In dieser Arbeit wurden Vektorimpfstoffe auf der Basis rekombinanter Vacciniaviren hinsichtlich ihrer Eignung zur Immunisierung gegen Infektionen mit Respiratorischen Synzytialviren (RSV) untersucht. Hierfür standen genetisches Material und Viruspräparationen des Respiratorischen Synzytialvirus des Rindes (BRSV, Stamm Odijk) sowie des Respiratorischen Synzytialvirus des Menschen (HRSV, Subtyp A2) sowie rekombinante Vacciniaviren MVA-HRSV-F bzw. MVA-HRSV-G zur Verfügung. Rekombinante MVA-Viren, welche die Gene der BRSV-Oberflächenproteine G und F (MVA-BRSV-F, MVA-BRSV-G, MVA-BRSV-Gneu), sowie Viren in welchen die Fremdgensequenzen durch Deletion wieder entfernt sind (Revertante Viren MVA-∆BRSV-F und MVA-∆BRSV-G), wurden gentechnologisch hergestellt. Alle rekombinanten MVA-Viren wurden molekular-virologisch charakterisiert und dienten zur Gewinnung und Prüfung von Testimpfstoffen im Tiermodell. Die Untersuchungen zeigen: 1. Alle neu konstruierten rekombinanten MVA-BRSV-Viren produzierten nach Infektion von Zellkulturen die erwünschten Zielantigene, die BRSV-Glykoproteine F und G. Für das durch MVA-Expression hergestellte BRSV-F-Glykoprotein konnte außerdem die biologische Funktionalität in einem Fusionstest in infizierten HeLa-Zellen nachgewiesen werden. 2. Die Charakterisierung der Genome aller MVA-BRSV- sowie MVA-HRSV-Vektorviren bestätigte die exakte Insertion der Fremdgensequenzen im anvisierten Genombereich und zeigte die genetische Stabilität der Virusisolate nach Passagierung. 3. Bei der Untersuchung des Wachstumsverhaltens von MVA-BRSV-F und MVA-BRSV-G zeigte sich die eingeschränkte Vermehrungsfähigkeit des Virus MVA-BRSV-G. Die Konstruktion und Untersuchung der revertanten Viren MVA-∆BRSV-F und MVA-∆BRSV-G belegte die Koproduktion des G-Proteins als Ursache des verminderten Replikationsvermögens. Dieser für ein mögliches Impfvirus erhebliche Nachteil konnte durch die Verwendung eines moderateren Vacciniavirus-Promotors zur Fremdgenexpression (rekombinantes Virus MVA-BRSV-Gneu) behoben werden. 4. Die Prüfung von Testimpfstoffen auf der Grundlage der rekombinanten MVA-HRSV-Viren in einem Maus-HRSV-Infektionsmodell zeigte, dass MVA-HRSV-Impfstoffe, im Gegensatz zu Impfstoffen aus mit Formalin-inaktiviertem HRSV, Immunantworten mit einem ausgewogenen TH1/TH2-assoziierten Zytokinprofil induzierten. Eine infolge von Immunisierung verstärkte Einwanderung eosinophiler Zellen (Marker für Immunpathogenese) in die Lungen HRSV-infizierter Tiere, konnte nach MVA-Impfung nicht beziehungsweise in nur sehr geringem Ausmaß festgestellt werden (OLSZEWSKA et al. 2004). 5. Wichtige erste Daten hinsichtlich der Verträglichkeit, Immunogenität und Schutzwirkung rekombinanter Impfstoffe auf der Basis von MVA-BRSV-F und MVA-BRSV-G konnten in einem Kälber BRSV-Infektionsmodell erhoben werden. Die zweimalige Immunisierung mit MVA-Impfstoff verlief bei allen Tieren ohne feststellbare Nebenwirkungen und die Anregung Vaccinia- bzw. BRSV-F-spezifischer Antikörper bestätigte die Immunogenität der Vektorvakzinen. Schließlich belegten klinische Daten, insbesondere die fehlende Fieberreaktion bei Impflingen nach BRSV-Belastungsinfektion, die Schutzwirkung der MVA-BRSV-Impfstoffe. Insgesamt unterstützen die erzielten Ergebnisse dieser Arbeiten die weitere präklinische und klinische Untersuchung von MVA-Vektorimpfstoffen zur wirksameren und sichereren Bekämpfung von Infektionen mit Respiratorischen Synzytialviren. / This study investigated vector vaccines based on recombinant vaccinia virus MVA for their suitability to immunize against infections with respiratory syncytial viruses. Genetic material and virus stocks of bovine respiratory syncytial virus (BRSV, Strain Odijk) and human respiratory syncytial virus (HRSV, Strain A2) and recombinant vaccinia viruses MVA-HRSV-F and MVA-HRSV-G were provided and used in this study. The project work included the genetical engineering of recombinant MVA expressing gene sequences encoding the BRSV surface proteins G and F (MVA-BRSV-F, MVA-BRSV-G, MVA-BRSV-Gneu) and the secondary generation of mutant viruses in which recombinant gene sequences have been removed (revertant viruses MVA-∆BRSV-F, MVA-∆BRSV-G). All recombinant MVA were carefully characterized in in vitro experiments and served for generation of vaccine preparations being tested in animal model systems. The investigations demonstrate: 1. All recombinant MVA-BRSV viruses produced the target antigens (BRSV-F and -G proteins) upon tissue culture infections. Functional activity of BRSV-F protein was demonstrated in a cell fusion assay using virus-infected HeLa cells. 