Recombinant Canine Distemper Virus as a Possible Vector for the Delivery of Simian Immunodeficiency Virus Antigens

Abstract

Recombinant Canine Distemper Virus as a possible vector for the delivery of SIV antigens – establishment and evaluation of biosafety and immunogenicity of rCDV and rCDVgag in the ferret model HIV/AIDS has been termed one of the most devastating diseases of mankind. Due to the unique pathogenesis of this infection, medical therapy currently is unable to cure it. Preventative measures including improved education, supply and use of condoms and microbicides, and the use of antiretroviral drugs during pregnancy and breastfeeding of infected women have slowed the infection rates globally, but ultimately only a vaccine is believed to be able to control the pandemic. Simian Immunodeficiency Virus (SIV), a close relative of HIV that leads to comparable disease processes in Rhesus monkeys, has been employed to study pathogenesis, treatment and prevention of HIV infection, since it is non-pathogenic to humans. Development of potential vaccine candidates is posing a significant challenge to the research community. Various pathways have been explored; with viral vectors having shown considerable success over the last few years. Mucosal delivery of vector based vaccines is stipulated to elicit improved immune responses at mucosal virus entry sites. Ideal viral vectors share their main replication characteristics such as cell tropism and location of replication with the pathogenic virus in question, which enables them to deliver the included foreign antigens to the site of natural infection and replication. Members of the genus morbillivirus enter the host through mucosal membranes, infect preferably T cells in the gastrointestinal lymphoid tissue and cause significant immunosuppression in a susceptible host. This research study employs a live attenuated vaccine strain of Canine Distemper Virus (CDV), a morbillivirus non-pathogenic to humans but able to replicate in primate cells, that was rescued using reverse genetics and subsequently genetically engineered to contain the genetic information encoding the SIV gag protein, which is the most immunogenic of HIV/SIV proteins. The two recombinant viruses were evaluated in vitro to ensure infectivity and ability to replicate. The presence of the 55 kDa protein gag was confirmed. The recombinant viruses were then intranasally applied to ferrets, a species highly susceptible to Canine Distemper infection, to evaluate the safety and efficacy of the recombinant viruses. The ferrets were closely observed for clinical signs of distemper. Blood and tissue samples were taken at various time points post inoculation, and evaluated for the presence of recombinant virus and levels of immune responses elicited. The recombinant Canine Distemper Virus vector containing SIV Gag proved to be clinically safe when administered to a highly susceptible species. The recombinant virus was able to replicate in the host, and both humoral and cellular immune responses to the virus backbone as well as the insert were evident.

Hundestaupevirus als möglicher Vektor für SIV-Antigene – Etablierung rekombinanter Vektoren mit und ohne SIVgag-Insert und Evaluierung dieser Vektoren auf klinische Sicherheit und Immunogenität im Frettchenmodell Das Humane Immunodefizienz-Virus (HIV) und das durch die Infektion letztendlich verursachte erworbene Immundefizienzsyndrom (AIDS) werden oft als eine moderne Plage der Menschheit bezeichnet. Aufgrund der besonderen Biologie des HI-Virus kann mit medikamentöser Behandlung derzeit das Virus nicht eliminiert erden. Vorbeugende Maßnahmen haben zwar weltweit die Neuinfektionsrate vermindert, aber es wird davon ausgegangen, dass letztendlich nur ein Impfstoff für ein Ende des Ausbreitens der Epidemie sorgen kann. Um die Pathogenese, Behandlung und Prävention einer HIV-Infektion wissenschaftlich zu untersuchen, wird häufig auf das nicht humanpathogene Simian Immunodeficiency Virus (SIV) als Modellorganismus zurückgegriffen. Zahlreiche verschiedene Impfstoffansätze sind in der Entwicklung, wobei die Verwendung viraler Vektoren sich über die letzten Jahre als erfolgversprechend erwiesen hat. Speziell die Applikation solcher Vektoren über die Schleimhäute hat wiederholt zu der verstärkten Ausbildung mukosaler Immunantworten geführt und ist deshalb von Interesse. Ein geeigneter Vektor verfügt über ähnliche Charakteristiken wie das pathogene Virus, gegen das geimpft werden soll, vor allem in Bezug auf Zelltropismus und Ort der Virusreplikation im Körper. Dadurch werden die im Vektor inkorporierten Fremdantigene direkt an die während einer natürlichen Infektion relevanten anatomischen Strukturen geführt. Morbilliviren infizieren ihre natürlichen Wirte über die Schleimhäute. Daraufhin infiziert das Virus bevorzugt T-Zellen, vor allem im gastrointestinalen lymphatischen System, und verursacht so eine Immunsuppression. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein attenuiertes Hundestaupevirus als Vektor für SIV-Antigene evaluiert. Das Hundestaupevirus ist in vitro fähig Primatenzellen zu infizieren, aber nicht humanpathogen. Das Virus wurde als rekombinantes Virus aus Zellkultur isoliert und die Erbinformation für das SIV gag Protein in den Vektor integriert. Gag ist ein hoch immunogenes, wichtige virales Strukturprotein. Replikationsfähigkeit und Infektiosität der rekombinanten Vektoren in vitro sowie Präsenz der Gag-Sequenz wurden überprüft. Die rekombinanten Vektoren wurden dann auf intranasalem Wege an staupe-empfängliche Frettchen verabreicht. Der klinische Zustand der Frettchen und das Vorhandensein von Staupesymptomen wurden überprüft. Wiederholt wurden Blut- und Gewebeproben auf Virusgehalt und Hinweise auf Immunreaktionen untersucht. Das rekombinante Staupevirus mit SIV Gag-Insert hat sich in dieser Studie in einer hochempfindlichen Spezies als klinisch unbedenklich, aber dennoch replikationsfähig erwiesen. Blut- und Gewebeproben weisen Anzeichen humoraler und zellulärer Immunreaktionen sowohl auf den Vektor selbst als auch auf das Insert auf.