Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Studien zur Pathogenese und Charakteriesierung transmissibler spongiformer Enzephalopathien der Ziege

Freyse, Susanne

Scrapie infected goats of Cyprus and goats of an oral bovine spongiform encephalopathy (BSE) pathogenesis study were examined with the objective of characterizing these transmissible spongiform encephalopathies (TSEs) by using histopathological, immunohistological and biochemical methods and also by taking genetic data into consideration. To differentiate between caprine scrapie and caprine, ovine and bovine BSE infections, the glycosylation patterns, the molecular masses of the non-glycosylated forms of the pathological isoform of the prion protein (PrPSc) after proteinase K (PK) digestion and the P4/L42 antibody binding ratios were analyzed (FLI-test). In addition, relevant tissues and biopsies were examined immunohistochemically to identify pathogenic pathways as well as horizontal and vertical transmission routes, and to evaluate effective pre-mortal diagnostics. Based on the findings, recommendations for consumer protection, for a more efficient diagnostic and for better control of the epizootics should be given. In the central nervous system (CNS) of 25 Cypriot goats, apart from vacuole formations PrPSc could be detected immunohistochemically and by applying a rapid test system. Based on the FLI-test, a scrapie infection could be confirmed for all the 25 isolates and BSE could be excluded without any exception. Eight of the scrapie isolates exhibited a more BSE-like glycosylation pattern, owing a fraction of the diglycosylated form of PrPSc of more than 50 percent, which indicated the existence of a still unknown scrapie strain. For five selected isolates, proteinase K long term resistance against proteolysis was determined over 48 hours. The five scrapie isolates were clearly less PK resistant than caprine and ovine BSE references. Therefore, PK resistance measurement can be applied as a supplementary parameter to differentiate scrapie from BSE isolates. Regularly, PrPSc accumulations could be detected immunohistochemically in tissue samples of the lympho-reticular system (LRS), even when the obex sample was diagnosed to be PrPSc negative. The examination of lymphatic tissues is therefore suited for pre-mortal scrapie diagnostics in goats. One goat (ZYP 40), obex PrPSc positive, exhibited PrPSc accumulation restricted to the retropharyngeal lymph node and enteric nervous system, in conjunction with R/H polymorphism at codon 154. Interrelations may exist, but more detailed conclusions are hindered by the low number of goats examined. For the first time, PrPSc was detected in caprine placental samples. This organ should be investigated more intensive concerning its infectivity and significance for scrapie transmission. A reduced scrapie susceptibility according to the PRNP genotype was proven for the goats with at least one polymorphism (p = 0,023), and especially for those showing polymorphisms at codon 146 (p = 0,016). In an experimental pathogenesis study 13 goats of the I142R211Q222/IRQ genotype and 12 goats of the I142Q211Q222/IRQ and the I142R211K222/IRQ genotype, respectively, were orally inoculated with one gram of caprine BSE-positive brain material. From the 19 goats, which had been necropsied from six up to 14 months post inoculationem (p. i.) at the latest, the LRS, the central and peripheral nervous system and the gut were examined immuno-histochemically. PrPSc could be detected in the lymphatic tissue of the ileo-caecal junction of one pre-clinical goat (ZG 22, I142Q211Q222/IRQ genotype, 364 days p. i.) only, and in the celiac ganglion of another goat (ZG 24, I142R211Q222/IRQ genotype, 371 days p. i.). Four goats became clinically affected (I142R211Q222/IRQ-genotype, 743 to 765 days p. i.) with symptoms of pruritus, hyperaesthesia and cachexia, but with unchanged appetite over a two to six week period. Apart from vacuole formations, PrPSc deposits could be detected immunohistochemically and by rapid testing in the obex samples. BSE was confirmed in the FLI test. PrPSc could not be detected, neither in the biopsies of the tonsils and the rectum, nor in the afterbirths of the three goats. These preliminary results show that orally administered caprine BSE spreads from the gut to the brain within one to two years, passing the peripheral nervous system and assumingly less the LRS. Therefore, pre-mortal diagnostic of caprine BSE based on biopsies does not seem to be rather reliable. Due to the poor data, the question concerning transmission of BSE via the afterbirth remains unanswered, yet. Goats of the I142R211Q222/IRQ genotype appear to be more susceptible to BSE than those of the two other genotypes. This trend has to be further substantiated. After finishing this long-term infection study, valid data will be available to define specific risk material for consumer protection, to interpret diagnostic methods and to give concrete recommendations for the selection of highly BSE resistant genotypes for breeding.

