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Charakterisierung der adaptiven Immunantwort nach Immunisierung mit Henipavirus-ähnlichen Partikeln in Maus und Schwein

  • Das Nipahvirus (NiV) ist ein Paramyxovirus, welches im Menschen eine tödliche Enzephalitis mit einer hohen Letalität von bis zu 100% und im Schwein vorwiegend eine schwerwiegende Atemwegserkrankung mit hoher Morbidität hervorruft. Es gibt bis heute keine zugelassene antivirale Therapie oder Vakzine. Da neben den neutralisierenden Antikörpern zunehmend auch die Bedeutung einer zellulären Immunabwehr gegenüber einer Henipavirus Infektion diskutiert wird, rücken vor allem Vakzinen in den Fokus, die in der Lage sind, beides zu induzieren. Virus-ähnliche Partikel (VLPs) stellen als nicht-replizierende Systeme eine sehr sichere Vakzine und durch ihren Virion-ähnlichen Aufbau mit repetitiven Strukturen sehr potente Immunogene dar. In dieser Arbeit wurde die Immunogenität von Henipa VLPs (bestehend aus NiV G, NiV F und Hendravirus (HeV) M) bezüglich der Aktivierung des adaptiven Immunsystems zunächst im Kleintiermodell Maus und anschließend in einer Großtierstudie im natürlichen Wirt Schwein untersucht, um Rückschlüsse auf das Potenzial von Henipa VLPs als Vakzine ziehen zu können. Durch die Immunisierung mit Henipa VLPs wurde sowohl in C57BL/6 als auch in BALB/c Mäusen eine humorale Immunantwort mit anti-Henipavirus-spezifischen Antikörpern als auch mit NiV neutralisierenden Antikörpern induziert. Außerdem konnte erstmalig gezeigt werden, dass die Henipa VLPs in einem Mausstamm mit einer genetisch bedingten verstärkten Ausprägung einer Th1 Immunantwort (C57BL/6 Mäusen) in der Lage waren, eine zelluläre adaptive Immunantwort zu stimulieren. So konnte eine direkte Antigen-spezifische Proliferation und IFN-γ Expression in den CD8+ T-Zellen sowie die Th1 Zytokine IFN-γ, TNF-α und IL-2 in den Milzzellüberständen Henipa VLP-immunisierter C57BL/6 Mäuse nach homologer Restimulation nachgewiesen werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass alle drei inkorporierten Proteine CD8+ T-Zell Epitope aufweisen. Die Kombination der drei Proteine in den Henipa VLPs führte zu einer stärkeren Reaktivierung der CD8+ T-Zellen. Im Rahmen der Immunisierung mit Henipa VLPs bildeten sich Gedächtnis CD8+ T-Zellen aus, die auch bei dreimaliger Applikation des Antigens und einer zusätzlichen Restimulation nicht in den funktionseingeschränkten Zustand der Erschöpfung oder Seneszenz übergingen. Aufgrund der vielseitigen Immunogenität der Henipa VLPs im Mausmodell, wurde anschließend ihre Fähigkeit zur Induktion des adaptiven Immunsystems im natürlichen Wirt Schwein untersucht. Auch in Schweinen induzierten die Henipa VLPs eine Gedächtnis B-Zellantwort mit anti-Henipavirus-spezifischen Antikörpern und NiV neutralisierenden Antikörpern. Hinzu kam die Stimulation einer MHC-abhängigen als auch der schnelleren, MHC-unabhängigen zellulären Immunantwort. Hierbei waren es vor allem die MHC-unabhängigen γδT-Zellen, die auf eine Henipa VLP Restimulation hin proliferierten und antivirale Zytokine wie IFN γ und TNF α exprimierten. Von den MHC-abhängigen T-Zellen waren es die CD4+ T-Zellen, die die eben genannten löslichen Mediatoren exprimierten. Die CD8α+CD8β+ T-Zellen (klassische CTL) blieben hingegen nahezu unbeeinflusst. Die sowohl in CD8α+ γδT-Zellen als auch in CD8α+CD4+ T-Zellen nachgewiesene Multifunktionalität in Form einer IFN-γ und TNF-α Koexpression deutet auf die Generierung einer zellulären Gedächtnis T-Zellantwort in Schweinen durch die Mehrfachimmunisierung mit Henipa VLPs hin. In dieser Arbeit konnte das vielversprechende Potenzial von Henipa VLPs als Vakzine durch die Induktion sowohl einer humoralen als auch einer zellulären Immunantwort in Mäusen und zum ersten Mal auch in Schweinen herausgestellt werden. In zukünftigen Infektionsversuchen unter BSL-4 Bedingungen muss geklärt werden, inwieweit diese Henipa VLPs in der Lage sind, einen Schutz und eine sterile Immunität gegenüber einer Henipavirus Infektion zu vermitteln.
