Dissertation

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

Nadine Krüger

Interaction of bat-derived paramyxoviruses with chiropteran and non-chiropteran cells: Functional characterization of the African henipavirus and bat-derived mumps virus fusion and attachment glycoproteins

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95- 105706

title (ger.)

Interaktion von fledertier-assoziierten Paramyxoviren mit Fledertier- und anderen Säugetierzellen: Die funktionelle Charakterisierung der Fusions- und rezeptorbindenden Glykoproteine eines afrikanischen Henipavirus und eines fledertier-assoziierten Mumpsvirus

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/kruegern_ws14.pdf

abstract (deutsch)

Ziel dieser Arbeit, die sich mit der funktionellen Charakterisierung der Oberflächenglykoproteine von zwei, in afrikanischen Fledertieren nachgewiesenen Paramyxoviren - einem afrikanischen Henipavirus (M74) und einem fledertier-assoziierten Mumpsvirus (batMuV), deren RNS in Flughunden gefunden wurden - befasst, ist es, eine Aussage über das zoonotische Potential dieser Paramyxoviren sowie über ihre Verwandtschaft zu dem Nipah-Virus (NiV), einem zoonotischen Vertreter der Henipaviren, bzw. dem humanen Mumpsvirus (hMuV) zu machen. Diese Fragestellung ist von besonderem Interesse, da für NiV und hMuV bekannt ist, dass sie zu klinischen Infektionen in Menschen führen können und im Falle von NiV eine Übertragung von Flughunden auf den Menschen stattfand.

Hinsichtlich des afrikanischen Henipavirus M74 konnte gezeigt werden, dass das rezeptorbindende Glykoprotein (G) in der Lage ist, mit dem zellulären Henipavirusrezeptor zu interagieren. Zudem weist die proteolytische Spaltung des Fusionsproteins (F) Ähnlichkeiten zu dem korrespondierenden Protein von NiV auf. Die Bildung von Riesenzellen, welche durch die Coexpression von den beiden Glykoproteinen F und G induziert wird und ein typischer zytopathogener Effekt von Paramyxoviren ist, war im Falle der beiden M74-Glykoproteinen auf Zelllinien von Fledertieren beschränkt. Weitere Versuche ergaben, dass insbesondere ein ineffizienter zellulärer Transport des G Proteins an die Zelloberfläche für die eingeschränkte funktionelle Aktivität verantwortlich ist.

Die funktionelle Aktivität des Fusions- (F) und des Hämagglutinin-Neuraminidase- (HN) Glykoproteins des Fledertier-Mumpsvirus, wurde durch den Nachweis von Zell-zu-Zell Fusion in verschiedenen Säugetierzelllinien, einschließlich humanen Zellen, nachgewiesen. Zudem waren die batMuV Glykoproteine in der Lage mit humanen MuV-Glycoproteinen zu interagieren und die Bildung von Riesenzellen hervorzurufen. Die Expression von chimären F Proteinen zeigte, dass das Signalpeptid für die Größe der Riesenzellen, womit in diesem Fall die Anzahl der Zellkerne innerhalb einer Zytoplasmamembran gemeint ist, verantwortlich ist. Desweiteren wurde nachgewiesen, dass das batMuV HN Protein an Sialinsäuren bindet und hämadsorbierende Eigenschaften besitzt, während keine Neuraminidaseaktivität nachgewiesen werden konnte.

In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass beide fledertier-assoziierte Paramyxoviren funktionelle Ähnlichkeiten zu NiV bzw. hMuV aufweisen, sodass ein grundsätzliches zoonotisches Potential vorhanden ist. Solange allerdings nur Virussequenzen und keine Virusisolate verfügbar sind, können keine genauen Angaben über das tatsächliche Gefahrenpotential einer Infektion des Menschen bzw. einer Mensch-zu-Mensch-Übertragung gemacht werden.

Durch die verwendeten in vitro-Techniken konnten jedoch bereits bedeutende Erkenntnisse über die Virus-Wirts-Interaktion der untersuchten fledertier-assoziierten Paramyxoviren gewonnen werden und damit bereits elementare Grundlagen für die Evaluierung ihres zoonotischen Potentials geleistet werden.

 

abstract (englisch)

This thesis deals with the functional characterization of the surface glycoproteins of two bat-derived paramyxoviruses, the African henipavirus strain M74 (M74) and a bat-derived mumps virus (batMuV). RNA sequences of these two viruses were detected in African flying foxes. Aim of this study is to get information about the zoonotic potential, as well as the functional relatedness of the bat-derived paramyxoviruses and the Nipah virus (NiV), a zoonotic member of the henipaviruses, or the human mumps virus (hMuV), two paramyxoviruses which are able to cause infection in humans and - in the case of NiV - have been transmitted from bats to humans.

For the African henipavirus the attachment glycoprotein (G) has been shown to interact with the cellular henipavirus receptor. Furthermore, the proteolytic cleavage of the M74 fusion glycoprotein (F) was found share some similarities to that of the corresponding NiV protein. The formation of multinucleated giant cells, which is induced by the co-expression of the F and G protein and constitutes a common feature for paramyxoviruses, was restricted to chiropteran cell lines. Further studies revealed that especially an inefficient cellular transport of the M74 G protein to the cell surface is the major reason for the restricted fusion activity of the African henipavirus surface glycoproteins.

The functional activities of the fusion (F) and hemagglutinin-neuraminidase (HN) glycoproteins of the bat-derived MuV were demonstrated by the detection of multinucleated giant cells in different mammalian, including human, cell lines. In addition, the batMuV glycoproteins were able to interact with the human MuV proteins and induce the formation of syncytia. The expression of chimeric F proteins revealed that the signal peptide affects the size of syncytia, indicated by the number of nuclei within one cell. Furthermore, it was shown that the batMuV HN binds to sialic acids and possesses hemadsorption activity, whereas no neuraminidase activity above the background level was measured.

It could be shown that both bat-derived paramyxoviruses show functional similarities to NiV or hMuV and that in general a zoonotic potential has to be considered. However, as long as only viral sequences but no virus isolate are available, it is not possible to evaluate the risk of a virus transmission from bats to humans or even a following human-to-human transmission. Nevertheless, the in vitro studies performed in this thesis provided important insights about the interactions of the bat-derived paramyxoviruses and host cells, as well as fundamental principles for the evaluation of their zoonotic potential.

 

keywords

Fledertiere-assoziierte Paramyxoviren, Viruseintritt, Zoonosen, bat-borne paramyxoviruses, virus entry, zoonoses 

kb

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