Welche Immunantwort ist besonders effizient und kann zur Entwicklung eines neuen Impfstoffes beitragen?

Worum geht es in diesem Forschungsprojekt?

Konzept des HCV-Impfstoffprojekts: Die Identifikation von „Elite“-Neutralisierer – HCV-Patienten, die eine Infektion beseitigen oder eine geringe Viruslast aufweisen – wird in innovative Impfansätze umgesetzt.

Worum geht es in diesem Forschungsprojekt?

Etwa 71 Millionen Menschen weltweit sind chronisch mit dem Hepatitis C Virus (HCV) infiziert und bei diesen Patienten besteht ein erhöhtes Risiko einer schweren Lebererkrankung, einschließlich eines Leberzellkarzinoms. In diesem Zusammenhang hat die WHO für 2015 von ca. 400.000 HCV-assoziierten Todesfällen berichtet. Neu entwickelte Kombinationstherapien heilen mehr als 95% der behandelten Patienten. Viele Menschen sind sich ihrer HCV-Infektion jedoch nicht bewusst und hohe Behandlungskosten schränken den Zugang zur Therapie ein. Darüber hinaus schützt eine erfolgreiche Therapie nicht vor einer erneuten Virusinfektion, die besonders in Populationen mit häufiger Virusexposition leicht auftritt. Aus diesen Gründen ist die Entwicklung eines prophylaktischen HCV-Impfstoffs eine medizinische Notwendigkeit. Tatsächlich legen Studien nahe, dass eine globale Kontrolle von HCV nur mit einem prophylaktischen HCV-Impfstoff in Kombination mit einer antiviralen Behandlung möglich ist.

Wie ist der Stand der Dinge?

Die zelluläre Immunität hat einen wichtigen Einfluss auf den klinischen Ausgang einer HCV-Infektion. Neuere Studien untermauern aber auch die Schlüsselrolle von breit neutralisierenden Antikörpern (bnAks) für die Kontrolle einer akuten oder chronischen HCV-Infektion. Ca. 20-30% der infizierten Personen eliminieren auf natürliche Weise die Infektion und Immunisierung mit rekombinanten HCV-Glykoproteinen induzieren bnAks in Tiermodellen. Diese Ergebnisse lassen hoffen, dass die Entwicklung eines prophylaktischen HCV Impfstoffs möglich ist.

Die HCV Hüllproteine E1 und E2 sind die Hauptziele für bnAks und stehen daher im Fokus der Impfstoffforschung. HCV hat jedoch eine Reihe von Evasionsmechanismen entwickelt, die die Entwicklung von E1-E2-basierten Impfstoffen erschweren: So verringern die strukturelle Flexibilität der wichtigsten E1 und E2 Antikörperbindungsstellen („Epitope“) sowie eine reiche Ausstattung der Hüllproteine mit Zuckerresten die Immunogenität. Darüber hinaus sind die meisten Antikörper gegen hochvariable virale Epitope gerichtet, sogenannte „Köder-Epitope“ („decoy epitopes“). Diese mutieren sehr leicht und machen diese Antikörper damit unwirksam.

Was sind die Projektziele?

Für ein effizientes Impfstoffdesign ist ein umfassendes Verständnis der wichtigsten Epitope erforderlich, die von potenten neutralisierenden Antikörpern erkannt werden. Derzeit wissen wir jedoch relativ wenig über die Entwicklung von HCV bnAks im Patienten, über die im Fokus stehenden Epitope, und über die B-Zellreifungswege, die notwendig sind um sie zu produzieren. Daher ist unser Hauptziel die Identifizierung von Personen mit einer besonders effizienten Antikörperantwort gegen HCV (sogenannte „Elite“-Neutralisierer). Eine detaillierte Charakterisierung der bnAks dieser Patienten wird uns essentielle Einblicke geben, wie eine effiziente HCV-spezifische Antikörperantwort aufgebaut ist. Es wird die Schlüsselmerkmale aufzeigen, die für die Entwicklung potenter neutralisierender Antikörper erforderlich sind, und als Leitfaden für die Entwicklung neuer Impfstoffe dienen. Basierend auf diesen neuen Erkenntnissen werden wir mittels neuer, strukturbasierter Methoden des Immunogendesigns Impfstoffkandidaten generieren, welche durch die Immunisierung die Bildung solcher bnAks auslösen.

Wie kommen wir da hin?

Ein entscheidender Schritt in diesem Projekt wird ein großangelegtes Neutralisationsscreening sein, das die oben angesprochenen „Elite“-Neutralisierer unter den Patienten identifiziert, die in der MHH-Hepatitis-Ambulanz behandelt werden. Neben den „Elite“-Neutralisierern identifiziert dieses Screening auch Patienten mit mäßigen oder schwachen Antikörperreaktionen und ermöglicht damit vergleichende molekulare Analysen der Faktoren, die die Entwicklung leistungsfähiger Antikörper steuern. Zu diesem Zweck werden wir in diesen verschiedenen Patientengruppen mittels Einzelzellsequenzierung Profile der B-Zell Repertoires erstellen, um Merkmale zu identifizieren, die mit der Entwicklung phänotypisch unterschiedlicher Antikörperantworten korrelieren. Um potente HCV-spezifische bnAks zu identifizieren, werden wir HCV-spezifische B-Zellen von „Elite“-Neutralisierern isolieren, die B-Zell-Rezeptorgene sequenzieren und die entsprechenden Antikörper herstellen. Anschließend werden wir deren Neutralisationsstärke messen und für besonders interessante Antikörper die Immunkomplexe strukturell untersuchen. Diese Analysen werden detaillierte Strukturinformationen zu Neutralisationsepitopen und Antigenerkennung durch potente bnAks liefern. Die dadurch gewonnenen neuen Erkenntnisse werden den Weg für die Verwendung neuartiger computergestützter, strukturbasierter Verfahren für das Immunogendesign ebnen, mit dem primären Ziel, eine verbesserte Produktion epitopspezifischer – und damit breit neutralisierender – Antikörper zu erzielen.

Leitende Forscherinnen und Forscher von Projekt B10

Projekttitel: HCV Vakzine

Prof. Dr. Thomas Pietschmann

Projekte: A1, B10

CV & Contact

Prof. Dr. Thomas Krey

Projekte: B10, D1, D3

CV & Contact

Prof. Dr. Markus Cornberg

Projekte: B8, B9, B10

CV & Contact

Prof. Dr. Alice McHardy

Projekt: B2, B10, C1

CV & Contact

Publikationen des Projektes B10

Khera T, Behrendt P, Bankwitz D, Brown RJP, Todt D, Doepke M, Khan AG, Schulze K, Law J, Logan M, Hockman D, Wong JAJ, Dold L, Gonzalez-Motos V, Spengler U, Viejo-Borbolla A, Ströh LJ, Krey T, Tarr AW, Steinmann E, Manns MP, Klein F, Guzman CA, Marcotrigiano J, Houghton M, Pietschmann T. Functional and immunogenic characterization of diverse HCV glycoprotein E2 variants. J Hepatol. 2019 Apr;70(4):593-602. doi: 10.1016/j.jhep.2018.11.003. Epub 2018 Nov 13. PubMed PMID: 30439392.

Vasiliauskaite I, Owsianka AM, England P, Khan AG, Cole S, Bankwitz D, Foung SKH, Pietschmann T, Marcotrigiano J, Rey FA, Patel AH, Krey T. 2017. Conformational Flexibility in the Immunoglobulin-Like Domain of the Hepatitis C Virus Glycoprotein E2. mBio 8:e00382-00317.

Publikationen des Projektes B10