Titelaufnahme

Titel
Evaluation of a second generation human papillomavirus vaccine with broad-spectrum efficacy against human papillomavirus types causing skin and mucosal neoplasia
VerfasserHuber, Bettina
Betreuer / BetreuerinKirnbauer, Reinhard
Erschienen2017
UmfangXVI, 163 Blatt
Datum der AbgabeJanuar 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)humane Papillomviren (HPV) / chimäre Virus-ähnlichen Partikeln (VLP) / Nebenkapsid-Protein L2 / Impfstoff / kutane HPV / Hautwarzen / nicht-melanozytärer Hautkrebs / zervikales Adenokarzinom
Schlagwörter (EN)human papillomavirus (HPV) / chimeric virus-like particles (VLP) / minor capsid protein / vaccine / cutaneous HPV / warts / non-melanoma skin cancer / cervical adenocarcinoma
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-8990 Persistent Identifier (URN)
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Zervixkarzinom (CxCa) der Frau wird durch persistierende Infektion mit einem von 13 mukosalen hoch-Risiko (hr) humanen Papillomviren (HPV) verursacht. Obwohl die zytologische Vorsorgeuntersuchung der Frau die Inzidenz des CxCa stark reduzieren konnte, ist der PAP Abstrich weniger wirksam in der Erkennung des Adenokarzinoms (AC) der Zervix, welche vor allem mit HPV16, HPV18 und weiteren Alpha Spezies 7 HPV-Typen assoziiert sind. Kutane HPV-Typen verursachen Haut- und Palmo-Plantarwarzen (HPV1/2/3/4/27/57) vor allem in Kindern und immunsupprimierten Patienten und sind ein häufiger Grund für Arztbesuche. Weiters werden kutane Beta-HPV mit der Entstehung von nicht-melanozytärem Hautkrebs (NMSC) in immunsupprimierten Patienten in Verbindung gebracht. Die drei lizensierten polyvalenten HPV-Impfstoffe (2-, 4-, 9-fach) basieren auf Virus-ähnlichen Partikeln (VLP) aus selbst zusammengefügtem L1 Hauptkapsid-Protein, welche eine protektive, aber auf die Vakzine-Typen beschränkte Antikörperantwort hervorrufen. Sie schützen gegen HPV-Typen welche 70-90% der CxCa sowie 90% der Genitalwarzen (4- und 9-fach Vakzine) hervorrufen. Keiner dieser Impfstoffe schützt jedoch gegen kutane HPV oder die restlichen hr Schleimhaut-Typen. Daher müssen selbst geimpfte Frauen weiterhin die PAP Vorsorge wahrnehmen, was eine andauernde Belastung des Gesundheitswesens darstellt. Das Nebenkapsid-Protein L2 ist ein vielversprechendes Antigen der Papillomviren für die Entwicklung einer Breitspektrum-Vakzine. L2 enthält Typen-gemeinsame Epitope und kann nach Immunisierungen eine niedrigtitrige, aber kreuzneutralisierende Antikörperantwort hervorrufen, jedoch verhält sich L2 in gemeinsamen L1+L2 VLP immunologisch subdominant. Die Immunogenität von kreuzneutralisierenden L2 Epitopen (z.B ’RG1’ von HPV16 L2) kann gesteigert werden, indem das Peptid molekularbiologisch in L1 inseriert und dadurch repetitiv auf der Oberfläche von rekombinanten VLP exprimiert wird. Im Rahmen dieser Dissertation wurden chimäre VLP konstruiert, die speziell gegen HPV-Typen gerichtet sind, welche AC (HPV18L1-45RG1) oder kutane Warzen verursachen (HPV1L1-4RG1), oder mit der Entstehung von Hautkarzinomen assoziiert sind (HPV5L1-17RG1, HPV16L1-17RG1, HPV16L1-5L2(aa53-72) und HPV18L1-5L2(aa53-72)). Kaninchen wurden mit den chimären VLP vakziniert und die Immunseren mittels ELISA und Pseudovirionen (PsV)-Neutralisations-Assay evaluiert, für welche auch 12 neue Beta-HPV PsV generiert wurden. Chimäre RG1-basierende VLP, nicht aber VLP basierend auf dem HPV5 L2 aa52-73 Peptid (homolog zu einem kreuzneutralisierenden HPV16 L2 Epitop), induzierten Kreuzneutralisation gegen eine Vielzahl an getesteten Typen. Diese Ergebnisse könnten auf strukturelle und/oder Antigen-Unterschiede zwischen Kapsiden von kutanen und mukosalen HPV-Typen hinweisen. In einem in vivo vaginalen Mausinfektionsmodell zeigten Immunseren gegen HPV18L1-45RG1 VLP Kreuzprotektion gegen HPV18/45/39/68, nicht aber gegen HPV59. Passiver Transfer von Immunseren gegen HPV5L1-17RG1 VLP gewährten partiellen Schutz gegen HPV20/24/96, nicht aber gegen HPV5/38/76. Immunseren gegen HPV16L1-17RG1 VLP gewährten kompletten Schutz gegen HPV20/96/16 sowie partielle Protektion gegen HPV5/24/38, jedoch nicht gegen HPV76. Antiseren gegen HPV1L1-4RG1 VLP gewährten einen partiellen Schutz gegen Infektion mit HPV4. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass rekombinante L1-RG1 VLP vielversprechende Kandidaten für die Entwicklung einer Breitspektrum HPV-Vakzine darstellen, um gegen die Entwicklung von AC, Hautwarzen, sowie HPV-assoziierten Hautkarzinomen zu schützen.

