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Dissertation

Autor(en): Elena Popugaeva
Titel: Molecular characterization and pathogenicity potential of novel hantavirus isolates – Greifswald virus from Germany and Sangassou virus, Africa
Gutachter: Detlev H. Krüger; Heribert Hofer; Thorsten Wolff
Erscheinungsdatum: 28.02.2012
Volltext: html (urn:nbn:de:kobv:11-100212009)
pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100199864)
Fachgebiet(e): Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter (ger): angeborene Immunantwort, Dobrava-Belgrad-Virus (DOBV), Sangassou virus (SANGV), zellulärer Rezeptor
Schlagwörter (eng): innate immunity, Dobrava-Belgrade virus (DOBV), Sangassou virus (SANGV), cellular receptor
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
Zitationshinweis: Popugaeva, Elena: Molecular characterization and pathogenicity potential of novel hantavirus isolates – Greifswald virus from Germany and Sangassou virus, Africa; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 28.02.2012, urn:nbn:de:kobv:11-100199864
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Abstract (ger):
Hantaviren, deren Hauptreservoir Nager bilden, sind weltweit verbreitete Pathogene. Nach Übertragung auf den Menschen prägen sie vorwiegend zwei Krankheitsbilder: Das hämorrhagische Fieber mit renalem Syndrom (HFRS) oder das Hantavirus-assoziierte cardiopulmonale Syndrom (HCPS). Je nach Virusstamm variiert die Mortalitätsrate zwischen 0,1% und 50%. Das Dobrava-Belgrad-Virus (DOBV), welches zum HFRS führt, weist eine Mortalitätsrate von bis zu 12% auf und ist somit das lebensbedrohlichste Hantavirus in Europa. Wie ihre natürlichen Wirte, die Mäuse aus dem Genus Apodemus, bilden auch die DOBV unterschiedliche phylogenetische Linien. Das aus A. flavicolis (Af) isolierte DOBV-Af ist im Balkan verbreitet und führt zu schweren Verläufen des HFRS. Das in A. agrarius (Aa) gefundene DOBV-Aa verursacht schwache bis milde HFRS-Erkrankungen in Mitteleuropa und dem zentraleuropäsichen Teil Russlands. Moderate bis schwere HFRS-Verläufe im südeuropäischen Teil Russlands wurden mit Viren der DOBV-Ap-Linie in Verbindung gebracht, welche von A. ponticus (Ap) übertragen werden. In Deutschland ist DOBV endemisch im nördlichen Teil des Landes. Epidemiologische Studien, basierend auf der serologischen Feintypisierung mittels Neutralisationstests und phylogenetischen Analysen Patienten-assoziierter Virussequenzen, zeigen, dass Viren der DOBV-Aa-Linie für die HFRS-Fälle in dieser Region verantwortlich sind. Bislang konnte das für die humane Erkrankung in Deutschland verantwortliche Virus noch nicht in Zellkultur isoliert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das erste Zellkulturisolat eines aus Deutschland stammenden DOBV gewonnen, dessen vollständige Genomsequenz bestimmt und als Greifswald-Virus (GRW/Aa) bezeichnet wurde. In phylogenetischen Analysen bildete GRW/Aa eine gemeinsame Gruppe mit viralen Sequenzen, die aus norddeutschen HFRS-Patienten gewonnen wurden. Folglich kann GRW/Aa als das für HFRS in Deutschland verantwortliche DOBV angesehen werden. Anhand von Wirtszellkulturen konnten wir zeigen, dass GRW/Aa ähnliche Charakteristika aufweist, wie das pathogene Hantaan-Virus; es nutzt b3-Integrine und den decay accelerating factor (DAF) als zelluläre Rezeptoren und induziert die späte Expression von Markern der angeborenen Immunantwort (z. B. IFN-b, IFN-l1, MxA). Obwohl Hantaviren auf nahezu allen Kontinenten als Humanpathogene bekannt sind, wurde das erste afrikanische Hantavirus (Sangassou-Virus, SANGV) erst kürzlich in unserer Arbeitsgruppe isoliert. Aufgrund der engen phylogenetischen Verwandtschaft zwischen SANGV und GRW/Aa haben wir untersucht, ob das potentiell humanpathogene SANGV ähnliche Eigenschaften wie GRW/Aa aufweist. Aufgrund der Tatsache, dass bislang noch kein Tiermodell für die Untersuchung der Hantaviruspathogenese existiert, haben wir die Rezeptorerkennung und Induktion der Marker der angeborenen Immunantwort zur Abschätzung des humanpathogenen Potentials von SANGV, im Vergleich zu GRW/Aa, verwendet. Wir zeigten, dass SANGV ausschließlich b1-Integrine als Rezeptor nutzt und eine starke IFN-l1-Antwort in der infizierten Zelle induziert. In der Zellkultur zeigt SANGV somit andere funktionelle Charakteristika als GRW/Aa. Ob diese in Zusammenhang mit einer durch SANGV vermittelten Pathogenese stehen, muss in zukünftigen Studien untersucht werden.
