Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)TiHo eLib

Histology and immunohistology of Culex spp. with special emphasis on the nervous system and following Rift Valley fever virus infection

Arboviral diseases pose one of the greatest infection-related threats to modern civilization, such as Rift Valley fever (RVF). Endemic to Africa, the Arabian Peninsula, and individual islands in the Indian Ocean, RVF is a recurring and slowly emerging disease leading not only to severe livestock losses or human fatalities, but also threatening the economy and public health. Means of control and prevention are imperative to combat present and future arboviral diseases such as RVF, but require insight into the complex interactions between virus, vector, and host. Therefore, the objective of this study was to provide additional tools for Rift Valley fever virus (RVFV) and vector research. The first part of the thesis focused on 14 histochemical stains commonly used for mammalian tissues. The objective was to study their utility in mosquitoes, using Culex pipiens biotype molestus to gain insight into their anatomical, physiological and biochemical properties. Several staining techniques proved suitable for targeted studies of mosquito tissues such as nervous system, polysaccharides, tracheoles, midgut-associated connective tissue, and Malpighian tubules. In particular, Bielschowsky silver staining and luxol fast blue-cresyl violet were ideal for the assessment of nervous tissue. The second part of this thesis was aimed at identifying antibodies suitable for labeling anatomical structures as well as neurotransmitters in mosquitoes, focusing on the supra- and subesophageal ganglia. To this end, antibodies originally developed for the fruit fly Drosophila melanogaster as well as antibodies directed against classical neurotransmitters or their related enzymes were tested immunohistochemically on Culex pipiens biotype molestus. Immunohistochemical examination allowed distinction between cortex and neuropil, and further indicated a subset of glial cells and synapses. In addition, specialized neurons and glial cells were visualized by labeling tyrosine hydroxylase, serotonin, γ-aminobutyric acid, and glutamine synthetase. The third part of the thesis aimed to test and compare the utility of 10 antibodies directed against the different RVFV proteins in RVFV-infected mammalian and insect species, including Culex quinquefasciatus, by immunohistochemistry. All but three antibodies yielded a specific signal for the nucleoprotein, glycoprotein Gc and Gn, and the non-structural proteins NSm and Nss of RVFV. Hence, these findings identify the antibodies not only as a tool for virus detection, but also for visualization of RVFV cell tropism and RVFV proteins at different time points of infection. In conclusion, combination of histochemical staining techniques with the different antibodies for nervous system, neurotransmitters and RVFV opens new perspectives for the study of arboviral diseases and their vectors.

Eine der größten infektionsbedingten Bedrohungen für die moderne Zivilisation geht von durch Arthropoden übertragenen Krankheiten aus, wie zum Beispiel das Rift Valley Fieber (RVF). Endemisch in Afrika, auf der arabischen Halbinsel und auf einzelnen Inseln im Indischen Ozean, handelt es sich um eine immer wiederkehrende und sich langsam ausbreitende Krankheit, die nicht nur zu schweren Verlusten in der Viehzucht und zum Tod von Menschen führt, sondern auch die Wirtschaft und die öffentliche Gesundheit bedroht. Mittel zur Kontrolle und Vorbeugung sind unerlässlich, um gegenwärtige und zukünftige arbovirale Krankheiten wie RVF zu bekämpfen, erfordern jedoch einen Einblick in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Virus, Vektor und Wirt. Ziel dieser Studie war es daher, zusätzliche Instrumente für die Erforschung des Rifttalfieber-Virus (RVFV) und von Vektoren bereitzustellen. Im ersten Teil der Studie lag der Fokus auf 14 histochemischen Färbungen, die üblicherweise bei Säugetiergewebe verwendet werden. Dabei galt es ihren Nutzen bei Stechmücken zu untersuchen, wobei Culex pipiens Biotyp molestus verwendet wurde, um Einblick in ihre anatomischen, physiologischen und biochemischen Charakteristika zu erhalten. Mehrere Färbetechniken eigneten sich für die gezielte Untersuchung von Mückengeweben wie dem Nervensystem, Polysacchariden, Tracheen, dem Bindegewebe im Mitteldarm und den Malpighischen Tubuli. Insbesondere die Bielschowsky-Silberfärbung und die Luxolblau-Kresylviolett-Färbung waren geeignet für die Beurteilung von Nervengewebe. Der zweite Teil dieser Studie zielte darauf ab, Antikörper für die Markierung des Nervensystems sowie von Neurotransmittern in Stechmücken zu eruieren, wobei der Schwerpunkt auf den supra- und subösophagealen Ganglien lag. Zu diesem Zweck wurden ursprünglich für die Fruchtfliege Drosophila melanogaster entwickelte sowie gegen klassische Neurotransmitter gerichtete Antikörper immunhistochemisch an Culex pipiens Biotyp molestus Mücken getestet. Die immunhistochemische Untersuchung ermöglichte die Unterscheidung zwischen Kortex und Neuropil und visualisierte darüber hinaus eine Untergruppe von Gliazellen und Synapsen. Weiterhin wurden spezialisierte Neuronen und Gliazellen durch Markierung von Tyrosinhydroxylase, Serotonin, γ-Aminobuttersäure und Glutaminsynthetase sichtbar gemacht. Der dritte Teil der Arbeit zielte darauf ab, den Nutzen von 10 Antikörpern, die gegen die verschiedenen RVFV-Proteine gerichtet sind, an RVFV-infizierten Säugetier- und Insektenarten, einschließlich Culex quinquefasciatus, zu testen und zu vergleichen. Alle bis auf drei Antikörper lieferten ein spezifisches Signal für das Nukleoprotein, die Glykoproteine Gc und Gn sowie die nicht strukturellen Proteine NSm und Nss von RVFV. Interessanterweise eignen sich die Antikörper demnach nicht nur für den Virusnachweis, sondern auch für die Visualisierung des Zelltropismus und der RVFV-Proteine zu verschiedenen Zeitpunkten der Infektion. Die Kombination histochemischer Färbetechniken mit den verschiedenen Antikörpern für das Nervensystem, Neurotransmitter und RVFV eröffnet demnach neue Perspektiven für die Erforschung arboviraler Krankheiten und deren Vektoren.

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