An Scrapie erkrankte Ziegen aus Zypern und Ziegen aus einer oralen Bovine Spongiforme Enzephalopathie (BSE)-Pathogenesestudie wurden mit dem Ziel untersucht, diese Transmissiblen Spongiformen Enzephalopathien (TSEn) mittels histopathologischer, immunhistologischer sowie proteinbiochemischer Methoden und unter Einbeziehung genetischer Daten zu charakterisieren. Zur Unterscheidung der caprinen Scrapie von den caprinen, ovinen und bovinen BSE-Infektionen wurden die Glykosylierungsmuster, die molekularen Massen des unglykosylierten krankheitsassoziierten Prion-Proteins (PrPSc) nach Proteinase K (PK)-Verdau und die P4-L42-Antikörperbindungsverhältnisse (sog. FLI-Test) herangezogen. Weiterhin wurden relevante Gewebe zur Identifizierung pathogenetischer Wege und von horizontalen und vertikalen Übertragungswegen sowie Biopsien für die Beurteilung der prämortalen Diagnostik immunhistologisch untersucht. Anhand der Erkenntnisse sollten Empfehlungen zum Schutz des Verbrauchers, für eine effizientere Diagnostik und für die Bekämpfung der Tierseuchen formuliert werden. Im zentralen Nervensystem (ZNS) von 25 Ziegen aus Zypern war neben vakuolären Veränderungen PrPSc immunhistochemisch und mittels Schnelltest nachweisbar. Mit dem FLI-Test konnte jeweils das Vorliegen einer Scrapie-Infektion bestätigt und eine BSE-Infektion ausgeschlossen werden. Acht Scrapie-Isolate zeigten ein eher für BSE-typisches Glykosylierungsmuster mit einem Anteil des diglykosylierten PrPSc von mehr als 50 Prozent, was auf einen besonderen Scrapie-Stamm hindeutet. Die Bestimmung der PK-Resistenz erfolgte im Langzeitverdau (48 Stunden) für fünf ausgewählte Isolate, die eine deutlich geringere PK-Resistenz als caprine und ovine BSE-Vergleichsproben zeigten. Die PK-Resistenz bietet sich daher als ergänzender Parameter an, um Scrapie- und BSE-Isolate zu unterscheiden. PrPSc-Ablagerungen ließen sich regelmäßig in Proben des lymphoretikulären Systems (LRS) nachweisen, selbst bei negativem Befund in der Obexregion. Daher eignet sich die Befundung des LRS für die präklinische Scrapie-Diagnostik bei Ziegen. Eine Ziege (ZYP 40) mit positivem Obex-Befund, zeigte ein auf den Lymphonodus retropharyngealis medialis und das enterische Nervensystem beschränktes abweichendes PrPSc-Verteilungsmuster, welches durch deren R/H-Polymorphismus am Kodon 154 bedingt sein könnte. Dieser Einzelbefund gestattet aber keine sicheren Aussagen. Der PrPSc-Nachweis gelang erstmalig in caprinem Plazentargewebe. Dieses Organ sollte hinsichtlich seiner Infektiosität und Rolle bei der Übertragung von Scrapie weiterführend getestet werden. Eine reduzierte Scrapie-Empfänglichkeit abhängig vom PRNP-Genotyp konnte für die Ziegen bestätigt werden, die mindestens einen Polymorphismus aufwiesen (p = 0,023) und davon insbesondere für die mit einem als protektiv geltenden Polymorphismus auf dem Kodon 146 (p = 0,016). In der BSE-Pathogenesestudie wurden 13 Ziegen des I142R211Q222/IRQ- und je 12 Ziegen des I142Q211Q222/IRQ- bzw. I142R211K222/IRQ-Genotyps oral mit je einem Gramm caprinem, BSE-positivem Hirnmaterial inokuliert. Von den sechs bis 14 Monate post inoculationem (p. i.) sezierten 19 Ziegen konnte nach der Untersuchung des LRS, des ZNS und peripheren Nervensystems sowie des Magen-Darm-Trakts lediglich im lymphatischen Gewebe des Ileozäkaleingangs einer präklinischen Ziege (ZG 22, I142Q211Q222/IRQ-Genotyp, 364 Tage p. i.) und im Ganglion coeliacum einer weiteren Ziege (ZG 24, I142R211Q222/IRQ-Genotyp, 371 Tage p. i.) PrPSc nachgewiesen werden. Klinisch erkrankten bisher vier Ziegen (I142R211Q222/IRQ-Genotyp, 743 bis 765 Tage p. i.) und zeigten Pruritus, Hyperästhesien und Abmagerung bei erhaltener Fresslust über zwei bis sechs Wochen. Neben vakuolären Veränderungen war PrPSc immunhistochemisch und mittels Schnelltest in der Obexregion nachweisbar. Der FLI-Test bestätigte das Vorliegen von BSE. In keiner der Tonsillen- und Rektumbioptate und auch nicht in den Nachgeburten der drei Muttertiere ließ sich PrPSc nachweisen. Caprine BSE scheint sich demnach nach oraler Aufnahme innerhalb von ein bis zwei Jahren vom Verdauungstrakt über das periphere Nervensystem und vermutlich in geringerem Maße über das LRS bis in das Gehirn der Ziege auszubreiten. Die prämortale Diagnostik anhand von Bioptaten, erscheint daher nicht zuverlässig zu sein. Zur Übertragung von BSE über die Nachgeburt ist aufgrund der wenigen verfügbaren Daten derzeit keine Aussage möglich. Die sich andeutende höhere Empfänglichkeit der Ziegen des I142R211Q222/IRQ-Genotyps für BSE muss mit weiteren Daten untermauert werden. Am Ende dieses langjährigen Infektionsexperiments werden valide Daten für die Definition von spezifiziertem Risikomaterial, zur Wichtung diagnostischer Verfahren und zu BSE-resistenteren Genotypen bei Ziegen zur Verfügung stehen.

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Freyse, Susanne: Studien zur Pathogenese und Charakteriesierung transmissibler spongiformer Enzephalopathien der Ziege. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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