| License: Publishing license for publications excluding print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-214747
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.21474
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 12 July 2012 |
| Referee: | Prof. Dr. Gernot Längst and Prof. Dr. Ralf Wagner |
| Date of exam: | 1 July 2011 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie |
| Keywords: | HIV, Vakzine, breit neutralisierende Antikörper, CTB vaccine, broadly neutralizing antibodies |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 21474 |
Abstract (German)
Die Entwicklung einer Vakzine gegen das humane Immundefizienz-Virus (HIV) ist von entscheidender Bedeutung für die Eindämmung der globalen AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) Epidemie. Eine sterile Immunität gegen HIV erfordert die Induktion breit neutralisierender monoklonaler Antikörper (bNAK) gegen das Hüllprotein (Envelope, Env), welche in der Lage sind eine Infektion zu verhindern. ...
Abstract (German)
Die Entwicklung einer Vakzine gegen das humane Immundefizienz-Virus (HIV) ist von entscheidender Bedeutung für die Eindämmung der globalen AIDS (acquired immunodeficiency syndrome) Epidemie. Eine sterile Immunität gegen HIV erfordert die Induktion breit neutralisierender monoklonaler Antikörper (bNAK) gegen das Hüllprotein (Envelope, Env), welche in der Lage sind eine Infektion zu verhindern. Aufgrund seiner starken Glykosylierung sowie einer Reihe an Konformationsänderungen sind distinkte neutralisationskompetente Bereiche in trimerem Env für das Immunsystem jedoch nur vorübergehend zugänglich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher Antigene entwickelt, bei denen ein kurzer Env Bereich (Mimotop), der bekanntermaßen von bNAKs erfasst wird, aus dem natürlichen antigenen Kontext herausgelöst wurde und stattdessen über das mukosale Adjuvans Cholera Toxin B (CTB) als Trägerprotein präsentiert wird. Das dargestellte Mimotop entstammt der MPER (membrane proximal external region) von gp41 (der Transmembranprotein-Untereinheit von Env) und enthält die hoch konservierten Epitope der beiden ersten identifizierten und zu Beginn dieser Arbeit auch als am potentesten geltenden bNAKs, 2F5 und 4E10. Um die natürliche Virussituation zu imitieren und darüber hinaus auch zelluläre Immunantworten zu stimulieren, wurde Mimotop tragendes CTB zusätzlich mit einer Transmembrandomäne fusioniert, wodurch die Präsentation auf HIV-1 Pr55Gag virusähnlichen Partikeln (virus like particles, VLPs) ermöglicht wurde. Es konnte nachgewiesen werden, dass chimäres CTB auf der Oberfläche der VLPs in Form von Pentameren vorliegt, womit die Voraussetzung für einen wichtigen Aspekt des Adjuvans-Effekts von CTB, die Bindung des Proteins an den Gangliosid-Rezeptor GM1, erfüllt ist. Zudem wurde bestätigt, dass die Präsentation des Mimotops mittels CTB, verglichen mit gp41, eine verbesserte Zugänglichkeit der Epitope von 2F5 und 4E10 erzielt. Auch die freie Zugänglichkeit des Mimotops von chimärem CTB ohne Transmembrandomäne sowie dessen Bindung an GM1 konnte demonstriert werden. Die Untersuchung des anhand Gag-spezifischer Immunantworten ausgelesenen Adjuvans-Effekts zeigte, dass das Beimischen von CTB zu VLPs den größten Effekt auf die Gag-spezifische mukosale und systemisch humorale Immunantwort hatte. Der zunächst anhand von Varianten ohne Mimotop demonstrierte Adjuvans-Effekt von chimärem CTB (mit und ohne Transmembrandomäne) blieb auch bei Präsentation eines Mimotops erhalten. In weiteren Immunisierungsexperimenten zeigte sich, dass die Immunantwort weitestgehend auf das verabreichte Mimotop fokussiert werden konnte. So führte eine heterologe Prime-Boost Strategie mit einer gp41 kodierenden DNA Vakzine, gefolgt von der Verabreichung des löslichen CTB-Mimotop Fusionsproteins zur Induktion Mimotop-spezifischer HIV-1 Env Antikörper und einer moderaten, mehrere HIV-Klassen übergreifenden Neutralisationsaktivität. Selbst eine heterologe Prime-Boost-Immunisierung mit einer das Gruppen-spezifische Antigen (Gag) kodierenden DNA Vakzine und einer Kombination aus VLPs und löslichem CTB-Mimotop Fusionsprotein induzierte Mimotop-spezifische Antikörper. Die Verabreichung von über eine Transmembrandomäne auf VLPs präsentiertem CTB erzielte nach einer DNA Grundimmunisierung Mimotop-spezifische HIV-1 Env Antikörper bei Mäusen und Kaninchen. Das hier entwickelte System der Präsentation eines Mimotops durch chimäres CTB auf der Oberfläche von VLPs oder auch in löslicher Form ist somit ein vielversprechendes Konzept im Rahmen der HIV-Impfstoffentwicklung.
