dc.contributor.author
Steinbeis, Fridolin
dc.date.accessioned
2018-06-08T00:27:05Z
dc.date.available
2017-06-02T11:21:02.925Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/11963
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-16161
dc.description.abstract
Background: Cerebral malaria is the most severe manifestation of Plasmodium
falciparum malaria. Sensing of Plasmodium-specific pathogen-associated
molecular patterns such as glycosylphosphatidylinositol (GPI) by the host
pattern recognition receptors leads to the induction of pro inflammatory
pathways, and has been shown to be a major contributor to cerebral malaria
pathogenesis. Carbohydrate-based vaccines have widely been applied and
successfully prevented disease and death in recent decades. An antitoxic GPI
glycoconjugate vaccine therefore represents a promising approach to preventing
cerebral malaria pathogenesis. Method: Six structurally distinct GPI glycans
were synthesized and conjugated to CRM197. GPI1 and GPI2 both containing
Man3-GlcN, with PEthN attached to GPI2; GPI3 and GPI4 core structures
containing Man4-GlcN, with PEthN attached to GPI4; and GPI5 (Man3-GlcN) and
GPI6 (Man4 GlcN) both containing PEthN and PI. Glycoconjugates were tested for
immunogenicity and efficacy in C57BL/6JRj mice susceptible to experimental
cerebral malaria (ECM). Mice were immunized three times intraperitoneally at
14-day intervals and were finally challenged with 1x106 erythrocytes infected
with P. berghei ANKA (PbA). Serum samples were obtained before immunizations
to determine anti GPI antibody level. Prior to onset of ECM (day 6 post
infection), 5 mice per group were sacrificed to investigate spleen cell
composition, brain T cell sequestration and vaccine specific T cell re-
stimulation. The remaining 10 mice per group were used for survival studies.
Results: Mice immunized with GPI2, GPI4, GPI5 and GPI6 developed significantly
increased anti GPI antibodies compared to control mice. Only a slight increase
was observed in mice immunized with GPI1 and GPI3. Control mice succumbed to
experimental cerebral malaria in 100% of cases, whereas all GPI-
CRM197-immunized mice displayed an improved survival. In particular,
GPI5-vaccinated mice were significantly protected against PbA-induced
encephalopathy with 40% survival. Immunological characterization of spleen
cell population and serum cytokines did not reveal significant differences
between GPI-CRM197-vaccinated groups. However, distinct trends were observed,
with GPI5 showing decreased cellular activation and reduced levels of serum
cytokines TNF-α, IFN-γ and IL-6. Conclusion: In this study, the efficacy and
immunogenicity of structurally distinct GPI glycoconjugate vaccines was
investigated. For the first time, the approved non-toxic mutant of diphtheria
toxin CRM197 and alum were applied in this glycoconjugate formulation. A
structure activity relationship of different synthetic GPIs with respect to
immunogenicity by glycan array analysis was established. Further, the
effectiveness of the GPI-antitoxic vaccine approach could be reproduced with a
diminished pro inflammatory immune response against Plasmodium GPI, preventing
disease pathology and death in some of the glycoconjugates tested. In
conclusion, this study adds to current evidence that a GPI-antitoxic vaccine
provides protection against Plasmodium GPI-induced ECM.
de
dc.description.abstract
Hintergrund: Die zerebrale Malaria gehört zu den schwersten Verlaufsformen der
durch Plasmodium falciparum verursachten Malaria tropica. Die Erkennung von
pathogen-assoziierten molekularen Mustern, wie beispielsweise parasitäres
Glykosylphosphatidylinositol (GPI) durch Mustererkennungsrezeptoren, führt zur
Induktion einer proinflammatorischen Reaktion des Wirtes. Dieser konnte eine
entscheidende Rolle in der Pathogenese der zerebralen Malaria nachgewiesen
werden. Kohlenhydrat-basierte Impfstoffe sind ein essentieller Bestandteil der
aktuell zugelassenen Vakzine und spielen eine wichtige Rolle in der Prävention
von Infektionskrankheiten. Ein antitoxischer GPI-Glykokonjugat-Impfstoff ist
daher ein vielversprechender Ansatz zur Prävention der zerebralen Malaria.
