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Title
Fine specificity of the human antibody response induced by yellow fever vaccination / submitted by Oxana Vratskikh
AuthorVratskikh, Oxana
CensorHeinz, Franz Xaver
Published2013
Description127 S. : graph. Darst.
Institutional NoteWien, Med. Univ., Diss., 2013
Annotation
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Gelbfieber Impfung / Fein-Spezifität der induzierten Antikörper / Immundominanz / Virusneutralisation
Keywords (EN)yellow fever vaccination / fine specificity of antibody response / immunodominance / yellow fever virus neutralization
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-2500 Persistent Identifier (URN)
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Fine specificity of the human antibody response induced by yellow fever vaccination [4.88 mb]
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Abstract (German)

Das Gelbfieber (GF) Virus ist ein prototypisches Mitglied des Genus Flavivirus, zu dem auch die Dengue (DEN), West Nil (WN), Frühsommermeningoenzephalitis (FSME) und Japanische Enzephalitis (JE) Viren gehören. Diese Viren sind weltweit verbreitet und stellen ein großes Problem für das Gesundheitswesen dar. Der attenuierte Lebendimpfstoff gegen GF, basierend auf dem Virusstamm 17D, ist einer der erfolgreichsten Impfstoffe, die jemals produziert wurden. Die GF Impfung aktiviert die angeborene und adaptive Immunantwort und induziert neutralisierende Antikörper, die als Korrelat für den Schutz gegen die Krankheit betrachtet werden. Die neutralisierende Antikörperantwort ist, wie auch für andere Flaviviren demonstriert, gegen das Haupt-Hüllprotein E gerichtet, wobei Epitope neutralisierender Antikörper allen drei Strukturdomänen (DI, DII und DIII) zugeordnet wurden. Zusätzlich wurden auch Antikörper gegen das zweite Oberflächenprotein prM beobachtet.

Ungeachtet des Erfolgs der GF Impfung ist nur wenig über die Fein-Spezifität der induzierten Antikörper, deren Bindungsstellen an der Virusoberfläche und die Faktoren, die diese Spezifitäten kontrollieren, bekannt. Das Ziel dieser Dissertation war es, neue Erkenntnisse zur individuellen Variabilität der Antikörper-Fein-Spezifität nach GF Impfung beim Menschen zu gewinnen und den Beitrag verschiedener Antikörper-Subpopulationen zur Virus-Neutralisation zu definieren. Zu diesem Zweck wurden rekombinante Antigene des GF Virus und anderer Flaviviren hergestellt, die für die Messung der Antikörper-Antworten von 51 GF Geimpften verwendet wurden. Die rekombinanten Antigene wurden auch für Depletions-Analysen von acht ausgewählten Impfseren herangezogen.

Dabei wurden die gegen das eingesetzte Antigen gerichteten Antikörper aus dem Serum entfernt und es wurde untersucht, inwieweit die Reaktivität mit GF Virus bzw. die neutralisierende Aktivität der depletierten Seren betroffen war. Wir beobachteten ein hohes Ausmaß an individueller Variation in den Mustern und Immundominanzen der einzelnen Antikörper-Subpopulationen in den Impfseren, was sich auch in unterschiedlichen Beiträgen zur Virusneutralisation niederschlug. Unsere Daten zeigten, dass ein substantieller (aber variabler) Anteil dieser Antikörper gegen komplexe Epitope auf der Virusoberfläche gerichtet war, die nicht in der isolierten, monomeren Form des E Proteins vorhanden waren. Ein Großteil der Antikörper war gegen DI+II gerichtet, die auch in einem ähnlichen Ausmaß zur Neutralisation beitrugen wie jene Antikörper-Subpopulation, die gegen das ganze E Protein gerichtet war.

Nur in zwei von acht Seren konnte auch neutralisierende Aktivität von Antikörpern nachgewiesen werden, die an die Grenzfläche von DI und DIII binden. Interessanterweise waren DIII-Antikörper kaum nachweisbar und trugen nicht zur Virus Neutralisation bei. Einige der GF Impfseren enthielten auch geringe Mengen an Flavivirus-kreuzreaktiven Antikörpern.

