Immunogenicity of a mRNA-based vaccine encoding the House Dust Mite allergen Derp1
Een vaccin tegen huisstofmijtallergie
Allergie, het is haast niet weg te denken uit onze Westerse wereld. Wie heeft geen vriend, broer, moeder of neef die allergisch is? Hangen de eerste pollen in de lucht, dan worden de zakdoeken boven gehaald. Maar mensen allergisch aan huisstofmijt snotteren en niezen het hele jaar door. Zou het niet interessant zijn een vaccin te vinden om hen te helpen?
Inleiding
Allergieën komen steeds vaker voor: in Europa heeft 25 % van de bevolking last van allergische rhinitis. Een onevenwicht in de cellen van het immuunsysteem draagt hiertoe bij. T-cellen zijn immuuncellen die bijdragen tot het vernietigen van indringers als bacteriën of virussen, maar ze dragen ook hun steentje bij in de ontwikkeling van allergieën. Een deelgroep van deze cellen zijn de T-helper cellen, die weer ingedeeld kunnen worden in T helper 1 (Th1) en T helper 2 cellen (Th2). Hoe meer Th1 cellen een persoon heeft, hoe minder Th2 en omgekeerd (zie Figuur 1). Elke deelgroep scheidt andere stoffen uit, die leiden tot allergische of anti-microbiële acties van het immuunsysteem. In allergische patiënten is er een overwicht aan Th2 cellen. Volgens de ‘Hygiëne hypothese’ heeft een kind dat op jonge leeftijd voldoende blootgesteld wordt aan microben minder kans op het ontwikkelen van allergieën. Dit zou er immers voor zorgen dat het aandeel Th1-cellen groter wordt, waardoor dat aan Th2 cellen kleiner. Daarom doelden wij met ons vaccin op het versterken van de Th1-respons en zodus verzwakken van de Th2 respons en de allergie.
De W.H.O. definieert een vaccin als “Een biologisch preparaat dat immuniteit in een specifieke ziekte verbetert. Het vaccin bevat een agens dat lijkt op het ziekteverwekkend micro-organisme, en wordt vaak gemaakt van verzwakte of gedode vormen van de microbe, zijn toxines of een van zijn oppervlakte-eiwitten. Het agens stimuleert het immuunsysteem om het als vreemd te herkennen, te vernietigen en zich te ‘herinneren’, opdat het immuunsysteem dit makkelijker kan doen bij later hercontact met dit micro-organisme.”
Wij kozen er echter voor om met een vaccin te werken bestaande uit messenger-RNA (mRNA). Dit is een afgeleide van DNA, dat ervoor zorgt dat genen vanuit het DNA omgezet kunnen worden tot eiwitten (zie Figuur 2). Een mRNA vaccin kan je dus laten coderen voor elk gewenste eiwit. Wij kozen ervoor om dit mRNA te laten coderen voor het Derp1 eiwit, een eiwit van de huisstofmijt. Bovendien voegden we een mRNA mix toe die het immuunsysteem een extra boost geeft (TriMix), alsook mRNA coderend voor Luciferine opdat beeldvorming op de proefmuisjes mogelijk werd. Dit vaccin werd vervolgens geïnjecteerd in lymfeklieren van muizen. In de lymfeklier zitten alle immuuncellen immers verzameld, waardoor het vaccin dus rechtstreeks bij zijn doelwitcellen werd geïnjecteerd.
Het onderzoek
Om dit te onderzoeken werden acht muizen driemaal in de lymfeklier (intranodaal) geïnjecteerd met het mRNA, met een interval van 10 dagen. 24 uur na elke injectie werd met bioluminescentie beeldvorming nagekeken of de injectie wel degelijk intranodaal was (Zie figuur 3). Bloedstalen werden afgenomen via de staart 5 en 9 dagen na de laatste vaccinatie. Negen dagen na de laatste immunizatie werden de muisjes geëuthanasieerd en werd de milt verwijderd, om hieruit de immuuncellen te isoleren.
