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Schutzimpfung gegen onkogene Epstein-Barr-Viren

Fast alle Menschen sind mit Epstein-Barr-Viren (EBV) infiziert, die neben gutartigen Erkrankungen wie dem Pfeifferschen Drüsenfieber auch verschiedene Krebsformen verursachen können. Wissenschaftler am Deutschen Krebsforschungszentrum haben jetzt eine Strategie für einen Impfstoff entwickelt, der gegen verschiedene Stadien des Erregers gerichtet ist und einen dauerhaft wirksamen Schutz gegen eine EBV-Infektion darstellen könnte.

Elektronenmikroskopisches Bild eines EBV-Partikels auf der Zelloberfläche eines Lymphozyten. © H-J Delecluse

Das 1964 von den englischen Pathologen Michael Epstein und Yvonne Barr in Burkitt-Lymphomzellen gefundene und nach ihnen benannte Virus war das erste beschriebene onkogene (krebsauslösende) Virus des Menschen. Es zeigte sich, dass Epstein-Barr-Viren (EBV) nicht nur das Burkitt-Lymphom (eine im tropischen Afrika häufige, hoch aggressive Krebsart) verursachen, sondern auch viele andere, zum Teil ganz unterschiedliche Tumoren, darunter das in Südostasien verbreitete Nasopharyngealkarzinom, manche Hodgkin- und Non-Hodgkin-Lymphome sowie mehr als zehn Prozent aller Magenkrebsfälle. Außerdem ist EBV Auslöser des Pfeifferschen Drüsenfiebers (infektiöse Mononukleose), einer gutartig verlaufenden ansteckenden Lymphdrüsenerkrankung, die durch den Speichel übertragen wird und als Kusskrankheit oder „college disease“ bekannt geworden ist, da sie oft bei jungen Erwachsenen auftritt. Auch bei der Entwicklung von Autoimmunkrankheiten wie der Multiplen Sklerose spielen EBV-Infektionen eine Rolle.

Inzwischen hat man zahlreiche unterschiedliche Stämme von EBV identifiziert. Sie gehören zur Familie der Herpesviren. Ihr Genom besteht aus einer Doppelstrang-DNA von 168.000 bis 184.000 Basenpaaren, die in überlappenden Sequenzen für mehr als 85 Gene kodieren. Die DNA liegt in einem Komplex mit Proteinen im Nukleokapsid vor, das – wie die elektronenmikroskopischen Bilder zeigen – von zwei Hüllen umgeben ist: einem inneren sogenannten Tegument aus Proteinen und einer äußeren, mit Rezeptoren bestückten Membran.

