Immune response following vaccination against equine insect bite hypersensitivity

Sumarexem (SE) er endurtekið árstíðarbundið IgE miðlað húðofnæmi með ójafnvægi milli undirhópa T frumna. Ofnæmisvakarnir eru úr munnvatni Culicoides tegunda sem lifa ekki á Íslandi og því er exemið óþekkt hérlendis. Exem og kláði eru helstu einkenni sjúkdómsins og geta valdið sáramyndun og sýkingu í sárum. Tíðni SE er mjög há hjá hestum sem eru fæddir á Íslandi og fluttir út á Culicoides svæði. Þetta er vandamál fyrir hrossaútflutning ásamt því að vera dýravelferðarmál. Ofnæmisvakar sem valda SE hafa verið einangraðir, tjáðir í E. coli og hreinsaðir. Sjúkdómsferillinn hefur verið skilgreindur og tilraunir til að þróa ofnæmisvaka sérhæfða ónæmismeðferð eru í gangi. Ofnæmisvakar tjáðir í E. coli henta illa fyrir sum ónæmispróf sem eru nauðsynleg til að mæla árangur meðferðar. Þar af leiðandi er nauðsynlegt að framleiða ofnæmisvakana í öðru tjáningarkerfi. Skordýrafrumur eru augljósasta valið því ofnæmisvakarnir koma úr skordýrum. Heildarmarkmið rannsóknanna er að þróa fyrirbyggjandi ofnæmisvaka ónæmismeðferð. Tuttugu og sjö hestar voru bólusettir á Íslandi og áskorunartilraun framkvæmd, þ.e. hestarnir fluttir út á Culicoides svæði til þess að athuga hvort bólusetning ver þá gegn exem myndun. Markmið þessarar rannsóknar er tvíþætt: í fyrsta lagi að reyna að besta framleiðslu á hreinsuðum aðal ofnæmisvökum (rCul o 1p, rCul o 2p, rCul o 3, rCul o 5, rCul o 7, rCul o 8, rCul o 9, rCul o 11, rCul n 4) sem eru tjáðir í skordýrafrumum. Í öðru lagi að mæla mótefna og boðefnasvar í bólusettum og óbólusettum kontról hestum gegn Cul o 5, Cul o 8 og Cul o 11. Fjölstofna mótefni framleidd gegn Cul o 5 og Cul o 11 voru prófuð. Þau höfðu háan títer og verða dýrmæt tæki til að vinna með þessum próteinum. Cul o 5 var tjáður í pI-secSUMOstar vektor til að sjá hvort hægt væri að auka leysanleika og stöðugleika rBac-próteinsins. Samanburður á rBac-HBM-Cul o5 og rBac-SUMO-Cul o 5 sýndi ekki grundvallarmun hvorki í styrkleika né stöðugleika. Ákjósanlegasti tímapunkturinn fyrir hirðingu á High-five sýktum frumum með rBac-1-Cul af 8 og rBac-1-Cul o 11 var innan sama tímaramma og aðrir rBac-ofnæmisvakar sem höfðu verið prófaðir í fyrri tilraunum. Fjölgun High-five fruma sýktum með r-Bac vírusum upp í 3-5x106 frumur/mL gaf betri árangur í framleiðslu rBacofnæmisvaka, bæði varðandi notkun ætis og framleiðslutíma. Hægt var að minnka prótein tap í kjölfar himnuskiljunar með því að bæta við arginíni. Allir níu rBac-ofnæmisvakarnir þoldu geymslu við -80°C í eitt ár. Sértæk IgG1, IgG4/7 og IgG5 mótefni fyrir Cul o 5, Cul o 8 og Cul o 11 voru könnuð í sermi frá sex áskorunarhestum fyrir og eftir bólusetningu. Marktæk aukning var í öllum þremur undirflokkunum í kjölfar þriðju bólusetningar, aðallega fyrir IgG1 og IgG4/7 en minna IgG5. Mikil einstaklingsmunur var á milli hestanna sex í mótefnasvörun gagnvart öllum þremur próteinum. Boðaefnasvörun hestanna sex var mæld eftir in vitro örvun á hnattkjarna frumum með ofnæmisvökunum þremur. Þeir seyttu marktækt meira af IL-4, IL-10 og IFN-γ samanborið við óbólusetta kontról hesta. Nokkrir þættir varðandi framleiðslu á endurröðuðum próteinum til þess að mæla ónæmissvörun hesta sem eru í ónæmismeðferð gegn SE voru rannsakaðir. Sex hestar sem voru bólusettir gegn SE mynduðu sterka ónæmissvörun og sýndu mikinn einstaklingsmun. Ofnæmisvakar framleiddir í skordýrafrumum eru vel til þess fallnir að meta ónæmissvör í kjölfar bólusetningar gegn SE.Insect bite hypersensitivity (IBH) is a recurrent seasonal dermatitis, an IgE mediated allergy with