TY  - THES
A1  - Hochgräfe, Katja
T1  - Cre-loxP based mouse models to study prionpathogenesis in the motor nervous system
N2  - Prion diseases such as scrapie in sheep, bovine spongiform encephalopathy (BSE) in cattle or Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) in humans are fatal neurodegenerative disorders characterized by brain lesions and the accumulation of a disease-associated protein, designated PrPSc. How prions proceed to damage neurons and whether all or only subsets of neurons have to be affected for the onset of the clinical disease is still elusive. The manifestation of clinical prion disease is characterized by motor dysfunctions, dementia and death. Furthermore loss of motor neurons (MN) in the spinal cord is a constant finding in different mouse models of prion disease, suggesting that MN are vulnerable cells for triggering the onset of clinical symptoms. To determine whether the protection of MN against prion induced dysfunctions is an approach for holding the disease at the sub-clinical level, we established a novel conditional model for Cre-mediated expression of a dominant-negative PrP mutant (PrPQ167R) in the cells of interest. Dominant-negative PrP mutants provide protection of prion induced dysfunctions by inhibiting prion replication. Transgenic mice were generated carrying a floxed LacZ marker gene followed by the coding sequence of PrPQ167R under control of the human ubiquitin C promoter. Two Cre strains have been used to direct PrPQ167R expression either to a subset of MN of the spinal cord (Hb9-Cre) or to various neuronal cell populations of the spinal cord and brain (NF-L-Cre). Transgenic mice were infected with mouse-adapted prions via different inoculation routes (intranerval, intracerebral and intraperitoneal) and monitored for effects on incubation time and pathology. Tg floxed LacZ-PrPQ167R/NF-L-Cre mice showed about 15% prolonged survival upon intraperitoneal low dose prion infection, whereas survival of Tg floxed LacZ-PrPQ167R/Hb9-Cre mice was comparable to control littermates. The results suggest that the protection of spinal MN prolongs the incubation period but is not sufficient to completely inhibit clinical prion disease. In a second approach, Cre was transferred into the hind limb muscles of transgenic mice via a double-stranded adeno-associated virus vector (dsAAV2-Cre). The goal of this strategy was to target a broader cell population and thus to enhance expression levels of protective PrPQ167R in the spinal cord of Tg floxed-LacZ-PrPQ167R mice. After intramuscular (i.m.) application of dsAAV2-Cre, exhibiting a physical titer of 5x1010 GP/ml, recombinant transgenic DNA was detected only in the muscle tissue, pointing out that functional Cre-recombinase was expressed at the side of virus application. However, dsAAV2-Cre did neither induce recombination of transgenic DNA in the spinal cord or brain nor expression of dominant-negative PrPQ167R. In conclusion the dsAAV2-Cre vectors system needs further improvement to achieve efficient transport from muscle tissue to the central nervous system (CNS). 105 7 SUMMARY The lymphoreticular system (LRS) is an early site of prion replication. In splenic tissue prion infectivity is associated with follicular dendritic cells (FDC) as well as with Band T-lymphocytes. However, it is still unknown if those cell types are able to replicate the infectious agent or if other PrP-expressing cell types are engaged. To investigate if neurons and in particular MN are involved, transgenic mice carrying one allele of floxed Prnp (lox2+=��) and either one allele of Hb9-Cre or NF-L-Cre were generated on a Prnp0=0 background. Therefore a conditional PrP knockout was established in a subset of MN of the spinal cord (Hb9-Cre) or in various neuronal populations of the spinal cord and brain (NF-L-Cre). Transgenic mice were inoculated with prions to study the accumulation of PrPSc and prion infectivity in spleen and spinal cord at an early time point after infection. The findings show that PrPSc accumulation in mice with MN-specific PrP depletion (lox2+=��/ Hb9-Cre) was comparable to control littermates, while pan-neuronal PrP deficient mice (lox2+=��/NF-L-Cre) were not able to accumulate PrPSc in splenic tissue until 50 days post inoculation. Moreover spleens of lox2+=��/NF-L-Cre mice exhibited a clearly reduced prion infectivity titer, suggesting that accumulation of prions in the spleen is dependent on PrP expression in the nervous tissue.
