Christin Flechsig

• Eine Infektion mit dem humanen Cytomegalievirus ist immer noch eine der häufigsten und bedrohlichsten Komplikationen nach einer allogenen Stammzelltransplantation (SCT), welche eine hohe Morbidität und Mortalität verursacht. Die prophylaktische oder preämptive antivirale Chemotherapie konnte den frühen Ausbruch einer CMV-Erkrankung während der ersten 100 Tage nach SCT signifikant reduzieren, jedoch kommt es dadurch häufig zu einem späten Ausbruch der CMV-Erkrankung und schwerwiegenden Nebenwirkungen wie Myelotoxizität und Nephrotoxizität. ZurEine Infektion mit dem humanen Cytomegalievirus ist immer noch eine der häufigsten und bedrohlichsten Komplikationen nach einer allogenen Stammzelltransplantation (SCT), welche eine hohe Morbidität und Mortalität verursacht. Die prophylaktische oder preämptive antivirale Chemotherapie konnte den frühen Ausbruch einer CMV-Erkrankung während der ersten 100 Tage nach SCT signifikant reduzieren, jedoch kommt es dadurch häufig zu einem späten Ausbruch der CMV-Erkrankung und schwerwiegenden Nebenwirkungen wie Myelotoxizität und Nephrotoxizität. Zur Bekämpfung und Langzeitkontrolle einer CMV-Infektion ist eine effiziente zellvermittelte CMV-spezifische Immunität unabdingbar. Im Rahmen dieser Dissertation, wurden deshalb drei CMV-Vakzinkandidaten basierend auf dem hoch attenuierten Modifizierten Vaccinia Ankara Virus (MVA), welche stabil pp65 und/oder IE1 (MVA-IE1, MVA-pp65, and MVA-IE1-pp65) exprimieren und zugleich frei von Selektionsmarkern sind, auf ihre Fähigkeit hin untersucht CMV-spezifische T-Zellantworten zu induzieren. Als erstes wurden humane mononukleäre Zellen des periphären Blutes (PBMCs) und Leukozytensubpopulationen (aus Monozyten generierte dendritische Zellen (DCs), Monozyten und B-Zellen) mit MVA infiziert um deren Infektionsrate, Veränderungen in der Expression der Oberflächenmarker und der Zytokinexpression sowie deren Apoptoserate zu untersuchen. Monozyten, DCs und B-Zellen waren besonders empfänglich für eine MVA-Infektion, gefolgt von NK-Zellen. Monozyten wurden stark aktiviert, was sich durch eine erhöhte Expression der kostimulatorischen Moleküle, MHC-Komplexe und CCR7 zeigte, wohingegen DCs eine inkomplette Aktivierung vorwiesen und B-Zellen gehemmt wurden. Des Weiteren wurde die Expression von CXCL10, TNFa, IL-6 und IL-12 signifikant in den Antigen-präsentierenden Zellen (APCs) erhöht, aber die von IL-1b und IL-10 blieb unverändert oder wurde sogar signifikant reduziert. MVA induzierte also eine Th1-polarisierenden Zytokinexpression in den APCs. Allerdings konnten CMV-spezifische T-Zellen nicht mit direkter Antigenpräsentation durch DCs expandiert werden, da die DCs nach Infektion mit MVA schnell durch Apoptose starben und eine unzureichende Expression der kostimulatorischen Moleküle und MHC-Komplexe aufwiesen. Vielmehr konnte gezeigt werden, dass die erfolgreiche Expansion CMV-spezifischer T-Zellen mittels Kreuzpräsentation von Antigenen MVA-infizierter Leukozyten durch DCs erfolgte. Die Phagozytose von apoptotischen Material von MVA-infizierten Leukozyten mit anschließender Antigenprozessierung induzierte eine vollständige Ausreifung der DCs in vitro einhergehend mit erhöhter IL-12-Expression, was erheblich zu einer erfolgreiche T-Zell-Stimulation und –Expansion beitrug. Neben pp65-spezifischen T-Zellen wurden auch IE1-spezifische T-Zellen expandiert, wenn auch in einem geringeren Ausmaß. Der größte Teil der expandierten T-Zellen wies einen Effektor-Gedächtnis-(EM)-Phänotyp auf. Ein kleinerer Anteil besaß jedoch einen zentralen Gedächtnis-(CM)-Phänotyp, welcher bekannt ist für eine Langzeitpersistenz und eine erfolgreiche Etablierung eines T-Zell-Gedächtnis-Pools. Darüber hinaus wurden keine Vaccinia-spezifischen T-Zellen der pockengeimpften Spender expandiert. Wodurch ist die Immunogenität der CMV-Antigene nicht beeinträchtigt ist. Die drei untersuchten MVA-CMV-Vakzinkandidaten erfüllen alle Stabilitäts-, Immunogenitäts- und Sicherheitsbestimmungen der Europäischen Arzneimittelbehörde (EMEA) für virale Vektorimpfstoffe und sind deshalb bereit für die cGMP-Produktion und anschließende klinische Prüfung.…
