Charakterisierung neutralisierender Epitope des Hämagglutinins aktueller Maserwildviren im Vergleich zum Impfvirus

Abstract

Das Masernvirus (MV) gehört zur Familie der Paramyxoviridae und verursacht die Krankheit Masern, welche schwerwiegende Symptome hervorrufen kann. Seit vielen Jahren werden attenuierte Masernimpfviren vom Stamm Edmonston erfolgreich eingesetzt. Eine MV-Infektion bzw. Impfung induziert eine T- und B-Zell- Antwort, die einen lang anhaltenden Schutz vor einer Infektion mit verschiedenen Wildtyp-Virusvarianten vermittelt. Der Hauptanteil der durch die B-Zell-Antwort induzierten neutralisierenden Antikörper (Ak) erkennt das Oberflächenprotein Hämagglutinin (H). In dieser Arbeit wurden neutralisierende Epitope des H-Proteins von aktuellen Wildtyp-Viren im Vergleich zum Impfvirus analysiert. Das H-Protein besteht aus 617 Aminosäuren (AS). Zwischen dem H-Protein untersuchter Impf- und Wildtyp-Viren bestehen Unterschiede in der AS-Sequenz, die sich auch auf die Struktur neutralisierender Epitope auswirken können. Mit Hilfe der Hybridomatechnologie wurden sieben Impf-induzierte, H-spezifische, neutralisierende monoklonale Antikörper (mAk) hergestellt, um die neutralisierenden Epitope zu charakterisieren. Mit Hilfe eines PepStarTM Peptide Microarrays konnte für drei mAk das zugehörige Epitop auf der C-terminalen Rezeptor-Bindedomäne des H-Proteins lokalisiert werden: der mAk RKI-MV-1d bindet an das bereits beschriebene Epitop MV-H244-250 (neutralizing epitope, NE), der mAk RKI-MV-33a an das ebenfalls bekannte Epitop MV-H381-400 (hemagglutinin noose epitope, HNE) und der mAk RKI-MV-34c an das bekannte Epitop MV-H309-315. Ein Vergleich der neutralisierenden Kapazität der erzeugten mAk gegenüber den Impfviren EdmZ und EdmS und den aktuell zirkulierenden Wildtyp-Viren zeigte, dass nur die mAk RKI-MV-12b und RKI-MV- 34c jeweils ein konserviertes Epitop erkennen. Der mAk RKI-MV-1d konnte aufgrund der AS-Veränderung L249 zu P249 im NE nicht an die Virusisolate Duisburg.DEU/10.09 [D4] und Berlin.DEU/47.00 [D6] binden und keine Infektion verhindern. Die AS-Veränderung von K387 zu R387 im HNE verhinderte die Bindung des RKI-MV-33a an das H-Protein von Essen.DEU/12.10 [D8]. Der mAk RKI-MV-32c neutralisierte nur das Wildtyp-Virus Maryland.USA/0.54 vom Genotyp A und die von diesem Virus ausgehenden adaptierten und attenuierten Impfviren effektiv. Dieser mAk könnte für diagnostische Zwecke interessant sein. Die neutralisierende Kapazität der mAk RKI-MV-9c und RKI-MV-13a unterscheidet sich ebenfalls zwischen den untersuchten Wildtyp-Virusvarianten. Diese Ergebnisse zeigen, dass von sieben hier identifizierten Epitopen zwei konservativ und fünf variabel sind. Jeder der fünf mAk, die ein variables Epitop erkennen, zeigte ein individuelles Neutralisationsmuster gegenüber den eingesetzten Wildtyp-Viren. Humane Impf-induzierte Seren neutralisierten die eingesetzten Wildtyp-Viren unabhängig von ihrem Epitopmuster. Dieses Ergebnis zeigt, dass eine MV-Impfung neutralisierende Ak induziert, die vor einer Infektion mit verschiedenen Wildtyp-Virusvarianten schützt. Epidemiologische Erfahrungen zeigen, dass geimpfte Personen sehr selten erkranken. Neu auftretende Wildtyp- Viren mit zusätzlichen Epitopveränderungen im Vergleich zum Impfvirus können zu einer Verringerung der Impfeffizienz führen. Das Schließen von bestehenden Impflücken in der Population würde zu einem Abbruch der MV-Zirkulation führen und das Auftreten und die Zirkulation neuer Virusvarianten mit einem veränderten Epitopmuster verhindern.

The measles virus (MV) belongs to the family of paramyxoviruses and causes the disease measles, which can lead to severe complications. For many years attenuated measles vaccines derived from the Edmonston strain have been applied. A measles virus infection or vaccination induces a T- and B-cell response which facilitates long-lasting protection against an infection with different wild-type measles viruses. Most of the B-cell induced neutralizing antibodies recognize the measles surface protein hemagglutinin (H). In this PhD thesis neutralizing epitopes on the H protein of currently circulating measles wild-type viruses were analyzed in comparison to the vaccine virus. The H protein consists of 617 amino acids (aa). Between the vaccine and wild- type viruses investigated are differences in the aa sequence, which can also influence the structure of neutralizing epitopes. By applying the hybridomatechnology seven vaccine-induced, H-specific, neutralizing monoclonal antibodies were generated to analyze the neutralizing epitopes. The epitopes of three monoclonal antibodies were localized with the help of a peptide- microarray. The monoclonal antibody RKI-MV-1d recognized the known epitope MV-H244-250 (neutralizing epitope, NE), RKI-MV-33a the also already known epitope MV-H381-400 (hemagglutinin noose epitope, HNE) and RKI-MV-34c aa MV-H309-315. A comparison of the neutralizing capacity of the monoclonal antibodies with the vaccine viruses EdmZ and EdmS as well as with the wild- type viruses shows that the monoclonal antibodies RKI-MV-12b and RKI-MV-34c recognized a conserved epitope. The monoclonal antibody RKI-MV-1d could not bind to the H protein and thus not neutralize isolates Duisburg.DEU/10.09 [D4] and Berlin.DEU/47.00 [D6], which was due to the aa exchange from L249 to P249. The aa exchange from K387 to R387 prevented the binding of the monoclonal antibody RKI-MV-33a to the H protein of the isolate Essen.DEU/12.10 [D8]. The monoclonal antibody RKI-MV-32c neutralized only the wild-type virus Maryland.USA/0.54 [A] and the adapted, attenuated vaccine viruses effectively. This monoclonal antibody could be useful for diagnostic purposes. The neutralizing capacity of the monoclonal antibodies RKI-MV-9c and RKI-MV-13a differs between the investigated wild-type viruses as well. Human vaccine- induced sera neutralized the investigated wild-type viruses independently of the epitope pattern. This result indicates that the MV-vaccination induces neutralizing antibodies which prevent an infection with different wild-type viruses. Epidemiological data show that vaccinated people become rarely infected. Newly occurring wild-type viruses with additional changes in the epitopes compared with the epitopes of the vaccine might decrease the efficacy of vaccination. Closing existing vaccination gaps in a population could stop the measles virus circulation and avoid the occurrence and the circulation of new virus variants with a modified epitope pattern.