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Specificities of human CD4+ T cell responses to the live attenuated yellow fever virus vaccine (17D-204)

Maximilian Koblischke

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Molekulare Mikrobiologie, Mikrobielle Ökologie und Immunbiologie

Betreuer*in

Franz X. Heinz

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DOI

10.25365/thesis.41801

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-24217.22361.868978-8

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das Gelbfieber Virus gehört zu der Gattung der Flaviviren, welche auch andere bedeutende Krankheitserreger wie Dengue, West Nil oder FSME Viren beinhaltet, die weltweit ein großes humanmedizinisches Problem darstellen. Der attenuierte Gelbfieber Lebendimpfstoff (YF-17D) ist eine der effektivsten Vakzinen und induziert einen Langzeit Schutz in fast allen Geimpften. Neutralisierende Antikörper gegen das Hüllprotein (E) sind ein Korrelat für den Schutz gegen Flaviviren. Diese Antikörper werden von B Zellen mit Hilfe von CD4+ T Zellen produziert, die Peptid Epitope aus Proteinen, nach deren Aufnahme und Prozessierung durch E-spezifische B Zellen, erkennen. Im Fall von Flaviviren können T Helfer Zell Epitope nicht nur vom E Protein sondern auch von den beiden anderen Strukturproteinen C (capsid) und prM/M (membrane) stammen. Die Spezifität der CD4+ T Zell Antwort gegen Virusproteine ist auf wenige immunodominante Epitope beschränkt. Die Faktoren, welche diese Immunodominanz bestimmen, sind bisher nicht restlos geklärt. Jedoch könnte, neben der Peptid-MHC-II Affinität, die dreidimensionale (3D) Proteinstruktur für die Epitopselektion und die Spezifität der CD4+ T Zellen entscheidend sein. In dieser Studie haben wir das Ausmaß und die Immunodominanz Muster der humanen CD4+ T Zell Antwort gegen die Gelbfieber Virus Strukturproteine C, prM/M und E in mononukleären Zellen des peripheren Blutes von 76 YF-17D Geimpften mittels eines hoch-sensitiven Interleukin-2 (IL-2) enzyme-linked immunosorbent spot (ELISPOT) Test und überlappenden, die gesamte Proteinsequenz umspannenden, 15-mer Peptiden untersucht. Die experimentell bestimmten Epitope wurden in Relation zur 3D Struktur der Flavivirus C und E Proteine und in silico Peptid-MHC-II Affinität Vorhersagen analysiert. Die Resultate dieser Studie haben gezeigt, dass die Immunantwort der CD4+ T Zellen gegen alle Strukturproteine, hauptsächlich aber gegen die E und C Proteine, gerichtet ist. Es konnten acht immunodominante Peptide in spezifischen Strukturelementen der C und E Proteine identifiziert werden. Die Computervorhersage der Peptid-MHC-II Affinität konnte alle dominanten Epitope des C Proteins prognostizieren. Im Gegensatz dazu wurden die immunodominanten Epitope des E Proteins nicht vorhergesagt und es wurden viele Peptide prognostiziert, welche experimentell nicht identifiziert wurden. Diese Arbeit zeigt neue Informationen über die Feinspezifität und Immunodominaz der durch die Gelbfieber Impfung induzierten CD4+ T Zell Antwort. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass strukturelle Faktoren der Proteinantigene die Selektion von CD4+ T Zell Epitopen sowie die zuverlässige Vorhersage dieser Epitope durch Computer Algorithmen beeinflussen.

Abstract

(Englisch)

Yellow fever virus (YFV) is a member of the genus flavivirus that includes several other important human pathogens such as dengue, West Nile or tick-borne encephalitis viruses which pose an increasing threat to humans worldwide. The live attenuated YFV vaccine (YF-17D) constitutes one of the most effective vaccines, inducing long-term protective immunity in almost all individuals. Neutralizing antibody responses, directed against the major envelope protein (E), are an established correlate of protection against flaviviruses. The effective production of such antibodies by B cells requires direct interaction with cognate CD4+ T cells which recognize MHC-II-restricted peptide epitopes derived from proteins, internalized by E-specific B cells through B cell receptor (BCR)-dependent uptake of virus particles. For flaviviruses, helper T cell epitopes cannot only be derived from E but also from the other structural proteins C (capsid) and prM/M (membrane). The specificity of CD4+ T cell responses to viral proteins is usually restricted to a few immunodominant epitopes. The factors that determine immunodominance are still largely unknown but it has been suggested that in addition to peptide-MHC-II affinity, the three-dimensional (3D) protein structure can influence the endosomal selection of epitopes and shape the specificity of subsequent CD4+ T cell responses. In the present study, we determined the overall extent and immunodominance patterns of human CD4+ T cell responses to YFV structural proteins C, prM/M and E in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from 76 YF-17D vaccinees, using a highly sensitive interleukin-2 (IL-2) enzyme-linked immunosorbent spot (ELISPOT) assay and overlapping 15-mer peptides covering the entire sequence of each protein. The experimentally determined epitopes were analyzed in relation to the 3D structures of flavivirus C and E proteins as well as to in silico peptide-MHC-II affinity predictions. The results of this study showed that the overall CD4+ T cell response was directed against all YFV structural proteins but predominately against the major envelope protein (E) and the capsid protein (C). Moreover, we identified eight immunodominant peptides which located to specific structural domains of C and E. The in silico predictions of peptide-MHC-II affinity revealed that the dominant epitopes in C were also the most frequently predicted peptides. However, for the E protein, immunodominant epitopes were not indicated by the prediction algorithm and the most frequently predicted epitopes were not identified experimentally. This work provides new information on the CD4+ T cell specificity and immunodominance induced by the live attenuated YFV vaccine. Furthermore, our results indicate an influence of protein structural features on the selection of CD4+ T cell epitopes and on the reliable prediction of such epitopes by current computer algorithms.

Autor*innen

Maximilian Koblischke

Haupttitel (Englisch)

Specificities of human CD4+ T cell responses to the live attenuated yellow fever virus vaccine (17D-204)

Paralleltitel (Deutsch)

Spezifität der humanen CD4+ T Zell Antwort gegen den attenuierten Gelbfieber Virus Lebendimpfstoff (17D-204)

Publikationsjahr

2016

Umfangsangabe

67 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Franz X. Heinz

Klassifikation

42 Biologie > 42.32 Virologie

AC Nummer

AC13107908

Utheses ID

37005

Studienkennzahl

UA | 066 | 830 | |

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Schlagwörter