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