Imunogenicidade de diferentes candidatos e estratégias vacinais para os vírus Zika e Chikungunya
Data
2021
Autores
Oliveira, Fernanda Caroline Coirada 
Orientadores
Rosa, Daniela Santoro
Tipo
Tese de doutorado
Título da Revista
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Resumo
Arbovirus infections such as those caused by Zika virus (ZIKV) and Chikungunya virus (CHIKV) are responsible for a large number of cases with considerable severity and morbidity. So far, there are no vaccines or specific medications available against these arboviruses. The envelope protein (E) of ZIKV and CHIKV is the most abundant on the viral surface and responsible for the binding and fusion process with the target cell membrane. Furthermore, it is the main target of neutralizing antibodies being an important antigen candidate for vaccine development. DNA vaccines are very promising, as they are able to elicit both humoral and cellular immune responses, however, they have limited immunogenicity in humans. In recent years, several strategies have been developed in order to increase the immunogenicity of this vaccine platform, such as antigen targeting to dendritic cells (DCs) subpopulations, association with in vivo electroporation and heterologous prime-boost immunization. In the present work, we produced the recombinant protein E2CHIKVΔTM, and also scFV and pVAX DNA vaccines encoding the same antigen and compared the immunogenicity after homologous or heterologous prime-boost immunization. We observed that heterologous primeboost immunization was able to induce high antibody titers with neutralizing capacity, as well as specific IFN-γ producing cells and polyfunctional CD4+ and CD8+ T cell responses. In addition, we mapped the most immunogenic epitopes along the E2CHIKV protein and identified 14 potential epitopes, with CHIKV (361-374) being the immunodominant. Finally, we evaluated the influence of different adjuvants (poly (I:C), Addavax, Alhydrogel, AS03 and Quil A) on the immune response. We observed that mice immunized with recombinant E2CHIKVDTM combined with AS03 presents the highest humoral response with neutralizing capacity. Regarding ZIKV, we generated different vaccine candidates encoding ZIKV (EZIKV, EDI/IIZIKV and EDIIIZIKV) and CHIKV (E2CHIKV) viral envelope proteins and evaluated different vaccination strategies in a preclinical model. We produced DNA vaccines encoding a single chain variable fragment (scFVs) fused to ZIKV antigens to target it to dendritic cells. In addition, DNA vaccines (pVAX) encoding the same antigens without DC-targeting were produced and the induced specific immune response were compared. We observed that immunization of C57BL/6 mice with the different constructs was able to induce specific antibodies that specifically recognize the ZIKV and neutralize the infection. Immunization with the pVAX-EZIKV DNA vaccine was able to induce higher antibody titers when compared to scFv immunization. Furthermore, immunization with the constructs was able to induce polyfunctional CD4+ and CD8+ T lymphocytes and specific IFN-γ producing cells. The epitope mapping revealed that the peptides ZIKV (E1-20) and ZIKV (E51-70) contained in EDI/II domain and the peptides ZIKV (E351-370) and ZIKV (E361-380) contained in the domain protein EDIII were the most immunogenic. Taking together, our results demonstrated that the different strategies tested were efficient to induce humoral and cellular immune responses against ZIKV and CHIKV, thus opening new perspectives for the development of vaccine candidates.
As infecções por arbovírus, como as causadas pelo vírus Zika (ZIKV) e Chikungunya (CHIKV), se destacaram recentemente por serem responsáveis por um grande número de casos com considerável gravidade e morbidade. Até o momento, não existem vacinas nem medicações específicas disponíveis contra estas arboviroses. A proteína do envelope (E) do ZIKV e CHIKV é a mais abundante na superfície viral e a responsável pelo processo de ligação e fusão com a membrana da célula alvo. Além disso, é o principal alvo de anticorpos neutralizantes sendo por esse motivo um importante antígeno candidato para o desenvolvimento de vacinas. As vacinas de DNA são consideradas plataformas seguras e capazes de induzir resposta imune específica, porém, apresentam limitada imunogenicidade em humanos. Nos últimos anos, diversas estratégias vem sendo desenvolvidas com o objetivo de aumentar a imunogenicidade dessa plataforma vacinal, como por exemplo, o direcionamento de antígenos para subpopulações de células dendríticas (DCs), associação de eletroporação in vivo e a estratégia de indução e reforço (prime-boost) heterólogo. No presente trabalho, produzimos a proteína recombinante E2CHIKVΔTM e vacinas de DNA scFV e pVAX codificando a mesma afim de avaliamos comparativamente a resposta imune induzida após imunização em estratégia de prime-boost homóloga e heteróloga. Observamos que a estratégia de prime-boost heteróloga se mostrou bastante promissora uma vez que foi capaz de induzir elevados títulos de anticorpos com capacidade neutralizante assim como células produtoras de IFN-γ específicas e linfócitos T CD4+ e CD8+ polifuncionais. Além disso, mapeamos os epítopos mais imunogênicos ao longo da proteína E2CHIKV e foram identificados 14 epítopos capazes de induzir resposta imune celular, sendo o CHIKV (E2351-364) o peptídeo imunodominante. Por fim, também avaliamos a influência de diferentes adjuvantes (poly (I:C), Addavax, Alhydrogel, AS03 e Quil A) na modulação da resposta imune após imunização com E2CHIKVΔTM e observamos que o adjuvante AS03 se mostrou o mais eficiente na indução de robusta resposta humoral com capacidade neutralizante. Em relação ao ZIKV, produzimos diferentes candidatos vacinais codificando proteínas do envelope viral do ZIKV (EZIKV, e seus domínios EDI/IIZIKV e EDIIIZIKV) e do CHIKV (E2CHIKV) e avaliamos diferentes estratégias vacinais em modelo pré-clínico. Produzimos vacinas de DNA que codificam um anticorpo único de cadeia variável (single chain variable fragments- scFvs) fusionado aos antígenos de ZIKV com o objetivo de direcioná-los in vivo para uma subpopulação DCs. Além disso, foram produzidas vacinas de DNA (pVAX) codificando os mesmos antígenos, porém sem o direcionamento para DCs e avaliamos comparativamente a reposta imune induzida por estas construções. Observamos que a imunização de camundongos C57BL/6 com as diferentes construções foi capaz de induzir anticorpos específicos, capazes de reconhecer especificamente o vírus ZIKV e de neutralizar a infecção. A imunização com a vacina de DNA pVAX-EZIKV foi capaz de induzir maiores títulos de anticorpos específicos quando comparada a imunização com scFv. Ademais, a imunização com as construções vacinais foi capaz de induzir linfócitos T CD4+ e T CD8+ polifuncionais e células produtoras de IFN-γ específicas. O mapeamento de epítopos na proteína do envelope mostrou que os peptídeos ZIKV (E1-20) e ZIKV (E51-70) presentes no domínio EDI/II e os peptídeos ZIKV (E351-370) e ZIKV (E361-380) contidos no domínio EDIII da proteína foram os mais imunogênicos. Em conjunto, nossos resultados mostraram que as diferentes estratégias testadas foram eficientes em induzir resposta imune humoral e celular contra o CHIKV e ZIKV, abrindo assim novas perspectivas para o desenvolvimento de candidatos vacinais.