  • Nipahvirus (NiV) is an emerging paramyxovirus, causing fatal encephalitis in humans and severe respiratory disease in pigs. To date, there is no licensed antiviral therapy or vaccine available. For future vaccine development, it is important to generate vaccines that are able to induce a humoral as well as a cellular immune response, since both are required for sufficient protection against henipavirus infection and viral clearance. Virus-like particles (VLPs) are potent immunogens by mimicking the overall authentic structure of wildtype virion and, moreover, show high biosecurity by lacking replication competence. Aim of this study was to investigate the immunogenicity of Henipa VLPs, composed of NiV G, NiV F and Hendravirus (HeV) M proteins, to induce a humoral and a cellular adaptive immune response in the model system mouse and the natural host swine. In this work it has been shown that Henipa VLPs were able to induce a humoral immune response resulting in the production of anti-henipavirus-specific antibodies as well as neutralizing antibodies in C57BL/6 mice and BALB/c mice. Additionally, it has been demonstrated for the first time that Henipa VLPs stimulated a cellular immune response in C57BL/6 mice. This mouse strain is predicted to trigger preferentially a Th1 biased immune response resulting in antigen-specific secretion of Th1 cytokines IFN-γ, TNF-α and IL-2 into the supernatants of splenocytes from Henipa VLP-immunized C57BL/6 mice after Henipa VLP restimulation. Furthermore, this work has shown that CD8+ T cells from Henipa VLP-immunized mice proliferated and expressed IFN-γ antigen-specifically after homologous restimulation. All three incorporated proteins have been shown to exhibit CD8+ T cell epitopes whereas the combination resulted in an increased CD8+ T-cell reactivation. Three immunizations of mice with Henipa VLPs led to the induction of a memory T cell response without inducing T-cell exhaustion or senescence. After showing the promising vaccine potential of Henipa VLPs in mice, swine were immunized with Henipa VLPs and the stimulation of the adaptive immune response was investigated. Comparable to mice, Henipa VLPs were able to induce a memory B-cell response with the production of anti-henipavirus-specific antibodies as well as neutralizing antibodies. Furthermore, both a MHC-restricted and a faster MHC-unrestricted cellular immune response were stimulated. Mainly γδT cells from Henipa VLP-immunized swine contributed to antigen-specific proliferation and IFN-γ and TNF-α production after specific restimulation. In addition, CD4+ T cells were shown to express both cytokines. CD8α+ γδT cells as well as CD8α+CD4+ T cells showed multifunctionality by co-expression of IFN-γ and TNF-α, indicating the induction of a memory cellular immune response. To conclude, Henipa VLPs are potent immunogens by inducing a humoral and a cellular immune response in mice and also in the natural host swine as shown here for the first time. Future infection experiments under BSL-4 conditions need to proof that Henipa VLPs lead to protection and sterile immunity.

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Metadaten
Author:Dr. Eileen Stroh
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-24040
Title Additional (English):Characterization of the adaptive immune response to Henipavirus-like particles in the model system mouse and the porcine host
Referee:PD Dr. Stefan Finke, Prof. Dr. Veronika von Messling
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2018
Date of first Publication:2018/12/05
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2018/09/20
Release Date:2018/12/05
GND Keyword:CD8+ T-Zellantwort, Henipavirus-ähnliche Partikel, Nipahvirus
Pagenumber:173
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie