Titelaufnahme

Titel
Specificity of CD4+[hoch +]T cell responses after tick-borne encephalitis virus infection and vaccination / Submitted by Julia Schwaiger
VerfasserSchwaiger, Julia
Begutachter / BegutachterinHeinz, Franz X.
Erschienen2014
Umfang105 S. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Flaviviren / Frühsommer-Meningo-Enzephalitis Virus / + T-Zell Antwort / Epitop Vorhersage
Schlagwörter (EN)Flaviviruses / Tick-borne encephalitis virus / + T cell responses / epitope prediction
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-5281 Persistent Identifier (URN)
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Specificity of CD4+[hoch +]T cell responses after tick-borne encephalitis virus infection and vaccination [23.35 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Genus Flavivirus inkludiert wichtige humanpathogene Krankheitserreger wie Dengue, Gelbfieber, West Nil, Japanisches Enzephalitis oder Frühsommer-Meningo- Enzephalitis (FSME) Virus, welche weltweit ein großes Problem für das Gesundheitswesen darstellen. Flaviviren sind kleine, umhüllte Viren mit drei Strukturproteinen: C (capsid), prM/M(precursor/membrane) und E (envelope). Neutralisierende Antikörper bilden das Korrelat für den Schutz nach Infektion und Impfung. Diese Antikörper sind zum größten Teil gegen das E-Protein gerichtet und ihre Produktion durch B-Zellen benötigt direkte Zell-Zell Interaktion mit Helfer T-Zellen. Da B-Zellen, die E-spezifische Antikörper produzieren, in der Lage sind komplette Viruspartikel zu internalisieren, können Peptide aller drei Strukturproteine T-Zell Hilfe für die Bildung neutralisierende Antikörper gegen E induzieren. Die Spezifität dieser Helfer T-Zellen kann bei jedem Schritt des komplexen Prozesses von der Antigenaufnahme bis zur Stimulation beeinflusst werden. Faktoren wie die Proteinstruktur oder der quaternäre Aufbau können die Herstellung und/oder Auswahl der Peptide beeinflussen. Dies führt zur sogenannten Immundominanz, d.h. das Erkennen einer limitieren Anzahl von Epitopen aus einem komplexen Proteinantigen. Das Hauptziel dieser Dissertation war es, die CD4+ T-Zell Antwort nach FSME Virus Infektion und Impfung mit einem inaktivierten Ganzvirusimpfstoff zu vergleichen. Der Einfluss der Proteinstruktur auf Immundominanzmuster wurde untersucht sowie die experimentellen Daten mit Ergebnissen von Computervorhersagen verglichen. Zu diesem Zweck wurde die CD4+ T-Zell Antwort in Proben von FSME Geimpften und FSME Patienten mittels IL-2 ELISpot Assays analysiert. Immundominanzmuster wurden mit den kristallographischen Strukturen der Protein C und E Monomere korreliert. Basierend auf den Bestimmungen der HLA Klasse II Allele der Studienteilnehmer wurden CD4+ T-Zell Epitope vorhergesagt und mit den im ELISpot Assay experimentell bestimmten verglichen.

Die Analyse der Zellproben von FSME Virus Infizierten und Geimpften zeigte, dass die CD4+ T-Zell Antwort gegen alle drei Strukturproteine gerichtet ist. Peptide aller drei Proteine tragen gleichermaßen (relativ zur Proteinmenge innerhalb des Viruspartikels) zur CD4+ TZellantwort bei. Trotz der individuellen Variation wurden spezifische Immundominanzmuster gefunden. Im C-Protein werden Peptide von bestimmten Alpha-Helices von Geimpften und Infizierten am häufigsten erkannt. Im E-Protein sind Peptide der Domäne III in beiden Gruppen dominant. Zusätzlich wurden immundominante Peptide spezifisch für Geimpfte oder Infizierte gefunden. Der Vergleich der experimentell bestimmten und vorhergesagten Epitope zeigte eine gute Übereinstimmung bei C-, nicht jedoch bei E-Peptiden. Dies zeigt, dass sich die Vorhersagequalität zwischen den Proteinen unterscheidet. Im Speziellen wurden Peptide der Transmembranregionen häufig vorhergesagt, waren aber nicht immundominant in den Experimenten. Dies war nicht nur charakteristisch für Oberflächenproteine von Flaviviren, sondern auch von Hepatits B, Influenza oder Kuhpocken Viren. Die Hauptergebnisse dieser Arbeit wurden im Journal of Virology veröffentlicht siehe Part I der Dissertation).

