Appraisal of second-generation BCG ΔureC::hly experimental vaccine candidates co-expressing human interleukin 7 or interleukin 18.

Abstract

Bacillus Calmette-Guérin (BCG), the only approved tuberculosis vaccine, provides only limited protection and can cause undesired side effects. Our laboratory had previously reported recombinant BCG vaccine (BCG ΔureC::hly) which secretes the pore-forming toxin listeriolysin O (LLO) of Listeria monocytogenes thereby allowing phagosomal escape of pathogenic antigens and improved antigen presentation by host cells. Based on the genetic background of BCG ΔureC::hly, two new strains expressing either human interleukin-7 (BCG ΔureC::hly_hIL-7) or interleukin-18 (BCG ΔureC::hly_hIL-18) were generated to increase the population of pathogen-specific effector memory T cells post vaccination. Both strains exhibited an uncompromised in vitro growth pattern, while inducing a pro-inflammatory cytokine profile upon infecting human dendritic cells (DCs). LLO activity remained intact in both BCG ΔureC::hly_hIL-7 and BCG ΔureC::hly_hIL-18, as shown by their ability to induce perforation of human red blood cells. Human DCs infected with either strain efficiently promote the secretion of interleukin 2 by autologous T cells in a co-culture system, suggesting superior antigen presentation. BALB/c mice vaccinated with BCG ΔureC::hly, BCG ΔureC::hly_hIL-7 or BCG ΔureC::hly_hIL-18 develop a more robust Th1 response than parental BCG. Both cytokine-expressing strains provided a significantly better protection than BCG in a murine Mycobacterium tuberculosis challenge model but efficacy remained similar to BCG ΔureC::hly. We conclude that expression of human cytokines 7 or 18 may not be compatible to improve the protective efficacy of BCG ΔureC::hly.

Bacillus Calmette-Guérin (BCG), der einzige zugelassene Tuberkulose Impfstoff, verleiht nur begrenzten Schutz und kann unerwünschte Nebenwirkungen hervorrufen. Unsere Abteilung hatte bereits früher einen rekombinanten BCG (BCG ΔureC::hly) Impfstoff entwickelt, der das porenbildende Toxin Listeriolysin O (LLO) aus Listeria monocytogenes sekretiert und dadurch phagosomales Entkommen pathogener Antigene und verbesserte Antigen- Präsentation durch Wirtszellen erlaubt. Basierend auf dem genetischen Hintergrund von (BCG ΔureC::hly) wurden hier zwei neue Stämme generiert, die entweder humanes Interleukin-7 (BCG ΔureC::hly_hIL-7) oder Interleukin-18 (BCG ΔureC::hly_hIL-18) exprimieren mit dem Ziel, die Population an Effektor T Gedächtniszellen (check whether translated correctly) nach Impfung zu erhöhen. Beide Stämme zeigten ein unauffälliges Wachstumsverhalten in Kultur, waren jedoch in der Lage ein pro-inflamatorisches Cytokinprofil nach Infektion von humanen dendritischen Zellen zu induzieren. LLO-Aktivität konnte in BCG ΔureC::hly_hIL-7 und BCG ΔureC::hly_hIL-18 durch die Perforation von humanen Erythrozyten bestätigt werden. Humane dendritische Zellen, die mit jeweils einem der beiden Stämme infiziert waren, förderten in einem Ko-Kultursystem die Sekretion von Interleukin-2 durch autologe T Zellen, das auf bessere Antigen-Präsentation hindeutet. Balb/c Mäuse, die mit BCG ΔureC::hly, BCG ΔureC::hly_hIL-7 oder BCG ΔureC::hly_hIL-18 geimpft waren, entwickelten eine robustere Th1 Antwort im Vergleich zum BCG Parentalstamm. In einem murinen Mycobacterium tuberculosis Belastungsinfektionsmodell vermittelten beide Cytokin-exprimierenden Stämme einen signifikant besseren Schutz als BCG, verblieben in ihrer Wirksamkeit jedoch gleichwertig zu BCG ΔureC::hly. Wir folgern, dass die Expression der humanen Cytokine 7 oder 18 möglicherweise nicht adäquat ist, die Schutzwirkung von BCG ΔureC::hly zu verbessern.