Dissertation

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

Sarah Rebecca Leist

Analysis of the host response to influenza

A virus infection in mouse genetic

reference populations

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106605

title (ger.)

Analyse der Wirtsantwort auf Influenza A Infektion in genetischen Referenzpopulationen der Maus

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/leists_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Influenza A Virus (IAV), als ein zoonotisches Pathogen, stellt eine ernste Bedrohung für Mensch und Tier dar. Forschung sowohl auf der Wirts-, als auch der Pathogenseite wird benötigt um neue therapeutische Strategien für die Behandlung von Influenza zu entwickeln. Die Maus hat sich als sehr wertvolles Modellsystem für die Influenzaforschung bewahrheitet. Ein charakteristisches Merkmal des Mausmodells ist die Verfügbarkeit von genetisch wohl definierten Inzucht- und Knock-out Stämmen.

Ich zeigte in meiner Doktorarbeit den Einfluss von unterschiedlichen genetischen Wirtshintergründen auf den Verlauf und den Ausgang von IAV Infektionen in den acht Gründerstämmen des Collaborative Cross (CC), einer kürzlich etablierten genetischen Referenzpopulation (GRP) der Maus. Diese acht Mausstämme zeigten ein hohes Maß an phänotypischen Unterschieden in vielen Parametern: Veränderung im Körpergewicht, Überlebensrate, Viruslast in der Lunge, hämatologische Parameter und relatives Lungengewicht. Das Resistenzgen Mx1 (Orthomyxovirus resistance gene 1) beeinflusste Überlebensraten, Veränderungen im Körpergewicht und Viruslasten. Ich demonstrierte jedoch, dass die Funktion von Mx1 durch den genetischen Hintergrund moduliert wird.

Das leukocyte specific transcript 1 (Lst1) wurde als ein mögliches quantitatives Gen in Qivr17-2 (quantitative trait for influenza virus resistance on chromosome 17) in einer vorherigen Mapping Studie, in der die BXD GRP genutzt wurde, identifiziert. Ich habe die Rolle von Lst1 in einer Knock-out (KO) Mausmutante untersucht. Der Mangel an Lst1 hat den Verlauf und den Ausgang der Wirtsantwort auf Influenza A H1N1 Infektion beeinflusst, wobei KO Mäuse empfindlicher gegenüber der Influenza Infektion waren als Wildtypmäuse.

Differentielle Genexpressionsanalysen stellen einen weiteren Ansatz dar um Wirtsgene zu identifizieren, die Empfindlichkeit und Resistenz gegenüber Infektionen beeinflussen. Hierfür habe ich Veränderungen in den Transkriptomen der Lunge von resistenten C57BL/6J und empfindlichen DBA/2J Mäuse nach IAV Infektion analysiert. Ich habe die biologische Funktion von differentiell exprimierten Genen (DEGs) beschrieben, die wahrscheinlich in die Pathogenese und Wirtsabwehrmechanismen nach IAV Infektion involviert sind. Die Rolle von zwei DEGs, Reg3g (regenerating islet-derived 3 gamma) und Irf7 (interferon regulatory factor 7), wurde weiterführend in KO Mausmutanten untersucht. Wir fanden heraus, dass die Deletion von Irf7 Mäuse hoch empfindlich gegenüber IAV machte, wohingegen der KO von Reg3g nur einen kleinen Effekt zeigte.

Des Weiteren war ich an dem Verfassen eines Übersichtsartikels über das CC und seine potentielle Nutzung für zukünftige biomedizinische Forschung beteiligt.

Zusammengefasst zeigte ich in meiner Doktorarbeit, dass die Analyse von GRPs und nachfolgende Studien in KO Mäusen die Identifizierung von Genen erlauben, die für die Wirtsabwehr und / oder Pathogenese nach IAV Infektion wichtig sind. Diese Gene könnten wertvolle Biomarker für die Entwicklung von neuen diagnostischen Zielen für therapeutische Interventionen im Menschen sein um Influenza Infektionen zu verhindern oder zu behandeln.

abstract (englisch)

Influenza A virus (IAV) as a zoonotic pathogen poses a major threat to human and animal health. Research on the host as well as on the pathogen side is needed to develop new therapeutic treatment strategies for treatment of influenza disease. The mouse has proven to be a very valuable model system for influenza research. A distinctive feature of the mouse model is the availability of genetically well-defined inbred and knock-out strains.

Here, I demonstrated the impact of different host genetic backgrounds for disease progression and outcome after IAV infection in the eight founder strains of the Collaborative Cross (CC), a recently established mouse genetic reference population (GRP). These eight mouse strains exhibited large phenotypic differences in many parameters: Change in body weight, survival rate, viral load in lungs, hematological parameters and relative lung weight. The resistance gene Mx1 (Orthomyxovirus resistance gene 1) influenced survival rates, body weight changes and viral loads. However, I also showed that its function is modulated by genetic background.

The leukocyte specific transcript 1 (Lst1) was found as one possible quantitative gene in the Qivr17-2 interval (quantitative trait for influenza virus resistance on chromosome 17) in a previous mapping study using the BXD GRP. I investigated the role of Lst1 in a knock-out (KO) mouse mutant. Lst1 deficiency alters course and outcome of the host response to influenza A H1N1 infections whereby KO mice were more susceptible than wild-type mice.

Differential gene expression analysis is another way to identify host genes influencing susceptibility or resistance to infections. Therefore, I analyzed changes in the transcriptomes of lungs of resistant C57BL/6J and susceptible DBA/2J after IAV challenge. I described the biological function of differentially expressed genes (DEGs) that are likely to be involved in pathogenesis and host defense mechanisms after IAV infection. The role of two DEGs, Reg3g (regenerating islet-derived 3 gamma) and Irf7 (interferon regulatory factor 7), was further studied in KO mouse mutants. We found that deletion of Irf7 rendered mice highly susceptible to IAV whereas KO of Reg3g had only a minor effect.

Furthermore, I participated in writing a review on the CC resource and its potential us for future biomedical research.

In conclusion, my thesis work demonstrated that analysis of GRPs and subsequent studies in KO mice allow identifying genes that are important for host defense and / or pathogenesis after influenza A virus infection. These genes may be valuable biomarkers for developing new diagnostics targets for therapeutic intervention in humans to prevent or treat influenza disease.

keywords

Influenza A Virus / Wirtsantwort / Komplexe Genetik, Influenza A virus / host response / complex genetics

kb

27.659