Role of αvβ3 – Integrin and TLR2 in the innate response to Herpes Simplex Virus infection and Delivery of retargeted oncolytic Herpes Simplex via carrier cells

In the first part of my thesis I studied the mechanism of initiation of the innate response to HSV-1. Innate immune response is the first line of defense set up by the cell to counteract pathogens infection and it is elicited by the activation of a number of membrane or intracellular receptors and sensors, collectively indicated as PRRs, Patter Recognition Receptors. We reported that the HSV pathogen-associated molecular patterns (PAMP) that activate Toll-like receptor 2 (TLR2) and lead to the initiation of innate response are the virion glycoproteins gH/gL and gB, which constitute the conserved fusion core apparatus across the Herpesvirus. Specifically gH/gL is sufficient to initiate a signaling cascade which leads to NF-κB activation. Then, by gain and loss-of-function approaches, we found that αvβ3-integrin is a sensor of and plays a crucial role in the innate defense against HSV-1. We showed that αvβ3-integrin signals through a pathway that concurs with TLR2, affects activation/induction of interferons type 1, NF-κB, and a polarized set of cytokines and receptors. Thus, we demonstrated that gH/gL is sufficient to induce IFN1 and NF-κB via this pathway. From these data, we proposed that αvβ3-integrin is considered a class of non-TLR pattern recognition receptors. In the second part of my thesis I studied the capacity of human mesenchymal stromal cells isolated by fetal membranes (FM-hMSCs) to be used as carrier cells for the delivery of retargeted R-LM249 virus. The use of systemically administrated carrier cells to deliver oncolytic viruses to tumoral targets is a promising strategy in oncolytic virotherapy. We observed that FM-hMSCs can be infected by R-LM249 and we optimized the infection condition; then we demonstrate that stromal cells sustain the replication of retargeted R-LM249 and spread it to target tumoral cells. From these preliminary data FM-hMSCs resulted suitable to be used as carrier cells

Characterization of West Nile virus strains isolated in Italy

West Nile virus (WNV) is a neurotropic flavivirus that is maintained in an enzootic cycle between mosquitoes and birds, but can also infect and cause disease in humans and other vertebrate species. Most of WNV infections in humans are asymptomatic, but approximately 20% of infected people develop clinical symptoms, although severe neurological diseases are observed in less than 1% of them. WNV is the most widely distributed arbovirus in the world and has been recently associated with outbreaks of meningo-encephalitis in Europe, including Italy, caused by different viral strains belonging to distinct lineages 1 and 2. The hypothesis is that genetic divergence among viral strains currently circulating in Italy might reflect on their pathogenic potential and that the rapid spread of WNV with increased pathogenicity within naïve population suggest that epidemic forms of the virus may encode mechanisms to evade host immunity. Infection with WNV triggers a delayed host response that includes a delay in the production of interferon-α (IFN-α). IFNs are a family of immuno-modulatory cytokines that are produced in response to virus infection and serve as integral signal initiators of host intracellular defenses. The increased number of human cases and the lack of data about virulence of European WNV isolates highlight the importance to achieve a better knowledge on this emerging viral infection. In the present study, we investigate the phenotypic and IFN-α-regulatory properties of different WNV lineage 1 and 2 strains that are circulating in Europe/Italy in two cell lines: Vero and 1321N1. We demonstrate that: Vero and 1321N1 cells are capable of supporting WNV replication where different WNV strains show similar growth kinetics; WNV lineage 2 strain replicated in Vero and 1321N1 cells as efficiently as WNV lineage 1 strains; and both lineages 1 and 2 were highly susceptible to the antiviral actions of IFN-α.

