Detecting specific memory t and b cells in volunteers annually revaccinated with live anthrax vaccine

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Currently, live anthrax vaccine has been used for vaccine prophylaxis in Russia and neighbor countries for seve ral decades, but precise mechanism of post-vaccination protection mechanism remains unclear. Here, we provide data on examining serum antibody level against protective antigen (PA) and lethal factor (LF) in repeatedly vaccinated volun teers at early stage (5–8 days) and 1 month after the performing pre-scheduled annual revaccination. Amount of peripheral blood antigen-specific memory T cells after previous vaccinations was analyzed. It was showed that frequency of CD3+CD45RO+CD62L– memory effector T cells was increased in the majority of volunteers on day 5-8 day after performing pre-scheduled annual revaccination that peaked at day 7 by elevating it by 2-fold compared with the control group. Percentage of anthrax-specific central memory T cells did not increase at early stage after vaccination, whereas amount of activated CD3+CD45RO+CD62L+HLA-DR+ subset within this memory T cell population was increased. Likewise, percentage of activated CD3+CD45RO+CD62L–HLA-DR+ effector memory T cell subset was also increased. Moreover, serum anti-PA IgG were detected on day 5–8 day after pre-scheduled annual revaccination in half of volunteers, whereas anti-LF IgG were found only in a single volunteer. Rapidly elevated amount of serum anthrax-specific IgG antibodies evidences about sustained memory B cell response in peripheral blood samples in volunteers after pre-scheduled annual revaccination. However, percentage of CD19+CD27+ memory B cells was not significantly elevated at early stage after revaccination that tended to increase. Both helper and cytotoxic T cell subsets were activated on day 5–8 after revaccination revealed by upregulated expression of CD69 and/or CD25 markers, with the latter predominantly found on helper T cells, thereby accounting for their high proliferative activity, whereas the former — on cytotoxic T cell subsets. Detection of anti-PA IgG antibodies correlates with protection against anthrax, which was confirmed in animal models. Unfortunately, the level of serum anti-PA IgG antibodies rapidly declines after vaccination. Ability of memory B cells to rapidly trigger production of anthrax-specific antibodies in response to revaccination suggests that anti-anthrax immunity may be evaluated by measuring frequency of peripheral blood anthrax-specific memory B and T cells.

About the authors

V. V. Firstova

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Author for correspondence.
Email: firstova@obolensk.org