Deze cellen secreteren stoffen die de immuunrespons sturen, cytokines genaamd. Th1-cellen secreteren interferon-gamma (IFN-γ), terwijl Th2-cellen vooral interleukine-4 (IL-4) secreteren. De secretie van deze stoffen werd gemeten met verschillende tests (ELISPOT, ELISA). Deze toonden aan dat er IFN-γ productie was door T-cellen specifiek gericht tegen Derp1 in 75 tot 100 % van de muizen. De hoeveelheid gesecreteerd IL-4 was dan weer verwaarloosbaar in alle muisjes. Dit bevestigt dat er door het vaccin een sterkere Th1-respons was en een zwakkere Th2-respons.
Besluit
We kunnen besluiten dat intranodale vaccinatie met een mRNA-vaccin - coderend voor het huisstofmijt eiwit Derp1 - IFN-γ producerende T-cellen gericht tegen dit eiwit induceert. Het vaccin kan dus schijnbaar een Th1-overheerste immuunrespons uitlokken. Of dit vaccin ook degelijk bruikbaar zal zijn in de klinische praktijk, zal afhangen van verder onderzoek.
Bibliografie
1. Galli SJ, Tsai M, Piliponsky AM. The development of allergic inflammation. Nature 2008 July 24; 454: 445-454
2. Abbas & Lichtman: Basic immunology. Elsevier, 2014: Chapter 5: T-cell mediated immunity. And Chapter 11: Hypersensitivity.
3. ARIA (Allergic Rhinitis and its Impact on Asthma), 2008 update. In collaboration with the WHO, GA²LEN and AllerGen.
4. C Williams, S Rahman, C Hubeau, H Ma. Cytokine pathways in allergic disease. Toxicologic pathology 2012; 40: 205 – 215
5. Okada H, Kuhn C, Feillet H, Bach JF. The ‘hygiene hypothesis’ for autoimmune and allergic diseases: an update. Clinical and Experimental Immunology 2010; 160:1-9.
6. Wills-Karp M, Santeliz J, Karp CL. The germless theory of allergic disease: revisiting the hygiene hypothesis. Nature Reviews 2001; 1: 69 – 75.
7. V Bauchau, SR Durham. Prevalence and rate of diagnosis of allergic rhinitis in Europe. Eur Respir J. 2004 Nov; 24(5):758-64.
8. R Weiss, S Scheiblhofer, E Roesler, E Weinberger, J Thalhamer. mRNA vaccination as a safe approach for specific protection from type I allergy. Expert Rev Vaccines 2012; 11 (1): 55 – 67.
9. GW Canonica, SR Durham. Allergen Immunotherapy: A Synopsis. World Allergy Organisation 2004 August. Available from: URL:http://www.worldallergy.org/professional/allergic_diseases_center/immun…
10. JA Boyce, F Finkelman, WT Shearer, D Vercelli. Mechanisms of allergen-specific immunotherapy. J allergy clin immunol 2011 Jan; 127 (1): 18-27
11. CA Akdis. Therapies for allergic inflammation: refining strategies to induce tolerance. Nature medicine 2012 May; 18 (5): 736 – 749 )
12. G Senti, P Johansen, TM Kündig. Intralymphatic immunotherapy. Current Opinion in Allergy and Clinical Immunology 2009; 9: 537-543
13. T Nguyen, T Casale. Immune modulation for treatment of allergic disease. Immunological Reviews 2011; 242: 258 – 271.
14. R Weiss, S Scheiblhofer, J Thalhamer. Allergens are not pathogens: Why immunization against allergy differs from vaccination against infectious diseases. Human Vaccines & Immunotherapeutics 2014; 10:3, 703-707.
