The GP1,2 spike proteins of filoviruses (marburgviruses and ebolaviruses) mediate viral cell-surface attachment, membrane fusion, and entry into cells expressing the unknown filovirus receptor(s). Here, it is shown that a 151 amino-acid fragment of the Lake Victoria marburgvirus GP1 subunit (residues 38-188), fused to the Fc region of human IgG1, bound filovirus-permissive cell lines more efficiently than full-length GP1. An analogous 148 amino-acid fragment of the Zaire ebolavirus GP1 subunit (residues 54-201) similarly bound the same cell lines more efficiently than a series of longer GP1-truncation variants. Neither the marburgvirus GP1 fragment, nor that of ebolavirus, bound to filovirus-resistant lymphocyte cell lines thought not to express the filovirus receptor. Both Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc and Zaire ebolavirus 54-201-Fc specifically inhibited the replication of infectious Zaire ebolavirus, as well as transduction of filovirus-permissive cells by gammaretroviruses pseudotyped with either the Lake Victoria marburgvirus or the Zaire ebolavirus GP1,2 spike protein. Similarly, GP1-Fc fusion fragments of Côte d’Ivoire ebolavirus, Reston ebolavirus, and Sudan ebolavirus, corresponding to Zaire ebolavirus GP1 residues 54-201, inhibited gammaretroviruses pseudotyped with Lake Victoria marburgvirus GP1,2. These studies identified the receptor-binding regions (RBRs) of marburgviruses and ebolaviruses, and demonstrated that all filoviruses utilize at least one common receptor. In addition to the GP1,2 spike glycoprotein, ebolaviruses, but not marburgviruses, express two secreted glycoproteins, sGP and ssGP, from the GP gene by cotranscriptional editing. All three proteins have identical N-termini that include residues 54-201. However, it is shown that neither sGP- Fc nor ssGP-Fc binds to filovirus-permissive cells. Both proteins were unable to inhibit transduction of such cells by gammaretroviruses pseudotyped with the Lake Victoria marburgvirus GP1,2 spike protein, indicating that they do not bind to the filovirus receptor. Instead, it is shown that Fc-conjugated Δ-peptide, which is a short C-terminal cleavage product of sGP bearing no sequence similarity to the filoviral RBRs, inhibited pseudotyped gammaretroviruses and infectious Zaire ebolavirus specifically and in a dose- dependent manner. Δ-Fc derived from Côte d’Ivoire, Sudan, and Zaire ebolavirus sGP inhibited Lake Victoria marburgvirus GP1,2 spike protein-mediated entry and replication of infectious Zaire ebolavirus comparably or better than Zaire ebolavirus 54-201-Fc. Interestingly, Δ-Fc derived from sGP of Reston ebolavirus, thought to be the only filovirus apathogenic for humans, had little or no effect. These data suggest that Δ-peptides modulate filovirus cell entry and may be important virulence factors. Last, the immunogenic properties of filoviral RBR-Fcs were evaluated in a lethal ebolavirus mouse model. C57/BL6 mice were immunized on days 0, 21, and 35 with Zaire ebolavirus 54-201-Fc + RIBI adjuvant or Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc + RIBI adjuvant and challenged with mouse-adapted Zaire ebolavirus on day 62. All mice immunized with Zaire ebolavirus 54-201-Fc survived otherwise lethal challenge without showing any signs of disease. Half of the mice immunized with Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc also survived otherwise lethal Zaire ebolavirus infection. Sera collected from mice immunized with Zaire ebolavirus 54-201-Fc or Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc neutralized Zaire ebolavirus infection of Vero E6 cells, and strong cytotoxic T-lymphocyte responses were detected in mice immunized with either RBR-Fc. This is the first report of a cross-protective filovirus candidate vaccine.