Diese Arbeit beschreibt zum ersten Mal einen Vergleich der CD4+ T-Zell Antwort nach Lebendvirus Infektion und Impfung mit Viruspartikeln in nicht-replizierender Form (inaktivierter Impfstoff). Die Ergebnisse liefern Hinweise für Faktoren, die die Höhe und Spezifität der T-Helferantworten beeinflussen und geben somit wertvolle Informationen für die Entwicklung zukünftiger Impfstoffe. Zusätzlich resultieren aus unseren Untersuchungen neue Daten über die Vorhersagequalität von CD4+ T-Zell Epitopen bestimmter Virusproteine.

Zusammenfassung (Englisch)

The genus flavivirus includes important human pathogens such as Dengue, Yellow fever, West Nile, Japanese encephalitis or Tick-borne encephalitis (TBE) virus which represent a major public health concern in many countries worldwide. Flaviviruses are small enveloped viruses with three structural proteins: C (capsid), prM/M (precursor/membrane) and E (envelope). After infection and vaccination, neutralizing antibodies represent the major correlate of protection from disease. These protective antibodies are mostly directed to the E protein and their production by B cells requires the direct cell-cell interaction with helper CD4+ T cells. Since B cells expressing E-specific antibodies can internalize the whole virus particle, peptides of all three structural proteins can induce this essential T cell help to produce neutralizing antibodies to E. The specificity of helper CD4+ T cells can be influenced at each step of the complex pathway from antigen uptake to stimulation. Factors such as protein structure and quaternary arrangement can restrict the generation and/or selection of peptides which leads to the phenomenon of immunodominance, i.e. the recognition of a limited number of epitopes from a complex protein antigen.

The major objective of this study was to identify and compare the CD4+ T cell response after TBE virus infection and vaccination with an inactivated whole virus vaccine. A further goal was to analyze the influence of protein structure on immunodominance patterns and to compare the experimental data with computer predicted CD4+ T cell epitopes. For purpose the CD4+ T cell response was analyzed in samples from TBE vaccinated and acutely infected individuals using IL-2 ELISpot assays. The immunodominance patterns were correlated with the crystallographic structures of monomers of the proteins C and E. Based on the determined HLA class II alleles of the study participants, CD4+ T cell epitopes were predicted and compared with those determined experimentally with the ELISpot assay. Analysis of samples obtained after TBE virus infection and vaccination revealed that the CD4+ T cell response is directed to all three structural proteins and peptides of all three proteins contribute equally, relative to the amount of protein within the viral particle, to the CD4+ T cell response. Despite individual variation, specific immunodominance patterns were found. In the C protein, the same peptides were most frequently recognized after vaccination and infection and these were derived from specific helices of the protein structure. In the E protein, peptides within DIII of the protein were dominant in both groups but additional immunodominant peptides specific for either vaccinated or infected individuals were found.

Correlation of experimentally determined and predicted epitopes showed a good congruence for C peptides but not for E, demonstrating that prediction performance differed between the proteins. Especially peptides of transmembrane domains had high prediction scores but were not immunodominant in experiments. This was a characteristic feature of not only flavivirus surface proteins, but also of Hepatits B virus, Influenza virus or Vaccinia virus. The major findings of this work have been published in the Journal of Virology (Part I of this thesis).

The data presented in this study describe the first comparison of CD4+ T cell responses between replicating live virus (infection) and immunization with the same virus in nonreplicating form (inactivated vaccine). The results provide evidence for factors influencing the magnitude and specificity of these helper responses, thus providing useful information for the design of future vaccines. Correlation with computer predicted epitopes shows that prediction performance depends on the protein and hence requires additional research to allow improvements in CD4+ T cell epitope predictions.