Abstract (eng):
Hantaviruses are worldwide distributed pathogens which are mainly carried by rodents. When transmitted to humans, they can cause two significant diseases: hemorrhagic fever with renal syndrome (HFRS) or hantavirus cardiopulmonary syndrome (HCPS). Depending on the virus strain, the case fatality rates of hantavirus diseases are ranging from 0.1% up to 50%. In Europe Dobrava-Belgrade virus (DOBV) is the most life-threatening hantavirus leading to HFRS with case fatality rates of up to 12%. According to its natural hosts, mice of the genus Apodemus, DOBV forms distinct phylogenetic lineages. DOBV-Af associated with A. flavicollis (Af) causes severe HFRS cases in the Balkan region. DOBV-Aa, found in A. agrarius (Aa), is typical for Central Europe and Central European Russia where it causes mild/moderate disease. Moderate to severe HFRS cases in South European Russia have been associated with virus strains of the DOBV-Ap lineage, transmitted by A. ponticus (Ap). In Germany, DOBV is endemic in the northern part of the country. Seroepidemiological studies involving fine serotyping by neutralization assay as well as phylogenetic analyses of patient-associated virus sequences showed that strains of DOBV-Aa lineage are responsible for HFRS cases in this geographical region. However, the causative agent of human disease from Germany was not isolated in cell culture. Within the current study, we have generated the first cell culture isolate of DOBV from Germany, called Greifswald virus (GRW/Aa), and determined its complete genomic nucleotide sequence. Phylogenetic analyses revealed close clustering of GRW/Aa with sequences derived from Northern German HFRS patients. Consequently, GRW/Aa can be taken as a representative of DOBV strains causing HFRS in Germany. We have demonstrated that in cultivated host cells GRW/Aa exhibits properties similar to pathogenic Hantaan virus; it recognizes b3 integrins and Decay Accelerating Factor (DAF) as cellular entry receptors and induces late expression of innate immunity markers (IFN-b, IFN-l1, MxA). Despite hantaviruses being well recognized human pathogens in almost all continents, the first African hantavirus named Sangassou virus (SANGV) has been only very recently isolated in our group. Important to note that SANGV is most closely related to DOBV in molecular phylogenetic analyses. Therefore, it was interesting to investigate if SANGV, a potential human pathogen, displays properties similar to GRW/Aa. Given that an animal model for studying hantavirus-mediated pathogenesis is not available, we used cellular receptor recognition and induction of innate immunity markers as in vitro determinants to estimate the pathogenic potential of SANGV in comparison to GRW/Aa. We have found that SANGV exclusively recognizes b1 integrins as cellular entry receptors and elicits strong induction of IFN-l1 in infected cells. Therefore, in cultivated host cells SANGV exhibits functional characteristics distinct from GRW/Aa. Whether these properties contribute to SANGV-mediated pathogenesis in humans needs to be elucidated in future studies.
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Generiert am 21.09.2014, 04:07:25