Characterisation of humoral immune response to HIV-1 non-structural proteins Nef, Rev and Tat in HIV-1 infected individuals and in immunised animals

Abstract

HI-virus on retrovirus, joka aiheuttaa ihmisissä immuunipuolustuksen asteittaisen heikkenemisen, ja johtaa lopulta AIDS:iin. Tässä työssä on tutkittu infektoituneilla henkilöillä sekä DNA rokotetuilla hiirillä esiintyvää vasta-ainetuotantoa HI-viruksen Nef, Rev ja Tat proteiineja kohtaan. Nämä proteiinit syntyvät ensimmäiseksi HI-viruksen tunkeuduttua soluun, joten niihin kohdistunut immuunivaste voi mahdollisesti estää viruksen leviämisen ympäri kehoa.

Lisäksi ko. proteiinien rakenne on HI-viruksen eri kannoissa säilynyt paremmin kuin esimerkiksi viruksen ulkopinnan proteiinien rakenne, joten rokottamalla saatu Nef, Rev tai Tat immuunivaste voi mahdollisesti suojata erilaisilta HI-viruksen alatyypeiltä. Siksi niiden käyttöä rokotteissa on viime aikoina alettu tutkia ympäri maailmaa.

Työssä kartoitettiin Nef, Rev ja Tat vasta-aineiden yleisyyttä suomalaisilla HIV-potilailla, sekä etsittiin proteiineista niitä alueita, joihin vasta-aineet tarttuvat. Nef proteiini todettiin kaikista voimakkaimmaksi vasta-ainepuolustuksen herättäjäksi. Lisäksi kustakin proteiinista löydettiin useita immunogeenisia alueita, joita voidaan hyödyntää tulevissa rokotekokeissa.

Työssä tutkittiin myös näiden proteiinien käyttömahdollisuuksia uusissa DNA-pohjaisissa rokotteissa. Nef aikaansai rokotetuissa hiirissä voimakkaimman immuunivasteen, myös Rev oli immunogeeninen, mutta Tat proteiini ei toiminut käytetyissä rokotepreparaatissa.

HIV-1 is a retrovirus causing the gradual destruction of immune system in infected individuals, and ultimately leads to the lethal acquired immune deficiency syndrome (AIDS). In addition to the structural proteins, HIV-1 codes for accessory and regulatory proteins necessary for replication of the virus, for maximal infectivity and for various cellular events enhancing the spreading of the virus. As the accessory and regulatory proteins Nef, Rev and Tat are more conserved than Env, they have become important targets for the design of vaccines. This thesis has concentrated on the humoral immune responses elicited by the accessory protein Nef and the regulatory proteins Rev and Tat.

The results show that of these three proteins, Nef is the most immunogenic in infected individuals. It contains nine antigenic regions scattered throughout the protein. Both Rev and Tat contain four antigenic regions specifically recognised by sera from HIV-1 infected individuals. Many of the identified human B-cell epitopes either totally or partially overlap with B-cell epitopes recognised by animal sera, with known T-cell epitopes and with functionally important areas of the proteins.

New DNA vaccine constructs carrying the whole Nef, Rev or Tat genes were tested for immunogenicity in mice. The pBN-Nef construct was the most immunogenic, capable of inducing both humoral and cell-mediated responses that were detectable throughout the follow-up period. Furthermore, an immune response was elicited regardless of whether the plasmid was delivered by gene gun or injected through intradermal or intramuscular route. The Rev construct elicited only a cell-mediated response, and the Tat-construct was a poor immunogen in all respects. Thus, in future vaccine studies, modifications/methods improving their antigenicity may be necessary. Furthermore, as each of these three proteins may have severe negative effects on transfected or bystander cells, the safety of vaccines should be improved by mutations targeted to functionally important regions of these proteins or by using multiepitopic amino acid sequences as antigens. The epitopes characterised in this study are good candidates for this; as they overlap known T-cell epitopes, they might induce both humoral and cell-mediated responses.