Methode: Sechs strukturell verschiedene GPI-Glykane wurden synthetisiert und
an CRM197 konjugiert: GPI1 und GPI2 jeweils basierend auf Man3-GlcN, mit PEthN
zusätzlich an GPI2 gebunden; GPI3 und GPI4 basierend auf Man4-GlcN, mit PEthN
an GPI4 gebunden; sowie GPI5 (Man3-GlcN) und GPI6 (Man4-GlcN) jeweils mit
PEthN und PI versehen. Alle Glykokonjugate wurden an für die experimentelle
zerebrale Malaria (ECM) empfänglichen C57BL/6JRj Mäusen hinsichtlich
Immunogenität und Wirksamkeit getestet. Die Immunisierung wurde
intraperitoneal in 14-tägigen Abständen appliziert und den Versuchstieren
anschließend 1x106 P. berghei ANKA (PbA) infizierte Erythrozyten injiziert.
Serumproben wurden vor den Immunisierungen entnommen. 5 Mäuse wurden zur
detaillierten Analyse von Milzzellpopulationen, zerebraler T Zell
Sequestrierung und Impfstoff-spezifischen T-Zell Re-stimulation vor Auftreten
ECM spezifischer Symptome (Tag 6 post infectionem) pro Gruppe verwendet. Mit
den verbleibenden 10 Mäusen wurde die Wirksamkeit der Impfstoffe mittels
Überlebensstudien durchgeführt. Ergebnisse: GPI2, GPI4, GPI5 und GPI6
immunisierte Mäuse entwickelten signifikant höhere anti GPI Antikörper im
Vergleich zu Kontrolltieren. Für GPI1 und GPI3 konnte nur ein leichter Anstieg
beobachtet werden. Insgesamt war die Prävalenz der ECM bei den Kontrollmäusen
100%, wohingegen alle GPI CRM197 immunisierten Mäuse eine verbesserte
Überlebensrate aufwiesen. Insbesondere konnte bei GPI5 geimpften Mäusen ein
signifikanter Schutz gegen PbA induzierte Enzephalopathie festgestellt werden.
Die immunologische Charakterisierung von Milz Zellpopulation und Serum
Zytokinen zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen den GPI-CRM197
geimpften Gruppen. Es konnten jedoch Tendenzen beobachtet werden, wobei GPI5
immunisierte Mäuse eine verringerte Zellaktivierung sowie ebenfalls
verringerte TNF-α, IFN-γ und IL-6 Spiegel im Serum aufwiesen. Diskussion: In
dieser Studie konnte die Wirksamkeit und der Wirkmechanismus eines GPI
Glykokonjugat-Impfstoffes weiter untersucht werden. Zum ersten Mal wurden das
zugelassene Trägerprotein CRM197 und Alum als Adjuvans verwendet. Es ließ sich
eine Struktur Funktionsbeziehung verschiedener synthetischer GPI-Konstrukte in
Bezug auf die Immunogenität mittels Glycan Array-Analyse herstellen. Ferner
konnte die anti inflammatorische Wirksamkeit antitoxischer GPI-Impfstoffe
reproduziert, sowie ein daraus resultierendes verbessertes Überleben in ECM-
empfänglichen Mäusen festgestellt werden. Zusammenfassend lässt sich
herausstellen, dass der Nachweis eines partiellen Impfschutzes gegen
Plasmodium GPI induzierte ECM durch synthetische GPI Vakzine gelungen ist.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Glycosylphosphatidylinositol
dc.subject
cerebral malaria
dc.subject
experimental cerebral malaria
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Protective potential and immunological evaluation of synthetic Plasmodium GPI
glycoconjugate vaccines against experimental cerebral malaria
dc.contributor.contact
fridolin.steinbeis@charite.de
dc.contributor.firstReferee
N.N.
dc.contributor.furtherReferee
N.N.
dc.date.accepted
2017-06-25
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000104690-6
dc.title.translated
Wirksamkeit und Wirkmechanismus synthetischer GPI-Glykokonjugat-Impfstoffe bei
zerebraler Malaria im Mausmodell
de
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000104690
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000021498
dcterms.accessRights.dnb
free
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open access