Bovine spongiform encephalopathy infection alters endogenous retrovirus expression in distinct brain regions of cynomolgus macaques (Macaca fascicularis)

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Prion diseases such as bovine spongiform encephalopathies (BSE) are transmissible neurodegenerative diseases which are presumably caused by an infectious conformational isoform of the cellular prion protein. Previous work has provided evidence that in murine prion disease the endogenous retrovirus (ERV) expression is altered in the brain. To determine if prion-induced changes in ERV expression are a general phenomenon we used a non-human primate model for prion disease.</p> <p>Results</p> <p>Cynomolgus macaques (<it>Macaca fasicularis</it>) were infected intracerebrally with BSE-positive brain stem material from cattle and allowed to develop prion disease. Brain tissue from the <it>basis pontis </it>and <it>vermis cerebelli </it>of the six animals and the same regions from four healthy controls were subjected to ERV expression profiling using a retrovirus-specific microarray and quantitative real-time PCR. We could show that Class I gammaretroviruses HERV-E4-1, ERV-9, and MacERV-4 increase expression in BSE-infected macaques. In a second approach, we analysed ERV-K-(HML-2) RNA and protein expression in extracts from the same cynomolgus macaques. Here we found a significant downregulation of both, the macaque ERV-K-(HML-2) Gag protein and RNA in the frontal/parietal cortex of BSE-infected macaques.</p> <p>Conclusions</p> <p>We provide evidence that dysregulation of ERVs in response to BSE-infection can be detected on both, the RNA and the protein level. To our knowledge, this is the first report on the differential expression of ERV-derived structural proteins in prion disorders. Our findings suggest that endogenous retroviruses may induce or exacerbate the pathological consequences of prion-associated neurodegeneration.</p

Untersuchungen zur Infektiösität von Chronic Wasting Disease (CWD) in Zellkultur

Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines in vitro Zellkultursystems zur Untersuchung der Speziesbarriere der Prionenerkrankung Chronic Wasting disease (CWD, sprichwörtliche Übersetzung: chronische Auszehrkrankheit). CWD wird, wie auch Scrapie und BSE, den animalen transmissiblen spongiformen Enzephalopathien (TSE) zugeordnet und ist eine infektiöse Erkrankung im zentralen Nervensystem der Hirschartigen, die durch die Umfaltung des zellulären Prion Proteins (PrP) in die pathogene Isoform PrPSc verursacht wird. CWD ist in Teilen Nordamerikas weit verbreitet und hat eine enorme horizontale Übertragungsrate. Eine Gefährdung für den Menschen durch den Konsum von infektiösen Tierprodukten kann derzeit nicht ausgeschlossen werden. Welche Mechanismen die horizontale Übertragung von CWD auf den Menschen erlauben oder verhindern ist bisher nicht detailliert erforscht. Um die Speziesbarriere von CWD genauer zu untersuchen und somit auch das Risiko für den Menschen abzuschätzen, wurden transgene Zellen hergestellt. Diese transgenen Zelllinien überexprimieren das Prion Protein des Menschen, des Javaneraffen, des Totenkopfäffchen oder des Weißwedelhirsches. Als Wirtszelllinien wurden Zellen murinen (HpL3-4) und humanen (SH-SY5Y) Ursprungs verwendet. Als Gentransfermethode wurde retrovirale Transduktion verwendet. Die Integration des PrP Transgens in das Wirtszellgenom wurde in allen generierten Zelllinien gemessen und war vergleichbar. Auch die daraus resultierende Transkription des PrP Transgens war auf einem vergleichbaren Expressionslevel. Außerdem konnte die Oberflächenpräsentation von transgenem PrP in allen generierten Zelllinien bestätigt werden, welches eine Grundvorrausetzung für anschließende Infektionsexperimente ist. Eine Infizierbarkeit der PrP-überexprimierenden SH-SY5Y Zelllinien konnte sowohl für Labor-adaptiertes, infektiöses Scrapieagens als auch für Primärinokulat aus CWD-infizierten Weißwedelhirschen nicht gezeigt werden. Jedoch zeigten die PrP-überexprimierende HpL3-4 eine Suszeptibilität gegenüber Prion infektiösen Agenzien. Ein Nachweis des Wirkungsprinzips wurde aufgezeigt durch die Infektion von murinen PrP überexprimierenden HpL3-4 Zellen, die erfolgreich mit dem laboradaptiertem Scrapiestamm 22L infiziert werden konnten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass HpL3-4 Zellen, die PrP vom Totenkopfäffchen überexprimieren, ebenfalls mit 22L infizierbar sind. Dies deckt sich mit in vivo Daten, die eine Prioneninfektion beim Totenkopfäffchen mit Scrapie bestätigt haben. Des Weiteren wurden die transgenen Zelllinien auf eine Interspeziestransmission von primären CWD Inokulat untersuch. Dies geschah um die Speziesbarriere von CWD in vitro zu simulieren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass humane und makaken PrP überexprimierende Zellen mit primären CWD Inokulat unter den gewählten experimentellen Bedingungen nicht infizierbar waren. Jedoch zeigte auch hier die Totenkopfäffchen-PrP überexpremierende Zelllinie eine Propagation von PrPres. Auch dies deckt sich mit in vivo Daten, die eine CWD-Infektion im Totenkopfäffchen bereits bestätigt haben. Dies ist der erste Bericht der zeigt, dass primäres CWD Inokulat eine PrP-überexprimierende Zelllinie infizieren kann