Untersuchungen zur Pathogenese des Rifttalfiebervirus im Mausmodell
Die vorliegende Arbeit behandelt das Rifttalfieber im Mausmodell. Rifttalfieber ist eine durch Moskitos übertragene, zoonotische Viruserkrankung mit einem breiten Wirtsspektrum. Neben Wiederkäuerherden, in denen es durch hohe Mortalitätsraten bei Jungtieren zu großen wirtschaftlichen Verlusten führt, können auch Menschen erkranken und ein kleiner Teil der Infizierten entwickelt schwere oder sogar tödliche Komplikationen. Um dieser Erkrankung beizukommen, ist die Erforschung von Tiermodellen unerlässlich, wobei Mäuse zu den wichtigsten und am weitesten verbreiteten Modellspezies zählen. Mäuse weisen einen biphasischen Krankheitsverlauf mit einer akuten Hepatitis und einer nachfolgenden Enzephalitis auf, was dem Krankheitsbild beim Menschen ähnelt. Im ersten Teil der Arbeit wird ein neues Mausmodell etabliert, bei dem C57BL/6 Wildtypmäuse sowie C57BL/6 IFNAR-/- Mäuse, die keine Interferonantwort mobilisieren können, intranasal mit Rifttalfiebervirus Clone13 infiziert werden. Dosisabhängig zeigten die Wildtyptiere eine Enzephalitis bei hoher Infektionsdosis von 104 PFU, während die Hälfte der interferondefizienten Mäuse bereits bei geringen Virusdosen (103 PFU) an einer Hepatitis starb oder aufgrund der Symptome euthanasiert werden musste. Diese Ergebnisse zeigen, dass im etablierten Mausmodell zwei auch beim Menschen relevante Komplikationen, die akute Hepatitis und die spät einsetzende Enzephalitis, untersucht werden können. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, da zur Pathogenese und dem Infektionsweg der Rifttalfieberenzephalitis noch große Wissenslücken bestehen. Das vorliegende Infektionsmodell erlaubt die Untersuchung des Rifttalfiebers darüber hinaus unter Biosicherheitsstufe 2 Bedingungen, was eine deutliche Erleichterung der Anforderungen an die zur Verfügung stehende Infrastruktur bedeutet. Im zweiten Teil der Arbeit wird, die intranukleäre Akkumulation vom Rifttalfieber Nicht-Struktur-Protein s (NSs) in Abhängigkeit von der Caspase 3 Aktivität sowie dem Auftreten schwerer Krankheitsverläufe und intranukleärer, eosinophiler Einschlüsse untersucht. Hierbei wurde eine Korrelation zwischen intranukleären Einschlüssen, intranukleären NSs-Filamenten und intranukleärer Caspase 3 Aktivität festgestellt, die insbesondere bei schweren Krankheitsverläufen auftrat. Empfängliche Mäuse, die ein attenuiertes Virus ohne voll funktionsfähiges NSs erhielten wiesen trotz Erkrankung keines der drei Phänomene auf, eine Beobachtung die sich mit bereits publizierten Informationen in Mäusen und Schafen deckt, hier jedoch zum ersten Mal gezielt untersucht wurde. NSs stellt einen wichtigen Pathogenitätsfaktor des Rifttalfiebervirus dar und inhibiert neben anderen Effekten die Apoptose der infizierten Zelle durch bisher unbekannte Mechanismen. Caspase 3 gehört zu den für die Apoptose relevanten Effektorcaspasen und das gleichzeitige Auftreten beider Elemente im Zellkern impliziert eine Interaktion, die die Apoptose inhibiert oder zumindest verzögert. Eine unterdrückte Apoptose würde mehr Zeit für und damit eine erhöhte Virusreplikation bedeuten und daher mit den beobachteten schweren Krankheitsverläufen korrelieren. In der Schlussbetrachtung werden die Grenzen beider, bereits veröffentlichter Studien diskutiert und die Anwendbarkeit der Ergebnisse, Methoden und des Mausmodells zur Aufklärung offener, beziehungsweise sich durch die vorliegenden Ergebnisse stellender Fragen erörtert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich bei Rifttalfieber um eine zum Großteil noch unerforschte Krankheit von globalem Interesse handelt, zu deren weiterem Verständnis und Aufklärung die vorliegende Arbeit einen Beitrag leistet.
This thesis deals with Rift Valley fever in the mouse model. Rift Valley fever is a mosquito-borne, zoonotic, viral disease, affecting a wide variety of host species. Apart from ruminant livestock, in which it causes significant economic losses due to high mortality rates in young animals, humans are affected, too. A small percentage of infected humans develops severe or fatal complications. To address this disease, investigations in animal models are crucial and mice are among the most important and widespread model species. Mice exhibit a biphasic disease course with an acute hepatitis and a secondary-onset encephalitis, which mimics human disease. The first part of this thesis establishes a new mouse model utilizing C57BL/6 wild type mice and C57BL/6 IFNAR-/- mice, the latter of which are unable to mobilize an interferon response. Wild type animals exhibited a dose-dependent encephalitis. Half of the interferon-deficient mice, however, succumbed to hepatitis following low dose administration of Rift Valley fever virus. These results illustrate that the established mouse models offer a platform to investigate two complications of murine and human Rift Valley fever alike. This is of significant importance, since pathogenesis and viral spread of the Rift Valley fever induced encephalitis are still unclarified in detail. Furthermore, the present infection model allows the investigation of Rift Valley fever under biosafety level 2 conditions, offering a notable facilitation with regard to the infrastructure required. The second part investigates the intranuclear accumulation of Rift Valley fever non-structural protein s (NSs) in murine tissue with regard to simultaneous Caspase 3 activity, increased disease severity and the occurrence of intranuclear, eosinophilic inclusions. Results show a correlation of intranuclear inclusions, NSs filaments, and intranuclear caspase 3 activity as well as increased disease severity. Susceptible mice, which received an attenuated virus strain that lacks functional NSs, did not show these three phenomena despite severe illness. These results are in line with previously published observations in sheep and mice. However, the present study is the first approach of a comprehensive investigation. NSs poses an important factor of Rift Valley fever virus pathogenicity and, besides other functions, inhibits apoptosis of the infected host cell. Caspase 3 is one of the most relevant effector caspases during apoptosis and thus, the simultaneous occurrence of both elements in the nucleus implies an apoptosis-inhibiting or at least –prolonging interaction. Suppressed apoptosis would offer the virus more time and thus more replication, which correlates with the observation of these findings in mice with more severe disease. In the final chapter, limitations of both previously published studies are discussed and the applicability of the mouse model, results and applied methods to future investigations regarding Rift Valley fever with special regard to open questions from this thesis are assessed. Overall, Rift Valley fever poses a disease of global interest, large parts of which are not fully understood. Therefore, the present thesis contributes to the investigation and further understanding of this disease.
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