N2  - Prionenerkrankungen, wie Scrapie beim Schaf, die bovine spongiforme Enzephalopathie (BSE) beim Rind oder die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD) beim Menschen sind letale, neurodegenerative Erkrankungen des zentralen Nervensystems (ZNS). Typische Merkmale der Erkrankung sind neben Neuronenverlust die Akkumulation des mit der Krankheit assoziierten Proteins PrPSc im Gehirn infizierter Individuen. Wie die Akkumulation von Prionen zu Neurodegeneration führt und welche Regionen des ZNS für die klinische Erkrankung verantwortlich sind, ist bisher unbekannt. Charakteristische, klinische Symptome von Prionenkrankheiten sind motorische Störungen sowie Demenz in einem späten Stadium der Erkrankung. Außerdem ist der Verlust von Motoneuronen (MN) im Rückenmark ein konstanter Befund im Tiermodell, was eine Rolle des motorischen Nervensystems bei der Prionpathogenese vermuten lässt. In dieser Arbeit sollte daher untersucht werden, ob der Schutz von MN vor Prionen induzierten Dysfunktionen den Ausbruch der klinischen Erkrankung verzögern kann. Dazu wurde ein konditionales Mausmodell mit Cre-induzierbarer Expression einer dom- inant-negativen PrP-Mutante (PrPQ167R) hergestellt. Dominant-negative PrP Mutanten schützen vor Prionen induzierten Schädigungen, indem sie die Replikation von Prionen inhibieren. Das Transgen besteht aus dem humanen Ubiquitin C Promoter, einem „gefloxten” LacZ Markergen und der kodierenden Sequenz von PrPQ167R. Die Kreuzung von Tg floxed LacZ-PrPQ167R Mäusen mit der Hb9-Cre Linie bewirkt eine MNspezifische Expression von PrPQ167R im Rückenmark, während das Einkreuzen eines NF-L-Cre Allels die Expression von PrPQ167R in den meisten Neuronen des Rückenmarks sowie in verschiedenen motorischen Kerngebieten des Gehirns zur Folge hat. Transgenen Mäuse wurden auf verschiedenen Routen (intranerval, intrazerebral und intraperitoneal) mit Maus-adaptierten Prionen infiziert und der Effekt von PrPQ167R auf die Inkubationszeit und Pathologie der Tiere untersucht. Während Tg floxed LacZPrP Q167R/NF-L-Cre Mäuse eine um 15% verlängerte Inkubationszeit aufwiesen, war bei Tg floxed LacZ-PrPQ167R/Hb9-Cre Mäusen kein Überlebensvorteil zu beobachten. Somit verlängert der Schutz von MN des Rückenmarks zwar die Inkubationszeit, ist aber nicht ausreichend, um den klinischen Ausbruch der Erkrankung zu verhindern. Um eine größere Zellpopulation im Rückenmark von Tg floxed LacZ-PrPQ167R Mäusen und so eine stärkere Expression von PrPQ167R zu erreichen, wurde ein viraler Gentransfer von Cre-Rekombinase durchgeführt. Dazu wurden doppelsträngige, Creexprimierende Adeno-assoziierte Virus Vektoren (dsAAV2-Cre) bilateral in die Muskulatur der Hinterbeine von Tg floxed LacZ-PrPQ167R Mäusen injiziert. Die Applikation von dsAAV2-Cre, mit einem physikalischen Virus-Titer von 5x1010 GP/ml, führte ausschließlich im Muskelgewebe zur Expression von enzymatisch aktiver Cre-Rekombinase und folglich zur Rekombination der transgenen DNA. Im Rücken- 107 8 ZUSAMMENFASSUNG mark oder Gehirn war keine rekombinante DNA detektierbar. Auch auf Protein-Ebene konnte die Expression von PrPQ167R weder im Muskel noch im Rückenmark oder Gehirn nachgewiesen werden. Um den Transport von dsAAV2-Cre vom Applikationsort bis in das ZNS zu gewährleisten und Cre stabil zu exprimieren, ist demnach eine weitere Optimierung des dsAAV2-Cre Vektorsystems notwendig. Prionen replizieren im lymphoretikulären System (LRS) bereits in einem frühen Stadium der Erkrankung. In