Latente und infektiöse Entwicklungsphasen von EBV

Glossar

  • Antigene sind Fremdstoffe, die das Immunsystem zur Produktion von Antikörpern anregen.
  • Eine Base ist ein Bestandteil von Nukleinsäuren. Es gibt vier verschiedene Basen: Adenin, Guanin (Purinabkömmlinge), Cytosin und Thymin bzw. Uracil (Pyrimidinabkömmlinge). In der RNA ersetzt Uracil Thymin.
  • Die vier Basen liegen in der DNA-Doppelhelix immer als Paare vor. Aufgrund der chemischen Struktur ist eine Paarbildung nur zwischen A und T (DNA) bzw. A und U (RNA) sowie C und G möglich. A und T (U) sowie C und G werden deshalb auch als komplementär bezeichnet.
  • Desoxyribonukleinsäure (DNS / DNA) trägt die genetische Information. In den Chromosomen liegt sie als hochkondensiertes, fadenförmiges Molekül vor.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Glykoproteine sind Proteine, welche noch Polysaccharidketten (Mehrfachzucker) gebunden haben (N-Acetylhexosamine, Galaktose, Mannose, Glucose).
  • Mit Insertion ist im biologischen Zusammenhang meist das Einfügen von DNA-Abschnitten in ein anderes DNA-Molekül gemeint.
  • Lymphozyten sind eine Klasse der weißen Blutkörperchen, die in B- und T-Lymphozyten unterteilt werden und bei der Immunantwort des Körpers unterschiedliche Funktionen übernehmen (z. B. produzieren B-Lymphozyten Antikörper).
  • Lytisch zu sein ist die Eigenschaft eines Bakteriophagen, seine Wirtszelle bei der Infektion zu zerstören.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Rezeptoren sind Moleküle, die u. a. auf Zelloberflächen anzutreffen sind und die in der Lage sind, ein genau definiertes Molekül – ihren Liganden – zu binden. Das Zusammentreffen von Ligand und Rezeptor kann eine Abfolge von Reaktionen innerhalb der Zelle auslösen.
  • Nukleotidsequenzen sind Abfolgen der Basen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin auf der DNA (bzw. Uracil statt Thymin bei RNA).
  • Transgene Organismen sind Organismen (Mikroorganismen, Tiere, Pflanzen), denen mit Hilfe gentechnischer Methoden ein fremdes Gen eingeführt worden ist, das von Generation zu Generation weitervererbt wird. Transgene Organismen sind somit gentechnisch veränderte Organismen. (GVO)
  • Ein Virus ist ein infektiöses Partikel (keine Zelle!), das aus einer Proteinhülle und aus einem Genom (DNA oder RNA) besteht. Um sich vermehren zu können, ist es vollständig auf die Stoffwechsel der lebenden Zellen des Wirtsorganismus angewiesen (z.B. Bakterien bei Phagen, Leberzellen beim Hepatitis-A-Virus).
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • Ein Lymphom ist eine Gewebe-Neubildung in lymphatischen Geweben (Milz, Lymphknoten). Entzündliche, gutartige Vergrößerungen der Lymphknoten bei Infektionskrankheiten sind Ausdruck ihrer Abwehrtätigkeit. Maligne Lymphome sind bösartige Tumore des Lymphsystems und entstehen durch eine ungebremste monoklonale Vermehrung von Lymphozyten (weiße Blutkörperchen). Maligne Lymphome werden in Hodgkin-Lymphome und Non-Hodgkin-Lymphome unterteilt.
  • Oral bedeutet in der Medizin: Aufnahme von Stoffen durch den Mund. Anatomisch bedeutet oral: in Richtung Mund liegend.
  • Die Expression ist die Biosynthese eines Genprodukts (= Umsetzung der genetischen Information in Proteine). Sie erfolgt in der Regel als Transkription von DNA zu mRNA und anschließender Translation von mRNA zu Protein.
  • Das Immunsystem ist das körpereigene Abwehrsystem von Lebewesen, das Gefahren durch Krankheitserreger abwenden soll. Es schützt vor körperfremden Substanzen und vernichtet anormale (entartete) Körperzellen. Dies wird durch ein komplexes Zusammenspiel mehrerer Organe, Zelltypen und chemischer Moleküle vermittelt.
  • T-Lymphozyten oder kurz T-Zellen sind wichtige Zellen der Immunabwehr (weiße Blutkörperchen), die Fremdstoffe (Antigene) erkennen, wenn sie an die Oberfläche anderer Zellen gebunden sind. T-Lymphozyten sind zusammen mit B-Lymphozyten an der erworbenen (adaptiven) Immunantwort beteiligt, d.h. sie reagieren spezifisch auf einen Erreger.
  • Die Pathologie ist ein Teilgebiet der Medizin, das sich mit der Erforschung und Lehre von den Ursachen, der Entstehung, der Verlaufform und der Auswirkungen von krankhaften Symptomen sowie von Missbildungen beschäftigt.
  • Immunogenität ist die Fähigkeit eines Antigens eine Immunanwort im menschlichen Körper hervorzurufen.
  • Als Target (engl.:Ziel) werden Biomoleküle bezeichnet, an die Wirkstoffe binden können. Targets können Rezeptoren, Enzyme oder Ionenkanäle sein. Die Interaktion zwischen Wirkstoff und Target löst eine Wirkstoff-Target-spezifische Reaktion aus. Die Identifikation eines Targets ist für die biomedizinische und pharmazeutische Forschung von großer Bedeutung. Erkenntnisse über spezifische Wechselwirkungen helfen grundlegende molekularbiologische Vorgänge zu verstehen und neue Angriffpunkte für Arzneimittel zu identifizieren.
Prof. Dr. Dr. Henri-Jacques Delecluse, Leiter der Abteilung Pathogenese infektionsbedingter Tumoren (F100) und Direktor der französisch-deutschen Kooperationseinheit Unité Inserm 1074 am Deutschen Krebsforschungszentrum © DKFZ

Es stellte sich heraus, dass fast die gesamte erwachsene Weltbevölkerung (über 90 Prozent) von dem Virus infiziert ist – in den meisten Fällen, ohne etwas davon zu spüren. Nach der Infektion verbleiben die Viren zunächst (und oft dauerhaft) in einer latenten Phase in den B-Lymphozyten des Immunsystems und vermehren sich nur gemeinsam mit ihnen bei deren Zellteilung. Aus der latenten Phase kann das Virus reaktiviert werden und in die lytische, infektiöse Phase übergehen, in der komplette neue Viren entstehen und freigesetzt werden.

