Development of an attenuated recombinant Bandavirus vector as a bivalent vaccine platform = 이중항원 백신 플랫폼으로서의 약독화 재조합 Bandavirus 벡터 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus (SFTSV), also referred to as Dabie bandavirus, is an emerging tick-borne phlebovirus that poses a significant public health threat in East Asia due to its high case-fatality rate, particularly among older adults. Despite its clinical importance and epidemic potential, no licensed vaccines or antiviral therapies are currently available. The SFTSV genome comprises three negative-sense RNA segments (L, M, and S), with the S segment encoding a nonstructural (NS) protein that functions as a potent type I interferon antagonist and a major virulence factor. The NS protein disrupts multiple host innate immune pathways—including the RIG-I/MAVS and JAK-STAT cascades—making it an attractive target for rational viral attenuation. In this study, we developed a recombinant live attenuated SFTSV vaccine by deleting the NS gene (ΔNS) and reassorting the remaining segments with those of genotype B, the most prevalent circulating strain in East Asia. The resulting ΔNS virus exhibited markedly reduced replication in type I interferon-competent cells while retaining the ability to infect and activate professional antigen-presenting cells (APCs), including dendritic cells, macrophages, and B cells. Immunization with ΔNS in both mice and non-human primates elicited robust and durable SFTSV-specific immune responses, characterized by strong IgG production, sustained neutralizing antibody titers, and antigen-specific CD4⁺ and CD8⁺ T cell activation. Notably, vaccinated animals were completely protected from lethal challenge with multiple heterologous SFTSV genotypes (B, D, and F), with protective immunity lasting for up to 12 months.
To evaluate the platform’s versatility, we engineered ΔNS viruses to express heterologous antigens—ovalbumin (OVA) as a model tumor antigen and TSA56 from Orientia tsutsugamushi, the causative agent of scrub typhus. Vaccination with these recombinant vectors induced robust antigen-specific T cell responses and conferred protective efficacy in both a B16-OVA melanoma model and a lethal O. tsutsugamushi infection model, even in the absence of detectable antigen-specific antibody responses. Mechanistic studies revealed that ΔNS infection promotes APC activation through upregulation of co-stimulatory molecules and MHC class I expression, enhances endogenous antigen presentation, and selectively reduces apoptosis in directly infected APCs, thereby supporting sustained antigen display and effective T cell priming. Preclinical safety evaluations conducted in murine and canine models demonstrated a favorable safety profile, with no evidence of systemic toxicity, neurobehavioral abnormalities, or respiratory/cardiovascular dysfunction. Biodistribution and shedding analyses further confirmed that viral replication was largely restricted to the injection site and regional lymphoid tissues, with minimal dissemination to distant organs or excreta.
Collectively, these findings establish ΔNS SFTSV as a promising live attenuated vaccine candidate that is immunogenic, protective, and versatile. While the ΔNS platform exhibited a favorable safety profile in preclinical models, further evaluation in human studies is necessary to determine its clinical safety and efficacy. In addition to its application for SFTSV, the platform’s ability to deliver heterologous antigens underscores its potential as a next-generation bivalent vaccine system against a range of intracellular pathogens and cancer.

국문 초록 (Abstract)

중증열성혈소판감소증후군 바이러스(SFTSV, Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus)는 진드기를 매개로 전파되는 신흥 감염병 병원체로, 특히 고령층에서 높은 치명률을 보여 동아시아 지역의 공중보건에 심각한 위협이 되고 있다. 현재까지 SFTSV에 대한 승인된 백신이나 항바이러스 치료제는 존재하지 않으며, 이에 대한 효과적인 예방 전략이 절실히 요구된다. SFTSV는 3개의 음성 단일가닥 RNA(L, M, S)로 구성된 분절 유전체를 가지며, 이 중 S 절편은 강력한 인터페론 길항작용을 통해 병원성에 기여하는 비구조 단백질(NS, nonstructural protein)을 암호화한다. 본 연구에서는 NS 유전자를 유전적으로 제거한 약독화 생백신(ΔNS)을 개발하였으며, 이는 동아시아에서 유행하는 주요 유전자형인 B형과 재배열(reassortment)된 형태로 제작되었다. ΔNS 바이러스는 type I 인터페론 반응이 가능한 세포에서 복제가 크게 억제되는 반면, 수지상세포, 대식세포, B세포 등 전문 항원제시세포(APC)를 감염시켜 활성화시키는 능력은 유지되었다. 마우스 및 영장류 동물모델에서 ΔNS 백신 접종은 SFTSV 특이적 항체 반응, 지속적인 중화항체 형성, 그리고 항원 특이적인 CD4⁺ 및 CD8⁺ T세포 반응을 유도하였으며, 다양한 유전자형(B, D, F)의 치명적 SFTSV 감염으로부터 최대 12개월간 완전한 보호 효과를 나타냈다.
또한, 백신 플랫폼의 확장 가능성을 평가하기 위해 ΔNS 벡터에 종양 항원 모델인 OVA 및 scrub typhus의 원인균 Orientia tsutsugamushi 유래 항원인 TSA56을 삽입하였다. 이 이종항원 발현 벡터들은 항원 특이적인 T세포 면역을 유도하였고, B16-OVA 흑색종 모델과 O. tsutsugamushi 감염 모델 모두에서 보호 효과를 나타냈다. 특히, 항원 특이적 항체 반응이 미검출된 상황에서도 효과적인 T세포 기반 면역이 형성되었으며, 이는 ΔNS 바이러스가 직접 감염된 APC에서 공동자극 분자 및 MHC class I 발현을 증가시키고, 세포자멸사를 억제하여 항원제시를 지속적으로 유지함으로써 강력한 T세포 priming을 유도함을 보여준다. 마우스 및 개(Beagle)를 이용한 전임상 안전성 평가에서도 체중 변화, 신경행동, 호흡기 및 심혈관 기능 이상 등 유의한 독성 소견은 나타나지 않았으며, 바이러스는 주사 부위와 국소 림프절에 제한적으로 존재하고 주요 장기나 배설물로의 확산은 관찰되지 않았다.
종합적으로, ΔNS SFTSV 백신은 강력한 면역원성과 광범위한 보호효능을 갖춘 약독화 생백신으로서, 항원 삽입을 통한 이종 병원체 및 암에 대한 대응 가능성도 함께 제시하였다. 본 연구는 ΔNS 플랫폼의 전임상 수준에서의 안전성과 유효성을 기반으로, 차세대 이중항원(bivalent) 백신 플랫폼으로서의 개발 가능성을 뒷받침하는 중요한 근거를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures and Tables 4
• Introduction 6
• Methods 14
• Results 29
• Discussion 82
• Abstract in Korean 98
• Acknowledgement 100
• Reference 101