VIH : stratégies vaccinales innovantes
Roger LE GRAND
Institut des maladies émergentes et des thérapies innovantes
(iMETI)
Direction des sciences du vivant du CEA
Adultes et enfants vivant avec le VIH
Estimations en 2007
Total: 33,2 (30,6–36,1) millions
Impact du SIDA sur les populations africaines
Projection en Afrique subsaharienne d’ici à 2020
( Salomon JA et al, PLoS Medicine, 2005)
Nécessité de développer de nouvelles stratégies de prévention
Prévention de la transmission du VIH
• Rapports sexuels protégés
• Prophylaxie post-exposition au virus par les antiviraux
• Microbicides vaginaux ou rectaux
• La vaccination
Plus de 25 années d’infection par le VIH
Années
Nom
bre
de p
erso
nnes
infe
ctée
s pa
r le
VIH
(Mill
ions
)
1980 20011990 19951985
40
20
10
30
Premier cas d’infection
USA
Premier isolement du virusF Barré-Sinoussi
1983
Programme SIDAOMS
Approbation duTraitementPar l’AZT
Prévention Mère / enfant
AZT
Trithérapie
Premier essaiDe vaccination
Phase III:Pas de protection
Le VIH infecte les cellules du système immunitaire
Macrophage
IL-2TNF-
CD8+T
CD4+
T
BCD4+T
IFN-
IL-4IL-10
IFN-
IL-4IL-10
IFN-
IL-3IL-4IL-5IL-10
VIH
INFLAMMATION
IL-1IL-6
TNF-
IL-10
IL-1
IL-4
IL-2
IL-1
CTLIL-1
ICAM-1
IL-1
TNF-
TNF-
TNF-
MHC-IIMHC-I
ICAM-1 VCAM-1 ELAM-1
IL-6
IL-6
IL-6IL-6
IL-12 IFN-
IFN-IFN-
IFN-IFN-
IFN-IFN- MIP-1
RANTESIL-16
MIP-1
MIP-1MIP-1 IFN-
IL-2
Macrophage/DC
Cycle de réplication du VIH et cibles des antiviraux
cDNADNA / RNA
RNA
PIC
mRNA
VIH
CD4
CCR5CXCR4
Inhibiteurs d’attachement
Inhibiteurs de fusionT20
Inhibiteurs de la transcription inverse
NRTI: AZTNNRTI: Névirapine
Inhibiteurs de la Protéase virale:
Indinavir/ritonavir
Inhibiteurs des co-récepteurs
Inhibiteurs de l’intégrase
Diversité et variabilité du VIH-1 au sein d’un individu(Troyer et al, 2005)
Analyse phylogénétique env C2V3
Diversité et variabilité du VIH-1
Diversité et variabilité du VIH: la recombinaison(Lal et al, 2005)
Répartition à travers le monde des sous-types du VIH-1
D’après Los Alamos HIV Sequence Database (www.hiv.lanl.org)
Essais de vaccination contre le VIH
• Essais chez l’animal (primates non humains)– Plus de 300 essais d’immunogénicité/efficacité
• En développement chez l’homme:– Environ 10 candidats vaccins
• Phase I/IIa et IIb:– Plus de 40 essais en cours dont STEP
• Phase III:– Un essai terminé: AIDSVAX
• (Vaxgene)• 5000 volontaires (USA, Europe)
– Un essai en cours: vCP1552 et gp120 • (Sanofi Pasteur, Walter Reed)• 15 000 volontaires en Thaïlande
Neutralizing antibody based-vaccine: AIDSVAX
MRKAd5 Trivalent Vaccine: T-cell based vaccine
Longevity of Induced Cellular Immunityof MRKAd5 Trivalent Vaccine
Subjects Receiving 3x1010 or 1x1011 vp/d
HIV vaccine confirmatory trial
• Design assumptions:– Event rates in control group (annualized)
• HIV seroincidence = 2%• Progression to ART initiation trigger* = 12%• Progression from ART initiation to ADE/Death** = 4%
– Trial size• N = 25,000-50,000• Note: 4.8 years to enroll ( at rate of 100/week)
• Timeline for definitive efficacy results– Precise characterization of VES ~4-5 years (eg distinguish VES 40% vs 30%)– Precise characterization of impact on ART initiation ~8 years (eg, 25%
reduction in median time to ART initiation)– Final primary efficacy analysis of ADE endpoint ~11-13 years
• Timeline for safety results– Acute safety profile based on 12,500 vaccines ~5.5 years– Powered to detect serious safety events at absolute rates of 3/10,000 or
greater– Controlled nature of safety database allows rigorous separation of
“background” from vaccine-induced events
Phase IIb, test-of-concept (TOC), vaccin Merck V520
Co-sponsors : Merck, NIAID (NIH)
Muticentrique, double aveugle, randomisé, contre placebo
n= 3000 volontaires sains à risque élevé d’infection par le VIH âgés de 18 à45 ans, environ 2/3 hommes homosexuels, 1/3 femmes
Deux bras:
1500 volontaires: Ad 5 titres <200
1500 volontaires: Ad 5 titres >200
Sites : USA, Amérique du Sud, Caraïbes, Australie
Inclusions : Décembre 2004 - Mars 2007
Schéma d’immunisation : 3 injections (prime/boost homologue)
2 end-points primaires :
prévention de l’infection
diminution de la CPp chez les individus infectés
STEP: Test du ConceptMerck Protocol 023/HVTN 502
STEP trial: vaccine induced enhancement of infection
Stratégies de vaccination antivirale: choix du vecteur
Virus
ADN
Bactérie
Recombinants avecRecombinants avecAcides NuclAcides Nuclééiquesiques
Protéines
---Gly-Arg-Gly-Ala-Asp-Ser---
Peptides
NanoparticulesProtéines
NH2-IRIQRGPGRAFVTIG-CO-NH-CH-CO-NH2
Lipopeptides
VLP
SansSansAcides NuclAcides Nuclééiquesiques
Vivantatténué
Inactivé Vivantapparenténon patho.