• Infection with human Cytomegalovirus (CMV) remains one of the most frequent and life threatening complications after allogenic stem cell transplantation (SCT) causing serious morbidity and mortality. Prophylactic or preemptive antiviral chemotherapy could significantly reduce the early onset of CMV disease during the first 100 days after SCT but at the expense of an increasing late onset CMV disease and severe side effects like myelotoxicity and nephrotoxicity. An efficient cell mediated CMV specific immunity is crucial to eradicate CMV forInfection with human Cytomegalovirus (CMV) remains one of the most frequent and life threatening complications after allogenic stem cell transplantation (SCT) causing serious morbidity and mortality. Prophylactic or preemptive antiviral chemotherapy could significantly reduce the early onset of CMV disease during the first 100 days after SCT but at the expense of an increasing late onset CMV disease and severe side effects like myelotoxicity and nephrotoxicity. An efficient cell mediated CMV specific immunity is crucial to eradicate CMV for long-term control of CMV infection. In the scope of this dissertation, three CMV vaccine candidates based on the highly attenuated modified vaccinia Ankara Virus (MVA) with stable expression of pp65 and/or IE1 (MVA-IE1, MVA-pp65, and MVA-IE1-pp65) without any selection marker were examined for the induction of CMV-specific T cell responses. At first, Human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and leukocyte subpopulations (monocyte derived dendritic cells (DCs), monocytes and B cells) were infected with MVA in order to evaluate their infection rate, changes in surface markers, cytokine expression and apoptosis. Monocytes, DCs and B cells were most susceptible to MVA infection followed by NK cells. Monocytes were activated strongly with upregulation of costimulatory molecules, MHC-complexes and CCR7 while DCs showed an incomplete activation and B cells were inhibited. Furthermore, expression of CXCL10, TNFa, IL-6 and IL-12 were enhanced in antigen presenting cells (APCs) but IL-1b and IL-10 were stable or even downregulated. Thus, MVA seems to induce a Th1-polarizing cytokine expression in APCs. However, successful expansion of CMV specific T cells could not be achieved via direct antigen presentation by DCs, as the DCs died fast after infection with MVA by apoptosis and displayed an insufficient expression of costimulatory molecules and MHC-complexes. Rather, it could be shown that successful expansion of CMV specific T cells is achieved via cross presentation of antigens from MVA infected leukocytes by bystander DCs. Phagocytosis of apoptotic material from MVA infected leukocytes and subsequent antigen processing induced a full maturation of DCs in vitro with upregulation of IL-12 expression and hence, makes a considerable contribution to a successful T cell stimulation and expansion. In addition to pp65 specific T cells, also IE1 specific T cell could be expanded but to a lower extend. The major part of expanded T cells displayed an effector memory (EM) phenotype. However, the minor part of expanded T cells displayed a central memory (CM) phenotype, which is known for long-term persistence and successful establishment of a memory T cell pool. Moreover, vaccinia specific T cells of smallpox vaccinated donors could not be expanded. Thus, the immunogenicity to the CMV antigens is not impaired. The MVA-CMV vaccine candidates fulfill all terms of stability, immunogenicity, and safety of the European Medicines Agency (EMEA) for viral vector vaccines. Therefore, the MVA-CMV vaccine candidates are ready for cGMP production and subsequent clinical trials.…