Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Identification and analysis of host genes involved in susceptibility to influenza A virus infection using mouse mutants

Wu, Haiya

Seasonal influenza A viruses (IAV) infections represent a huge global burden of death and health care costs each year. In addition, new subtypes and variants of IAV continue to emerge in humans. Although the genetic variation in IAV and the associated virulence in humans and other species are well studied, the detailed mechanisms involved in the host defense are still poorly understood. To address this issue, the present work was carried out by using different in vivo mouse models in which specific genes have been modified by genetic engineering. Complete knock-out mouse lines were studied for the Irf7 and Rag2 genes and conditional knock-out mouse lines were analyzed for the Socs3 and Sod2 genes. Irf7-/- mice exhibited increased mortality after IAV infection. Further analysis indicated that the susceptibility of the Irf7-/- mice was not due to the inability of controlling virus replication, but rather an impaired IFN response and possibly an altered IgG expression. These results emphasize the importance of a coordinated interferon response for the IAV host defence. Rag2-/-mice, which are lacking mature B and T cells, were also highly susceptible to influenza virus infection. Rag2-/-mice showed sustained viral load and severe damage in the lung which resulted in death at late times after infection. These results showed that the innate immune response alone is only able to control virus replication at early time points and that the adaptive immunity plays an essential role in influenza virus clearance. Two different conditional Socs3 mutant mice were used: the conditional Socs3Rosa26Ert2cre mutant mice which had the Socs3 gene deleted after treatment with tamoxifen in all tissues; and Socs3LysMcre mice which had the Socs3 gene deleted in macrophages and granulocytes. When both mouse lines were infected with IAV, I could show that Socs3Rosa26Ert2cre mutant mice were highly susceptible to IAV infection whereas Socs3LysMcre mutant mice did not differ from the response observed in wild type mice. Conditional deletion in macrophages and granulocytes of the Sod2 gene in Sod2LysMcre mice also showed no increase in susceptibility to IAV infections when compared to wild type mice. In conclusion, Irf7, Rag2, and Socs3 genes are critically involved in the host defense against IAV infections. The detailed mechanism of the Socs3 gene during IAV infection still needs to be determined. However, the Sod2 gene does not seem to be crucial for the antiviral host response under the conditions used in the present study.

Infektion mit dem Influenza A Virus (IAV) verursachen jedes Jahr eine erhebliche Anzahl von Todesfällen sowie hohe Kosten im Gesundheitswesen. Darüber hinaus besteht das Problem, dass immer wieder neue Subtypen und Varianten des IAV beim Menschen auftreten. Obwohl die genetischen Variationen von IAV und die damit verbundene Virulenz im Menschen und anderen Spezies gut untersucht sind, bleiben die detaillierten Mechanismen der Immunabwehr des Wirts noch weitgehend unverstanden. Um dieses Problem anzugehen, wurden in der vorliegenden Arbeit in-vivo-Mausmodelle untersucht, bei denen bestimmte Genloci gentechnisch verändert waren. Die Irf7 und Rag2 Gene wurden mit Hilfe von Knock-out Maus-Linien untersucht, in denen das Gen in allen Geweben deletiert war, während für die Analyse der Socs3 und Sod2 Gene konditionale Knock-out Maus-Linien verwendet wurden. Nach IAV Infektion wurde bei Irf7-/- Mäuse eine erhöhte Mortalität beobachtet. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Anfälligkeit der Irf7-/- Mäuse nicht auf der Unfähigkeit beruhte, die Virusreplikation zu kontrollieren, sondern eher auf einer gestörten Interferon-Antwort und möglicherweise einer veränderten Immunglobulin-Expression. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung einer koordinierten Interferon-Antwort für die IAV Immunabwehr. Rag2-/- Mäuse, denen reife B und T-Zellen fehlen, waren ebenfalls sehr anfällig gegenüber einer Influenza A Virus Infektion. In Rag2-/- Mäusen wurde eine länger anhaltende Virusvermehrung und schwere Schäden in der Lunge beobachtet, welche im Verlauf der Infektion zum Tod führten. Diese Ergebnisse zeigten, dass die angeborene Immunabwehr zwar in der Lage ist, die Virusreplikation im frühen Stadium der Infektion zu kontrollieren, dass aber die adaptive Immunantwort eine wesentliche Rolle bei der Eliminierung der Influenza-Viren spielt und damit für das Überleben des infizierten Wirts essentiell ist. Für die Untersuchung der Funktion des Socs3 Gens wurden zwei verschiede konditionale Knock-out Maus-Linien verwendet: einerseits die Socs3Rosa26Ert2cre Mausmutante, in der das Socs3 Gen nach Verabreichung von Tamoxifen in allen Geweben deletiert werden konnte, und andererseits die Socs3LysMcre Mutante, in der das Socs3 Gen in Makrophagen und Granulozyten ausschaltet war. Nach der Infektion beider Mauslinien mit dem IAV zeigte sich, dass die Mausmutante Socs3Rosa26Ert2cre sehr anfällig für IAV Infektionen war, während Socs3LysMcre mutierte Mäuse sich nicht in ihrer Reaktion von Wildtyp-Mäusen unterschieden. Weiterhin wurden konditionale Knock-out Maus-Linien des Sod2 Gens untersucht. Im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen führte der Verlust des Sod2 Gens in Makrophagen und Granulozyten der Sod2LysMcre Maus-Mutanten zu keiner erhöhten Anfälligkeit für IAV Infektionen. Aus diesen Ergebnissen lässt sich schließen, dass die Irf7, Rag2 und Socs3 Gene eine entscheidende Rolle bei der Abwehr von IAV Infektionen im Wirt spielen. Bei den hier angewandten Studienbedingungen scheint das Sod2 Gen keine entscheidende Rolle bei der antiviralen Wirtsantwort zu haben.

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Wu, Haiya: Identification and analysis of host genes involved in susceptibility to influenza A virus infection using mouse mutants. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

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