Zusätzlich wurden bei einer Vielzahl an GF Geimpften prM-spezifische Antikörper detektiert, die nicht an der Neutralisation beteiligt waren.

Eine Publikation, die diese Daten beinhaltet, wird im Journal "Plos Pathogens" veröffentlicht und bildet den ersten Teil der vorliegenden Dissertation. Weitere Kapitel beschreiben die Produktion der rekombinanten Proteine, deren Charakterisierung und die Entwicklung der verschiedenen Testmethoden. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse liefern neue Informationen über die Spezifität, Variabilität und Funktionalität der durch die GF Impfung induzierten humoralen Immunantwort und zeigen auf, wie wichtig diese Faktoren für das Design moderner Impfstoffe sind. Zusätzlich komplementieren und erweitern diese Daten unser bestehendes Wissen über die Zusammensetzung von polyklonalen Immunantworten nach Flavivirus Impfungen und Infektionen.

Abstract (English)

Yellow fever (YF) virus is a prototypic member of the genus Flavivirus, which includes other important human pathogens such as dengue (DEN), West Nile (WN), tick-borne encephalitis (TBE) and Japanese encephalitis (JE) viruses. These viruses are distributed worldwide and represent a major concern for public health. The live attenuated YF vaccine based on the 17D virus strain is one of the most successful vaccines ever produced and chimeric viruses based on YF 17D virus have been licensed (Japanese encephalitis) or are promising vaccine candidates (Dengue and West Nile). YF vaccination activates innate and adaptive immunity and induces neutralizing antibodies, which are considered to be the primary correlate of protection against this disease. As demonstrated in studies with other flaviviruses, the neutralizing antibody response is mainly directed to the major envelope protein E, with epitopes for neutralizing antibodies mapped in all of its three structural domains (DI, DII and DIII). In addition, antibodies specific to the minor surface protein prM, have also been observed.

Despite the success of the YF vaccine little is known about antibody specificities to various sites on the surface of the 17D virus and factors controlling these specificities.

The goal of this dissertation is to gain insights into the human humoral immune responses induced by YF vaccination through a better understanding of the fine specificities of induced antibody subsets and functional roles of different antibody subsets in virus neutralization.

To address these complex issues, we produced yellow fever as well as other flavivirus recombinant antigens and used them to measure antibody responses induced in 51 YF-vaccinated individuals. Using our recombinant antigens, we conducted depletion analyses of 8 selected sera, by removing specific antibody populations from these sera and analyzing how this removal affected the reactivities of the depleted sera with the whole YF virion as well as the virus neutralizing capacities of these sera.

We demonstrated a high degree of individual variation in the immunodominance patterns of antibody subsets present in post-vaccination sera and observed differences in their contribution to virus neutralization. Our data revealed that a substantial (but varying) proportion of neutralizing antibodies induced by YF vaccination was directed to complex epitopes present only in the context of the virus but not on an isolated monomeric form of E. We found high frequencies and titers of antibodies specific for DI+II, which contributed to a similar extent as the E-specific subset. Only in the case of 2 out of 8 sera, some neutralizing activity was also directed to epitopes located at the interface of DI and DIII. Interestingly, DIII-specific antibodies were either absent or present at very low levels in the total antibody response and did not contribute to virus neutralization. In addition, few post-YF vaccination sera contained broadly flavivirus cross reactive antibodies and their titers were very low, whereas a substantial proportion of YF vaccinees had high levels of antibodies to the minor surface glycoprotein prM, which did not significantly contribute to virus neutralization.

A paper describing the results of this dissertation is about to be published in PLOS Pathogens and the corresponding manuscript constitutes Part I of the thesis. The part of work dedicated to recombinant protein production, characterization and assay development constitutes the second and third parts of the thesis, respectively.

The results presented in this study provide new information on the specificity, variability and functionality of the humoral immune response induced by YF vaccination, highlight the importance of considering these factors in modern vaccine design and complement the existing work on dissecting polyclonal humoral immune responses to flavivirus infection and vaccination.