2. The characterization of the genomes of all MVA recombinant viruses confirmed the correct insertion of foreign gene sequences into the target site of the MVA genome and demonstrated the genetic stability of the vector viruses upon tissue culture passage. 3. In vitro studies on virus growth revealed a reduced replicative capacity of the recombinant virus MVA-BRSV-G. Construction and growth analysis of revertant viruses MVA-∆BRSV-F and MVA-∆BRSV-G demonstrated that over expression of BRSV-G protein caused this replication deficiency which could be avoided by using a more moderate vaccinia virus promoter for transcriptional control of recombinant gene expression (recombinant virus MVA-BRSV-Gneu). 4. Upon characterization in a mouse-HRSV challenge model candidate vaccines based on recombinant MVA-HRSV viruses, in contrast to formalin inactivated HRSV, and induced a well balanced TH1 and TH2 cytokine profile. In addition, none of the MVA-HRSV-F vaccinated animals and only two of the MVA-HRSV-G immunized mice showed low-level eosinophilia in the lungs after HRSV challenge infection (OLSZEWSKA et al. 2004). 5. Vaccination experiments in the calf-BRSV challenge model generated first relevant data on safety, immunogenicity and protective capacity of MVA-BRSV recombinant vaccines. The repeated application of MVA vaccine was well tolerated by all vaccinated animals and the induction of vaccinia- and BRSV-F-specific antibody responses confirmed the immunogenicity of the MVA vector vaccines. Moreover, clinical data (lack of fever response in vaccines) suggested the protective capacity of MVA-BRSV immunization upon BRSV challenge. The obtained results from these studies clearly support further preclinical and clinical evaluation of recombinant MVA candidate vaccines to immunize against disease caused by RSV infections in cattle and humans.

Fusionspeptid-, Redox-, Viruscore- und sonstige Proteine. Alle analysierten Single ORF (SO)-VVOV Rekombinanten vermittelten einen signifikanten Schutz vor einer tödlichen Belastung mit Aujeszky-Virus. Zwei der Rekombinanten (SO 93-, SO 94-VVOV) enthalten ORFs, die für ATI/Fusionspeptid-Proteine kodieren. In SO 19- und SO 70-VVOV sind dagegen für Redoxproteine kodierende ORFs integriert. Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass SO 94- und SO 19-VVOV in zwei weiteren Modellsystemen immunstimulatorisch aktiv sind. Im Baculo-Virussystem exprimierte Proteine waren nur in Kombination mit Vaccinia Lister-Virus (VV) wirksam. Dabei zeigten jeweils Virus-Protein-Gemische mit dem geringsten Proteinanteil den stärksten immunstimulatorischen Effekt. Proben in denen VV durch bovines Herpes-Virus-1 ersetzt wurde, sind dagegen nicht wirksam. Dies lässt auf eine Beteiligung VV-spezifischer Faktoren schließen. Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen führte eine Frameshift-Mutation in ORF 94r von SO 94mut-VVOV nur zur Abschwächung und nicht zum vollständigen Verlust der immunstimulatorischen Wirkung. Beide in Schizosaccharomyces pombe exprimierten Proteine, sp-ORF19 und sp-ORF94r, induzierten keinen signifikanten Schutz im Aujeszky Maus Modell. Mit der Identifikation einzelner immunstimulatorisch aktiver PPVO-Komponenten ist es erstmals gelungen, den paramunisierenden Effekt von Parapox-Viren einzelnen viralen Genen zu zuordnen. Insbesondere stellen SO 94- und SO 19-VVOV viel versprechende Kandidaten für die prophylaktische bzw. therapeutische Anwendung in verschiedenen Indikationen als auch für weitere Untersuchungen des Wirkmechanismus dar.

