Characterisation of the immune modulatory effect of wild type Rift Valley fever virus strains

Abstract

Rift Valley fever Phlebovirus (RVFV) ist ein Mitglied der Familie Bunyaviridae. Es wird durch Stechmücken übertragen und ist in der Lage zahlreiche Wirtspezies zu infizieren. Beim Menschen kann die Infektion zu Hepatitis, hämorrhagischem Fieber und Enzephalitis mit tödlichem Ausgang führen. Bei Rindern verläuft die Infektion von Jungtieren in der Regel tödlich, weiterhin kommt es zu Fehlgeburten oder Missbildungen bei den Föten nach Infektion schwangerer Tiere. Die Erkrankung ist in Ägypten und vielen afrikanischen Ländern südlich der Sahara endemisch, und führt dort immer wieder zu epizootischen Ausbrüchen mit begleitenden Epidemien. Die unterschiedliche Virulenz verschiedener RVFV Isolate könnte auf die Effektivität zurückzuführen sein, mit der das Virus die angeborene und/oder die adaptive Immunität unterläuft, was auch den starke Variabilität des klinischen Bildes der Erkrankung bei den suszeptiblen Wirtsspezies erklären könnte. Interferon-β (IFN-β) ist eine zentrale Komponente des angeborenen Immunantwort. Daher wurde die IFN-β-antagonistische Funktion des NSs-Proteins von RVFV Isolaten unterschiedlicher Herkunft (Säugetiere, Menschen und Insekten) nach Klonierung und Sequenzierung des jeweiligen Nichtstruktur S-Segment (NSs) Gens untersucht. Die immunmodulatorische Funktion von NSs wurde dahingehend charakterisiert, inwieweit die jeweiligen NSs Proteine in einem Reporter Assay System in der Lage waren, die Aktivierung des humanen IFN-β Promotors zu unterdrücken. Weiterhin wurde mittels Immunfluoreszenz die Expression von NSs in Vero E6 Zellen untersucht. Zwei RVFV NSs-Proteine (aus den Isolaten R7 und R18) hatten die Fähigkeit verloren, die Aktivierung des IFN-β Promotors zu unterdrücken, alle anderen 24 NSs Protein waren effiziente Inhibitoren der IFN-β Promotor¬aktivität. Weiterhin waren R7-NSs und R18-NSs im Gegensatz zu Wildtyp RVFV-NSs nicht in der Lage nukleäre Filamente zu bilden, obwohl dieses Expressionsmuster eigentlich typisch für RVFV-NSs ist. Die Sequenzierung von R18-NSs ergab, dass im Vergleich zu Wildtyp RVFV-NSs eine große Deletion im NSs-Leseraster auftritt, die identisch zu der bei dem apathogenen Stamm RVFV Clone 13 beschriebenen Mutation ist und zu einem funktionslosen NSs-Protein führt. Anhand von Sequenzvergleichen ergab sich, dass es sich bei dem Stamm R18 tatsächlich um ein Clone 13 Isolat handelt. Im Gegensatz zu R18-NSs enthält R7-NSs lediglich eine Punktmutation im NSs-Gen, die auf Aminosäureebene zu einem Austausch von Leucin durch Prolin an Position 115 führt. Interessanterweise hat diese Punktmutation einen ähnlichen Effekt wie die große Deletion im Leseraster des Clone 13-NSs. R10-NSs war die einzige Variante, die effizient die Aktivierung des IFN-β Promotors unterdrückte aber keine nukleären Filamente bildete. Dies konnte auf einen Austausch von Leucin durch Prolin an Aminosäureposition 107 zurückgeführt werden. Diese Ergebnisse erlauben den Schluss, dass eine ku rze Domäne die die Aminosäuren 107 bis 115 umfasst essentiell für die Funktionen von NSs ist. Dendritische Zellen (DCs) sind professionelle Antigen-präsentierende Zellen und stellen eine Verbindung zwischen angeborener und adaptiver Immunität dar. Daher wurde der Effekt von RVFV-Infektionen auf die DC-Funktion untersucht. Experimente mit primären humanen myeloiden und plasmacytoiden DCs (mDCs/pDCs) ergaben, dass der Wildtyp-Stamm RVFV ZH548 nur in mDCs replizieren kann, dass es aber sowohl in pDCs als auch mDCs nur zu einer unvollständigen Aktivierung nach RVFV-Infektion kommt. Die Produktion von proinflammatorischem Interleukin 6 sowie die fehlende Produktion von Typ I Interferonen in pDCs und mDCs nach Infektion mit RVFV könnten für die schweren Krankheitsverläufe mitverantwortlich sein. Interessanterweise induzierte auch der Stamm RVFV Cone 13, der in Nichtimmunzellen ein effizienter Typ I IFN-Induktor ist, kein IFN in DCs. Die Kombination von unvollständiger DC-Aktvierung bei gleichzeitig fehlender IFN-Produktion nach Infektion mit Wildtyp RVFV und Clone 13 lässt darauf schließen, dass RVFV die ersten Schritte der adaptiven Immunantwort unabhängig vom Vorhandensein eines funktionellen NSs-Proteins unterläuft und möglicherweise infizierte mDCs zur Ausbreitung im infizierten Wirt nutzt.