Recombinant poxviruses expressing avian influenza H5N1 antigens : a tool to study the role of individual H5N1 antigens in protection

Abstract

Hintergrund: Die hoch pathogenen H5N1 Influenza Viren verändern sich und infizieren Menschen fortwährend mit der potentiellen Gefahr einer Influenza Pandemie. Das Ziel dieser Studie war es die Rolle einzelner H5N1 Antigene im Schutz und das Potential des HA Proteins im Kreuzschutz zu erforschen. Darüber hinaus wurde der Einfluss einer existierenden Immunität gegen den Vektor untersucht. Außerdem wurde das schützende Potential von Lebendvakzinen gegen das humane H1N1 Influenza Pandemie Virus erforscht. Ergebnisse: Es wurden rekombinante Vaccinia Viren basierend auf dem Stamm Lister konstruiert, die die Influenza Gene Hemagglutinin (HA), Neuraminidase (NA), Nukleoprotein (NP), Matrix Protein 1 (M1), und Matrix Protein 2 (M2) des Stammes A/Vietnam/1203/2004 (H5N1) exprimieren. Diese Lebendvakzine wurden zusammen mit Kontrollen in einem letalen Mausmodel auf Ausbildung von Schutz und einer T-Zell Antwort geprüft. Mäuse, die mit dem HA Konstrukt immunisiert wurden, waren voll geschützt und entwickelten eine stabile T-Zell Antwort. Das NA Konstrukt induzierte, abhängig von der Immunisierungsdosis, sowohl vollen homologen als auch heterologen Schutz gegen ein H5N1 Challenge. Es konnten aber nur geringe Level einer spezifischen T-Zell Antwort gefunden werden. Die Immunisierung mit dem NP Konstrukt führt zu partialem Schutz und einer exzellenten T-Zell Antwort. Die Matrix Proteine M1 und M2 induzierten einen schwachen Schutz und nur eine schwache T-Zell Antwort konnte gefunden werden. Das schützende Potential des HA Proteins wurde im nächsten Schritt weiter im Hinblick auf Kreuzschutz untersucht. Dafür wurden rekombinante MVAs, die die HA Gene verschiedener Influenza Clades exprimieren, auf homologes und heterologes Challenge getestet. Die Mäuse, die mit dem MVA immunisiert wurden, welches das Clade 1 HA von A/Vietnam/1203/2004 exprimiert (MVA-HA-VN), waren vollständig gegen das homologe und heterologe Challenge mit dem Clade 2.1.3 Virus A/Indonesia/5/2005 (IN5/05), dem Clade 2.2 Virus A/turkey/Turkey/1/2005 (TT01/05) und dem Clade 2.3.4 Virus A/Anhui/1/2005 (AH1/05) geschützt. Auch die Mäuse, die mit den anderen MVAs, welche das HA von IN5/05, TT01/05, AH/1/05, oder A/chicken/Egypt/3/2006 (CE/06) exprimieren, entwickelten, wenn auch geringer, homologen und heterologen Schutz. Eine bereits vorhandene Immunität gegen den Vektor MVA hatte dabei keinen Einfluss auf das Schutzpotential von MVA-HA-VN, unter der Voraussetzung, dass das Zeitintervall zwischen der Vorimmunisierung und Immunisierung lang genug war. Das rekombinante MVA, welches das HA des H1N1 Stammes A/California/04/09 (MVA-H1-Ca) exprimiert, rief vollen Schutz gegen den H1N1 Wildtyp-Stamm hervor. Wohingegen das rekombinante MVA, dass das NA exprimiert, nur partiellen Schutz hervorrief. Beide Konstrukte induzierten hohe Mengen spezifischer CD4 und CD8 T-Zellen. Ein starker Anstieg HA-spezifische CD4 und CD8 T-Zellen wurde in der Lunge von MVA-H1-Ca immunisierten Mäusen beobachtet. Auch Seren von Mäusen die mit MVA-H1-Ca immunisiert wurden, führten nach dem Transfer in SCID Mäuse zu einem passiven Schutz gegen ein letales Challenge mit dem H1N1 Wildtyp-Stamm. Schlussfolgerung: Ein Lebendvakzin, beruhend auf einem replikations-inkompetenten MVA, welches das Influenza HA Gen exprimiert induziert eine breite homologe und heterologe, subtyp-spezifische Immunantwort und ist ein vielversprechender Kandidat für einen pandemischen Impfstoff. Konstrukte die das Influenza NA und NP Gen enthalten sind vielversprechende Kandidaten für die Induktion hetero-subtypischer Immunität.Background: The highly pathogenic H5N1 influenza viruses continue to evolve and infect humans with a potential threat for an influenza pandemic. The aim of this study was to analyze the role of the individual H5N1 antigens in protection and to evaluate the cross-protective potential of different hemagglutinins. Furthermore, the impact of pre-existing vector immunity was evaluated. Additionally, the protective potential of live vaccines against the human pandemic H1N1 influenza virus was evaluated. Results: Recombinant vaccinia viruses based on the Lister vaccine strain expressing the hemagglutinin (HA), neuraminidase (NA), nucleoprotein (NP), matrix protein 1 (M1), and matrix protein 2 (M2) of the influenza strain A/Vietnam/1203/2004 (H5N1) were constructed. These live vaccines, together with controls, were tested in a lethal challenge model for induction of protection and specific T cell responses. Mice immunized with the HA construct were fully protected and developed a robust T cell response. The NA construct induced full homologous and heterologous protection dependent of the immunization dose but only low levels of specific influenza T cell responses were detected. Immunizations with the NP construct lead to partial protection and an excellent T cell response. The matrix proteins M1 and M2 induced poor protection and only poor T cell responses were detected. The protective potential of the HA protein was further investigated in cross-protection. Therefore recombinant MVAs expressing the HA genes of different clades were tested in homologous virus and heterologous challenge experiments. Mice vaccinated with the MVA expressing the clade 1 HA of A/Vietnam/1203/2004 (MVA-HA-VN) were fully protected against the homologous and heterologous clade 2.1.3 virus A/Indonesia/5/2005 (IN5/05), the clade 2.2 viruses A/turkey/Turkey/1/2005 (TT01/05) and the clade 2.3.4 virus A/Anhui/1/2005 (AH1/05). Also mice immunized with the other MVAs expressing the HA of IN5/05, TT01/05, AH/1/05, or A/chicken/Egypt/3/2006 (CE/06) developed homologous and heterologous protection to a lesser extent. The pre-existing immunity to the MVA vector had no impact on the protective potential of MVA-HA-VN, if the time interval between pre-vaccination and immunization was long enough. The recombinant MVA expressing the HA of A/California/04/09 (MVA-H1-Ca) lead to full protection against the H1N1 wild-type strain whereas the MVA expressing NA lead only to partial protection. Both constructs induced high amounts of specific CD4 and CD8 T cells. In the lungs, a rapid increase of HA-specific CD4 and CD8 T cells was observed in mice immunized with the MVA-H1-Ca. Also passive transfer of antisera raised in MVA-H1-Ca immunized mice protected SCID mice from lethal challenge with the wild-type H1N1 strain. Conclusions: A non-replicating MVA-based live vaccine expressing the influenza HA gene induces a broad homologous and heterologous, subtype-specific immune response and is a promising candidate for a pandemic vaccine. The NA and NP containing constructs are promising candidates for inducing heterosubtypic immunity.submitted by Annett HesselAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassung in dt. SpracheWien, Med. Univ., Diss., 2011OeBB(VLID)188345