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Authors: Walz, Lisa
Title: Generation and evaluation of universal influenza vaccine candidates
Online publication date: 27-Sep-2018
Language: english
Abstract: Trotz Grippeimpfung sterben jährlich 250.000 bis 500.000 Menschen weltweit an den Folgen saisonaler Influenzaepidemien. Der saisonale Influenza-Impfstoff richtet sich hauptsächlich gegen die immundominante, aber auch hochvariable Kopfregion des Oberflächenproteins Hämagglutinin (HA), was den Impfstoff stark stamm-spezifisch macht und bei Auftreten einer Driftvariante eine Anpassung des jeweiligen Impfstamms erfordert. Ein „universeller“ Influenza-Impfstoff würde eine langfristige Grundimmunität gegen alle saisonalen und pandemischen Stämme induzieren und dadurch eine jährliche Anpassung und Auffrischung ersetzen. In dieser Arbeit wurden zwei komplementäre Ansätze zur Entwicklung eines solchen Impfstoffes untersucht, einer basierend auf dem höher konservierten Oberflächenprotein Neuraminidase (NA) und ein weiterer, gerichtet gegen die ebenfalls konservierte Stammregion des HA. Vesikuläre Stomatitis-Viren (VSV) wurden verwendet, um eine Reihe an NA Proteinen prototypischer saisonaler und pandemischer H1N1 Stämme, sowie humaner H5N1 und H7N9 Isolate zu exprimieren. Immunisierung von Mäusen und Frettchen führte zu humoralen und zellulären Immunantworten und vermittelte einen Schutz vor Infektion mit dem homologen Virus, der vergleichbar mit der durch das HA Protein desselben Stammes induzierten Immunität war. Der Schutz gegen heterologe Infektion innerhalb der N1 Proteine korrelierte mit dem Level an kreuzreaktiven, die NA hemmenden Antikörpern. Die Bedeutung dieser funktionellen Antikörper im Zusammenhang mit der Kreuzprotektivität konnte durch einen passiven Serumtransfer in Mäusen bestätigt werden. Des Weiteren wurden Mäuse mit inaktivierten Influenza-Impftstoffen (IIV) und Adeno-assoziierten Virus (AAV)-basierten Vektoren immunisiert, welche entweder ein Wildtyp HA Protein oder chimäre HA Proteine mit identischer Stammregion, aber irrelevanten divergenten Kopf-Domänen, exprimierten. Durch die von AAV-basierten Impfstoffkandidaten induzierten Antikörperantworten konnten die Mäuse vor heterologer Infektion geschützt werden. In dieser Arbeit wurden darauf aufbauend Frettchen mit den entsprechenden AAV Impfstoffkandidaten immunisiert und wir konnten bestätigen, dass alle Kandidaten eine Antikörperantwort, jedoch keine nachweisbare zelluläre Immunantwort induzierten. Entsprechend des vorherigen Experiments korrelierten auch hier die nachgewiesenen Antikörperantworten mit dem Schutz gegen eine Influenza-Infektion, so dass AAV-HA als vielversprechende Influenza Impfstoffplattform angesehen werden kann. Diese Ergebnisse zeigen, dass beide getesteten Antigene eine breite und multifunktionale Antikörperantwort induzieren, welche mit dem Schutz vor einer Infektion korreliert und damit eine vielversprechende Basis für die Entwicklung eines breit schützenden Influenza-Impfstoffs darstellen.
Despite the availability of vaccines, annual influenza epidemics cause 250,000 to 500,000 deaths worldwide. Currently licensed influenza vaccines are mainly directed against the immunodominant but variable hemagglutinin (HA) head domain, which makes them highly strain-specific and requires updating of the vaccine as soon as antigenic drift variants emerge. A “universal” influenza virus vaccine that induces long-term protection against all strains would abolish the need for annual re-vaccination and would significantly enhance our pandemic preparedness. In this thesis, two complementary approaches based on the more conserved neuraminidase (NA) and HA stalk domain were chosen as target towards such a broadly protective vaccine. Vesicular stomatitis virus (VSV)-based replicons expressing a panel of N1 proteins from prototypic seasonal and pandemic H1N1 strains and human H5N1 and H7N9 isolates were generated. Immunization of mice and ferrets with the replicon carrying the matched N1 protein resulted in robust humoral and cellular immune responses and protected against challenge with the homologous influenza virus with similar efficacy as the matched HA protein, illustrating the potential of the NA protein as vaccine antigen. The extent of protection after immunization with mismatched N1 proteins correlated with the level of cross-reactive neuraminidase-inhibiting antibody titers. Passive serum transfer experiments in mice confirmed that these functional antibodies determine subtype-specific cross-protection. Vaccination of mice with adeno-associated virus (AAV)-based vectors expressing the wild type HA protein or chimeric HA proteins, which contain identical stalk but irrelevant divergent head domains, induced broadly reactive antibodies against a variety of influenza A subtypes and protected mice against heterologous challenge. Here, we immunized ferrets with the respective vaccine candidates and confirmed that vaccination with AAV-HA resulted in high antibody responses against matched virus, whereas no cellular immune response was detectable in any of the vaccinated groups. Antibody titers correlated with protection from challenge infection, illustrating the potential of AAV vectors as influenza vaccine platform. Taken together, the work presented here demonstrates that both influenza virus surface glycoproteins can induce a broadly specific and multifunctional antibody response, which correlates with protection and thus constitute a promising basis for the development of a broadly protective influenza vaccine.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1160
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: III, 115 Seiten
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