In Tiermodellen induzieren attenuierte HIV/SIV-Viren einen außerordentlichen hohen Schutz gegenüber einer entsprechenden HIV- bzw. SIV- Wildtypvirusinfektion. Die zugrundeliegende Ursache ist bis heute nicht eindeutig geklärt. In Betracht kommen neben immunologischen auch virale Mechanismen. Im Zentrum dieser Arbeit steht die im Jahr 1997 von Sharpe und Kollegen publizierte Hypothese, bei welcher durch das attenuierte Virus „besetzten“ Zielzellen eine zentrale Rolle spielen. Nach dieser Theorie verhindert die Besetzung dieser Zielzellen („kritischer Nischen“) eine anschließende Infektion mit Wildtypvirus. Die Replikation des attenuierten Virus ist bei diesem Prozess wichtig, da sie für die Aufrechterhaltung der Zielzellenbesetzung notwendig ist. Ziel dieser Arbeit war die Überprüfung dieser Theorie und die Analyse des Mechanismus, der für den Schutz von Rhesusaffen durch attenuierte SI-Viren verantwortlich ist. Für diesen Zweck wurden insgesamt 16 Rhesusaffen indischen Ursprungs mit einem attenuierten SI- Virus infiziert, das sich durch zwei genetische Modifikationen vom SIVmac239 Wildtypvirus unterscheidet: (1) einer bekannten nef-Deletion, welche die Attenuierung des Virus begründet sowie (2) dem Austausch der eigenen Reversen Transkriptase mit der von HIV-1. Der Austausch der Reversen Transkriptase führt dazu, dass der als RT-SHIV Δnef bezeichnete Molekularklon sensitiv gegenüber nicht-nukleosidischen Reverse Transkriptase Inhibitoren (NNRTIs) wird, da diese spezifisch an die Reverse Transkriptase von HIV-1, nicht aber von HIV-2 oder SIV binden. Bei einigen der mit dem RT-SHIV Δnef Virus immunisierten Tiere konnte durch den RT-Austausch die Replikation des Impfvirus zum Zeitpunkt der Belastung unterdrückt und die Hypothese zur Zielzellenbesetzung überprüft werden. Die Daten der Viruslast zeigten deutlich den Einfluss der Infektion mit dem attenuierten Virus (Impfvirus). Dieser Einfluss war unabhängig von der Behandlung mit den antiretroviral-wirkenden Medikamenten, woraus geschlussfolgert werden konnte, dass die Replikation des Impfvirus für den Schutz der Tiere nicht notwendig war und virale Parameter als Erklärung ausschieden. Aus diesem Grund wurden im weiteren Verlauf der Studie verschiedene Komponenten des Immunsystems auf einen schutzvermittelnden Einfluss hin überprüft. Während auf der Ebene humoraler Immunantworten keinerlei Korrelationen mit dem Schutz der Tiere festgestellt werden konnte, zeigten die geschützten Tiere einen hohen Anteil SIV-spezifischer CD8+ T-Zellen gegenüber den geimpften Tieren, die lediglich die Wildtypvirusreplikation kontrollieren konnten bzw. den Kontrolltieren, welche nicht mittels attenuiertem Virus geimpft waren. Vergleiche mit anderen Publikationen der jüngeren Zeit zeigen ebenfalls, dass die Induktion SIV- spezifischer CD8+ T-Zell-Antworten maßgeblich für den Schutz von mit SIV- infizierten Rhesusaffen verantwortlich sein kann. Bei der Konzeption einer geeigneten HIV-Vakzine können somit attenuierte Viren nach wie vor wichtige Erkenntnisse liefern, insbesondere nachdem die hier durchgeführte Studie deutliche Hinweise für einen immunologisch begründeten Schutzmechanismus aufgezeigt hat. Ein wichtiges wenn nicht sogar essentielles Ziel eines HIV- Impfstoffes sollte nach den Ergebnissen dieser Studie die Induktion einer potenten CTL-basierten Immunantwort sein.
Thus far, attenuated viruses demonstrated the most successful protection against challenges with SIV, but despite major efforts, the mechanism of protection is still unknown. There are two possible candidates which need to be considered: On one hand, there are viral factors like “viral interference” or “superinfection resistance”. On the other hand, there is the immune system with its two major branches, the humoral and cellular immune response. This work centers around a hypothesis published in 1997, which is based on the replication capacity of attenuated viruses. Here, the attenuated virus occupies critical target cells (critical niches), which are important for the establishment of an infection, leading to resistance to superinfection. The aim of this work was to analyze the mechanism of protection and to test if the replication of the attenuated virus is needed. If that should not be the case, correlates of protection have to be searched primarily on the side of the immune system. Eight Rhesus macaques were infected with a live-attenuated virus based on SIVmac239, including two major modifications: (1) a known deletion in the nef gene, which is responsible for the attenuation of the virus and (2) the exchange of the SIV gene coding for the reverse transcriptase (RT) to the HIV-1 RT gene. This exchange renders the virus susceptible to non-nucleotide reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs), which are only effective against the RTs from HIV-1. At the time of challenge, some of the vaccinated animals and some of the control animals were treated with NNRTIs, leading to an inhibition of the vaccine virus replication. Other vaccinated animals as well as control animals were left untreated. As there was no difference in the virus load between the ART-treated and untreated vaccinated animals, the hypothesis that the replication of the vaccine is needed for protection was refuted. In the following, several different immune responses were checked for their influence towards protection. Humoral immune responses, like binding IgG antibodies, antibody avidity, neutralizing antibodies or antibodies able to induce the lysis of infected cells, were tested. None of these humoral immune responses correlated with the protection level seen in the animals. While analyzing cellular immune responses, the completely protected animals showed higher levels of SIV-specific CD8+ T cells compared to the unprotected control animals and the partly protected animals, which in turn were able to control the replication of the wildtype virus. These data are consistent with other publications, in which replicating vectors were used to vaccinate monkeys and induced protective CTL responses. This study proofed that the protection induced by live-attenuated viruses is not dependent on their replication capacity at the time of challenge. There is strong evidence for an immunological-based mechanism of protection, with a major focus on CTL responses. These results provide important clues for vaccine design and showed that attenuated viruses can be used to search for immune correlates leading to protection.
