VIH : stratégies vaccinales innovantes

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

Nécessité de développer de nouvelles stratégies de prévention Projection en Afrique subsaharienne d ici à 2020 ( Salomon JA et al, PLoS Medicine, 2005)

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 Nombre de personnes infectées par le VIH (Millions) 40 30 20 10 Premier cas d infection USA Premier isolement du virus F Barré-Sinoussi 1983 Programme SIDA OMS Approbation du Traitement Par l AZT 1980 1985 1990 1995 2001 Années Prévention Mère / enfant AZT Trithérapie Premier essai De vaccination Phase III: Pas de protection

Le VIH infecte les cellules du système immunitaire VIH INFLAMMATION ICAM-1 VCAM-1 ELAM-1 IL-1 IL-6 TNF- IFN- IFN- MIP-1 MIP-1 IL-10 ICAM-1 MHC-I MHC-II IL-4 IL-10 IL-1 TNF- IL-6 TNF- Macrophage/DC IL-1 TNF- IFN- IL-6 IL-2 TNF- IFN- IFN- IFN- CD4+ T T IL-4 IL-1 IFN- IL-2 CD4+ IFN- IL-3 IL-4IL-5 IL-10 IL-6 IL-10 IL-4 IL-12 IFN- B IFN- IL-1 IL-6 T CD8+ MIP-1 MIP-1 CTL IL-2 IFN- RANTES IL-16

Cycle de réplication du VIH et cibles des antiviraux VIH CD4 Inhibiteurs d attachement Inhibiteurs de fusion T20 Inhibiteurs des co-récepteurs CCR5 CXCR4 RNA DNA / cdna RNA PIC Inhibiteurs de la transcription inverse NRTI: AZT NNRTI: Névirapine Inhibiteurs de l intégrase mrna Inhibiteurs de la Protéase virale: Indinavir/ritonavir

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 3x10 10 or 1x10 11 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

STEP: Test du Concept 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 à 45 ans, environ 2/3 hommes homosexuels, 1/3 femmes Deux bras: Merck Protocol 023/HVTN 502 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 trial: vaccine induced enhancement of infection

Stratégies de vaccination antivirale: choix du vecteur Vaccins "classiques" Sans Acides Nucléiques Recombinants avec Acides Nucléiques Virus Inactivé Vivant atténué Vivant apparenté non patho. Protéines Nanoparticules Protéines ---Gly-Arg-Gly-Ala-Asp-Ser--- Peptides ADN NH2-IRIQRGPGRAFVTIG-CO-NH-CH-CO-NH2 Lipopeptides Bactérie VLP

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 Auxo GTU-MultiHIV B plasmid B_MG paradmg-b 6000 8000 intron 8803 bps 4000 tkpa 2000 RSV LTR E2(dE3,dE4) bgh pa Encodes the bovin papillomavirus E2 protein CMV-tk arad 10E2BS pucori DNA 1 DNA 2 DNA 3 0 4 12 1 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 Weeks

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 Optimal conditions for macaque skin Intra-dermal injection of plasmid encoding egfp and Luciferase Test of 4 parameters for electroporation 300-600 ma output current 6 pulses 10 ms/pulse 90 ms interval

Cumulative T cell responses to all four HIV antigens 4000 Controls MultiHIV MultiHIV EP IFN- SFC/million PBMC 3000 2000 1000 0 0 13 26 39 52 65 78 91 104 153 Weeks

Mechanisms of vaccine induced cell-mediated long term memory Vaccine induced anti-gag responses Comparison of priming with different vectors 2500 IFN- SFC/million PBMC 2000 1500 1000 500 0 0 50 100 150 Day after the first injection Median (n=4 to 6 macaques) MultiHIV MultiHIV EP MultiHIV Biojector MVA-Gag PLA-p24

General organisation of macaque skin Epidermis Dermis HES staining Hypodermis Muscle

Immune cells in the skin (Adapted from Shattock et al., 2004) (From Banchereau et al., 2005)

Dendritic cells in macaque skin Langerhans cells: CD207 LC: CD207 / MHC II LC: CD207 / CD1a Dermal DC(CD209) / LC(CD1a) Dermal DC: CD209 / MHC II

HIV p24 expression after DNA intradermal injection (24h) p24 + MHC II p24 + CD1a Non EP EP EP increase p24 expression in epidermis after MultiHIV DNA intradermal injection

HIV p24 expression in epidermis MultiHIV i.d. + EP p24 + CD1a

Vaccination et contrôle des infections virales Infections spontanément résolutives: Les anticorps neutralisants protègent Individu non vacciné Individu vacciné Réponse immune Naturelle Réponse immune Vaccinale Charge virale Infections chroniques: Nécessité d une réponse cellulaire T cytotoxique? Seuil de transmission? LT4 Seuil de transmission?

