñados basándose en los alelos de referencia occidentales.

Metodología
El estudio reclutó a 60 adultos sanos kenianos de cuatro regiones con distintas intensidades de transmisión de malaria: Ahero y Junju (alta endemicidad) frente a Nairobi y Ngerenya (baja endemicidad). Los niveles de exposición al paludismo se confirmaron mediante un ELISA de IgG contra P. falciparum.

• Clasificación celular y secuenciación: Se enriquecieron las células B de células mononucleares de sangre periférica (PBMCs). Las células B ingenuas específicas de epítopo se identificaron y clasificaron mediante citometría de flujo (FACS) basándose en la unión al inmunógeno de direccionamiento a la línea germinal eOD-GT8 (doble positivo) y la falta de unión a un control de inactivación (knockout) eOD-GT8-KO11.
• Análisis de célula única: Las células clasificadas se sometieron a una secuenciación de receptores de células B (BCR) de célula única de alto rendimiento mediante el método de gota (droplet-based) para identificar secuencias emparejadas de cadena pesada y ligera.
• Genotipado: Los genotipos de IGHV1-2 de los participantes se infirieron utilizando el pipeline IgDiscover a partir de datos de RNAseq masivo de células B enriquecidas. Se identificaron y validaron nuevos alelos.
• Ensayos funcionales: Un subconjunto de las secuencias identificadas se expresó como anticuerpos monoclonales (mAbs) para medir la afinidad de unión a eOD-GT8 y eOD-GT8-KO11 mediante resonancia de plasmón superficial (SPR).
• Análisis: Las frecuencias de los precursores se estimaron calculando la relación entre las secuencias de la clase VRC01 (definidas por el uso de IGHV1-2 y un CDR3 de cadena ligera de 5 aminoácidos) y el total de células B ingenuas.

Contribuciones clave y resultados

1. Frecuencia de precursores y exposición al paludismo: El estudio detectó precursores de la clase VRC01 en aproximadamente el 59% de los participantes con genotipos permisivos. La frecuencia mediana general de precursores fue de 1 en 345,557 células B ingenuas. Crucialmente, no hubo una diferencia estadísticamente significativa en las frecuencias de los precursores entre los participantes de entornos de alta y baja endemicidad de malaria. Esto sugiere que la exposición crónica al paludismo no impacta negativamente la frecuencia de estos precursores ingenuos específicos en esta población.
2. Influencia genética (Alelos IGHV1-2): La frecuencia de los precursores estuvo fuertemente influenciada por la composición alélica de IGHV1-2. Los participantes homocigotos para el alelo IGHV1-202 exhibieron frecuencias de precursores significativamente más altas (~2.7 veces más altas que *02/*04 y ~4.2 veces más altas que *02/*06) en comparación con otros genotipos. Aproximadamente el 82% de los participantes poseían al menos un alelo 02 o 04, lo que respalda la viabilidad de las estrategias GT en esta población.
3. Variantes alélicas novedosas: El estudio identificó cuatro variantes alélicas novedosas de IGHV1-2 (*02_S4303, *02_S4953, *06_S5416 y 06_S5931). Notablemente, el nuevo alelo IGHV1-206_S5416, que codifica una Glutamina (Q) en lugar de una Arginina (R) canónica en la posición 50 (R50Q), resultó producir un precursor capaz de unirse a eOD-GT8. Esto contrasta con el alelo de referencia 06, que típicamente carece del residuo de triptofano crítico requerido para la unión.
4. Características de la secuencia y afinidad: Los precursores de la clase VRC01 identificados compartieron características de la línea germinal codificadas con los bnAbs maduros, incluyendo el uso de genes de cadena ligera específicos y un LCDR3 corto de 5 aminoácidos. La afinidad de unión mediana de estos precursores a eOD-GT8 fue de 2.01 µM. Se observó una correlación positiva entre una "puntuación característica de bnAb" (basada en la presencia de características clave de la línea germinal) y la afinidad de unión.
5. Repertorio no perteneciente a la clase VRC01: El estudio también caracterizó precursores específicos de CD4bs que no pertenecen a la clase VRC01, identificando un clonotipo de cadena ligera público (QQYGSSPWTF) asociado con IGκ3-20 e Jκ1-01 que estuvo presente en múltiples individuos en ambos entornos de endemicidad.

Significado
El artículo concluye que la frecuencia de los precursores de los bnAbs de la clase VRC01 en esta población keniana es comparable a las estimaciones de las poblaciones de América del Norte y no se ve disminuida por la exposición crónica al paludismo. Este hallazgo es tranquilizador para la implementación de ensayos de vacunas GT contra el VIH en regiones con endemicidad de malaria. Sin embargo, el estudio enfatiza que la composición alélica de IGHV1-2 es un determinante crítico de la frecuencia de los precursores y de la capacidad de unión. El descubrimiento de nuevos alelos, particularmente el IGHV1-206_S5416, que puede interactuar con el inmunógeno a pesar de desviarse de la secuencia de referencia, subraya la necesidad del genotipado de los participantes en los ensayos de vacunas GT. Los autores sostienen que estos datos apoyan el desarrollo continuo de vacunas GT para esta población, pero destacan la necesidad de tener en cuenta la alta diversidad genética y las variantes raras que restauran la función en el diseño de inmunógenos y el análisis de los ensayos.