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Entwicklung von Vektor-basierenden Impfstrategien für die prophylaktische Immunisierung im Friend-Retrovirus-Modell

Bongard, Nadine

Die Suppression von Immunantworten gegen ein gleichzeitig appliziertes Immunogen durch retrovirales Env stellt ein herausforderndes Problem in der anti-retroviralen Impfstoffentwicklung dar. Im FV-Modell wurden daher DNA-Impfstoffe, die F-MuLV Env und Leader-Gag exprimierten, mit Zytokin-kodierenden Plasmiden kombiniert. Die Ko-Immunisierung mit Zytokin-kodierenden Plasmiden modulierte den supprimierenden Effekt von Env auf die Induktion von GagL85-93-spezifischen CD8+ T-Zellen, vor allem die Kombination LG + Env mit den Zytokinen IL2, IL12, IL21, IL28A und GM-CSF führte zur Induktion von hohen spezifischen CD8+ T-Zellantworten. Dies zeigte sich nach der FV-Infektion in niedrigeren Milzgewichten, sowie in verringerten Viruslasten in der Milz. GM-CSF modulierte die Bildung bindender Antikörper positiv, alle anderen Zytokine hatten keinen Einfluss auf die Bildung bindender Antikörper. Die Ko-Applikation von Zytokinen könnte eine Lösung der Problematik der Immunsuppression durch Env nicht nur im FV-Modell, sondern auch bei Immunisierungen gegen HIV darstellen, da beispielsweise die immunsuppressive Domäne hochkonserviert zwischen verschiedenen Retroviren ist. Nicht nur die Immunsuppression der Retroviren stellt eine Herausforderung bei der Entwicklung von Impfstoffen gegen retrovirale Infektionen dar, sondern auch die Induktion komplexer Immunantworten. In der Forschung induziert ein vektorieller Impfstoff auf der Basis von RhCMV, der SIV Proteine exprimiert, den besten Schutz gegen eine dem HIV verwandte SIV-Infektion. Um die CMV-basierte Immunisierung im FV-Modell zu evaluieren, wurden MCMV-basierte Vektoren eingesetzt, die Leader-Gag, Leader-GagC1K oder F-MuLV Env exprimieren. Die homologe Prime-Boost-Immunisierung mit MCMV.Leader-Gag oder MCMV.Leader-GagC1K konnte keine GagL85-93-spezifischen CD8+ T-Zellantworten induzieren und vermittelte keinen Schutz gegen die FV-Infektion. MCMV.env induzierte dagegen starke Env123-141-spezifische CD4+ T-Zellantworten. Allerdings konnte MCMV.env erst nach der Verdopplung des Zeitintervalls zwischen der Immunisierung und der Belastungsinfektion mit FV von drei auf sechs Wochen einen sehr guten Schutz gegen die FV-Infektion vermitteln. Dieser Effekt ist wahrscheinlich auf eine verbesserte Antiköperantwort zurückzuführen, da die B-Zellen mehr Zeit für ihre Reifung hatten. Die Immunisierung mit MCMV.env schützte die geimpften Mäuse außerdem langfristig gegen eine FV-Infektion, wie ein Langzeitversuch über drei Monate zeigen konnte. Transferexperimente, bei denen CD4+ T-Zellen, CD4+-depletierte Immunzellen und Antikörper-haltiges Serum von MCMV.env geimpften Mäusen einen Tag vor der FV-Infektion transferiert wurden, konnten keinen Schutz übertragen; wie der Schutz vermittelt wird müssen also weitere Experimente zeigen. In dieser Arbeit konnte durch die Kombination von LG + Env mit verschiedenen Zytokinen die Immunsuppression durch F-MuLV Env überwunden werden und durch den Einsatz MCMV-basierter Vektoren konnte ein sehr guter Schutz der immunisierten Mäuse gegen eine FV-Infektion vermittelt werden.

The suppression of immune responses to a simultaneously applied immunogen by retroviral Env represents a challenging problem in antiretroviral vaccine development. Therefore, DNA vaccines expressing F-MuLV Env and Leader-Gag were combined with cytokine-encoding plasmids in the FV model. The co-immunization with cytokine-encoding plasmids alleviated the suppressive effect of Env on the induction of GagL85-93-specific CD8+ T cells, especially the combination LG + Env with the cytokines IL2, IL12, IL21, IL28A and GM-CSF induced potent specific CD8+ T cell responses. The immunizations resulted in lower spleen weights, as well as in reduced viral loads in the spleen after FV infection. GM-CSF positively modulated the induction of binding antibodies; all other cytokines had no influence on the formation of binding antibodies. The co-administration of cytokines could be a solution to the problem of immunosuppression by Env not only in the FV model, but also in immunizations against HIV since, for example, the immunosuppressive domain is highly conserved between different retroviruses. Not only the immunosuppression by retroviruses is a challenge in the development of vaccines against retroviral infections, but also the induction of complex immune responses. In pre-clinical studies, a vaccine based on RhCMV expressing SIV proteins induced the best protection against the HIV related SIV infection. To evaluate CMV-based immunization in the FV model, MCMV-based vectors expressing Leader-Gag, Leader-GagC1K or F-MuLV Env have been tested. The homologous prime-boost immunization with MCMV.Leader-Gag or MCMV.Leader-GagC1K did not induce any GagL85-93-specific CD8+ T cell responses and did not confer any protection against FV infection. MCMV.env induced strong Env123-141-specific CD4+ T cell responses. However, MCMV.env was able to mediate protection from FV infection only after doubling the time interval between immunization and the FV infection from three to six weeks. This effect is probably due to an improved antibody response because of improved B cell maturation. Furthermore, the immunization with MCMV.env protects the vaccinated mice for a long time against a FV infection, as a long-term experiment over three months could show. Transfer experiments in which CD4+ T cells, CD4+-depleted immune cells, and antibody-containing serum were transferred from MCMV.env-vaccinated mice one day before the FV infection did not confer protection. In this work, the use of MCMV-based vectors provided a very good protection of the immunized mice against FV infection, but how the protection is mediated must be shown by further experiments. In this work, the combination of LG + Env with different cytokines was able to overcome the immunosuppression by F-MuLV Env and the use of MCMV-based vectors conferred very good protection of the immunized mice against FV infection.

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Bongard, Nadine: Entwicklung von Vektor-basierenden Impfstrategien für die prophylaktische Immunisierung im Friend-Retrovirus-Modell. 2017.

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