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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-584760
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.58476
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 19 June 2025 |
| Referee: | Prof. Dr. Ralf Wagner |
| Date of exam: | 19 June 2024 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Medizinische Mikrobiologie und Hygiene |
| Related URLs: | |
| Keywords: | Therapeutisches Vakzin, therapeutic vaccine, HPV, human papillomavirus, viral vectors, MVA stability, cervical cancer treatment, oropharyngeal cancer treatment, |
| 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: | 58476 |
Abstract (English)
Despite the availability of highly efficacious prophylactic vaccines against human papillomaviruses (HPV), the predominantly sexually transmitted viruses are still highly prevalent worldwide and represent the most significant part of virus-induced tumor diseases. Infection with HPV is the leading cause of cervical dysplasia and cancer, but moreover, it can also cause tumors in the other parts of ...
Abstract (English)
Despite the availability of highly efficacious prophylactic vaccines against human papillomaviruses (HPV), the predominantly sexually transmitted viruses are still highly prevalent worldwide and represent the most significant part of virus-induced tumor diseases. Infection with HPV is the leading cause of cervical dysplasia and cancer, but moreover, it can also cause tumors in the other parts of the anogenital tract and in the head and neck area, especially in the oropharynx. Thus, the global burden of morbidity and mortality is immense. The prophylactic vaccines only protect from virus infection but cannot extirpate virus-infected cells, which renders them ineffective as a treatment for HPV-induced dysplasia and cancer. Hence, a novel therapy against HPV-induced malignancies is of the highest urgency.
Natural regression of HPV-induced dysplasia is connected to rigid T cell responses against the regulatory early proteins of the virus. This renders these proteins a possible candidate for therapeutic vaccination. Therapeutic vaccine candidates are mainly focused on the oncoproteins E6 and E7, thus varying in clinical efficacy. Hence, this thesis aims to expand the restricted antigen usage in order to generate novel type-specific therapeutic vaccine candidates.
First, with the lack of a small animal model for sexually-transmitted HPV, Macaca fascicularis papillomavirus type 3 (MfPV3) was chosen as a model virus due to its high homology and phylogenic relationship to HPV16 and its ability to induce HPV-like dysplasia in persistently infected Macaca fascicularis. A set of antigens of MfPV3 was designed based on the regulatory early proteins E1, E2, E6, and E7 and the N-terminal fusion of the MHC-II-associated invariant chain (Ii). Biochemical and molecular biological in vitro as well as immunological in vivo characterization of DNA vaccine vector- and adenoviral vector-delivered antigens proved that the artificially fused polyprotein Ii-E1E2E6E7 is not inferior compared to the combination of single antigens, thus renders this antigen the lead therapeutic vaccine candidate for pre-clinical efficacy trials in persistently-infected macaques.
Second, HPV16 represents the most critical clinical relevant HPV type. Hence, HPV16 antigens were designed based on the blueprints of the MfPV3 antigens. Biochemical, molecular, and cell biological characterization proved the absence of transformation capacity of the antigens. Moreover, in-depth immunological characterization of adenoviral-delivered antigens revealed potent anti-tumor efficacy in a translational HPV genome-positive tumor model in inbred mice, especially in synergy with cisplatin. Therefore, the HPV16 Ii-E1E2E6E7 therapeutic vaccine candidate might be a promising contender in future clinical investigations to combat HPV16-induced malignancies.
Finally, recombinant poxviral vectors based on the Modified Vaccinia virus Ankara (MVA) comprising MfPV3 Ii-E1E2E6E7 were generated in a duck-derived continuous cell line, which was modified to knock down transgene expression. Thorough characterization of the cell line side-by-side with the non-modified parental cell line exhibited better replication, resulting in higher virus titers, and enhanced genetic stability across serial passaging of both recombinant MVA (rMVA) in the absence of transgene expression. Furthermore, it was shown that the genetic stability depends on the integration site within the rMVA. particularly the mode of action how instability is manifested differs between the integration sites. Thus, the knock-down of transgene expression while rMVA generation and production might be a promising strategy for manufacturing recombinant viruses with demanding transgenes.
In summary, the generation of novel therapeutic vaccine constructs against HPV-associated disease with broader antigen capacity due to the inclusion of E1 and E2 and also of vectors suitable for antigen delivery is shown in this work. The data presented here argues for the potential beneficial use of the Ii-E1E2E6E7 antigen in the therapy against HPV-induced malignancies. A future pre-clinical efficacy trial with an adenovirus-prime and MVA-boost scheme in persistently MfPV3-infected macaques may guide the way for the clinical development of the promising HPV16 Ii-E1E2E6E7 therapeutic vaccine candidate.
Translation of the abstract (German)
Trotz der Verfügbarkeit hochwirksamer prophylaktischer Impfstoffe gegen humane Papillomviren (HPV) sind die vorwiegend sexuell übertragbaren Viren weltweit immer noch stark verbreitet und stellen den größten Teil der virusbedingten Tumorerkrankungen dar. Die Infektion mit HPV ist die Hauptursache für Dysplasie und Krebs des Gebärmutterhalses, kann aber auch Tumore in anderen Teilen des ...
