Wissenschaftlicher Ergebnisbericht - Helmholtz-Zentrum für ...

104 WISSENSCHAFTLICHER ERGEBNISBERICHT | Infektion und Immunität | Strategien für Prävention und Therapie
04.3 Antigentransportsysteme und Impfstoffe
PROJEKTLEITER | Prof. Dr. Dr. Carlos A. Guzmán | Abteilung für Vakzinologie und Angewandte Mikrobiologie |
cag@helmholtz-hzi.de
PROJEKTMITARBEITER | Dr. Pablo D. Becker | Dr. Jennifer Debarry | Dr. Thomas Ebensen | Dr. Miriam Nörder |
Dr. Peggy Riese | Rimma Libanova | Kirsten Scholz | Dr. Kai Schulze | Sebastian Weissmann | Dr. Beata Zygmunt
Das Hauptziel dieses Projektes ist die Entwicklung von
Werkzeugen und Strategien zur Verbesserung des Transports
von Impfstoffantigenen, insbesondere über die Schleimhäute.
Sie sollen anschließend bei der Herstellung von Impfstoffkandidaten
gegen bestimmte Erkrankungen genutzt werden.
Verbesserung des Antigen-Designs Sowohl eine Infektion
mit Trypanosoma cruzi als auch eine Impfung gegen diesen
Parasiten lösen eine starke Immunantwort aus. Dass T. cruzi
dennoch im Wirt überleben kann, deutet auf unzureichende
bzw. mangelhafte Immunantworten hin. Eine der Hauptcysteinproteinasen
von T. cruzi, das sogenannte Cruzipain,
weist gute Antigenmerkmale auf. Daher produzierten wir
sowohl rekombinantes Cruzipain als auch dessen N- und Cterminale
Domänen. Mäuse wurden mit den rekombinanten
Proteinen in Kombination mit CpG-ODN immunisiert und die
Antigen-spezifi schen Antikörperantworten analysiert. Die
höchsten IgG-Titer wurden in Mäusen nachgewiesen, die mit
der C-terminalen Domäne oder dem vollständigen Protein immunisiert
wurden. Im Gegensatz dazu wurden nur schwache
Antikörperantworten durch die N-terminale Domäne stimuliert.
(A)Antikörperantwort in Mäusen, die mit rekombinantem
Cruzipain (rCz) oder dessen Domänen immunisiert wurden. (B)
Parasitenbelastung während der akuten Phase der Infektion mit
T. cruzi in immunisierten Mäusen. (C) Bilder der Skelettmuskulatur
von Mäusen, die nur mit PBS immunisiert wurden, wiesen
schwere Entzündungen auf (x40), während Mäuse, die jeweils
mit rCz (D), der C-terminalen Domäne (E) und der N-terminalen
Domäne (F) immunisiert wurden, moderate Entzündungen mit
Ödemen (Pfeile; x10), moderate Entzündungen mit Kollagenablagerung
(Pfeile; x40) sowie leichte Entzündungen (x20)
aufwiesen. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001.
Dies legt einen immune escape-Mechanismus nahe, bei dem
es zu einer reduzierten Antikörperproduktion gegen die
katalytische N-terminale Domäne kommt. Darüber hinaus
wurde gezeigt, dass die zellulären Antworten in Mäusen, die
mit dem vollständigen Cruzipain immunisiert wurden, nur
schwach durch die N-terminale Domäne restimuliert werden,
während der Großteil der Antworten durch die C-terminale
Domäne hervorgerufen wird. Allerdings war die zelluläre
Antwort deutlich stärker, wenn die N-terminale Domäne für
die Immunisierung genutzt wurde. Dies lässt vermuten, dass
die zellulären Antworten durch Cruzipain herunter reguliert
werden, um so eine Erkennung der N-terminalen Domäne zu
vermeiden. Diese Maskierung der essenziellen Domäne kann
jedoch umgangen werden, wenn die N-terminale Domäne
als maßgeschneidertes Immunogen genutzt wird. Hierbei
wird die Immunantwort des Wirtes umgelenkt und dadurch
ein erhöhter Schutz erlangt. So konnten Mäuse, die mit der
N-terminalen Domäne immunisiert wurden, eine Infektion
besser kontrollieren. Erkennbar wurde dies durch eine signifi
kant geringere Parasitenbelastung während der akuten
Phase, sowie wesentlich reduzierte Gewebeverletzungen
während der chronischen Phase.
Optimierung der Impfstrategien Die mukosale Impfung
stellt eine attraktive Strategie der Antigenadministration dar,
da sie nicht mit Schmerzen oder Stress verbunden ist, nur
eine einfache und kosteneffi ziente Administrationslogistik
benötigt und kein hochqualifi ziertes Personal erfordert. Auch
wenn viele Besonderheiten des mukosalen Immunsystems
bereits aufgedeckt wurden, ist das Wissen über die Effektormechanismen,
die durch eine mukosale Immunisierung stimuliert
werden, nach wie vor lückenhaft. Um eine effi ziente
Immunität ohne Nebeneffekte zu induzieren, ist in diesem
Zusammenhang die Stimulierung spezifi scher Th-Zellen
kritisch zu betrachten. Aus diesem Grund untersuchten wir,
welche Th-Zellen nach einer intranasalen Immunisierung
präferenziell stimuliert werden. Im Vergleich zur parenteralen
Immunisierung entdeckten wir eine Hochregulierung
von CCR-6 auf CD4 + -Zellen, die mit einer vermehrten Produktion
von IL-17 einherging. Interessanterweise konnten
wir zeigen, dass diese präferenzielle Induktion einer Th17-
Immunantwort unabhängig vom verwendeten Adjuvans ist.
Es ist bekannt, dass Th17-Zellen bei der Immunantwort gegen
respiratorische Pathogene eine entscheidende Rolle spielen.
Daher hat unsere Entdeckung, dass eine Th17-Antwort spezifi
sch durch intranasale Immunisierung ausgelöst werden
kann, wichtige Bedeutung für das rationale Impfstoffdesign.
Cazorla, S. I., Frank, F. M. , Becker, P. D., Arnaiz, M., Mirkin G. A., Corral R. S., Guzmán
C. A*. and Malchiodi E. L.* (2010). Redirection of the immune response to the functional
catalytic domain of the cystein proteinase cruzipain improves protective immunity
against Trypanosoma cruzi infection. Journal of Infectious Diseases. 202:136-144.
*Corresponding authors.
Zygmunt, B. M., Rharbaoui F., Groebe L., and Guzman C. A. (2009). Intranasal immunization
promotes Th17 immune responses. Journal of Immunology. 183:6933-6938.