Professor Henri-Jacques Delecluse vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg, einer der führenden Forscher von EBV und Krebs, hält jede Infektion mit dem Virus für ein potenzielles Risiko. Er schätzt, dass es für über 200.000 Krebsfälle pro Jahr verantwortlich ist und fordert: „Wir benötigen dringend einen Impfstoff gegen EBV“. Bereits kurz nach der Entdeckung von EBV hatte man über Impfungen diskutiert, mit denen die von dem Virus verursachten Krankheiten bekämpft werden sollten. Trotz jahrzehntelanger Impfstoff-Forschung gibt es aber bis heute keine wirksame vorbeugende Impfung. Die meisten Versuche hatten sich auf das hauptsächliche Glykoprotein der Virushülle (gp350) als Target für die Immunreaktion konzentriert. Das bedeutet, dass freie Viruspartikel im Körper vorhanden sein mussten, gegen die sich die Immunantwort richten konnte. Gegen eine spätere EBV-Infektion boten solche Impfstoffe keinen Schutz. Andere Impfversuche, die sich gegen einzelne Proteine richteten, die in der lytischen oder latenten Phase exprimiert werden, waren ebenfalls erfolglos.

Testsysteme für eine neue Impfstrategie

Delecluse verfolgt mit seinem Team – in Kooperation mit Josef Mautner vom Helmholtz-Zentrum München – eine neue Impfstrategie, die sich an dem komplexen Lebenszyklus der Herpesviren orientiert. Wenn man die vielen Antigene betrachtet, die von EBV im Verlauf dieses Zyklus exprimiert werden (für die Primärinfektion, die Latenzphasen und die Reaktivierung sind das jeweils unterschiedliche Sätze von Genprodukten), kann es auch nicht überraschen, dass in gesunden Individuen eine EBV-Infektion durch Immunantworten kontrolliert wird, die sich gegen eine ganze Reihe lytischer und latenter Proteine richten – und diese Immunreaktionen erfolgen sowohl auf humoraler (Antikörperproduktion durch B-Lymphozyten) als auch auf zellulärer Ebene (durch T-Lymphozyten). Als Grundlage nahmen die Wissenschaftler virusähnliche Partikel („virus-like particles“, VLPs), wie sie früher schon zur Impfstoffentwicklung benutzt worden waren. Diese VLPs sind frei von DNA und daher nicht infektiös; sie enthalten mehrere Dutzend Proteine der lytischen Phase, aber keine Proteine der latenten Phase. Die Forscher konstruierten nun Fusionsproteine, die aus immunogenen Fragmenten latenter Proteine sowie dem vorherrschenden Protein des Virus-Teguments, BNRF1, bestanden. Diese Komponente bewirkte, dass die Fusionsproteine in das Tegument der VLPs inseriert wurden. Außerdem wurde aus den modifizierten VLPs noch ein hemmendes Glykoprotein der Virusmembran entfernt.

Künstlerische Darstellung von Epstein-Barr-Viren in Blutgefäßen. © Adobe Stock / DKFZ

Die Wirksamkeit ihres Impfstoff-Prototyps aus VLPs mit einem derart vergrößerten Antigenspektrum von Komponenten der lytischen und der latenten Phase wurde sowohl in isolierten Zellsystemen („ex vivo“) als auch in lebenden Tieren geprüft. Die Forscher zeigten, dass EBV-spezifische T-Lymphozyten, die lytische oder latente Proteine erkennen konnten, von den modifizierten VLPs stimuliert wurden. Darüber hinaus bewirkten die VLPs eine „ex vivo“-Expansion (d.h. klonale Zellteilung) von EBV-spezifischen cytolytischen T-Lymphozyten (früher als „Killer“-Zellen bezeichnet) und verhinderten, dass mit EBV infizierte B-Lymphozyten sich vermehren konnten. Für die Tierversuche wurde ein „humanisiertes Mausmodell (transgene Mäuse mit einem Immunsystem, das weitgehend mit dem des Menschen identisch ist) verwendet. Die Tiere entwickelten eine T-Zell-spezifische Immunantwort gegen die modifizierten VLPs und waren gegen eine EBV-Infektion geschützt.

„Wir haben bewiesen, dass dieser Ansatz für die Entwicklung eines Impfstoffs gegen EBV prinzipiell funktioniert“, sagte Henri-Jacques Delecluse: „Als nächstes geht es darum, diesen Prototyp einer EBV-Schutzimpfung weiterzuentwickeln und Schritt für Schritt für den Einsatz im Menschen zu testen.“

Literatur:

van Zyl DG, Tsai M-H, Shumilov A, Schneidt V, Poirey R, Schlehe B, Fluhr H, Mautner J, Delecluse H-J (2018): Immunogenic particles with a broad antigenic spectrum stimulate cytolytic T cells and offer increased protection against EBV infection ex vivo and in mice. PLOS Pathogens 2018, DOI 10.1371/journal.ppat.1007464

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/schutzimpfung-gegen-onkogene-epstein-barr-viren/