Translation of the abstract (German)
Trotz der Verfügbarkeit hochwirksamer prophylaktischer Impfstoffe gegen humane Papillomviren (HPV) sind die vorwiegend sexuell übertragbaren Viren weltweit immer noch stark verbreitet und stellen den größten Teil der virusbedingten Tumorerkrankungen dar. Die Infektion mit HPV ist die Hauptursache für Dysplasie und Krebs des Gebärmutterhalses, kann aber auch Tumore in anderen Teilen des Anogenitaltrakts und im Kopf und Nackenbereich, insbesondere im Oropharynx, verursachen. Deshalb ist die globale Belastung durch Morbidität und Mortalität immens. Die prophylaktischen Impfstoffe schützen nur vor einer Virusinfektion, können aber die virusinfizierten Zellen nicht ausrotten, so dass sie zur Behandlung von HPV-induzierten Dysplasien und Krebs unwirksam sind. Daher ist eine neue Therapie gegen HPV-induzierte Entartungen von höchster Dringlichkeit.
Die natürliche Regression von HPV-induzierten Dysplasien ist mit einer rigiden T-Zell-Reaktion gegen die regulatorischen frühen Proteine des Virus verbunden. Dies macht diese Proteine zu einem möglichen Kandidaten für eine therapeutische Impfung. Therapeutische Impfstoffkandidaten konzentrieren sich hauptsächlich auf die Onkoproteine E6 und E7 und variieren daher in ihrer klinischen Wirksamkeit. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die eingeschränkte Verwendung von Antigenen zu erweitern, um neuartige typspezifische therapeutische Impfstoffkandidaten zu entwickeln.
In Ermangelung eines Kleintiermodells für sexuell übertragbare HPV wurde Macaca fascicularis Papillomavirus Typ 3 (MfPV3) als Modellvirus ausgewählt, da es eine hohe Homologie und phylogenetische Verwandtschaft mit HPV16 aufweist und in der Lage ist, HPV-ähnliche Dysplasien in persistent infizierten Macaca fascicularis zu induzieren. Eine Reihe von MfPV3-Antigenen wurde auf der Grundlage der frühen regulatorischen Proteine E1, E2, E6 und E7 sowie der N-terminalen Fusion der MHC-II-assoziierten invarianten Kette (Ii) entwickelt. Die biochemische und molekularbiologische in vitro- sowie die immunologische in vivo-Charakterisierung der durch DNA-Vakzine-Vektoren und adenovirale Vektoren verabreichten Antigene zeigte, dass das künstlich fusionierte Polyprotein Ii-E1E2E6E7 einer Kombination der einzelnen Antigene nicht unterlegen ist, was dieses Antigen zum führenden therapeutischen Impfstoffkandidaten für präklinische Wirksamkeitsstudien an persistent infizierten Makaken macht.
HPV16 stellt den wichtigsten klinisch relevanten HPV-Typ dar. Daher wurden HPV16-Antigene auf der Grundlage der MfPV3-Antigene entwickelt. Die biochemische, molekulare und zellbiologische Charakterisierung bewies, dass die modifizierten Antigene keine Transformationsfähigkeit mehr besitzen. Darüber hinaus ergab eine detailierte immunologische Charakterisierung der adenoviral-verabreichten Antigene eine starke Anti-Tumor-Wirksamkeit in einem translationalen HPV-Genom-positiven Tumormodell bei Inzuchtmäusen, insbesondere in Synergie mit Cisplatin. Daher könnte der therapeutische HPV16-Ii-E1E2E6E7-Impfstoffkandidat ein vielversprechender Kandidat für künftige klinische Untersuchungen zur Bekämpfung von HPV16-induzierten malignen Tumoren sein.
Schließlich wurden rekombinante pockenvirale Vektoren auf der Grundlage des modifizierten Vaccinia-Virus Ankara (MVA), das MfPV3 Ii-E1E2E6E7 als Transgen enthält, in einer kontinuierlichen Zelllinie von Enten erzeugt. Dazu wurde die Zelllinie und das Virus so modifiziert, dass die Transgenexpression unterdrückt wurde. Eine gründliche Charakterisierung der modifizierten Zelllinie im Vergleich zur nicht modifizierten parentalen Zelllinie ergab eine bessere Replikation, die zu höheren Virustitern führte, und eine verbesserte genetische Stabilität bei serieller Passage beider rekombinanter MVA (rMVA) ohne Transgenexpression. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die genetische Stabilität von der Integrationsstelle innerhalb des rMVA abhängt, insbesondere die Wirkungsweise, d. h. die Art und Weise, wie sich die Instabilität manifestiert, unterscheidet sich zwischen den Integrationsstellen. Der Knockdown der Transgenexpression während der rMVA-Generierung und Produktion könnte daher eine vielversprechende Strategie für die Herstellung rekombinanter Viren mit anspruchsvollen Transgenen sein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in dieser Arbeit die Herstellung neuartiger therapeutischer Impfstoffkonstrukte gegen HPV-assoziierte Krankheiten mit einer breiteren Antigenkapazität aufgrund der Einbeziehung von E1 und E2 sowie von passenden Shuttle-Vektoren gezeigt wurde. Die hier vorgestellten Daten sprechen für den potenziell vorteilhaften Einsatz des Ii-E1E2E6E7-Antigens bei der Therapie von HPV-induzierter malignen Erkrankungen. Eine zukünftige präklinische Wirksamkeitsstudie mit einem adenoviralen-Prime- und einem MVA-Boost-Schema in persistent MfPV3-infizierten Makaken könnte den Weg für die klinische Entwicklung des vielversprechenden therapeutischen HPV16 Ii-E1E2E6E7-Impfstoffkandidaten weisen.
Metadata last modified: 20 Jun 2025 06:42
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