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NS reassortment of an H7-type highly pathogenic avian influenza virus affects its propagation by1 altering the regulation of viral RNA production and anti-viral host response

Reassortierung eines hoch pathogenen aviären Influenzavirus (H7-Typ) beeinflusst dessen Vermehrung durch Änderung der viralen RNA-Produktion und der angeborenen Immunität

Wang, Zhongfang


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Medizinische Virologie
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.09.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 28.09.2010
Kurzfassung auf Englisch: Since 1997 the emergence of H5-type highly pathogenic avian influenza virus (HPAIV) has
resulted in major losses to the poultry industry and caused over 500 human infections with
approximately 60% mortality. In Europe H7-type HPAIV have been circulating for a long
time with very little pathogenicity for humans. Nevertheless, the ability of influenza viruses
(IV) to mix their segmented genomes upon double infections could lead to the emergence of
new, reassortant H7-type HPAIV with altered characteristics that could pose an additional
threat to humans. The viral NS segments encoding the NS1 and NS2/NEP proteins can affect
the anti-viral host responses, inhibit cellular mRNA processing and enhance viral mRNA
translation. NS1 contributes to high virulence and host range variation and it was reported that
NS segments of H5-type HPAIV isolated after 1998 can enhance replication of human IV
reassortants in mammalian cells. Still it is not clear how the NS allele type, the subtype and
the year of isolation of the parental virus affects host range, genome replication/transcription,
viral propagation and pathogenicity of an H7-type reassortant.
In order to elucidate several of these important questions reassortant A/FPV/Rostock/34
(H7N1) HAPIV with NS segments from H5- and H7-type avian IV strains were generated by
reverse genetics. Virological characterizations demonstrated that growth kinetics of the
reassortant viruses differed from the wild type FPV and depended on the mammalian or avian
origin of the infected cells. Surprisingly, the different reassortant NS segments were not only
responsible for alterations in the anti-viral host response, but furthermore affected viral
genome replication/transcription and its intra-cellular transport. Further experiments
demonstrated that the effects on accumulation of viral RNA species depended on the specific
NS-segment as well as on the genetic background of the viral polymerase. IFN-beta
expression and apoptosis induction were found to be inversely correlated to viral growth,
while the NS allele, virus subtype and NS1 protein expression levels showed no correlation.
Even though it is likely that the multiple effects of the NS1 protein act on many viral and host
processes as why one can not conclude which of the effects is the most important for the viral
replication ability, these results demonstrate that the origin of NS segment can affect the
replication efficiency, host range and pathogenicity of H7-type HPAIV.
Kurzfassung auf Deutsch: Seit 1997 führt das Auftreten von hoch pathogenen aviären Influenza Viren (HPAIV) des H5-
Subtyps zu schweren Verlusten in der Geflügelindustrie und verursachte bislang über 500
humane Infektionen mit über 60% Mortalität. In Europa zirkulieren H7-Subtyp HPAIV seit
langem, allerdings mit niedriger Pathogenität für den Menschen. Gleichwohl könnte die
Fähigkeit von Influenza Viren (IV) ihr segmentiertes Genom bei einer Doppelinfektion zu
vermischen (reassortieren) zu neuen H7-Typ HPAIV mit neuen Eigenschaften führen, die
evtl. eine Gefahr für den Menschen darstellen. Das NS-Segment, welches für das NS1- und
NS2/NEP-Protein kodiert, teilt sich in zwei Alleltypen auf (Aund B). Es kann sowohl die antivirale
Wirtsantwort beeinflussen und die zelluläre mRNA-Prozessierung hemmen, als auch
die Translation viraler mRNA fördern. NS1 trägt zu erhöhter Virulenz und Änderung des
Wirtsspektrums bei und es wurde berichtet, dass NS-Segmente von H5-Typ HPAIV, welche
nach 1998 isoliert wurden, die Vermehrung humaner IV in Säugerzellen erhöhten können.
Dennoch ist nicht klar, wie der NS-Alleltyp, der Subtyp und das Jahr der Isolation des
parentalen Viruses das Wirtsspektrum, die Genom-Replikation/Transkription, die
Virusvermehrung und Pathogenität einer H7-Typ Reassortante beeinflußt.
Zur Beantwortung dieser wichtigen Fragen wurden mittels reverser Genetik verschiedene
reassortante A/FPV/Rostock/34 (H7N1) HPAIV mit NS-Segmenten von aviären H5- und H7-
Typ IV-Stämme erstellt. Virologische Charakterisierung zeigte, daß die Wachstumskinetiken
der reassortanten IV sich vom wild Typ FPV unterscheiden und davon abhängen, ob Säugeroder
Vogelzellen infiziert worden waren. Überraschender Weise waren die verschiedenen NSSegmente
nicht nur für Änderungen der anti-viralen Wirtsantwort verantwortlich, sondern
beeinflußten außerdem die virale Genom-Replikation/-Transkription und dessen intrazellulären
Transport. Weitere Experimente demonstrierten, daß die Effekte auf die
Akkumulation der viralen RNA-Species sowohl von den spezifischen NS-Segmenten
abhingen, als auch von dem genetischen Hintergrund der Viruspolymerase. IFN-beta-
Expression und Apoptose-Induktion waren entgegengesetzt zur Virusvermehrung, wogegen
das NS-Allel, der Virussubtyp und das Maß der NS1-Expression keine Korrelation zeigten.
Obwohl es wahrscheinlich ist, dass die Vielzahl der Effekte von NS1 sich auf viele Virus- und
Wirtsprozesse auswirken, wodurch es auch nicht möglich ist den wichtigsten Effekt für die
Virusvermehrung zu definieren, zeigen diese Ergebnisse das der Ursprung des NS-Segments
die Vermehrungseffizienz, das Wirtsspektrum und die Pathogenität von H7-Typ HPAIV
beeinflussen kann.