Estimating Chronic Wasting Disease infectivity in cell culture

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines in vitro Zellkultursystems zur Untersuchung der Speziesbarriere der Prionenerkrankung Chronic Wasting disease (CWD, sprichwörtliche Übersetzung: chronische Auszehrkrankheit). CWD wird, wie auch Scrapie und BSE, den animalen transmissiblen spongiformen Enzephalopathien (TSE) zugeordnet und ist eine infektiöse Erkrankung im zentralen Nervensystem der Hirschartigen, die durch die Umfaltung des zellulären Prion Proteins (PrP) in die pathogene Isoform PrPSc verursacht wird. CWD ist in Teilen Nordamerikas weit verbreitet und hat eine enorme horizontale Übertragungsrate. Eine Gefährdung für den Menschen durch den Konsum von infektiösen Tierprodukten kann derzeit nicht ausgeschlossen werden. Welche Mechanismen die horizontale Übertragung von CWD auf den Menschen erlauben oder verhindern ist bisher nicht detailliert erforscht. Um die Speziesbarriere von CWD genauer zu untersuchen und somit auch das Risiko für den Menschen abzuschätzen, wurden transgene Zellen hergestellt. Diese transgenen Zelllinien überexprimieren das Prion Protein des Menschen, des Javaneraffen, des Totenkopfäffchen oder des Weißwedelhirsches. Als Wirtszelllinien wurden Zellen murinen (HpL3-4) und humanen (SH-SY5Y) Ursprungs verwendet. Als Gentransfermethode wurde retrovirale Transduktion verwendet. Die Integration des PrP Transgens in das Wirtszellgenom wurde in allen generierten Zelllinien gemessen und war vergleichbar. Auch die daraus resultierende Transkription des PrP Transgens war auf einem vergleichbaren Expressionslevel. Außerdem konnte die Oberflächenpräsentation von transgenem PrP in allen generierten Zelllinien bestätigt werden, welches eine Grundvorrausetzung für anschließende Infektionsexperimente ist. Eine Infizierbarkeit der PrP-überexprimierenden SH-SY5Y Zelllinien konnte sowohl für Labor-adaptiertes, infektiöses Scrapieagens als auch für Primärinokulat aus CWD-infizierten Weißwedelhirschen nicht gezeigt werden. Jedoch zeigten die PrP-überexprimierende HpL3-4 eine Suszeptibilität gegenüber Prion infektiösen Agenzien. Ein Nachweis des Wirkungsprinzips wurde aufgezeigt durch die Infektion von murinen PrP überexprimierenden HpL3-4 Zellen, die erfolgreich mit dem laboradaptiertem Scrapiestamm 22L infiziert werden konnten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass HpL3-4 Zellen, die PrP vom Totenkopfäffchen überexprimieren, ebenfalls mit 22L infizierbar sind. Dies deckt sich mit in vivo Daten, die eine Prioneninfektion beim Totenkopfäffchen mit Scrapie bestätigt haben. Des Weiteren wurden die transgenen Zelllinien auf eine Interspeziestransmission von primären CWD Inokulat untersuch. Dies geschah um die Speziesbarriere von CWD in vitro zu simulieren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass humane und makaken PrP überexprimierende Zellen mit primären CWD Inokulat unter den gewählten experimentellen Bedingungen nicht infizierbar waren. Jedoch zeigte auch hier die Totenkopfäffchen-PrP überexpremierende Zelllinie eine Propagation von PrPres. Auch dies deckt sich mit in vivo Daten, die eine CWD-Infektion im Totenkopfäffchen bereits bestätigt haben. Dies ist der erste Bericht der zeigt, dass primäres CWD Inokulat eine PrP-überexprimierende Zelllinie infizieren kann.