Wirkmechanismus und Induktion neutralisierender Antikörper gegen das transmembrane Hüllprotein gp41 von HIV-1

Abstract

Die Entwicklung eines effektiven, subtypübergreifend wirksamen HIV-1-Impfstoff stellt auch mehr als 20 Jahre nach der Erstbeschreibung von AIDS eine der größten Herausforderungen der moderenen Virologie und Immunologie dar. Konventionelle Impfstoffansätze zur Induktion einer humoralen Immunantwort unter Verwendung von attenuierten oder abgetöteten Viren, gereinigten, viralen Proteine oder rekombinanten Untereinheitenvakzinen scheitern entweder an Sicherheitsbedenken oder induzierten lediglich bindende Antikörper. In den letzten Jahren sind die Ursachen für dieses Scheitern durch immer detailliertere Strukturuntersuchungen des HI-Virus aufgedeckt worden. Seit einigen Jahren wird das Augenmerk vermehrt auf maskierte Strukturen gelegt, die erst während des Infektionsprozesses und der daraus resultierenden Konformationsänderungen im Oberflächen- Transmembran-Komplex offengelegt werden. Monoklonale Antikörper, die aus HIVpositiven Patienten isoliert wurden und gegen den Oberflächen-Transmembran-Komplex gerichtet sind, erkennen solche Strukturen und zeigen teilweise eine Neutralisationsspektrum, das praktisch alle Subtypen der Gruppe M umfasst. Der monoklonale Antikörper 2F5 gehört zur kleinen Gruppe dieser subtypübergreifend virusneutralisierenden Antikörper und wurde bereits erfolgreich in passiven Immunisierungsstudien im Primatenmodell und im Menschen getestet. Bisher ist es nicht gelungen, trotz Kenntnis des linearen 2F5-Epitops (ELDKWA) im membranproximalen Bereich der Ektodomäne von gp41, den Wirkmechnismus von 2F5 vollständig zu verstehen und Antigene zu konstruieren, die in vivo virusneutralisierende Antiseren induzieren, die ein ähnlich breites Neutralisationsspektrum aufweisen wie 2F5. Hier konnte erstmals gezeigt werden, dass 2F5 in vitro Selektionsdruck auf den membranproximalen Anteil der Ektodomäne von gp41 ausübt und so die Bildung von neutralisationsresistenten Fluchtmutanten durch Aminosäureaustausche im 2F5-Kernepitop (LDKW) induziert. Durch Bindungsstudien wurde hier erstmals eine Sequenz aus dem N-terminalen Bereich der Ektodomäne von gp41 identifiziert (E1-Sequenz), die die Bindung von 2F5 an die Sequenz ELDKWA deutlich steigert ohne selbst durch den Antikörper gebunden zu werden. Dieser Effekt konnte sowohl im ELISA, als auch im in vitro Neutralisationstest beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Bindung von 2F5 an ELDKWA bereits vor der Anlagerung des Virus an die Zielzelle erfolgt und eine Vorinkubation von Virus und 2F5 folglich zu einer gesteigerten Hemmung der Virusreplikation in vitro führt. Auf Basis dieser Daten wurde ein neues, zweistufiges Bindungs- und Neutralisationsmodell erstellt, das sowohl die hier gewonnen Erkenntnisse über den Wirkmechanismus von 2F5, als auch die bisher veröffentlichten Strukturanalysen vereinigt. Ausgehend von diesem neuen Bindungs- und Neutralisationsmodell wurden rekombinante Antigene konstruiert, die Anteile aus dem membranproximalen Bereich der Ektodomäne von gp41 und die E1-Sequenz in unterschiedlichen Trägermolekülen beinhalten. Zusätzlich wurden Plasmide generiert, die nach DNA-Immunisierung zur Präsentation der codierten gp41-abgeleiteten Antigene auf der Zelloberfläche führen. Eines der hier entwickelten Antigene (Hybrid II) induzierte HIV-spezifische neutralisierende Seren im Rattenmodell und bildet möglichweise die Basis für die Entwicklung eines HIVVakzins.