der Milz ist Prionen-Infektiosität in follikulär dendritischen Zellen (FDC) sowie in B- und T-Lymphozyten lokalisiert. Ob noch andere PrP exprimierende Zellen an der Prionen-Replikation im LRS beteiligt sind, ist unklar. Um die Beteiligung von Neuronen und MN an der Akkumulation von Prionen im LRS zu untersuchen, wurden transgene, neuronal PrP defiziente Mäuse generiert. Ein Neuronen-spezifischer bzw. MN-spezifischer Knockout von PrP wurde durch Kreuzung von transgenen lox2+=�� Mäusen, welche ein „gefloxtes“ Prnp Allel Prnp auf einem Prnp0=0 Hintergrund tragen, mit NF-L-Cre oder Hb9-Cre Mäusen erreicht. Nach Prionen-Infektion von lox2+=��/NF-L-Cre und lox2+=��/Hb9-Cre Mäusen wurde die Akkumulation von PrPSc und Prionen-Infektiosität in der Milz und im Rückenmark am Tag 50 nach der Infektion analysiert. Während die Replikation von PrPSc in der Milz von Mäusen mit MN-spezifischem PrP Knockout (lox2+=��/Hb9-Cre) nicht beeinträchtigt war, war in pan-neuronal PrP defizienten Mäusen (lox2+=��/NF-L-Cre) keine Akkumulation von PrPSc nachweisbar. Zudem war die Prionen-Infektiosität in der Milz von lox2+=��/NF-L-Cre Mäusen deutlich reduziert. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Akkumulation von PrPSc und Prionen-Infektiosität in der Milz abhängig von neuronaler PrP Expression ist.
KW  - Prionkrankheit
KW  - Pathogenese
KW  - Maus
KW  - Motoneuron
KW  - Prion
KW  - pathogenesis
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-45967
ER  - 
TY  - THES
A1  - Guenzel, Carolin Alexandra
T1  - The Characterization of Nipah Virus V and W proteins
T1  - Die Charakterisierung der Nipah Virus V und W Proteine
N2  - The work of the previous chapters describes the role of Nipah virus (NiV) V and W proteins regarding their role in interferon antagonism and regulation of viral replication. Previous publications have shown that NiV encodes IFN antagonist activity in its V, W and C protein (Park et al., 2003b; Rodriguez et al., 2002). In order to study the effect of both NiV proteins in the context of a virus infection, recombinant Newcastle disease viruses (rNDVs) expressing NiV V or NiV W were constructed. As a control virus served rNDV expressing NDV V proteins, which behaved like wildtype NDV. Growth kinetic experiments demonstrated that rNDVs expressing NiV V or W grew to higher titers than rNDV expressing NDV V in human A549 cells. This result suggested that both NiV V and W were able to render the avian virus, which normally does not replicate well in human cells, into a better growing virus. This hypothesis was supported by the fact that all rNDVs grew similarly in avian DF1 or Vero cells. When rNDV-infected A549 cells were specifically stained for NiV V or W protein it was observed that V is localized in the cytoplasm whereas W could be predominantly found in the nucleus. This observation was in agreement with previous studies reporting a nucleus export signal (NES) for NiV V and a nuclear localization signal (NLS) for NiV W (Rodriguez et al., 2004; Shaw et al., 2005). The specific localization of each NiV protein has also been shown to contribute to different functions in terms of IFN antagonism (Shaw et al., 2005). Here, NiV V and W proteins caused a severe attenuation of the immune response in rNDV-infected human A549 and dendritic cells. The transcription of type I interferons and ISGs was significantly downregulated in the presence of NiV V and W proteins. As a consequence of the transcriptional block, there was