Feinspezifität von Flavivirus Antikörpern in Mensch und Maus

Die Bildung neutralisierender Antikörper ist ein entscheidender Bestandteil der Immunantwort nach natürlicher Virusinfektion oder Impfung und trägt ganz wesentlich zu einem langanhaltenden Schutz gegen Virus-bedingte Erkrankungen bei. Im Fall von umhüllten Viren sind diese protektiven Antikörper vor allem gegen virale Oberflächenproteine gerichtet, die bei der Interaktion des Virus mit Zelloberflächen und/oder der Fusion der viralen Membran mit zellulären Membranen beteiligt sind. Die Bindung der Antikörper an die Virusoberfläche hemmt diese Funktionen und reduziert damit die Infektiosität des Virus. Im Zuge der Affinitätsmaturation von Antikörpern und der dafür erforderlichen Bildung von Keimzentren in Lymphknoten kommt es zu einer Verringerung der ursprünglich vorhandenen Vielfalt, sodass die Immunantwort schließlich durch eine limitierte Zahl von Antikörper- Spezifitäten gegen das immunisierende Protein dominiert wird. Da sowohl das Ausmaß als auch der Mechanismus der Virus-Neutralisation von der genauen Lage der Antikörper-Bindungsstelle in der dreidimensionalen Struktur der viralen Oberflächenproteine abhängt, kann die Einschränkung der Antikörpervielfalt und das daraus resultierende Phänomen der Immundominanz die funktionelle Wirksamkeit der Immunantwort beeinflussen. Im Rahmen des vorliegenden Projekts soll die individuelle Variabilität der Antikörper-Fein-spezifität und seine Bedeutung für die Virus-Neutralisation beim Menschen untersucht werden, und zwar nach natürlicher Infektion mit dem Frühsommermeningoenzephalitis (FSME) Virus sowie nach Impfung mit einem Formalin-inaktivierten Ganzvirus Impfstoff. Parallel dazu werden kontrollierte Immunisierungsstudien in Mäusen durchgeführt, um den Einfluss von Spezies-spezifischen Faktoren, genetischem Hintergrund, Quartärstruktur des Immunogens sowie Adjuvantien auf die Feinspezifität und funktionelle Aktivität von Antikörper-Antworten zu erforschen. Das durch Zecken übertragene FSME Virus ist eines der wichtigsten humanpathogenen Flaviviren und nahe verwandt mit den durch Stechmücken übertragenen Viren, die Gelbfieber, Dengue, Japanische Enzephalitis und West Nil Fieber verursachen. Die atomare Struktur des Haupt-Oberflächenproteins (envelope` - E) des FSME Virus und anderer Flaviviren sowie seine Anordnung auf der Virusoberfläche sind bereits bekannt und bilden die Voraussetzung für eine strukturspezifische Analyse der Antikörperantwort. Der modulare Aufbau des E Proteins ermöglicht die Herstellung von rekombinanten Proteinen bzw. Proteinfragmenten, deren Verwendung in quantitativen Immunoassays die Erfassung individueller Antikörper-Muster nach Infektion bzw. Impfung ermöglicht und mit denen auch der Beitrag einzelner Antikörper-Subpopulationen zur Virusneutralisation untersucht werden kann. Es ist zu erwarten, dass die Ergebnisse der vorliegenden Studie wichtige neue Erkenntnisse in Bezug auf die Immundominanz von Antikörperantworten ergeben werden, die auch für neue Struktur-basierte Ansätze der Impfstoffentwicklung von Bedeutung sein können.

Antikörper sind ein wesentlicher Bestandteil der antiviralen Immunantwort und können eine langanhaltende Immunität nach natürlicher Infektion oder Impfung vermitteln. Diese Moleküle neutralisieren die Infektiosität von Viren indem sie an ihre Oberfläche binden und dadurch das Eindringen in Zellen verhindern. Virusoberflächen sind komplexe Strukturen, die eine Vielzahl von Antikörpern mit unterschiedlichen Spezifitäten und Fähigkeiten zur Virusneutralisation induzieren können. Manche dieser Antikörper werden jedoch im Zuge von Immunantworten bevorzugt gebildet und dominieren daher die Zusammensetzung von Antikörperpopulationen im Blut. In unserem Projekt haben wir uns insbesondere mit diesem Phänomen der Immundominanz beschäftigt und Methoden entwickelt, um die verschiedenen durch Infektionen mit dem Frühsommermeningoenzephalitis (FSME)-Virus oder nach FSME-Impfung induzierten Antikörperpopulationen getrennt voneinander untersuchen zu können. Wir untersuchten das Ausmaß der Variation von Antikörperantworten in einzelnen Individuen (bei Mensch und Maus), den Einfluss von immunologischen Adjuvantien sowie des genetischen Hintergrunds auf die Immundominanz (in der Maus) und in welcher Weise eine vorangegangene Impfung gegen das verwandte Gelbfieber (GF)-Virus die Antikörperantwort nach FSME-Impfung im Menschen verändert. Ein wesentliches Ergebnis unserer Arbeit war die Erkenntnis, dass die Immundominanz von Antikörpern starken individuellen Schwankungen unterworfen ist (sowohl im Menschen als auch in der Maus), obwohl jedes Individuum mit einem physikalisch identen Immunogen immunisiert worden war. Wie die Mausstudien zeigten, wurden die Muster der Antikörperspezifitäten auch stark vom genetischen Hintergrund der Tiere sowie von Adjuvantien beeinflusst. Wir entdeckten auch, dass die Bindung von Antikörpern strukturelle Veränderungen im Virus bewirken können und dadurch die Immundominanzmuster nach Impfung mit Immunkomplexen verändern. Solche Mechanismen sind im Zuge von sequenziellen Immunisierungen oder Infektionen mit Antigen-verwandten Viren von Bedeutung, wenn das neue Virus mit präexistierenden Antikörpern, die Immunkomplexe bilden können, in Kontakt kommt. Indem wir den Effekt einer vorangegangenen GF-Impfung auf die Antikörperbildung nach FSME-Impfung analysierten, sind wir der Frage nach der praktischen Bedeutung dieses Aspekts für das Impfwesen nachgegangen. Dabei haben wir festgestellt, dass die neutralisierende Aktivität der durch die FSME Impfung induzierten Antikörper in der Kohorte mit prä-existierender GF-Immunität vermindert war. Insgesamt haben unsere Ergebnisse zu neuen Erkenntnissen betreffend die individuelle Variation der Antikörperantwort geführt und verdeutlichen die Bedeutung des Phänomens der Immundominanz für die Wirksamkeit von Impfstoffen.