International Laboratory for Research on Animal Diseases

CGSpace (CGIAR)

the anaemia associated with trypanosome infections of cattle.Several other cytokines have recently been found to influence haemopoiesis positively. Theyinclude IL­1, IL­4, IL­6, IL­7 and stem cell factor. The latter has been shown to be an importantregulator of early haemopoietic cell development. Stem cell factor has a profound effect on theerythroid lineage in co­stimulation assays with erythropoietin. Cloning and production ofsoluble stem cell factor at ILRAD is being approached in a manner similar to that used toproduce TNF and IL­3. Recombinant bovine stem cell factor will be a valuable tool for use in invitro cultivation systems of bovine bone marrow as well as in making assessments of theeffects of trypanosome infection on development of bovine blood cells. To evaluate TNF alpha,TGF beta and IFN gamma, which have all been described as suppressors of red blood cellproduction, ILRAD scientists have produced specific sets of primers. These are being used inreverse­transcription PCR amplification reactions to analyse cytokine RNA expression and tolocalize activation of lymphocytes or bovine stem cells critical for protective or compensatoryresponses to disease. Recent research results from laboratories in Europe suggest thattrypanosomes may respond directly to cytokines such as IFN gamma or may require thesechemical messengers as growth factors. Cytokines may thus not only be critically important toimmune and pathological processes of the host, but also be fundamental elements of host­parasite interactions.__________________________This article is based on reports written by Bea Mertens and Maarten Sileghem, which wereconsolidated by Peter Gardiner.Experiments with twin calves offer evidence that cytotoxicT cells can clear T. parva infectionsDISEASES CAUSED by apicomplexan blood parasites are a significant factor in the progressof human and agricultural development in the Third World. Probably the most devastating ofthese diseases are the human malarias and the theilerioses of cattle. Caused by parasites ofthe genera Plasmodium and Theileria, respectively, these diseases have many features incommon. In each case infection is initiated by the bite of an arthropod vector andcharacterized by invasion of host cells by the parasite. Expansion of the parasite withininfected cells is accompanied by its differentiation to a stage infective for red blood cells.Invasion of erythrocytes following lysis of the infected cell allows the completion of theparasites' life cycle through the infection of another arthropod.The most important form of theileriosis in sub­Saharan Africa is East Coast fever, caused byTheileria parva. This disease threatens over 25 million cattle in eastern, central and southernAfrica and is a major hindrance to agricultural development in the region. A major differencebetween East Coast fever and malaria is the stage of the parasite that gives rise to clinicaldisease. In malaria, sporozoites inoculated by an infected mosquito invade a small number ofliver cells and differentiate to schizonts with no adverse effects on the host. The parasiteundergoes a preliminary expansion within the infected hepatocyte before being released asmerozoites. These invade red blood cells and undergo further expansion; it is this event that isassociated with clinical disease. In contrast, sporozoites of T. parva invade a subset of whiteblood cells known as lymphocytes but their differentiation to schizonts is associated withuncontrolled proliferation of the infected cell. Severe clinical disease is therefore presentbefore significant invasion of erythrocytes by the merozoite stage of the parasite.Cattle that recover from East Coast fever, either naturally or as the result of treatment, aresolidly immune to challenge with the same isolate of the parasite. It has been established forsome time that this immunity is directed at the schizont­infected cell and that it is mediated byimmune cells rather than antibodies. In a series of experiments conducted on immune cattle atILRAD, the dominant bovine cellular immune response to T. parva has been determined to beparasite­specific cytotoxic T lymphocytes. These killer cells are, like those seen in viraldiseases of mouse and man, restricted in function to infected cells bearing self antigens of themajor histocompatibility complex. Cytotoxic T cells are found in the blood of immune cattleunder challenge about the time that the parasite is cleared, and the capacity of an immuneanimal to resist challenge with a different isolate of the parasite depends on whether itscytotoxic T cells can recognize that isolate. In spite of these observations, until recentlyscientists have been unable to provide direct evidence that cytotoxic T cells can actually clearan established infection with T. parva.QUESTIONS OF THIS NATURE have been answered in several murine disease modelsystems by inoculation of immune cells into naive animals and establishment by subsequentchallenge that immunity is conferred on the recipients. Such experiments have beenimpractical in cattle due to the large numbers of cells that are required for transfer in thisspecies. Recently, lymphatic cannulation techniques have been applied in the study of bovineimmune responses to T. parva.In general, immune responses occur in the lymph node that drains the site of challenge.Lymphatic cannulation allows collection of the cells leaving a responding node over longperiods of time, so that the precise kinetics of the immune response can be determined. Thesestudies revealed that during the peak of the nodal response to T. parva, as many as 1 in 32 ofthe cells leaving the node can be a parasite­specific cytotoxic T cell. Since up to 1011 (onehundred billion) cells leave the node during a 24­hour period, this clearly allowed the collectionof enormous numbers of parasite­specific cytotoxic T cells and raised the possibility thattransfer experiments might be conducted in cattle.To achieve this, a method was developed at ILRAD to prepare large numbers of cytotoxic Tcells by killing non­cytotoxic T­cell populations in overnight collections of lymph fluid bycomplement mediated lysis. This method involves the use of a panel of monoclonal antibodiesgenerated at ILRAD that defines subpopulations of lymphocytes, in conjunction with factorspresent in rabbit serum that give rise to lysis of cells coated with antibody. This techniqueallowed the preparation of cytotoxic T­cell fractions to levels of purity as high as 85%.To avoid problems with graft rejection, adoptive transfer experiments require identical donorand recipient animals. Identical twin calves were therefore generated at ILRAD using embryosplitting techniques. Three sets of these calves were used to determine whether parasite­specific cytotoxic T cells could clear naive calves of established T. parva infections. The calveswere infected with a lethal dose of the parasite such that the peak of the immune response ofthe donor twin would coincide with emergence of parasitosis in the naive recipient. In twoexperiments of this kind, as many as 1010purified T. parva­specific cytotoxic T cells weretransferred to lethally infected calves over a four­day period. In both cases, the recipient calvesresisted challenge, while untreated control calves developed severe clinical signs that requiredtreatment. In a third experiment, in which cytotoxic T cells were depleted from the inoculum bycomplement mediated lysis before transfer, no protection was observed in the recipient.These experiments provide the first direct evidence that cytotoxic T cells can clear T. parvainfections in cattle. In addition, because of the similarities between malaria and Theileriainfections, they provide support for the belief that parasite­specific cytotoxic T cells may play arole in the control of human malaria. Current efforts are focused on the identification of T.parva components that provoke cytotoxic T cell responses so that they can be incorporated inan improved sub­unit vaccine for East Coast fever._________________________This article was written by ILRAD scientist Declan McKeever.Two genes encode an important trypanosome protein(PH.D.Thesis)AFRICAN TRYPANOSOMES are protozoan parasites that cause trypanosomiasis in peopleand their domestic animals. A promising approach to developing new therapeutic agents forthis disease is to identify and characterize cellular processes and structures that occur intrypanosomes but not in cells of the parasite's host animal. Interventions targeted againstthese processes or structures would interfere little with host cells.The paraflagellar rod, which makes up a major part of the trypanosome's flagellum, is onesuch unique structure. The function of this rod is still unknown; it is a complex lattice of

Experiments with twin calves offer evidence that cytotoxic T cells can clear T. parva infections

https://cgspace.cgiar.org/bitstream/10568/16312/1/Experiments.pdf

Experiments with twin calves offer evidence that cytotoxic T cells can clear T. parva infections

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

CGSpace (CGIAR)