Molekulare Antigenstruktur der Flaviviren

Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt in der Aufklärung der molekularen Details der Antigenstruktur von Flaviviren, mit dem Ziel, ein strukturelles Verständnis der durch Antikörper vermittelten Viruneutralisation sowie der durch nicht-neutralisierende Antikörper vermittelten Kreuzreaktivität zu erreichen. Das Genus Flavivirus in der Familie Flaviviridae umfasst etwa 70 verschiedene Viren, darunter mehrere humanpathogene Erreger von weltweiter Bedeutung, wie beispielsweise das Gelbiebervirus, das Japanische Enzephalitis Virus, die Dengue Viren, das West Nil Virus und das Frühsommermeningoenzephalitis Virus. Flaviviren sind kleine, membranumhüllte Viren, und das Oberflächenprotein E ist das Hauptantigen für die Induktion neutralisierender Antikörper. Obwohl auch entfernt verwandte Flaviviren ca. 40% identische Aminosäuren im E Protein aufweisen und antigene Kreuzreaktivität zwischen allen Flaviviren beschrieben wurde, ist die Kreuzneutralisation auf näher miteinander verwandte Viren, die in sogenannten Serokomplexen zusammengefasst werden, beschränkt. Die Induktion von kreuzreaktiven aber nichtneutralisierenden Antikörpern kann wichtige biologische Auswirkungen haben, die sich beispielsweise in den Phänomenen `Antibody-Dependent Enhancement of infection (ADE)` und `Original Antigenic Sin (OAS)` manifestieren können. Beide Phänomene können Probleme bei sequentiellen Infektionen und/oder Impfungen verursachen. Das Hauptziel dieses Forschungsantrags besteht darin, die bekannte atomare Struktur des Flavivirus E Proteins zur Identifikation jener Sequenzelemente zu verwenden, die für die Induktion von neutralisierenden Antikörpern bzw. kreuzreaktiven aber nichtneutralisierenden Antikörpern verantwortlich sind. Für diesen Zweck werden wir verschiedene rekombinante Expressionssysteme, ortsspezifische Mutagenese, monoklonale und polyklonale Immunseren, sequentielle Immunisierungsprotokolle, und die kristallographische Strukturaufklärung von E-Protein Komplexen mit Fab Fragmenten von monoklonalen Antikörpern einsetzen. Das Ergebnis dieser Forschungsarbeiten wird als Grundlage für ein strukturelles Verständnis der antigenen und immunogenen Eigenschaften von Flaviviren dienen und damit auch große Bedeutung für die Anwendung und Entwicklung von Flavivirus Impfstoffen haben. Es ist zu erwarten, dass sich die Signifikanz der Ergebnisse bei Flaviviren auch auf andere Gruppen viraler und nichtviraler Pathogene erstreckt, bei denen Antigenverwandtschaft und Kreuzreaktivität eine wichtige Rolle spielen.

Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt in der Aufklärung der molekularen Details der Antigenstruktur von Flaviviren, mit dem Ziel, ein strukturelles Verständnis der durch Antikörper vermittelten Viruneutralisation sowie der durch nicht-neutralisierende Antikörper vermittelten Kreuzreaktivität zu erreichen. Das Genus Flavivirus in der Familie Flaviviridae umfasst etwa 70 verschiedene Viren, darunter mehrere humanpathogene Erreger von weltweiter Bedeutung, wie beispielsweise das Gelbiebervirus, das Japanische Enzephalitis Virus, die Dengue Viren, das West Nil Virus und das Frühsommermeningoenzephalitis Virus. Flaviviren sind kleine, membranumhüllte Viren, und das Oberflächenprotein E ist das Hauptantigen für die Induktion neutralisierender Antikörper. Obwohl auch entfernt verwandte Flaviviren ca. 40% identische Aminosäuren im E Protein aufweisen und antigene Kreuzreaktivität zwischen allen Flaviviren beschrieben wurde, ist die Kreuzneutralisation auf näher miteinander verwandte Viren, die in sogenannten Serokomplexen zusammengefasst werden, beschränkt. Die Induktion von kreuzreaktiven aber nichtneutralisierenden Antikörpern kann wichtige biologische Auswirkungen haben, die sich beispielsweise in den Phänomenen `Antibody-Dependent Enhancement of infection (ADE)` und `Original Antigenic Sin (OAS)` manifestieren können. Beide Phänomene können Probleme bei sequentiellen Infektionen und/oder Impfungen verursachen. Das Hauptziel dieses Forschungsantrags besteht darin, die bekannte atomare Struktur des Flavivirus E Proteins zur Identifikation jener Sequenzelemente zu verwenden, die für die Induktion von neutralisierenden Antikörpern bzw. kreuzreaktiven aber nichtneutralisierenden Antikörpern verantwortlich sind. Für diesen Zweck werden wir verschiedene rekombinante Expressionssysteme, ortsspezifische Mutagenese, monoklonale und polyklonale Immunseren, sequentielle Immunisierungsprotokolle, und die kristallographische Strukturaufklärung von E-Protein Komplexen mit Fab Fragmenten von monoklonalen Antikörpern einsetzen. Das Ergebnis dieser Forschungsarbeiten wird als Grundlage für ein strukturelles Verständnis der antigenen und immunogenen Eigenschaften von Flaviviren dienen und damit auch große Bedeutung für die Anwendung und Entwicklung von Flavivirus Impfstoffen haben. Es ist zu erwarten, dass sich die Signifikanz der Ergebnisse bei Flaviviren auch auf andere Gruppen viraler und nichtviraler Pathogene erstreckt, bei denen Antigenverwandtschaft und Kreuzreaktivität eine wichtige Rolle spielen.