Translation of the abstract (English)
The development of a vaccine against the human immunodeficiency virus (HIV) is of vital importance to restrict the global acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) epidemic. Sterile immunity to the virus requires the induction of broadly neutralizing monoclonal antibodies (bNAbs) against the envelope protein (Env) that are capable of inhibiting the infection. However, distinct neutralization ...
Translation of the abstract (English)
The development of a vaccine against the human immunodeficiency virus (HIV) is of vital importance to restrict the global acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) epidemic. Sterile immunity to the virus requires the induction of broadly neutralizing monoclonal antibodies (bNAbs) against the envelope protein (Env) that are capable of inhibiting the infection. However, distinct neutralization competent regions of the Env trimer are hidden by extensive glycosylation and only transiently exposed following a series of conformational changes triggered by engagement of the CD4 receptor and a co-receptor. Therefore, in this approach antigens were designed based on a short Env peptide (mimotope) fused to the mucosal adjuvant carrier Cholera toxin B (CTB) to directly present well-defined epitopes to the immune system. The displayed mimotope originates from the membrane proximal external region (MPER) of gp41 (the transmembrane subunit of Env) and contains the highly conserved epitopes of the both first identified and at the time of starting this approach most potent known bNAbs 2F5 and 4E10. To imitate the native virus situation and additionally induce cellular immune responses, mimotope-CTB was fused to a transmembrane domain, whereby the presentation on the surface of HIV-1 Pr55Gag virus like particles (VLPs) was enabled. The data give evidence that chimeric CTB forms pentamers on the surface of VLPs thereby implementing an important requirement for the adjuvant effect of CTB, namely its binding to the ganglioside receptor GM1. Moreover, the results confirm that the requested increased display of crucial epitopes was achieved using CTB as carrier for the mimotope. In addition, the accessibility of the mimotope of chimeric CTB without transmembrane domain as well as its binding to GM1 has been demonstrated. The investigation of the adjuvant effect as determined by analyzing Gag-specific immune responses revealed that the addition of CTB to VLPs has the highest impact on Gag-specific mucosal and systemic humoral immune responses. The adjuvant effect of CTB, initially shown for CTB without mimotope (with and without transmembrane domain), persisted also in the case of using mimotope-CTB. Further immunization studies gave evidence that the immune responses could be focussed on the applicated mimotope. Thus, a heterologous prime:boost regimen using a gp41 coding DNA vaccine followed by soluble mimotope-CTB induced mimotope-specific HIV-1 Env antibodies with moderate cross-clade neutralizing activity. Even a heterologous prime:boost regimen using a Gag coding DNA vaccine and a combination of VLPs and soluble mimotope-CTB allowed the induction of mimotope-specific antibodies. The application of CTB presented on the surface of VLPs following a DNA prime gained mimotope-specific HIV-1 Env antibodies in mice and rabbits. Thus the established approach to display a mimotope via chimeric CTB on the surface of VLPs as well as in its soluble form is a powerful tool to promote the development of a potent vaccine against HIV.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 06:23
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