Universität zu Köln

Ehrhardt, Stefanie A. (2022). Investigating the Antibody Immune Response to Ebola Virus Vaccination in Humans. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

As the most advanced Ebola virus vaccine candidate, recombinant vesicular stomatitis virus–Zaire Ebola virus (rVSV-ZEBOV) has been used under compassionate use to combat two Ebola virus disease (EVD) outbreaks. Before licensing, more than 350,000 individuals at risk had been administered the vaccination until 2020. Importantly, a detailed molecular analysis of the vaccine-induced humoral immunity was not available. In this thesis, the B cell and antibody immune response is elucidated in an unprecedented depth in a cohort of human volunteers that were enrolled in a phase 1 rVSV-ZEBOV vaccination trial. Sera of all vaccinees and across different vaccination doses showed higher reactivity compared to non-vaccinated individuals. Advanced and comprehensive single B cell sorts and sequence analyses further revealed that all individuals exhibited polyclonal B cell responses with numerous specific B cells. Albeit the response was diverse, it was highly reproducible and amongst vaccinees, convergent B cell responses were observed with B cell clones that shared sequence characteristics to a remarkable degree. Moreover, in all vaccinated subjects, convergent antibodies were identified that combined heavy chains with IGHV3-15 with lambda light chains comprising IGLV1-40, arguing for an eminent yet previously unnoticed role of this group of antibodies in the defense against Ebola viruses. Detailed epitope mapping showed that vaccination induced B cell responses against all domains of EBOV GP. Moreover, vaccination-induced antibodies had overlapping target epitopes with antibodies isolated from EVD survivors, which was shown by competition for EBOV GP epitopes and electron microscopy structure analyses suggesting that vaccination authentically triggers B cell immunity. Importantly, EBOV GP-specific antibodies also cross-reacted with other Filovirus species, which might indicate positive effects on antibody-mediated immunity against other Filoviruses. Moreover, in all vaccinees, we detected highly potent EBOV-neutralizing antibodies including antibodies combining the IGHV3–15/IGLV1–40 immunoglobulin gene segments. Some of them exerted EBOV-neutralizing activities comparable or even superior to previously reported monoclonal antibodies such as the survivor-derived mAb114, which has recently been licensed as EVD therapy. These findings provide the first comprehensive analysis of the rVSV-ZEBOV-induced B cell response and will help to evaluate and direct current and future means against EVD and potentially other viral diseases.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Als fortschrittlichster Impfstoffkandidat gegen das Ebola Virus wurde rVSV-ZEBOV (rekombinantes vesikuläre Stomatitis-Virus mit Zaire Ebola Virus Glykoprotein) bereits vor der Zulassung außerordentlich eingesetzt, um zwei Ausbrüche der Ebola-Virus-Krankheit (engl.: Ebola virus disease EVD) zu bekämpfen. So erhielten bis 2020 mehr als 350.000 gefährdete Personen den experimentellen Impfstoff. Zu diesem Zeitpunkt gab es jedoch keine detaillierte, molekulare Analyse der Impfstoff induzierten humoralen Immunität. In dieser Arbeit sollte daher die Immunantwort von B-Zellen und Antikörpern in einer Kohorte Freiwilliger untersucht werden, die an einer Phase-1 Studie für das rVSV-ZEBOV Vakzin teilgenommen hatten. Unabhängig von der Impfstoffdosis zeigten die Seren aller Geimpften im Vergleich zu nicht geimpften Personen eine höhere Reaktivität gegen das Ebolavirus Glykoprotein. Spezifische B-Zellisolationen auf Einzelzellebene und nachfolgende umfangreiche Sequenzanalysen zeigten ferner, dass alle Individuen polyklonale B-Zell-Antworten mit zahlreichen Ebola virus Glykoprotein-spezifischen B-Zellen ausbildeten. Die Vakzinierung führte zur Expansion unterschiedlicher B-Zellen innerhalb einzelner Individuen, war jedoch hoch reproduzierbar im Vergleich zwischen verschiedenen Individuen. In unterschiedlichen Probanden wurden konvergente B-Zell-Reaktionen und B-Zell-Klone beobachtet, die Sequenzmerkmale in bemerkenswertem Maße teilten. Darüber hinaus wurden bei allen geimpften Probanden konvergente Antikörper identifiziert, die schwere Ketten mit Gensegment IGHV3-15 und leichten Lambda-Ketten des Gensegments IGLV1-40 kombinierten. Die herausragende Rolle einer bestimmten Gruppe von Antikörpern bei der Abwehr von Ebola Viren war bisher unbekannt. Die detaillierte Analyse der Zielepitope zeigte, dass die Impfung spezifische Antikörper gegen alle Domänen des EBOV GP induzierte. Darüber stimmten die Zielepitope der durch Impfung induzierten Antikörper teilweise oder in Gänze mit denen in EVD-Überlebenden überein, was durch die kompetitive Bindungsexperimente um EBOV-GP-Epitope sowie elektronenmikroskopische Strukturanalysen gezeigt wurde. Es konnte demnach gezeigt werden, dass die B-Zell-Antwort nach rVSV-ZEBOV Impfung und natürlicher Infektion vergleichbar sind. Darüber hinaus, waren EBOV GP-spezifische Antikörper auch mit Glykoproteinen anderer Filoviren kreuzreaktiv, weshalb eine Impfung mit rVSV-ZEBOV möglicherweise einen positiven Einfluss auf die Antikörper-vermittelte Immunität gegen andere Filoviren haben könnte. In allen Probanden konnten wir hochwirksame EBOV-neutralisierende Antikörper nachweisen. Hierzu gehörte auch die verbreitete Gruppe der Antikörper, die die Immunglobulin-Gensegmente IGHV3–15/IGLV1–40 kombinieren. Einige Antikörper neutralisierten bei vergleichbaren oder sogar bei geringeren Mengen als bereits publizierte monoklonale Antikörper wie mAb114, der aus einem Überlebenden isoliert und kürzlich als EVD-Therapie zugelassen wurde. Diese Ergebnisse liefern die erste umfassende Analyse der rVSV-ZEBOV-induzierten B-Zell-Antwort und werden dazu beitragen, aktuelle und zukünftige Therapien und Vakzine gegen EVD und potenziell andere Viruserkrankungen zu bewerten und zu optimieren. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Ehrhardt, Stefanie A. steffiaehrhardt@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-612734
Date:	2022
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Medicine > Virologie > Institut für Virologie
Subjects:	Life sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Antibody English Ebola English Virus English Vaccination English Immune Response English
Date of oral exam:	28 March 2022
Referee:	Name Academic Title Klein, Florian Prof. Nothnagel, Michael Prof.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/61273