Vaccins "classiques"Vaccins "classiques"
Feature of the DNA vaccine• Contains HIV genes :
– rev– nef– tat– gag (p17 + p24 codon optimized)– (Stretch of known human CTL
epitopes)
• Encodes a fusion protein corresponding to consensus sequences from clade B
• Encodes the bovin papillomavirus E2 protein
DNA 1 DNA 2 DNA 3
Weeks0 4 121 mg DNA per vaccination and per animal split in 10 injection sites in the back skin, on the basis of 100 µl at 1 mg/ml per injection site
Auxo GTU-MultiHIV B plasmid
paraDMG-B8803 bps
2000
4000
6000
8000
introntkpA
RSV LTR
E2(dE3,dE4)
bgh pA
pUCoriaraD
10E2BSCMV-tk
B_MG
E2 avoids plasmid loss in transfected cells
Plasmid loss assay demonstrating the segregation/partitioning function of the GTU® vector. (A) Schematic maps of the CMV and GTU plasmids expressing the destabilized form of the EGFP (d1EGFP). (B) Changes in number of the d1EGFP-expressing cells in the Jurkat cell line transfected with 1µg of the GTU-d1EGFP vector or with an equimolar amount of the CMV-d1EGFP plasmid.
Persistence of vaccine DNA expression in skin cells
Electroporation at the injection site
Intra-dermal injection of plasmid encoding eGFP and Luciferase
Test of 4 parameters for electroporation
Optimal conditions for macaque skin
300-600 mA output current6 pulses10 ms/pulse90 ms interval
Cumulative T cell responses to all four HIV antigens
Weeks
13 26 39 65 78 91 1530 52 104
IFN
- S
FC/m
illio
n P
BM
C
0
1000
2000
3000
4000 Controls MultiHIV MultiHIV EP
Mechanisms of vaccine induced cell-mediated long term memory
IFN
-SF
C/m
illio
n PB
MC
Day after the first injection
0
500
1000
1500
2000
2500
0 50 100 150
MultiHIVMultiHIV EPMultiHIV Biojector
MVA-GagPLA-p24
Median(n=4 to 6 macaques)
Vaccine induced anti-Gag responsesComparison of priming with different vectors
General organisation of macaque skin
HES staining
Epidermis
Dermis
Hypodermis
Muscle
(From Banchereau et al., 2005)(Adapted from Shattock et al., 2004)
Immune cells in the skin
Dendritic cells in macaque skin
Dermal DC(CD209CD209) / LC(CD1aCD1a) Dermal DC: CD209 CD209 / MHC IIMHC II
Langerhans cells: CD207CD207 LC: CD207CD207 / MHC IIMHC II LC: CD207CD207 / CD1aCD1a
Non EP
p24p24 + CD1aCD1a
EP
p24p24 + MHC IIMHC IIHIV p24 expression after DNA intradermal injection (24h)
• EP increase p24 expression in epidermis after MultiHIV DNA intradermal injection
HIV p24 expression in epidermis
MultiHIVMultiHIV i.d. + EPi.d. + EP
p24p24 + CD1aCD1a
Vaccination et contrôle des infections virales
Infections spontanément résolutives: Les anticorps neutralisants protègent
Charge virale
Réponse immuneNaturelle
Réponse immuneVaccinale
Individu non vacciné Individu vacciné
Infections chroniques: Nécessité d’une réponse cellulaire T cytotoxique?
LT4Seuil de transmission? Seuil de transmission?