also an inhibition at the level of translation (as seen for A549 cells) and the secretion of IFNs and cytokines/chemokines (as seen for DCs). In contrast, NDV V protein induced a host immune response. Both NiV V and W also displayed a strong inhibitory effect on the function DCs. DCs represent a very important cell class because they link the innate immune response to the adaptive immune response (Banchereau & Steinman, 1998). By downregulating the production and secretion of important cytokines/chemokines that are important for the activation of B and T lymphocytes, NiV V and W were able to disrupt that link. Interestingly, NiV W seemed to be a stronger inhibitor than NiV V in both A549 cells and DCs. Overall, it was demonstrated that NiV V and W were able to prevent the induction of the innate and adaptive host immune response cascade by inhibiting the transcription of immune genes in DCs and A549 cells. The second part of this work addressed the question whether NiV V and W proteins have a regulatory role in viral replication. This has been previously reported for Nipah virus itself (Sleeman et al., 2008) and other viruses (Atreya et al., 1998; Horikami et al., 1996; Witko et al., 2006). In order to study the ability of the V and W proteins of NiV to regulate viral transcription and/or replication, an existing NiV minireplicon assay was used (Halpin et al., 2004). Here, it was shown that NiV V and W (but not C) proteins significantly downregulated NiV minireplicon activity. The common N terminal region was shown to harbor the inhibitory activity. Co-immunoprecipitation experiments showed that both NiV V and W (but not C) were able to interact with NiV N, one component of the NiV polymerase. This result was supported by immunofluorescence experiments that revealed co-localization of NiV N with V and W. The binding of NiV V or W to NiV N occurred via their N terminus and more specifically amino acids 1-50. This suggested that V and W might inhibit viral replication by interacting with the viral polymerase resulting in a loss of function. Exact mechanisms still have to be elucidated.
N2  - Die Arbeit der vorangegangenen Kapitel geht auf die Rolle von Nipah Virus (NiV) V und W Proteinen bezueglich deren Rolle im Interferon-Antagonismus und Regulation der viralen Replikation. In vergangenen Veroeffentlichungen wurde gezeigt, dass NiV seine interferon-antagonistische Aktivitaet in dessen V, W und C Proteinen kodiert (Park et al., 2003b; Rodriguez et al., 2002). Um den Effekt beider NiV Proteine im Rahmen einer Virusinfektion zu untersuchen, wurden rekombinante Newcastle disease Viren (rNDV), welche entweder NiV V oder W exprimieren, konstruiert. Als Kontrollvirus diente ein rNDV, der das NDV V Protein exprimiert. Dabei verhaelt sich der rekombinante Virus wie NDV-Wildtyp. Kinetische Wachstumsexperimente in A549 Zellen zeigten, dass rNDVs, die NiV V oder W exprimieren, zu hoeheren Titern wuchsen als rNDV, der NDV V exprimiert. Dieses Ergebnis deutete darauf hin, dass sowohl NiV V als auch NiV W im Stande waren, den Vogelvirus, welcher normalerweise schlecht in humanen Zellen repliziert, zu einem besseren Wachstum anzuregen. Diese Hypothese wurde durch die Tatsache unterstuetzt, dass alle rNDVs ein recht recht aehnliches Wachstumsverhalten in Vogelzellen (DF1 Zellen) und Vero Zellen aufwiesen. Ausserdem wurden rNDV-infizierte A549 Zellen spezifisch gegen NiV V oder W Protein angefaerbt und es konnte beobachtet werden, dass V im