NS reassortment of an H7-type highly pathogenic avian influenza virus affects its propagation by altering the regulation of viral RNA production and anti-viral host response [Elektronische Ressource] / eingereicht von Zhongfang Wang

Wang Lunyue, Zhongfang

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• Publié le: 01 janvier 2010
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Extrait

NS REASSORTMENT OF AN H7-TYPE HIGHLY
PATHOGENIC AVIAN INFLUENZA VIRUS AFFECTS ITS
PROPAGATION BY ALTERING THE REGULATION OF
VIRAL RNA PRODUCTION AND ANTI-VIRAL HOST
RESPONSE





Aus dem Institut für Medizinische Virologie
der Justus-Liebig-Universität Giessen
Betreuer: Prof. Dr. Stephan Pleschka



NS REASSORTMENT OF AN H7-TYPE HIGHLY
PATHOGENIC AVIAN INFLUENZA VIRUS AFFECTS ITS
PROPAGATION BY ALTERING THE REGULATION OF
VIRAL RNA PRODUCTION AND ANTI-VIRAL HOST
RESPONSE


INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades eines
Dr. rer. nat.
beim Fachbereich Naturwissenschaft
der Justus-Liebig-Universität Gießen


eingereicht von

Zhongfang Wang
Master of Medizin
geboren in Shandong, China

Giessen, Juli 2010






Mit Genehmigung des Fachbereichs Biologie
der Justus-Liebig-Universität Giessen




Dekan: Prof. Dr. Volkmar Wolters


Gutachter: Prof. Dr. Stephan Pleschka
Institut für Medizinische Virologie
Justus-Liebig-Universität Gießen

Gutachter: Prof. Dr. Peter Friedhoff
Institut für Biochemie
Justus-Liebig-Universität Gießen










Erklärung


„Ich erkläre: Ich habe die vorgelegte Dissertation selbständig und ohne unerlaubte fremde
Hilfe und nur mit den Hilfe angefertigt, die ich in der Dissertation angegeben habe. Alle
Textstellen, die wörtlich oder sinngemäß aus veröffentlichten oder nicht veröffentlichten
Schriften entnommen sind, und alle Angaben, die auf mündlichen Auskünften beruhen, sind
als solche kenntlich gemacht. Bei den von mir durchgeführten und in der Dissertation
erwähnten Untersuchungen habe ich die Gründsätze guter wissenschaftlicher Praxis, wie sie
in der „Satzung der Justus-Liebig-Universität Giessen zur Sicherung guter wissenschaftlicher
Praxis“ niedergelegt sind, eingehalten.“





Giessen, Juli 2010


Zhongfang wang








i

Zusammenfassung

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 anti-
virale 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 Säuger-
oder Vogelzellen infiziert worden waren. Überraschender Weise waren die verschiedenen NS-
Segmente nicht nur für Änderungen der anti-viralen Wirtsantwort verantwortlich, sondern
beeinflußten außerdem die virale Genom-Replikation/-Transkription und dessen intra-
zellulären 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.
ii
Summary

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.




iii


List of publications:



1. Ma, W., D. Brenner, Z. Wang, B. Dauber, C. Ehrhardt, K. Hogner, S. Herold, S.
Ludwig, , K. Yu, J. A. Richt, O. Planz, and S. Pleschka. 2010. The NS segment of an
H5N1 highly pathogenic avian influenza virus (HPAIV) is sufficient to alter
replication efficiency, cell tropism, and host range of an H7N1 HPAIV. J Virol
84:2122-33.
2. Z. Wang, NC. Robb, E. Lenz, T. Wolff, E. Fodor and S. Pleschka. 2010. NS
reassortment of an H7-type HPAIV affects its propagation by altering the
regulation of viral RNA production and anti-viral host response. J Virol (in
revision).
iv Table of Content

ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................................................III
SUMMERY.......................................................................................................................................................... IV
LIST OF PUBLICATIONS..................................................................................................................................V
CONTENTS......................................................................................................................................................... VI
1. INTRODUCTION..............................................................................................................................................1
1.1. Influenza viruses...........................................