PhD, MD (Biology), Head Researcher, Laboratory of Molecular Biology,

Obolensk

Russian Federation

A. S. Kartseva

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: pinchuk@obolensk.org

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Biology,

Obolensk

Russian Federation

M. V. Silkina

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: silkina@obolensk.org

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Biology,

Obolensk

Russian Federation

M. A. Marin

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: marin@obolensk.org

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Biology,

Obolensk

Russian Federation

Ia. O. Muntian

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: muntyan@obolensk.org

Junior Researcher, Laboratory of Molecular Biology,

Obolensk

Russian Federation

A. K. Ryabko

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: ryabko@obolensk.org

Researcher, Laboratory of Molecular Biology,

Obolensk

Russian Federation

I. G. Shemyakin

State Research Center for Applied Microbiology and Biotechnology

Email: shemyakin@obolensk.org

PhD, MD (Biology), Professor, Deputy Director of Science, 

Obolensk

Russian Federation

References

  1. Маринин Л.И., Дятлов И.А., Мокриевич А.Н., Бахтеева И.В., Белова Е.В., Борзилов А.И., Комбарова Т.И., Кравченко Т.Б., Миронова Р.И., Попова В.М., Сомов А.Н., Титарева Г.М., Тюрин Е.А., Чекан Л.В., Шишкина О.Б., Шишкова Н.А. Методы изучения биологических свойств возбудителя сибирской язвы. М.: ЗАО МП «Гигиена», 2009. 304 с.
  2. Ascough S., Ingram R.J., Chu K.K., Reynolds C.J., Musson J.A., Doganay, M., Metan G., Ozkul Y., Baillie L., Sriskandan Sh., Moore St., Gallagher T.B., Dyson H., Williamson E.D., Robinson J.H., Maillere B., Boyton R.J., Altmann D.M. Anthrax lethal factor as an immune target in humans and transgenic mice and the impact of HLA polymorphism on CD4+ T cell immunity. PLoS Pathog., 2014, vol. 10, no. 5: e1004085. doi: 10.1371/journal.ppat.1004085
  3. Brenneman K.E., Doganay M., Akmal A., Goldman S., Galloway D.R., Mateczun A.J., Cross A.S., Baillie L.W. The early humoral immune response to Bacillus anthracis toxins in patients infected with cutaneous anthrax. FEMS Immunol. Med. Microbiol., 2011, vol. 62, no. 2, pp. 164–72. doi: 10.1111/j.1574-695X.2011.00800.x.
  4. Bush L.M., Perez M.T. The anthrax attacks 10 years later. Ann. Intern. Med., 2012, vol. 156, no. 1, pp. 41–45. doi: 10.7326/0003- 4819-155-12-201112200-00373
  5. Dumas E.K., Gross T., Larabee J., Pate L., Cuthbertson H., Charlton S., Hallis B., Engler R., Collins L.C., Spooner C.E., Chen H., Ballard J., James J.A., Farris A. Anthrax vaccine precipitated induces edema toxin-neutralizing, edema factor-specific antibodies in human recipients. Clin. Vaccine Immunol., 2017, vol. 24, no. 11: e00165-17. doi: 10.1128/cvi.00165-17
  6. Fang H., Cordoba-Rodriguez R., Lankford C.S.R., Frucht D.M. Anthrax lethal toxin blocks MAPK kinase-dependent IL-2 production in CD4+ T Cells. J. Immunol., 2015, vol. 174, no. 8, pp. 4966–4971. doi: 10.4049/jimmunol.174.8.4966
  7. Garman L., Smith K., Farris A., Nelson M., Engler R., James J. Protective antigen-specific memory B cells persist years after anthrax vaccination and correlate with humoral immunity. Toxins, 2014, vol. 6, no. 8, pp. 2424–2431. doi: 10.3390/toxins6082424
  8. Glomski I.J., Corre J.-P., Mock M., Goossens P.L. Cutting edge: IFN-producing CD4 T lymphocytes mediate spore-induced immunity to capsulated Bacillus anthracis. J. Immunol., 2007, vol. 178, no. 5, pp. 2646–2650. doi: 10.4049/jimmunol.178.5.2646
  9. Kachura M.A., Hickle C., Kell S.A., Sathe A., Calacsan C., Kiwan R., Hall B., Milley R., Ott G., Coffman R.L., Kanzler H., Campbell J.D. A CpG-ficoll nanoparticle adjuvant for anthrax protective antigen enhances immunogenicity and provides singleimmunization protection against inhaled anthrax in monkeys. J. Immunol., 2015, vol. 196, no. 1, pp. 284–297. doi: 10.4049/jimmunol.1501903
  10. Kobiler D., Gozes Y., Rosenberg H., Marcus D., Reuveny S., Altboum Z. Efficiency of protection of guinea pigs against infection with Bacillus anthracis spores by passive immunization. Infect. Immun., 2002, vol. 70, no. 2, pp. 544–560. doi: 10.1128/iai.70.2.544-550.2002
  11. Marcus H., Danieli R., Epstein E., Velan B., Shafferman A., Reuveny S. Contribution of immunological memory to protective immunity conferred by a Bacillus anthracis protective antigen-based vaccine. Infect. Immun., 2004, vol. 72, no. 6, pp. 3471–3477. doi: 10.1128/IAI.72.6.3471-3477.2004
  12. Paccani S.R., Tonello F., Ghittoni R., Natale M., Muraro L., D’Elios M.M., Tang W.J., Montecucco C., Baldari C.T. Anthrax toxins suppress T lymphocyte activation by disrupting antigen receptor signaling. J. Exp. Med., 2005, vol. 201, no. 3, pp. 325–331. doi: 10.1084/jem.20041557
  13. Pauli N.T., Henry Dunand C.J., Wilson P.C. Exploiting human memory B cell heterogeneity for improved vaccine efficacy. Front. Immunol., 2011, vol. 2. doi: 10.3389/fimmu.2011.00077
  14. Segundo D.S., Fernandez-Fresnedo G., Gago M., Beares I., Ruiz- Criado J., Gonzalez M., Ruiz-Criado J., Gonzalez M., Ruiz J.C., Gomez-Alamillo C., Lopez-Hoyos M., Arias M. Kidney transplant recipients show an increase in the ratio of T-cell effector memory/central memory as compared to nontransplant recipients on the waiting list. Transplant. Proc., 2010, vol. 42, no. 8, pp. 2877–2879. doi: 10.1016/j.transproceed.2010.07.072
  15. Sim B.K.L., Li M., Osorio M., Wu Y., Wai T.T., Peterson J.W., James E.R., Chakravarty S., Gao L., Xu R., Kc N., Stafford R.E., Lawrence W.S., Yeager L.A., Peel J.E., Sivasubramani S.K., Chopra A.K., Filippova S., Hoffman S.L. Protection against inhalation anthrax by immunization with Salmonella enterica serovar Typhi Ty21a stably producing protective antigen of Bacillus anthracis. NPJ Vaccines, 2017, vol. 2, no. 1, pp. 1–7. doi: 10.1038/s41541-017-0018-4
  16. Wild M.A., Xin H., Maruyama T., Nolan M.J., Calveley P.M., Malone J.D., Wallance M.R., Bowdish K.S. Human antibodies from immunized donors are protective against anthrax toxin in vivo. Nat. Biotechnol., 2003, vol. 21, no. 11, pp. 1305–1306. doi: 10.1038/nbt89

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2019 Firstova V.V., Kartseva A.S., Silkina M.V., Marin M.A., Muntian I.O., Ryabko A.K., Shemyakin I.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».