Das Oberflächenprotein der Filoviren (Marburg- und Ebolaviren), GP1,2, ist verantwortlich für die Oberflächenadsorption an, Membranfusion mit, und Penetration von Zellen, welche den noch unbekannten Filovirusrezeptor exprimieren. Hier wird gezeigt, dass ein aus 151 Aminosäuren bestehendes und mit der Fc-Region von humanem IgG1 fusioniertes Lake Victoria marburgvirus GP1-Fragment (Aminosäuren 38-188; 38-188-Fc) mit höherer Affinität an filovirusempfängliche Zellen bindet als unverändertes GP1. Das analoge Zaire ebolavirus GP1-Fragment, bestehend aus 148 Aminosäuren (Aminosäuren 54-201) und der Fc-Region von humanem IgG1 (54-201-Fc), band an die gleichen Zellen mit ebenfalls höherer Affinität als längere Fragmente. Weder das Marburgvirus, noch das Ebolavirus GP1-Fragment vermochte es, an filovirusresistente Lymphozyten zu binden, von welchen vermutet wird, dass sie den Filovirusrezeptor nicht exprimieren. Sowohl Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc, als auch Zaire ebolavirus 54-201-Fc, hemmten die Replikation von infektiösem Zaire ebolavirus und die Transduktion filovirusempfänglicher Zellen durch Gammaretroviren, die mit Lake Victoria marburgvirus oder Zaire ebolavirus GP1,2-Oberflächenproteinen pseudotypisiert waren. Analoge Fc- Fusionskonstrukte, welche die zum 54-201-Fragment analogen Sequenzen der GP1-Proteine von Côte d’Ivoire, Reston, oder Sudan ebolavirus enthielten, hemmten ebenfalls die Zelltransduktion durch Lake Victoria marburgvirus GP1,2 pseudotypisierte Gammaretroviren. Diese Experimente identifizierten die Rezeptorbinderegionen (RBR) der Marburg- und Ebolaviren und zeigen, dass all Filoviren mindestens einen gemeinsamen Rezeptor benutzen. Mittels kotranskriptionalen Editings des GP-Gens exprimieren Ebolaviren, nicht aber Marburgviren, neben dem GP1,2-Oberflächenprotein zwei sezernierte Glykoproteine (sGP, ssGP). Alle drei Proteine besitzen identische N-Termini, welche die Aminosäuren 54-201 beinhalten. Hier wird gezeigt, dass weder sGP- Fc, noch ssGP-Fc, an filovirusempfängliche Zellen binden konnte. Keines der beiden Proteine konnte die Zelltransduktion dieser Zellen mit Lake Victoria marburgvirus GP1,2 pseudotypisierten Gammaretroviren hemmen, was vermuten lässt, dass sie nicht an den Filovirus-Rezeptor banden. Stattdessen wird gezeigt, dass Fc-konjugiertes Δ-Peptid – ein kurzes, C-terminales Spaltprodukt von sGP ohne Sequenzähnlichkeit zu filoviralen Rezeptorbinderegionen (Δ-Fc) – sowohl die Zelltransduktion mit pseudotypisierten Gammaretroviren hemmte, als auch die Replikation von infektiösem Zaire ebolavirus. Côte d’Ivoire, Sudan und Zaire ebolavirus Δ-Fc hemmten den durch Lake Victoria marburgvirus GP1,2-vermittelten Zelleintritt und die Replikation von infektiösem Zaire ebolavirus vergleichbar zu oder besser als Zaire ebolavirus 54-201-Fc. Interessanterweise hatte Δ-Fc des Reston ebolavirus, welches als einziges der Filoviren als humanapathogen gilt, geringen oder keinen Effekt. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Δ-Peptide an der Zellpenetration durch Filoviren beteiligt sind und möglicherweise wichtige Virulenzfaktoren darstellen. Zuletzt wurden die immunogenen Eigenschaften der filoviralen Fc- konjugierten Rezeptorbinderegionen in einem letalen Mausmodell untersucht. C57/BL6-Mäuse wurden nach 0, 21 und 35 Tagen mit Zaire ebolavirus 54-201-Fc + RIBI-Adjuvans oder Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc + RIBI-Adjuvast immunisiert und nach 62 Tagen mit mausadaptiertem Zaire ebolavirus infiziert. Alle mit Zaire ebolavirus 54-201-Fc-immunisierten Mäuse überlebten die ansonsten tödliche Infektion ohne sichtliche Krankheitssymptome. Die Hälfte der mit Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc-immunisierten Mäuse überlebten ebenfalls die ansonsten tödliche Infektion mit Zaire ebolavirus. Sera, die mit Zaire ebolavirus 54-201-Fc oder Lake Victoria marburgvirus 38-188-Fc immunisierten Mäusen entnommen wurden, hemmten die Infektion von Vero E6 Zellen mit Zaire ebolavirus. Darüber hinaus konnte eine starke zytotoxische T-Zellantwort in immunisierten Mäusen nachgewiesen werden. Hiermit wird erstmalig ein Filovirusimpfstoffkandidat beschrieben, der sowohl partiell vor Marburg-, als auch vollständig vor Ebolaviren schützt.