Transcriptional Targeting of Dendritic Cells as a New Therapeutic Vaccine against HIV-1
Zielgerichtetes transkriptionelles Ansprechen von Dendritischen Zellen als Ansatz für eine therapeutische Impfung gegen HIV-1
Creators: name: Strack, Astrid
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024

description: According to the World Health Organisation in 2021, more than 38 million people were living with the Human Immunodeficiency Virus (HIV). While antiretroviral therapy (ART) was a breakthrough in preventing progression into the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS), there is still no cure available and traditional vaccination attempts have shown limited effects. More recently, dendritic cell (DC)-based vaccination strategies have sparked interest in controlling HIV infection. Targeting DCs for vaccination is particularly promising as they are extraordinarily potent inducers of strong and broad T cell responses. Currently, most DC vaccination attempts focus on cumbersome and expensive in vitro transduction of cells. Vectors targeting DCs in vivo would facilitate up-scaling and vaccine availability. Achieving these benefits without compromising on safety or risk pathogen tolerance requires new tactics to ensure targeting specifically only mature T cell stimulating DCs (mDCs). To address this challenge, this project aimed to investigate transcriptional targeting utilising the status-specific activity of the CD83 promoter to limit expression of HIV-1 antigens to mature DCs. We strived to create vectors based on the adenovirus serotype 5 (HAdV-5) that encode for HIV gag, a HIV gene as an antigen source, and a constitutive active variant of the IκB kinase (caIKK), an immune-stimulatory molecule to boost the DC activity. Expression of both those genes was controlled by the CD83 promoter. Before, however, we had to tackle limited transduction efficiency of DCs with HAdV-5. Towards the latter, LentiBOOST®/Polybrene (LeB/PB) significantly improved the transduction rate of human DCs. Additionally, LeB/PB enabled adenoviral transduction of human monocytes and murine bone marrow-derived DCs. Pivotally, cell viability, morphology and function was maintained in all assessed cell types despite exposure to the transduction enhancer. Next, we used the CD83 promoter to co-express two proteins within the same vector. By cloning the promoter twice into the vector or alternatively introducing an internal ribosomal entry site (IRES) and using fluorescent genes as placeholders, we created two vectors with comparable protein expression levels that provided the basis for the generation of HAdV-5 vectors for potential future use as vaccines: HAdV-5-IRES-gag-caIKK and HAdV-5-2xP-gag-caIKK (containing the CD83 promoter twice). qPCR confirmed protein expression to be restricted to mature DCs. DCs transduced with both viral vectors stimulated autologous T cell activity independently of the expression of antigen-specific T cells, as was demonstrated by upregulation of CD69 and increased production of pro-inflammatory cytokines including IL-6, IL-8, IL-12p70, and in addition IL-10. These results provide the basis in order to use the CD83 promoter to develop DC-based gene therapy against HIV-1.
description: Im Jahr 2021 lebten nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation mehr als 38 Millionen Menschen mit dem Humanen Immundefizienz-Virus (HIV). Während antiretrovirale Therapie ein Durchbruch für die Prävention des Fortschreitens der Erkrankung hin zum Erworbenen Immunschwäche-Synrom (Acquired Immunodeficiency Syndrome, AIDS) war, ist eine Heilung noch immer nur in Einzelfällen möglich und herkömmliche Impfversuche zeigen bislang nur begrenzt Wirkung. Impfstrategien gegen HIV-1 auf der Grundlage dendritischer Zellen (DCs) sorgten in den letzten Jahren vermehrt für Aufmerksamkeit. DC-basierte Impfstrategien gelten als vielversprechend, da sie außergewöhnlich starke und vielfältige T-Zell-Reaktionen auslösen können. Die meisten DC-Impfversuche setzen derzeit auf eine umständliche und teure in-vitro-Transduktion von Zellen, obwohl in vivo-einsetzbare Vektoren die Anwendung und Verfügbarkeit des Impfstoffs vereinfachen könnten. Um diese Vorteile zu erreichen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen oder die Toleranz gegenüber Krankheitserregern zu riskieren, sind neue Taktiken erforderlich, die sicherstellen, dass ausschließlich reife DCs Antigene präsentieren. Dementsprechend wurde in diesem Projekt das transkriptionelle Targeting untersucht, um die Expression von HIV-1-Antigenen mit Hilfe der stadiums-spezifischen Aktivität des CD83-Promotors auf reife DCs zu beschränken. Adenovirus-Serotyp-5 (HAdV-5)-basierende Vektoren wurden entwickelt, die HIV gag als Antigen-Quelle und eine konstitutiv aktive Variante der IκB-Kinase (caIKK) als immunstimulierendes Molekül zur Steigerung der DC-Aktivität kodieren. Die Expression dieser beiden Gene wird durch den CD83-Promotor gesteuert. Mit LentiBOOST®/Polybrene (LeB/PB) konnte die Transduktionsrate humaner DCs mit HAdV-5-Vektoren deutlich verbessert werden. Außerdem ermöglichte LeB/PB die adenovirale Transduktion von humanen Monozyten und murinen DCs, ohne Viabilität, Morphologie und Funktion der Zellen einzuschränken. Die gleichzeitige Expression zweier Proteine unter der Kontrolle des CD83 Promoters gelang mit Hilfe einer internen ribosomalen Eintrittsstelle (IRES) oder durch zweifaches Einsetzen des Promotors. Fluoreszierende Proteine als Platzhalter für HIV-1 gag und caIKK demonstrierten ähnliche Level der Proteinexpression für beide Vektoren. Darauf basierend wurden Vektoren entwickelt, die die Grundlage für die Erzeugung von HAdV-5-Vektoren für eine mögliche zukünftige Verwendung als Impfstoffe bilden: HAdV-5-IRES-gag-caIKK und HAdV-5-2xP-gag-caIKK (mit zweimaligem CD83-Promotor). Die Restriktion der Genexpression auf reife DCs wurde mittles qPCR bestätigt. DCs, die mit einem der beiden viralen Vektoren transduziert wurden, stimulierten die Aktivität autologer T-Zellen unabhängig von der Expression antigenspezifischer T-Zellen. Dies wurde durch die Hochregulierung von CD69 und die erhöhte Produktion von pro-inflammatorischen Zytokinen wie IL-6, IL-8, IL-12p70 und IL-10 nachgewiesen. Diese Ergebnisse stellen die Basis zur Nutzung des CD83-Promotors für die Entwicklung einer DC-basierten Gentherapie gegen HIV-1 dar.