As infecções por arbovírus, como as causadas pelo vírus Zika (ZIKV) e Chikungunya (CHIKV), se destacaram recentemente por serem responsáveis por um grande número de casos com considerável gravidade e morbidade. Até o momento, não existem vacinas nem medicações específicas disponíveis contra estas arboviroses. A proteína do envelope (E) do ZIKV e CHIKV é a mais abundante na superfície viral e a responsável pelo processo de ligação e fusão com a membrana da célula alvo. Além disso, é o principal alvo de anticorpos neutralizantes sendo por esse motivo um importante antígeno candidato para o desenvolvimento de vacinas. As vacinas de DNA são consideradas plataformas seguras e capazes de induzir resposta imune específica, porém, apresentam limitada imunogenicidade em humanos. Nos últimos anos, diversas estratégias vem sendo desenvolvidas com o objetivo de aumentar a imunogenicidade dessa plataforma vacinal, como por exemplo, o direcionamento de antígenos para subpopulações de células dendríticas (DCs), associação de eletroporação in vivo e a estratégia de indução e reforço (prime-boost) heterólogo. No presente trabalho, produzimos a proteína recombinante E2CHIKVΔTM e vacinas de DNA scFV e pVAX codificando a mesma afim de avaliamos comparativamente a resposta imune induzida após imunização em estratégia de prime-boost homóloga e heteróloga. Observamos que a estratégia de prime-boost heteróloga se mostrou bastante promissora uma vez que foi capaz de induzir elevados títulos de anticorpos com capacidade neutralizante assim como células produtoras de IFN-γ específicas e linfócitos T CD4+ e CD8+ polifuncionais. Além disso, mapeamos os epítopos mais imunogênicos ao longo da proteína E2CHIKV e foram identificados 14 epítopos capazes de induzir resposta imune celular, sendo o CHIKV (E2351-364) o peptídeo imunodominante. Por fim, também avaliamos a influência de diferentes adjuvantes (poly (I:C), Addavax, Alhydrogel, AS03 e Quil A) na modulação da resposta imune após imunização com E2CHIKVΔTM e observamos que o adjuvante AS03 se mostrou o mais eficiente na indução de robusta resposta humoral com capacidade neutralizante. Em relação ao ZIKV, produzimos diferentes candidatos vacinais codificando proteínas do envelope viral do ZIKV (EZIKV, e seus domínios EDI/IIZIKV e EDIIIZIKV) e do CHIKV (E2CHIKV) e avaliamos diferentes estratégias vacinais em modelo pré-clínico. Produzimos vacinas de DNA que codificam um anticorpo único de cadeia variável (single chain variable fragments- scFvs) fusionado aos antígenos de ZIKV com o objetivo de direcioná-los in vivo para uma subpopulação DCs. Além disso, foram produzidas vacinas de DNA (pVAX) codificando os mesmos antígenos, porém sem o direcionamento para DCs e avaliamos comparativamente a reposta imune induzida por estas construções. Observamos que a imunização de camundongos C57BL/6 com as diferentes construções foi capaz de induzir anticorpos específicos, capazes de reconhecer especificamente o vírus ZIKV e de neutralizar a infecção. A imunização com a vacina de DNA pVAX-EZIKV foi capaz de induzir maiores títulos de anticorpos específicos quando comparada a imunização com scFv. Ademais, a imunização com as construções vacinais foi capaz de induzir linfócitos T CD4+ e T CD8+ polifuncionais e células produtoras de IFN-γ específicas. O mapeamento de epítopos na proteína do envelope mostrou que os peptídeos ZIKV (E1-20) e ZIKV (E51-70) presentes no domínio EDI/II e os peptídeos ZIKV (E351-370) e ZIKV (E361-380) contidos no domínio EDIII da proteína foram os mais imunogênicos. Em conjunto, nossos resultados mostraram que as diferentes estratégias testadas foram eficientes em induzir resposta imune humoral e celular contra o CHIKV e ZIKV, abrindo assim novas perspectivas para o desenvolvimento de candidatos vacinais.