Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat das humane Immundefizienzvirus (HIV), seit es 1984 als Ursache des erworbenen Immundefizienzsyndroms (AIDS) identifiziert wurde, mehr als 80 Millionen Menschen infiziert und ist weltweit für etwa 40 Millionen Todesfälle verantwortlich ). Derzeit gibt die WHO an, dass mehr als 38 Millionen Menschen weltweit mit dem Retrovirus leben und jedes Jahr eine weitere Million neue Fälle diagnostiziert werden. Während eine antiretrovirale Therapie dazu beiträgt, HIV unter Kontrolle zu halten, müssen Patienten ihre Medikamente weiterhin einnehmen, um die Entwicklung von AIDS zu verhindern.
Wissenschaftler haben jahrelang versucht, einen wirksamen HIV-Impfstoff zu entwickeln, aber keiner hat sich als erfolgreich erwiesen. Basierend auf den Ergebnissen einer kürzlich veröffentlichten Studie könnte ein von Johns Hopkins Medicine geleitetes Forschungsteam die Wissenschaft diesem Ziel einen Schritt näher gebracht haben.
Ihre Arbeit erschien erstmals online am 14. April 2023 im Journal of Experimental Medicine und wird offiziell in der Ausgabe vom 3. Juli 2023 veröffentlicht.
Mithilfe einer Labortechnik, die 2010 bei Johns Hopkins Medicine entwickelt wurde, haben die Studienforscher die zelluläre Umgebung nachgebildet, in der spezialisierte Immunzellen, sogenannte Antigen-präsentierende Zellen (APCs), von HIV stammende Proteine abbauen und sie für das Immunsystem sichtbar („präsentiert“) machen an der vordersten Verteidigungslinie, Zellen, die als CD4+-T-Lymphozyten oder T-Helferzellen bekannt sind.
„Unsere einfache Methode, reduktionistische zellfreie Antigenverarbeitung genannt, reproduziert in einem Reagenzglas die komplexen Ereignisse, die im menschlichen Immunsystem als Reaktion auf Antigene, fremde Eindringlinge im Körper wie Viren wie HIV, ablaufen“, sagt der leitende Studienautor Scheherazade Sadegh-Nasseri, Ph.D., Professorin für Pathologie an der Johns Hopkins University School of Medicine. „Wenn APCs Proteine aus einem Antigen zerkauen und die Fragmente, sogenannte antigene Epitope, auf ihrer Oberfläche präsentieren, werden die Epitope für T-Helferzellen sichtbar und lösen eine Immunantwort aus.“
„Wenn wir identifizieren können, welche Epitope ‚immundominant‘ sind – diejenigen, die die stärkste Reaktion des Immunsystems auf das Virus hervorrufen –, dann verfügen wir möglicherweise über die wesentlichen Zutaten für das lange gesuchte Rezept zur Herstellung eines wirksamen HIV-Impfstoffs“, erklärt Sadegh-Nasseri .
Immundominante Epitope haben Strukturen, die wie ein Schloss und Schlüssel auf einzigartige Weise zu Zelloberflächenproteinen auf APCs passen, die als Haupthistokompatibilitätsmoleküle (MHCs) bekannt sind.
„Wenn Sie sich ein HIV-Epitop wie einen Hot Dog und das MHC wie ein Brötchen vorstellen, ist die ‚Mahlzeit‘ das, was den CD4+-T-Zellen präsentiert wird“, sagt die Hauptautorin der Studie, Srona Sengupta, MD/Ph.D. Kandidat für Immunologie an der Johns Hopkins University School of Medicine. „T-Zellen, die den HIV-Epitop-MHC-Komplex als fremd erkennen können, werden aktiviert und signalisieren B-Zellen – eine andere Art von Immunzellen, die Antikörper produzieren, in diesem Fall spezifische gegen HIV. Antikörper binden an das Virus und zerstören bereits infizierte Zellen oder.“ Verhinderung des Eindringens von HIV in Nichtinfizierte – die Schlüsselfunktionen eines wirksamen Impfstoffs.“
Laut Sadegh-Nasseri haben sich frühere Versuche, die gewünschten immundominanten Epitope zu kartieren und zu identifizieren, als unzuverlässig erwiesen.