15. S Van Lint, C Heirman, K Thielemans, K Breckpot. mRNA: From a chemical blueprint for protein production to an off-the-shelf therapeutic. Human Vaccines & Immunotherapeutics 2013 Feb; 9 (2): 265 – 274
16. C Pollard, S De Koker, X Saelens, G Vanham, J Grooten. Challenges and advances towards the rational design of mRNA vaccines. Trends in Molecular Medicine 2013 Dec; 19 (12): 705 - 713
17. Van Lint S, Goyvaerts C, Maenhout S, et al. Preclinical evaluation of TriMix and antigen mRNA-based antitumor therapy. Cancer Res 2012;72:1661-1671.
18. Kreiter S, Selmi A, Diken M, et al. Intranodal vaccination with naked antigen-encoding RNA elicits potent prophylactic and therapeutic antitumoral immunity. Cancer Res 2010; 70: 9031 – 9040
19. G Senti, BMP Vavricka, I Erdmann, MI Diaz, R Markus, SJ McCormack, JJ Simard, B Wüthrich, R Crameri, N Graf, P Johansen, TM Kündig. Intralymphatic allergen administration renders specific immunotherapy faster and safer: A randomized controlled trial. PNAS 2008 November 18; 105 (46): 17908 – 17912
20. T Hylander, L Latif, U Petersson-Westin, LO Cardell. Intralymphatic allergen-specific immunotherapy: an effective and safe alternative treatment route for pollen-induced allergic rhinitis. J Allergy Clin Immunol 2013 Feb; 131 (2): 412 - 420
21. Benteyn D, Van Nuffel AM, Wilgenhof S, Bonehill A. Single-step antigen loading and maturation of dendritic cells through mRNA electroporation of a tumor-associated antigen and a TriMix of costimulatory molecules. Methods Mol Biol. 2014; 1139: 3-15.
22. Van Meirvenne S, Straetman L, Heirman C, Dullaers M, De Greef C, Van Tendeloo V, Thielemans K. Efficient genetic modification of murine dendritic cells by electroporation with mRNA. Cancer Gene Therapy 2002; 9: 787 – 797
23. Keyaerts M, Verschueren J, Bos TJ, Tchouate-Gainkam LO, Breckpot K, Vanhove C, Caveliers V, Bossuyt A, Lahoutte T. Dynamic bioluminescence imaging for quantitative tumour burden assessment using IV or IP administration of D-luciferin: effect on intensity, time kinetics and repeatability of photon emission
24. De Temmerman ML, Dewitte H, Vandenbroucke RE, Lucas B, Libert C, Demeester J, De Smedt SC, Lentacker I, Rejman J. mRNA-Lipoplex loaded microbubble contrast agents for ultrasound-assisted transfection of dendritic cells. Biomaterials 2011; 32: 9128 – 9135.
25. Wilgenhof S, Van Nuffel AMT, Benteyn D, Corthals J, Aerts C, Heirman C, Van Riet I, Bonehill A. A phase IB study on intravenous synthetic mRNA electroporated dendritic cell immunotherapy in pretreated advanced melanoma patients. Annals of Oncology 2013; 24 (10): 2686 – 2694.
26. Bonehill A, Van Nuffel A, Corthals J, Tuyaerts S, Heirman C, Francois V, Colau D, Van Der Bruggen P, Neyns B, Thielemans K. Single-step antigen loading and activation of dendritic cells by mRNA electroporation for the purpose of therapeutic vaccination in melanoma patients. Clin Cancer Res. 2009; 15 (10): 3366 – 3375.
27. ELISPOT application and advantages. Cellular Technology Ltd. 2007.
28. A Jäger, V Kuchroo. Effector and regulatory T cell subsets in autoimmunity and tissue inflammation. Scand. J Immunol 2010 Sept; 72 (3): 173 – 184.
29. H Kelchtermans, A Billiau, P Matthys. How interferon-γ keeps auto-immune diseases in check. Trends in Immunology 2008; 29 (10): 479 – 486.