Zusammenfassung (Englisch)

Cervical cancers (CxCa) may arise due to persistent infection with one of 13 high-risk (hr) mucosal human papillomavirus (HPV) types. Although cervical (PAP) screening has greatly reduced the incidence of CxCa, screening is less effective to prevent cervical adenocarcinoma (AC) associated with HPV16, HPV18 and other genus Alpha species 7 types. Common cutaneous HPV types cause skin, palmo-plantar, or plane warts, a common nuisance in children and immunosuppressed patients and frequent cause of medical consultation. In addition, genus Beta HPV types are implicated in the development of non-melanoma skin cancer (NMSC) in immunosuppressed patients. The three licensed HPV vaccines (2-, 4-, 9-valent) are based upon virus-like particles (VLP) self-assembled from L1 major capsid protein. Vaccinations induce a type-restricted protective immune response against mucosal HPV types causing 70-90% of all CxCa and 90% of genital warts (4-, 9-valent vaccines). However, neither vaccine protects against cutaneous HPV, nor the remaining hr types. Thus, cervical screening needs to be maintained even in vaccinated women, further burdening health care systems. A strategy to develop broad-spectrum HPV vaccines is based on the minor structural protein L2 that contains type-common epitopes that induce low-titer cross-neutralizing antibodies. L2 is immunologically subdominant in co-assembled L1+L2 VLP, but its immunogenicity is increased when type-common L2 epitopes (e.g. ‘RG1’ of HPV16 L2) are inserted into surface loops of HPV L1-VLP. In this thesis work, chimeric VLP antigens were designed to specifically target hr Alpha 7 HPV associated with cervical AC (HPV18L1-45RG1), cutaneous types causing warts (HPV1L1-4RG1), or NMSC-associated Beta HPV (HPV5L1-17RG1, HPV16L1-17RG1, HPV16L1-5L2(aa53-72) and HPV18L1-5L2(aa53-72)). Antisera to chimeric VLP were evaluated by in vitro neutralization assays, for which also 12 novel Beta type pseudovirions (PsV) were designed, and in vivo using a mouse vaginal challenge model. While chimeric VLP displaying RG1 peptides induced cross-neutralization to several tested HPV types, chimeric VLP based upon HPV5L2 aa53-72 (a homolog of a cross-neutralization HPV16 epitope) did not, suggesting possible structural and/or antigenic differences between cutaneous and mucosal hr HPV capsids. In vivo, HPV18L1-45RG1 VLP immunization conferred protection against challenge with HPV18/45/39/68 but not HPV59 or 16. Antisera to HPV5L1-17RG1 VLP partially protected against PsV challenge with Beta HPV20/24/96, but not against HPV5/38/76, whereas antisera to HPV16L1-17RG1 VLP fully protected against challenge with HPV20/96/16, and partially against HPV5/24/38, but not against HPV76. Passive transfer of immune serum raised against HPV1L1-4RG1 VLP partially protected against HPV4. In summary, novel L1-RG1 VLP immunogens have been generated as broader-spectrum HPV vaccine candidates, to protect against hr mucosal HPV types associated with AC and cutaneous HPV causing warts or being linked to skin cancer development.