an imbalance between TH1, TH2 and TReg. It is an allergic reaction to proteins (allergens) in the saliva of biting midges Culicoides spp. IBH is not found in horses in Iceland since the causative Culicoides spp. cannot be found here. The clinical signs are severe itching, that can result in hair loss and formation of lesions. Icelandic horses born in Iceland and exported to midge infested locations are at a very high risk of getting the disease. IBH is an obstacle in horse export and an animal welfare issue. The causative allergens for IBH have been isolated and expressed. The pathogenesis of IBH has been defined and attempts to develop allergen immunotherapy (AIT) are ongoing. Allergens produced in E. coli are not suitable in some of the immunoassays needed to monitor vaccinations. Therefore, it is necessary to produce the allergens in another expression system, insect cells being an obvious choice. The overall aim of the study is to develop a preventive AIT. Twenty-seven Icelandic horses were vaccinated in Iceland and then challenged i.e. exported to a Culicoides infested areas to investigate if the vaccination can protect them against IBH. The aim of this study is twofold: First, to optimize the production of purified major r-allergens (rCul o 1p, rCul o 2p, rCul o 3, rCul o 5, rCul o 7, rCul o 8, rCul o 9, rCul o 11and rCul n 4) expressed in insect cells. Second, to measure the antibody and cytokine response of six of the challenge horses after vaccination against Cul o 5, Cul o 8 and Cul o 11. Polyclonal antibodies produced against Cul o 5 and Cul o 11 were tested. They had high titers and will be valuable tools for the work with these proteins. Cul o 5 was successfully cloned into pIsecSUMOstar vector to see if the solubility and stability of the rBac-protein could be increased. Comparison of rBac-HBM-Cul o 5 and rBac-SUMO-Cul o 5 did not show fundamental difference neither in yield nor stability. The optimal harvesting point of High-five infected cells with rBac-1-Cul o 8 and rBac-1-Cul o 11 was within the same range as other rBac-allergens that had been used in previous experiments. Increasing the number of High-five cells up to 3-5x106 cells/mL, when infected with r-Bac viruses, gave superior results in production of rBac-allergens, both regarding use of medium and production time. Loss of protein following dialysis could be somewhat reduced by addition of arginine. All the nine rBac-allergens tolerated storage at -80°C for one year. IgG1, IgG4/7 and IgG5 levels of serum from six of the challenge horses before and after vaccinations was tested against Cul o 5, Cul o 8 and Cul o 11 expressed in insect cells. There was significant increase in all three subclasses following the third vaccination, mainly in IgG1 and IgG4/7 but less IgG5. There was great individual variation between the six horses in the response to all three proteins. They also responded in an individual manner to each protein. The six horses were tested for cytokine response after in vitro stimulation of PBMC with the three allergens. They secreted significantly more IL-4, IL-10 and IFN-γ as compared to unvaccinated controls. Several factors regarding the production of r-proteins for monitoring the immune response of horses undergoing immunotherapy against IBH were investigated. Six horses vaccinated against IBH mounted a strong immune response with great individual variation. We showed that allergens produced in insect cells are well suited for testing the immune response of IBH vaccinated horses.Rannsóknasjóður Íslands Rannsóknasjóður Háskóla Ísland