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Titel:Molekulare Infektionsmechanismen des Lassavirus im humanen respiratorischen Epithel und die Entwicklung eines Antikörper-basierten Therapieansatzes
Autor:Müller-Kräuter, Helena
Weitere Beteiligte: Strecker, Thomas (Dr.)
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0184
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0184
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-01843
DDC: Biowissenschaften, Biologie
Publikationsdatum:2021-12-02
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Interferone, Hyperimmunseren als Therapie, hyperimmune sera as therapy, Hämorrhagische Fieberviren, Virus-ähnliche Partikel;, Respiratorisches Epithel, Virusneutralisation, Viral cell tropism, Zelltropismus, hemorrhagic fever viruses, Viraler Zelltropismus, Lassavirus

Zusammenfassung:
Das Lassavirus (LASV) gehört zur Familie der Arenaviren und kommt in einigen Ländern Westafrikas endemisch vor. Jährlich infizieren sich zwischen 100.000 und 300.000 Menschen, von denen ca. 5.000 an den Folgen der Infektion versterben. Die Symptome variieren von einem milden grippeähnlichen Verlauf, bis hin zu einem schweren viralen hämorrhagischen Fieber, dem Lassafieber. Bis heute steht keine wirksame Therapie oder ein Impfstoff zur Verfügung. Chronisch infizierte Nagetiere der Spezies Mastomys natalensis stellen das natürliche Hauptreservoir dar und scheiden das Virus mit dem Urin und Kot aus. Zur Übertragung auf den Menschen kommt es u.a. durch die Inhalation von erregerhaltigem Staub und Aerosolen. Unklar ist bisher, wie das LASV die Barriere aus respiratorischen Epithelzellen überwindet, um im Anschluss systemisch zu streuen und weitere Zielorgane zu infizieren. Für die Untersuchung einer LASV-Infektion des humanen Respirationstrakts wurde in der vorliegenden Arbeit ein primäres Zellkultursystem aus differenzierten humanen bronchialen Epithelzellen (HBEpCs) verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass das LASV das respiratorische Epithel sowohl über die apikale als auch die basolaterale Membranseite infizieren kann. Studien zum Wirtszelltropismus des LASV legen bei der initialen Infektion unterschiedliche Zelltypen in Abhängigkeit der Infektionsroute nahe. Die gerichtete Virusfreisetzung erfolgt überwiegend über die apikale Membran, was durch Untersuchungen zur zellulären Lokalisation von LASV GP bestätigt wurde. Die Virusfreisetzung über die basolaterale Membran in die Submukosa erfolgt hingegen erst, nachdem die LASV-Infektion zu einem Verlust der Epithelintegrität geführt hat. Eine LASV-Infektion der humanen Atemwege führt ebenso wie die Infektion von Immunzellen nicht zur Induktion von Typ I Interferon (IFN), wohingegen die Induktion von Typ III IFN bereits früh einsetzt. Darüber hinaus scheint die Infektionsroute einen Einfluss auf die Typ III IFN-Antwort zu haben. Zusätzlich wurde in der vorliegenden Arbeit untersucht, ob LASV GP VLP-induzierte Antikörper aus Kaninchenseren eine LASV-Infektion hemmen können. Es konnte gezeigt werden, dass die GP VLP-Immunisierung die Bildung von GP1- und GP2-spezifischen Antikörpern induziert. Mit Hilfe der affinitätsgereinigten LASV GP-spezifischen Antikörper konnte die Infektion in relevanten humanen Zielzellen gehemmt werden. Zusätzlich weisen die polyklonalen Antiseren eine hohe kreuzneutralisierende Aktivität gegen fünf phylogenetisch unterschiedliche LASV-Linien auf. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Daten nicht nur neue Erkenntnisse liefern, die zu einem besseren Verständnis der molekularen Pathogenitätsmechanismen des LASV beitragen, sondern auch zur Entwicklung von potenziellen Therapieansätzen genutzt werden können.

Summary:
Lassa virus (LASV) belongs to the family Arenaviridae and is endemic to several West African countries. An estimated 100,000–300,000 infections occur annually with approximately 5,000 deaths. While most of the infections are mild or asymptomatic, approximately 20% progress to more severe health conditions, including hemorrhagic fever. To date, no specific antiviral drug or approved vaccine is available. Chronically infected rodents of the species Mastomys natalensis are the main rodent reservoir. Transmission of LASV from its rodent host to humans is thought to occur mainly via inhalation of dust or droplets contaminated with infectious rodent excretions. Although the respiratory tract is an important entry site for LASV, the mechanism of overcoming the epithelial barrier is unknown. To examine LASV infection processes of the human respiratory tract, the present work aimed to establish an air-liquid interface (ALI) cell culture model using differentiated human bronchial epithelial cells (HBEpCs). This in vitro cell system closely resembling composition, structure, and functional properties of the human airway epithelium in vivo was then used to analyse LASV replication kinetics, the polarity of viral entry and release, and to determine cell tropism of LASV in the bronchial epithelium. LASV can infect the respiratory epithelium via both the apical and basolateral membrane, tough different cell types are targeted during initial infection depending on the route of infection. Directed virus release occurred predominantly via the apical membrane, which is in agreement with an intrinsic apical localization of LASV GP. Virus release into the submucosal tissue via the basolateral membrane site was observed upon disruption of the epithelial integrity and thus polarity during multicyclic LASV replication. Similar to what has been observed in infected immune cells, LASV infection of the human respiratory tract does not induce a robust type I IFN response. However, infection of HBEpCs induced a strong type III IFN response. Interestingly, the type III IFN response was more pronounced upon LASV addition to the basolateral cell surface, suggesting that the antiviral immune response depends on the site of virus entry. In addition, the present study aimed to analyze the immunogenic potential of native-like trimeric GP expressed on the surface of LASV GP VLPs. Immunization of rabbits with these VLPs induced broadly neutralizing GP-specific antibodies capable of inhibiting the infection of relevant LASV human target cells, including airway epithelial cells. Functional characterization revealed that these neutralizing antibodies blocked virus-host interactions at the pre- and-post attachment level during viral entry. Furthermore, the polyclonal antisera show cross-neutralising activity against five phylogenetically different LASV lineages. In summary, the data obtained in the present work do not only provide new insights that contribute to a better understanding of the molecular pathogenicity mechanisms of LASV, but also to the development of novel potential therapeutic approaches against highly pathogenic LASV.


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