Neutralizing antibodies & protection of SHIV vaginal transmission 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) From Burton et al, Nat Immunol, 2004, 5, 233

Skin dendritic cells Interstitial DC B cells and Tfh priming HUMORAL IMMUNITY Langerhans DC CD4 + and CD8 + T cell priming CELLULAR IMMUNITY Activation of memory T and B cells Klechevsky et al. (2008): Immunity

Expression of DC-lectins in subsets of DCs Dermal DCs Dermal/ Epidermal DCs Langerhans cells LOX-1 mdcs DC-ASGPR CLEC-6 mdcs & pdcs DECTIN-1 mdcs & pdcs DCIR Langerin? LDL Receptor HSP70 (TNF I T A M Immature DCs? Homology with LOX-1 I T A M Zymosan Synergy with TLR2 & TLR6 (TNF & IL-10) I T I M P P P : CRD or CRD-like domain Baylor Institute for Immunology Research Support of Baylor Research Institute : Tyrosine-based motif for targeting to coated pits and internalization

LOX-1 1 and DC-ASGPR are mainly expressed in dermal cells Anti-LOX-1 Anti-DC-ASGPR Anti-HLA-DR x40 Isotype control Ig x40 x40 x40

Ciblage des antigènes du virus de la grippe (Adapted from Shattock et al., 2004) Anti-langerine-HA x100 HA1/HA5 Flu Anti-langerine-HA + Anti-CD1a Ag Human IgG4 Fc Mouse Fab Baylor Institute for Immunology Research Support of Baylor Research Institute

Bases fondamentales de la vaccination NH2-IRIQRGPGRAFVTIG-CO-NH-CH-CO-NH2 Lipopeptides Nanoparticules Pertinent animal model Méthodes d injection Vaccine biodistribution & Antigen persistence In vivo Imaging 2500 2000 Protéines de fusion 1500 1000 500 25.2 3.86 29.1 0 0 50 100 150 200 250 MVA Immunité Biopsies Réponse locale 70.6 0.35 spécifique ADN 25.2 3.86 29.1 ARNm et DC Nouveaux vecteurs Expression Des gènes 70.6 0.35 Immunité Acteurs spécifique Cellulaires Ciblage Des antigènes

L Institut des Maladies Emergentes et des Thérapies Innovantes dans le centre MIRCen Imagerie multimodale et recherche préclinique SPECT (ToHR) TEP Installations L2/L3 IRM Animaleries A2/A3

Division Division of of Immuno-Virology, Immuno-Virology, imeti imeti Julie Julie Morin Morin Patricia Patricia Brochard Brochard Benoît Benoît Delache Delache Naya Naya Sylla Sylla Sabastien SabastienLanglois Aurélien Aurélien Corniau Corniau Claire Claire Torres Torres Sophie Sophie Even Even Gabrielle Gabrielle Romain Romain Slobodan Slobodan Culina Culina Isabelle Isabelle Mangeot Mangeot Nathalie Nathalie Derreuddre-Bosquet Derreuddre-Bosquet Frédéric Frédéric Martinon Martinon Roger Roger Le Le Grand Grand MIRCEN MIRCEN Elodie Elodie Bouchoux Bouchoux Christophe Christophe Joubert Joubert I 2 I 2 BM BM Raphaël Raphaël Boisgard Boisgard Bertrand Bertrand Tavitian Tavitian FIT FIT Biotech, Biotech, Tampere, Tampere, Finland Finland Mari Mari Tuomela Tuomela Ioana Ioana Stanescu Stanescu FIT FIT Biotech, Biotech, Tartu, Tartu, Estonia Estonia Katrin Katrin Kaldma Kaldma Rein Rein Sikut Sikut Mart Mart Ustav Ustav Gerard Gerard Zurawski Zurawski Sandy Sandy Zurawski Zurawski Sangkon Sangkon Oh Oh Damien Damien Chaussabel Chaussabel Jacques Jacques Banchereau Banchereau

Le Virus de l Immunodéficience humaine