L’empreinte antigénique se caractérise comme l’impact des immunisations préalables sur les réponses immunitaires subséquentes contre un antigène. Ce phénomène peut réduire l’efficacité vaccinale contre des souches variantes et c’est pourquoi le déjouer est un enjeu majeur pour l’optimisation des stratégies vaccinales, notamment contre le SARS-CoV-2. Dans l’essai AP-HP COVIBOOST (NCT05124171), l’un des rares essais vaccinaux COVID-19 comparatif, le vaccin basé sur la protéine Spike recombinante du variant Beta (B.1.351) administré en rappel (3ème dose) a montré une supériorité en termes de titre et de spectre de neutralisation sérique comparé à celui basé sur la Spike ancestrale, administrée sous forme d’ARNm (BNT162b2) ou bien de protéine recombinante (MVD614). Comprendre par quels mécanismes ce vaccin induit une meilleure réponse pourrait permettre d’identifier des déterminants universels de la réponse vaccinale transposables à de futures stratégies vaccinales. Dans ce but, nous avons analysé comparativement la réponse lymphocytaire B mémoire de sujets vaccinés par l’un de ces 3 vaccins jusqu’à 3 mois après vaccination.

Pour ce faire, nous avons obtenu des échantillons sanguins (PBMCs) de patients inclus dans l’essai COVIBOOST : 15 sujets vaccinés par BNT162b2 (ARNm encodant la souche ancestrale, COMIRNATY®, Pfizer-BioNTech), 16 sujets vaccinés avec la protéine S ancestrale recombinante adjuvantée (MV614, Sanofi-Pasteur/GSK) et 15 sujets vaccinés avec la protéine S du variant B.1.351 recombinante adjuvantée (MVB.1.351, Sanofi-Pasteur/GSK, VidPrevtyn Beta®). Ces sujets ont été prélevés à J15, J28 et M3 après la vaccination. Nous avons pu analyser les réponse B mémoires spécifiques pour l’ensemble de la cohorte par cytométrie en flux en utilisant des tétramères des protéines Spike (ancestrale et B.1.351) et du RBD ancestral. Nous avons également trié pour culture en cellules uniques les lymphocytes B mémoires spécifiques du RBD de 4 sujets. Ce système de culture en cellule unique nous a permis d’analyser 139 lymphocytes B mémoires spécifiques du RBD dont nous avons pu étudier conjointement les transcrits V(D)J (permettant analyse du répertoire et une prédiction bio-informatique de la liaison antigénique avec AlphaFold3) et la fonctionnalité de l’immunoglobuline in vitro (BioLayer Interferometry, neutralisation).

Nous avons d’abord pu montrer que les 3 vaccins entrainaient une prolifération similaire des lymphocytes B mémoires spécifiques de la Spike et de son sous-domaine RBD. Ces lymphocytes B mémoires étaient préexistants et aucune réponse contre les néo-épitopes du variant B.1.351 n’était observée. L’effet du vaccin n’était donc pas expliqué par une différence quantitative de la réponse cellulaire B ou par une réponse spécifique liée aux mutations du variant utilisé. L’analyse détaillée de la réponse anti- RBD a permis de montrer que le vaccin MVB.1.351 recrutait préférentiellement une sous population de lymphocytes B mémoire spécifique du RBD, fortement marquée par le tétramère de la Spike B.1.351 (Betahigh) comparativement au reste de la population des lymphocytes B mémoires spécifiques du RBD (Betalow). Ces deux populations présentaient des affinités similaires pour les RBD ancestraux ou B.1.351 mais les Betahigh neutralisaient plus fortement les souches D614G et B.1.351 du SARS-CoV-2. Ces résultats suggèrent que les Betahigh et les Betalow reconnaissent des épitopes différents au sein du RBD.

Nos approches combinées in vitro et in silico ont toutes deux permis de montrer que les Betahigh ciblaient préférentiellement des épitopes de Classe 1, 2 et 3 situés sur le dessus du RBD, alors que les Betalow ciblaient majoritairement des épitopes de classe 4 et 5, cryptiques et plus difficilement accessibles dans une Spike trimérique en conformation canonique. Nous avons pu montrer que l’homotrimère de la protéine Spike du variant B.1.351 adopte, à 37 °C, une conformation quaternaire canonique fermée plus fréquemment que la Spike ancestrale. Cette conformation limite l’accès aux épitopes faiblement neutralisants de classes 4 et 5, et oriente ainsi la réponse immunitaire vers les épitopes exposés et fortement neutralisants de classes 1, 2 et 3 du RBD.

En conclusion, la conformation quaternaire de la protéine Spike impacte le remodelage du répertoire lymphocytaire B mémoire mature préexistant. Cette étude souligne que la dynamique conformationnelle des protéines devrait être prise en compte dans le développement des vaccins et ouvre des perspectives pour cibler des épitopes d’intérêt et réduire l’empreinte antigénique.