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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-81649
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2016/8164/


Identification and Characterization of Virus-Host Interactions Involved in Influenza A Virus Pathogenicity during Pregnancy in Mice

Identifikation und Charakterisierung von Virus-Wirt Interaktionen involviert in Influenza A Virus Pathogenität während der Schwangerschaft in Mäusen

Engels, Géraldine Laura

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SWD-Schlagwörter: Grippe , Schwangerschaft , Maus , Virologie , Pathogenität
Freie Schlagwörter (Englisch): Influenza , pregnancy , mouse , virology , pathogenicity
Basisklassifikation: 44.75
Institut: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Arck, Petra (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.09.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 08.11.2016
Kurzfassung auf Englisch: During the last influenza pandemic in 2009, it was recognized that pregnant women were more likely to be hospitalized and suffer from severe influenza and its related complications such as pneumonia, preterm delivery, emergency cesarean section and even death. The underlying mechanisms explaining the increased disease severity and risk for influenza related complications in the pregnant host however, remain largely unknown. Here, a semi-allogenic pregnant mouse infection model was established in which pregnant mice showed increased morbidity and mortality upon infection with the 2009 pH1N1 influenza A virus compared to non-pregnant mice mirroring the clinical observations made in human pregnancy. Viral titers in pulmonary and extra-pulmonary organs were increased in pregnant infected mice. Additionally, cytokine responses were dampened and selected interferon- stimulated genes were downregulated in pregnant dams. Cxcl10, which attracts effector T cells that are involved in elimination of influenza viruses, was shown to be downregulated in pregnant infected mice. In addition, next generation sequencing was performed and viral mutations appearing with increased frequency in lungs of pregnant infected mice were identified. Next, recombinant viruses containing these mutations were generated and non-pregnant mice were infected. Upon infection with the recombinant mutant viruses pH1N1-HAQ223R, pH1N1-NSR211K/D54N or pH1N1-HAQ223R+NSR211K/D54N non-pregnant mice showed increased morbidity and mortality suggesting that the newly acquired viral mutations during pregnancy contribute to increased virulence. To further characterize the detected mutations, different in vitro assays were performed. Here it was shown that the HAQ223R and HAQ223R+NSR211K/D54N mutations were able to switch the receptor binding specificity, whereas the NSR211K/D54N mutation did not influence the interferon-β induction. In summary, the mouse model used here suggests that the pregnant host physiologically induces a less strict environmental immune pressure, allowing the emergence of viral mutations upon infection with the 2009 pH1N1 influenza A virus. The recombinant viruses containing these mutations showed increased virulence. These findings partially explain the increased severity in pregnant mice upon influenza virus infection. Furthermore, in a translational and clinical approach, it could be shown for the PRINCE cohort that influenza vaccine uptake during pregnancy is low and the infection rate of women, which have never been vaccinated against influenza, is also low during inter-pandemic years.
Kurzfassung auf Deutsch: Während der letzten Pandemie im Jahr 2009, wurde deutlich, dass schwangere Frauen im Gegensatz zu Nicht-Schwangeren schwerer an Influenza erkrankten und häufiger hospitalisiert wurden. Es zeigte sich bei infizierten schwangeren Frauen eine Häufung schwerwiegender Komplikationen wie Pneumonie, Frühgeburt, Notfall-Kaiserschnitt und Tod. Die diesen erschwerten Krankheitsverläufen und dem erhöhten Komplikationsrisiko zugrundeliegenden Mechanismen sind bisher nicht bekannt. Daher in dieser Arbeit ein in vivo Maus Infektionsmodell etabliert, in dem semi-allogen verpaarte trächtige Mäuse mit Influenza A Viren infiziert wurden. Mit Hilfe dieses Mausmodells konnte eine erhöhte Morbidität und Mortalität in trächtigen, mit 2009 pH1N1 infizierten Mäusen aufgezeigt werden, das die klinischen Beobachtungen in schwangeren Frauen widerspiegelte. Trächtige, infizierte Tiere wiesen hier verglichen mit nicht-trächtigen, infizierten Tieren erhöhte pulmonale und extra-pulmonale Titer auf. Demgegenüber waren Zytokinantwort und die Expression Interferon-stimulierter Gene in trächtigen, infizierten Mäusen reduziert. Mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung konnten virale, adaptive Mutationen mit erhöhter Frequenz in Virus, das aus Lungen von trächtigen, infizierten Mäusen isoliert wurde, detektiert werden. Anschließend wurden rekombinante Virusmutanten generiert und mit diesen nicht-trächtige Mäuse infiziert. Die Infektion mit den Mutanten pH1N1- HAQ223R, pH1N1-NSR211K/D54N oder pH1N1-HAQ223R+NSR211K/D54N resultierte in einer erhöhten Morbiditäts- und Mortalitätsrate in nicht-trächtigen, infizierten Mäusen. Weiterhin konnte mittels in vitro Versuchen gezeigt werden, dass die Mutationen HAQ223R und HAQ223R+NSR211K/D54N zu einem Wechsel in der Rezeptorbindungsspezifität des viralen HA führen. Die NSR211K/D54N Mutation hatte jedoch keinen Einfluss auf die Interferon-β Induktion. Zusammenfassend konnten wir mit dem hier etablierten Mausmodell zeigen, dass in der trächtigen Maus physiologisch ein weniger stringenter Immundruck vorliegt, was das Entstehen und die Etablierung von viralen Mutationen fördert. Die hier generierten und untersuchten rekombinanten Mutanten zeigten dabei eine erhöhte Virulenz. In der PRINCE Kohorte konnte zudem in einem translationalen und klinischen Ansatz gezeigt werden, dass die Impfrate von Schwangeren gegen Influenza niedrig ist und dass die Infektionsrate von Frauen, die noch nie gegen Influenza geimpft wurden, für interpandemische Zeiten ebenfalls erwartungsgemäss niedrig ist.

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