„Traditionelle Methoden verwenden ein ‚Brute-Force‘-System, bei dem synthetische Peptide, die Teile echter HIV-Proteine darstellen, getestet werden, in der Hoffnung, dass einige davon eine Immunantwort auslösen und Forscher zu den Epitopen führen, die für die Impfstoffentwicklung benötigt werden“, sagt Sadegh-Nasseri. „Diese Strategie ist nicht nur ein Glücksfall, sondern die Methode berücksichtigt auch nicht die realen chemischen und molekularen Wechselwirkungen, die sich darauf auswirken können, wie Epitope produziert und funktionieren.“
Sie erklärt, dass dies ein Hauptgrund dafür sei, dass ein wirksamer HIV-Impfstoff weiterhin schwer zu finden sei.
„Unser zellfreies Antigenverarbeitungssystem“, sagt Sadegh-Nasseri, „reproduziert, wie Epitope tatsächlich in der zellulären Umgebung des APC verarbeitet und präsentiert werden, einschließlich aller Einflussfaktoren, die eine Rolle spielen könnten.“
„Dadurch konnten wir nahezu das gesamte HIV-Proteom untersuchen [all of the proteins produced by the virus] und Epitope eindeutig identifizieren, die für die Präsentation an CD4+-T-Zellen durch ein Chaperonprotein namens HLA-DM ausgewählt werden“, sagt Sengupta. „Das ist wichtig, weil wir wissen, dass HIV-Epitope, die von HLA-DM verarbeitet und bearbeitet werden, immundominant sind.“
Sengupta fügt hinzu, dass 35 in den jüngsten Studien identifizierte Epitope bisher unbekannt waren.
Die Forscher sagen, dass ihre Analyse mithilfe des zellfreien Antigen-Verarbeitungssystems drei wichtige Ergebnisse erbracht habe: (1) Die identifizierten Epitope werden tatsächlich bei Menschen erzeugt, die HIV-positiv sind, und führen zur Entwicklung von CD4+-T-Gedächtniszellen (den Immunzellen, die sich erinnern). ein Antigen für zukünftige Begegnungen); (2) Das Verarbeitungssystem kann sehr nützlich sein, um vorherzusagen, welche Teile von HIV-Proteinantigenen die immundominanten Epitope ergeben könnten, die in neue Impfstoffe einbezogen werden können. und (3) die Verwendung natürlicher Proteine voller Länge durch das System stellt sicher, dass die Auswirkungen jeglicher zellulärer Umwelteinflüsse (z. B. solche, die zu Veränderungen viraler Epitope führen, nachdem infizierte Wirtszellen diese produziert haben) berücksichtigt werden.
Aktuelle Analysetechnologien verfügen nicht über solche Fähigkeiten, sagen Sadegh-Nasseri und Sengupta.
„Interessanterweise haben wir mehrere Epitope identifiziert, die durch Zuckergruppen modifiziert wurden, ein möglicherweise wichtiger Befund für Impfstoffentwickler, der bei herkömmlichen Analysen jedoch übersehen worden wäre“, sagt Sengupta.
Sadegh-Nasseri und Sengupta sagen, dass ihr Team das System zur Identifizierung immundominanter Epitope weiter verfeinern und die Daten aus zukünftigen Analysen nutzen wird, um die Fähigkeit von Impfstoffentwicklern zu verbessern, robuste und wirksame Schutzmaßnahmen nicht nur gegen HIV, sondern auch gegen SARS-CoV zu entwickeln. 2 (das Virus, das COVID-19 verursacht) und andere virale Krankheitserreger.
Sengupta S, Zhang J, Reed MC, Yu J, Kim A, Boronina TN, Board NL, Wrabble JO, Shenderov K, Welsh RA, Yang W, Timmons AE, Hoh R, Cole RN, Deeks SG, Siliciano JD, Siliciano RF , Sadegh-Nasseri S. (1999).
Ein zellfreies Antigenverarbeitungssystem beeinflusst die Auswahl des HIV-1-Epitops und das Impfstoffdesign.
J Exp Med. 3. Juli 2023;220(7):e20221654. doi: 10.1084/jem.20221654