Neutralizing antibodies & protection of SHIV vaginal transmission
From Burton et al, Nat Immunol, 2004, 5, 233
2G12: IgG1 recognizing an conformational glycosylation-dependant epitope overlapping the CD4 binding site of gp120 (C3-V4 region)
2F5: IgG1 recognizing the conserved ELDKWA sequence of membrane proximal external region (MPER) of gp41
4E10: IgG1 recognizing the conserved NWFDITNWLWYIK sequence of MPER of gp41
Only a combination of NAb allows cross-clade neutralization of HIV-1 isolates in vitro (Binley, J Virol, 2004, 78, 13232)
Interstitial DCInterstitial DCB cells and B cells and Tfh primingTfh priming
HUMORAL IMMUNITYHUMORAL IMMUNITY
Langerhans DCLangerhans DCCD4CD4++ and CD8and CD8++T cell primingT cell priming
CELLULAR IMMUNITYCELLULAR IMMUNITY
Activation of memory T and B cellsActivation of memory T and B cells
Klechevsky et al. (2008): Immunity
Skin dendritic cells
Dermal DCsDermal/
Epidermal DCsLangerhans
cells
CLEC-6DC-ASGPR DECTIN-1
: Tyrosine-based motif for targetingto coated pits and internalization
: CRD or CRD-like domain
LOX-1
?
LDL ReceptorHSP70(TNF
Immature DCs
Homologywith LOX-1
?ITAM
ZymosanSynergy with TLR2 & TLR6
(TNF & IL-10)
PPP
Langerin
ITIM
DCIR
ITAM
mDCs & pDCsmDCs mDCs & pDCs
Baylor Institute for Immunology ResearchBaylor Institute for Immunology ResearchSupport of Baylor Research InstituteSupport of Baylor Research InstituteBaylor Institute for Immunology ResearchBaylor Institute for Immunology ResearchSupport of Baylor Research InstituteSupport of Baylor Research Institute
Expression of DC-lectins in subsets of DCs
Anti-LOX-1 Anti-DC-ASGPR
Isotype control IgAnti-HLA-DRx40
LOXLOX--1 and DC1 and DC--ASGPR are mainly expressed in ASGPR are mainly expressed in dermal cellsdermal cells
x40
x40 x40
Ciblage des antigènes du virus de la grippe
(Adapted from Shattock et al., 2004)
AgAg HumanHumanIgG4 IgG4 FcFc
MouseMouseFabFab
HA1/HA5Flu
Baylor Institute for Immunology ResearchBaylor Institute for Immunology ResearchSupport of Baylor Research InstituteSupport of Baylor Research InstituteBaylor Institute for Immunology ResearchBaylor Institute for Immunology ResearchSupport of Baylor Research InstituteSupport of Baylor Research Institute
x100
Anti-langerine-HA
Anti-langerine-HA+
Anti-CD1a
Bases fondamentales de la vaccination
Méthodes d’injection
BiopsiesRéponse locale
Vaccinebiodistribution
& Antigenpersistence
In vivo Imaging
Pertinentanimalmodel
Immunité
spécifique
0
500
1000
1500
2000
2500
0 50 100 150 200 2500
500
1000
1500
2000
2500
0 50 100 150 200 25029.1
25.2 3.86
0.3570.6
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
Acteurs
Cellulaires
Expression
Des gènes
Ciblage
Des antigènes
Immunité
spécifique
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
29.1
25.2 3.86
0.3570.6
Nouveaux vecteurs
ADN
MVA
Nanoparticules
NH2-IRIQRGPGRAFVTIG-CO-NH-CH-CO-NH2
Lipopeptides
Protéines de fusion
ARNmet DC
L’Institut des Maladies Emergentes et des Thérapies Innovantes dans le centre MIRCen
Animaleries A2/A3
SPECT(ToHR)
IRM
TEPInstallations L2/L3
Imagerie multimodale et recherche préclinique
Division of Immuno-Virology, iMETIJulie Morin
Patricia BrochardBenoît Delache
Naya SyllaSabastien LangloisAurélien Corniau
Claire TorresSophie Even
Gabrielle RomainSlobodan CulinaIsabelle Mangeot
Nathalie Derreuddre-BosquetFrédéric MartinonRoger Le Grand
MIRCENElodie Bouchoux
Christophe Joubert
I2BMRaphaël BoisgardBertrand Tavitian
Division of Immuno-Virology, iMETIJulie Morin
Patricia BrochardBenoît Delache
Naya SyllaSabastien LangloisAurélien Corniau
Claire TorresSophie Even
Gabrielle RomainSlobodan CulinaIsabelle Mangeot
Nathalie Derreuddre-BosquetFrédéric MartinonRoger Le Grand
MIRCENElodie Bouchoux
Christophe Joubert
I2BMRaphaël BoisgardBertrand Tavitian
FIT Biotech, Tampere, FinlandMari Tuomela
Ioana Stanescu
FIT Biotech, Tartu, EstoniaKatrin Kaldma
Rein SikutMart Ustav
FIT Biotech, Tampere, FinlandMari Tuomela
Ioana Stanescu
FIT Biotech, Tartu, EstoniaKatrin Kaldma
Rein SikutMart Ustav
Gerard ZurawskiSandy Zurawski
Sangkon OhDamien ChaussabelJacques Banchereau
Gerard ZurawskiSandy Zurawski
Sangkon OhDamien ChaussabelJacques Banchereau
Le Virus de l’Immunodéficience humaine