Fusionspeptid-, Redox-, Viruscore- und sonstige Proteine. Alle analysierten Single ORF (SO)-VVOV Rekombinanten vermittelten einen signifikanten Schutz vor einer tödlichen Belastung mit Aujeszky-Virus. Zwei der Rekombinanten (SO 93-, SO 94-VVOV) enthalten ORFs, die für ATI/Fusionspeptid-Proteine kodieren. In SO 19- und SO 70-VVOV sind dagegen für Redoxproteine kodierende ORFs integriert. Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass SO 94- und SO 19-VVOV in zwei weiteren Modellsystemen immunstimulatorisch aktiv sind. Im Baculo-Virussystem exprimierte Proteine waren nur in Kombination mit Vaccinia Lister-Virus (VV) wirksam. Dabei zeigten jeweils Virus-Protein-Gemische mit dem geringsten Proteinanteil den stärksten immunstimulatorischen Effekt. Proben in denen VV durch bovines Herpes-Virus-1 ersetzt wurde, sind dagegen nicht wirksam. Dies lässt auf eine Beteiligung VV-spezifischer Faktoren schließen. Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen führte eine Frameshift-Mutation in ORF 94r von SO 94mut-VVOV nur zur Abschwächung und nicht zum vollständigen Verlust der immunstimulatorischen Wirkung. Beide in Schizosaccharomyces pombe exprimierten Proteine, sp-ORF19 und sp-ORF94r, induzierten keinen signifikanten Schutz im Aujeszky Maus Modell. Mit der Identifikation einzelner immunstimulatorisch aktiver PPVO-Komponenten ist es erstmals gelungen, den paramunisierenden Effekt von Parapox-Viren einzelnen viralen Genen zu zuordnen. Insbesondere stellen SO 94- und SO 19-VVOV viel versprechende Kandidaten für die prophylaktische bzw. therapeutische Anwendung in verschiedenen Indikationen als auch für weitere Untersuchungen des Wirkmechanismus dar.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Vaccinia virus (VV) is the prototypical member of the orthopoxvirus genus of the Poxviridae family, and is currently being evaluated as a vector for vaccine development and cancer cell-targeting therapy. Despite the importance of studying poxvirus effects on the human immune system, reports of the direct interactions between poxviruses and primary human leukocytes (PHLs) are limited. We studied the specific molecular events that determine the VV tropism for major PHL subsets including monocytes, B cells, neutrophils, NK cells, and T cells. We found that VV exhibited an extremely strong bias towards binding and infecting monocytes among PHLs. VV binding strongly co-localized with lipid rafts on the surface of these cell types, even when lipid rafts were relocated to the cell uropods upon cell polarization. In humans, monocytic and professional antigen-presenting cells (APCs) have so far only been reported to exhibit abortive infections with VV. We found that monocyte-derived macrophages (MDMs), including granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF)-polarized M1 and macrophage colony-stimulating factor (M-CSF)-polarized M2, were permissive to VV replication. The majority of virions produced in MDMs were extracellular enveloped virions (EEV). Visualization of infected MDMs revealed the formation of VV factories, actin tails, virion-associated branching structures and cell linkages, indicating that infected MDMs are able to initiate de novo synthesis of viral DNA and promote virus release. Classical activation of MDMs by LPS plus IFN-γ stimulation caused no effect on VV replication, whereas alternative activation of MDMs by IL-10 or LPS plus IL-1β treatment significantly decreased VV production. The IL-10-mediated suppression of VV replication was largely due to STAT3 activation, as a STAT3 inhibitor restored virus production to levels observed without IL-10 stimulation. In conclusion, our data indicate that PHL subsets express and share VV protein receptors enriched in lipid rafts. We also demonstrate that primary human macrophages are permissive to VV replication. After infection, MDMs produced EEV for long-range dissemination and also form structures associated with virions which may contribute to cell-cell spread.