Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Leonie Dengler

Immunophenotyping of mouse models after influenza A infections

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104639

title (ger.)

Immunphänotypisierung von Mausmodellen nach Influenza A-Infektion

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/denglerl_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Influenza A Virus (IAV)-Infektionen stellen eine sehr ernste Bedrohung für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Mäuse dienen als wichtiges Modell zur Untersuchung der Wirtsantwort auf das Influenzavirus. Die Anfälligkeit auf IAV-Infektionen variiert stark zwischen unterschiedlichen Mausinzuchtstämmen. DBA/2J-Mäuse (D2) entwickeln schwere Symptomatiken auf klinische und mausadaptierte Isolate während C57BL/6J-Mäuse (B6) resistenter sind. Die Zielsetzung dieser Doktorarbeit war, D2- und B6-Mäuse zu immunphänotypisieren und Eigenschaften der Immunzellen des Wirts zu bestimmen, welche ursächlich in Zusammenhang mit Anfälligkeit und Resistenz auf IAV-Infektionen stehen. Ich zeigte in meiner Doktorarbeit, dass D2-Mäuse, welche höchst anfällig sind, wenn sie als naive Mäuse infiziert werden, trotzdem fähig sind eine schützende adaptive Immunität durch vorangegangene Immunisierung mit wachstumsfähigen Viren aufzubauen. D2-Mäuse entwickelten eine virusspezifische IgG-Antwort und verloren kein Gewicht nach darauffolgender Infektion. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass D2-Mäuse als verlässliches Mausmodell für die Evaluierung der Pathogenität neuaufkommender humaner IAV-Stämme dienen können, ohne dass die Viren zuvor an die Maus adaptiert werden müssen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden im Virology Journal publiziert (Dengler et al., 2012). Desweiteren untersuchte ich Veränderungen in der Lunge und im peripheren Blut von B6- und D2-Mäusen nach IAV-Infektion in meiner Doktorarbeit. Die zeitlichen Verläufe des Körpergewichtsverlusts, Überlebens, zellulärer Infiltrate und histopathologischer Veränderungen wurden beobachtet, um einzelne Phänotypen nach der Infektion mit verschiedenen Virusvarianten zu evaluieren, die zu nichtletalen und letalen Verläufen führen. Die Studien ergaben, dass zusätzlich zum Verlust von Körpergewicht und der Reduktion der Sauerstoffsättigung, das Verhältnis von Granulozyten zu Lymphozyten im Blut einen sehr frühen Indikator für den Krankheitsverlauf schon einen Tag nach Infektion darstellt. Zusätzlich korrelierte der Hematokrit- und der Hemoglobinwert mit der Schwere der Erkrankung. Diese Ergebnisse wurden in einem Manuskript beschrieben und bei PLoS ONE eingereicht. Weitere Analysen wurden für meine Doktorarbeit durchgeführt, um andere Aspekte der Wirtsantwort auf IAV-Infektionen aufzuklären. B6- und D2-Mäuse wurden mit Dosen infiziert die zu vergleichbaren Viruslasten in der Lunge führen. Auch in diesem Szenario waren B6-Mäuse im Vergleich zu D2-Mäusen deutlich fähiger das Virus schnell zu beseitigen. In einem anderen Versuchsaufbau wurde die Rolle von Immunzellen, die aus B6 gewonnen wurden, in Chimären studiert. Nach dem Transfer von B6-Knochenmarkzellen in bestrahlte D2-Mäuse entwickelten die Empfängertiere eine D2-ähnliche Anfälligkeit auf IAV-Infektionen, was darauf hinweist, dass die hohe Empfindlichkeit in D2-Mäusen nicht auf einen Defekt in einer Immunzellpopulation zurückzuführen ist. Weiterhin konnte ich zeigen, dass die Dezimierung von NK-Zellen durch Antikörperinjektion in B6- und D2-Mäusen einen förderlichen oder ungünstigen Einfluss auf das Überleben nach IAV-Infektion hatte, abhängig von der Virulenz des Virus und dem genetischen Hintergrund des Wirts. Zusammengefasst zeigte ich in meiner Doktorarbeit Unterschiede in der zellulären Immunantwort, welche mit der Schwere des Infektionsprozesses in der Lunge übereinstimmen und, dass diese Unterschiede auch im Blut sichtbar sind. Intensive immunologische Studien in B6- und D2-Mäusen ergaben, dass die Gründe für unterschiedliche Anfälligkeiten höchstwahrscheinlich nicht in Zusammenhang mit Immunzellen stehen. In Zukunft sollten weitere Wirtsfaktoren evaluiert werden, um die entscheidenden Unterschiede zwischen Anfälligkeit und Resistenz im Vergleich der D2- und B6-Mausstämme zu identifizieren.

abstract (englisch)

Influenza A virus (IAV) infections are a serious threat to human and animal health. The mouse represents an important model to study the host response to IAV. Susceptibility to IAV infections strongly varies among different inbred mouse strains. DBA/2J mice (D2) exhibit severe symptoms for clinical and mouse-adapted IAV isolates whereas C57BL/6J (B6) are more resistant. The objective of this thesis was to immunophenotype D2 and B6 mice and to determine host immune cell properties that may account for susceptibility and resistance to IAV infections. In my thesis work, I demonstrated that D2 mice, although highly susceptible when infected as naïve mice, are nevertheless able to establish protective adaptive immunity after prior immunization with viable IAVs. D2 mice mounted a virus-specific IgG response and did not lose any weight upon subsequent infection. In addition, this study showed that D2 mice may serve as a highly valuable mouse model to evaluate the pathogenicity of newly emerging human IAV strains without the need for prior adaptation to the mouse species. The results of this study were published in Virology Journal (Dengler et al., 2012). Furthermore, I investigated the changes in the lung and peripheral blood in B6 and D2 mice after PR8 IAV infection in my thesis. Kinetics of body weight loss, survival, cellular infiltrates and histopathological changes were monitored to evaluate particular phenotypes after lethal or non-lethal infection with different virus variants. These studies revealed that, in addition to body weight loss and reduced oxygen saturation, the granulocyte to lymphocyte ratio in the blood represents a very early indicator of disease progression already at day one post IAV infection. Moreover, hematocrit and hemoglobin correlated with disease severity. The results have been described in a manuscript that was submitted to PLoS ONE. Further analyses were performed in my thesis to elucidate other aspects of the host response to IAV infection. B6 and D2 mice were infected at a dose which resulted in comparable levels of virus in the lung for both mouse strains. However, also in this scenario, B6 mice are much more capable of rapidly clearing the virus than D2. In another experimental set-up, the role of immune cells, derived from B6, was studied in chimeras. After transfer of B6 bone marrow cells into irradiated D2 mice, the recipients exhibited a D2-like susceptibility to IAV infections. This suggests that the difference in susceptibility of D2 mice is not caused by a deficiency in immune cells. Furthermore, the depletion of NK cells in B6 and D2 mice by antibody injection revealed a beneficial or adverse role regarding the survival after IAV infection, depending on the virulence of the virus and the genetic background of the host. In summary, the results of my thesis demonstrated differences of the cellular immune response in accordance with the severity of the infection process in the lung and that these differences are also apparent in the blood. Intensive immunological studies of B6 and D2 mice revealed that the reason for the different susceptibility is most probably not related to immune cells. In the future, further host factors need to be investigated to identify the crucial differences between susceptibility and resistance in D2 versus B6 mouse strains.

keywords

Influenza, Immunophänotypisierung, Immunisierung; influenza, immuophenotyping, immunization

kb

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