Zytoplasma und W ueberwiegend im Nukleus der Zelle lokalisiert ist. Diese Beobachtung stimmte mit vorhergehenden Studien ueberein, die von ein Nukleus-Exportsignal (NES) fuer NiV V und ein Nukleus-Lokalisationsignal (NLS) fuer NiV W berichteten (Rodriguez et al., 2004; Shaw et al., 2005). Es wurde gezeigt, dass diese unterschiedliche, jedoch spezifische Lokalisation der NiV Proteine zu verschiedenen Funktionen bezueglich des Interferon-Antagonismus beitraegt (Shaw et al., 2005). In der vorliegenden Arbeit verursachten NiV V und W Proteine eine heftige Attenuation der Immunantwort in rNDV-infizierten humanen A549 und dendritischen Zellen (DC). In der Anwesenheit von NiV V und W Proteinen wurde die Transkription der Typ 1-Interferonen und ISGs signifikant herunterreguliert. Als Konsequenz des transkriptionellen Blocks konnte auch eine Inhibition auf translationalem Niveau (zu sehen in A459 Zellen) und eine Inhibition der Sekretion von IFNs und Zytokinen/ Chemokinen (zu sehen in DCs) verzeichnet werden. Im Gegensatz dazu induzierte NDV V Protein ein Immunantwort im Wirt. Sowohl NiV V als auch W zeigten auch einen starken inhibitorischen Wirkung auf die Funktion von DCs. DCs repraesentieren einen sehr wichtigen Zelltyp, da sie eine Verbindung zwischen der angeborenen und erworbenen Immunantwort herstellen (Banchereau & Steinman, 1998). Durch die Herunterregulierung der Produktion und Sekretion wichtiger Zytokine/ Chemokine, die fuer die Aktivierung von B- und T-Lymphozyten wichtig sind, waren NiV V und W faehig, diese Verbindung zu zerstoeren. Interessanterweise schien NiV W in A549 Zellen ein viel staerkerer Inhibitor zu sein als NiV V. Insgesamt wurde demonstriert, dass NiV V und W durch Inhibierung der Transkription von Immungenen im Stande waren, die Induktion der angeborenen und erworbenen Immunantwort-Kaskade zu unterbinden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschaeftigt sich mit der Frage, ob NiV V oder W Proteine eine regulatorische Aufgabe in der viralen Replikation uebernehmen. Vorherige Berichte hatten dies fuer Nipah Virus selbst (Sleeman et al., 2008) und andere Viren demonstriert (Atreya et al., 1998; Horikami et al., 1996; Witko et al., 2006). Um die Faehigkeit von V und W Proteinen bezueglich der Regulation der viralen Transkription und/ oder Replikation zu bestimmen, wurde Gebrauch von einem bereits existierenden NiV Minireplikon-Assay gemacht (Halpin et al., 2004). In der vorliegenden Studie wurde gezeigt, dass NiV V und W (jedoch nicht C) Proteine die NiV Minireplikon-Aktivitaet in signifikanter Weise reduzierten. Es wurde gezeigt, dass die gemeinsame N-terminale Region die inhibitorische Aktivitaet besitzt. Ko-Immunopraezipitationsexperimente demonstrierten weitehin, dass sowohl NiV V als auch W (jedoch nicht C) im Stande waren, mit NiV N, einer Komponente der NiV Polymerase, zu interagieren. Dieses Ergebnis wurde von Immunfluoreszenzexperimenten untermauert, die eine Kolokalisation zwischen NiV N und V und W demonstrierten. Der N-Terminus von NiV V und W, und hierbei speziell die Aminosaeuren 1-50, waren fuer die Bindung von NiV V und W an NiV N verantwortlich. Dies deutete darauf hin, dass V und W durch das Binden der viralen Polymerase die virale Replikation inhibiert.
KW  - Viren
KW  - Interferon
KW  - Immunreaktion
KW  - Replikation
KW  - Interferonantagonismus
KW  - Immunsupression
KW  - Interferonantagonism
KW  - Immunesupression
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37627
ER  -