Measles virus as vaccine platform against highly pathogenic emerging viruses

Highly pathogenic viruses are a significant global danger since they can be spread by worldwide travel and trade almost without restriction. One particular threat comes from emerging infections, for which no adequate treatment options currently exist. To guard against local or global outbreaks of th...

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Main Author: Fiedler, Anna Helena
Contributors: Becker, Stephan (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2017
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Hochpathogene Viren stellen eine globale Gefahr dar, da sie im Zuge des internationalen Personen- und Warentransportes fast ungehindert verbreitet werden können. Eine besondere Bedrohung geht dabei von neuartigen viralen Erregern aus, für die keine adäquaten Behandlungsmethoden implementiert sind. Um auf lokale oder sogar globale Ausbrüche dieser Viren angemessen reagieren zu können, besteht eine Maßnahme in der frühzeitigen Entwicklung schützender Impfstoffe. Vektorbasierende Impfstoffplattformen, wie z. B. replikationskompetente rekombinante Masernviren (rMV), sind für diese Zwecke besonders interessant, da diese nach Standardisierung einen einfachen Austausch der für Antigene kodierender Genabschnitte ermöglichen und somit eine schnelle Produktion erlauben können. Um ihre Eignung als protektive Impfstoffplattform gegen hochpathogene virale Erreger zu untersuchen, wurden innerhalb der vorliegenden Arbeit rMV hergestellt, welche jeweils für Antigene der neuartigen Erreger Middle East respiratory syndrom coronavirus (MERS-CoV), Influenza-Virus H7N9 oder des Erregers des hämorrhagischen Krim-Kongo-Fiebers (engl. Crimean-Congo haemorrhagic fever virus, CCHFV) kodierende Gene enthalten. Dieser Einbau ermöglichte eine hier nachgewiesene Expression des MERS-CoV Spike Oberflächenproteins in membrangebundener (MERS-S) oder löslicher Form (MERS-solS), des MERS-CoV Nukleokapsidproteins (MERS-N), des Hämagglutinins bzw. der Neuraminidase von H7N9 (H7 bzw. N9), des CCHFV Glycoproteins Gc (CCHFV-Gc) oder des CCHFV-Nukleokapsidproteins (CCHFV-N) in mit dem jeweiligen Impfstoff infizierten Zellen. Die Immunisierung MV-suszeptibler Mäuse mit MERS-S-, H7- oder N9-exprimierenden rMVs zeigte, dass humorale Immunantworten ausgelöst werden, bei denen nach Vakzinierung mit MV-MERS-S, MV-MERS-solS oder MV-H7 Virus-neutralisierende Antikörper (nAKs) nachgewiesen werden konnten. Die Herstellung von für die jeweiligen Antigene transgenen, zum Mausmodell syngenen Dendritische Zellen (Dendritic cells, DC)- Zelllinien ermöglichte zudem eine effiziente Re-stimulation von Antigen-spezifischen T-Zellen unabhängig der Kenntnis jeweils immunogener Epitope oder der Verfügbarkeit des Antigens in Proteinform. Mit Hilfe dieser Antigen-spezifischen DC-Zelllinien konnten durch MV-MERS-S, MV-MERS-solS, MV-MERS-N sowie MV-H7 induzierte zelluläre Immunantworten über IFN-γ-ELISpot nachgewiesen werden. MERS-S spezifische CD8+ T-Zellen aus immunisierten Tieren reagierten zudem mit einer MERS-S-abhängigen Proliferation und MERS-S spezifischen Zytotoxizität auf entsprechende Re-stimulation. Mit MV-MERS-S oder MV-MERS-solS vakzinierte Mäuse zeigten im Belastungsversuch mit MERS-CoV eine Reduktion der Viruslast sowie Virus-induzierter Entzündungsreaktionen im Lungengewebe. Dies demonstrierte eindrucksvoll die Schutzwirkung eines MV-basierenden Impfstoffkandidaten gegen MERS-CoV. In einem zweiten Teil dieser Arbeit wurden zudem durch MERS-CoV ausgelöste angeborene Immunreaktionen in humanen und murinen Antigen-präsentierenden Zellen untersucht. Dabei wurden humane plasmazytoide DCs (pDCs) als Quelle erheblicher Mengen antiviraler Typ I (IFN-α, IFN-β) oder Typ III (IFN-λ) Interferone identifiziert, die in Folge einer Infektion dieser Zellen mit MERS-CoV ausgeschüttet wurden. pDCs könnten als bisher einzig nachgewiesene Quelle antiviraler Typ I Interferone eine wichtige Rolle innerhalb der Pathogenese von MERS-CoV im Menschen einnehmen. Diese Arbeit zeigte folglich beispielhaft Interaktionen eines neuartigen Erregers, MERS-CoV, mit genau definierten Immunzellen, was die Entwicklung zukünftiger Therapien maßgeblich unterstützen könnte. Als potentieller Impfstoffkandidat wurde innerhalb dieser Arbeit eine MV-basierende Impfstoffplattform erzeugt und deren Schutzwirkung gezeigt. Die schnell umsetzbare Erzeugung solcher MV-basierenden Impfstoffkandidaten gerichtet gegen drei unterschiedliche virale Erreger, die effiziente Induktion humoraler und zellulärer Immunantworten sowie die Schutzwirkung im Belastungsversuch verdeutlichen das Potential von rMV als effiziente Impfstoffplattform gegen neuartige Erreger.