Sorveglianza dell’infezione da virus dell’epatite E (HEV) in Italia: from farm to table

L'epatite E è una malattia umana con caratteristiche di epatite acuta, causata da un ssRNA virus (HEV). Nel 1997, HEV è stato identificato per la prima volta nei suini (SwHEV). In seguito, diverse evidenze, tra cui la vicinanza genetica tra ceppi umani e suini, suggerirono la trasmissione zoonotica del virus. Nella presente tesi, l’identificazione di SwHEV è stata condotta mediante ricerca di porzioni di genoma virale attraverso RT-PCR. Dal 2011 al 2013, sono stati analizzati 343 campioni fecali (da 19 allevamenti) e 70 bili (da 2 macelli) prelevati da altrettanti suini, in diverse Regioni italiane. E’ stato inoltre condotto uno studio retrospettivo su 78 feci (da 3 allevamenti) raccolte nel 2000. Il virus è stato identificato nel 24,5% e 19,2% delle feci raccolte rispettivamente nel 2011-2013 e nel 2000. Nessuna bile è risultata positiva. Mediante sequenziamento del genoma intero di uno dei virus identificati, è stata condotta l’analisi filogenetica per valutarne il grado di correlazione con alti ceppi suini e umani. La presenza di HEV è stata valutata lungo la filiera di produzione suina, dal macello al punto vendita. Trentaquattro campioni di feci, fegato e muscolo sono stati raccolti in un macello da altrettanti suini sani (età:6-7 mesi). Quattordici feci e 2 fegati, sono risultati positivi per HEV. Sono state prelevate 129 salsicce sia allo stabilimento di trasformazione sia alla vendita, ma nessuna è risultata positiva. La presenza di HEV è stata valutata anche nelle salsicce di fegato, fresche e secche, acquistate presso una macelleria. Il genoma virale è stato rilevato nel 22,2% delle salsicce fresche e nel 4,3 % di quelle secche ma la vitalità del virus non è stata dimostrata. In conclusione, lo studio condotto ha confermato l’ampia circolazione di HEV nei suini e la possibile contaminazione dei prodotti carnei derivati, confermando la necessità di una continua sorveglianza.

Trasmissione post-natale del citomegalovirus attraverso il latte materno al neonato VLBW

Introduction Postnatal human cytomegalovirus (CMV) infection is usually asymptomatic in term babies, while preterm infants are more susceptible to symptomatic CMV infection. Breastfeeding plays a dominant role in the epidemiology of transmission of postnatal CMV infection, but the risk factors of symptomatic CMV infection in preterm infants are unknown. Patients and Methods Between December 2003 and August 2006, eighty Very Low Birth Weight (VLBW) preterm infants (gestational age ≤ 32 weeks and birth weight < 1500 g), admitted to the Neonatal Intensive Care Unit of St Orsola-Malpighi General Hospital, Bologna were recruited. All of them were breastfed for at least one month. During the first week of life, serological test for CMV was performed on maternal blood. Furthermore, urinary CMV culture was performed in all the infants in order to exclude a congenital CMV infection. Urine samples from each infant were collected and processed for CMV culture once a week. Once every 15 days a blood sample was taken from each infant to evaluate the complete blood count, the hepatic function and the C reactive protein. In addition, samples of fresh breast milk were processed weekly for CMV culture. A genetic analysis of virus variant was performed in the urine of the infected infants and in their mother’s milk to confirm the origin of infection. Results We evaluated 80 VLBW infants and their 68 mothers. Fifty-three mothers (78%) were positive for CMV IgG antibodies, and 15 (22%) were seronegative. In the seronegative group, CMV was never isolated in breast milk, and none of the 18 infants developed viruria; in the seropositive group, CMV was isolated in 21 out of 53 (40%) mother’s milk. CMV was detected in the urine samples of 9 out of 26 (35%) preterm infants, who were born from 21 virolactia positive mothers. Six of these infants had clinically asymptomatic CMV infection, while 3 showed a sepsis-like illness with bradycardia, tachypnea and repeated desaturations. Eight out of nine infants showed abnormal hematologic values. The detection of neutropenia was strictly related to CMV infection (8/9 infected infants vs 17/53 non infected infants, P<.005), such as the detection of an increase in conjugated bilirubin (3/9 infected infants vs 2/53 non infected infants, P<.05). The degree of neutropenia was not different between the two groups (infected/non infected). The use of hemoderivatives (plasma and/or IgM–enriched immunoglobulin) in order to treat a suspected/certain infection in newborn with GE< 28 ws was seen as protective against CMV infection (1/4 infected infants vs 18/20 non infected infants [GE<28 ws]; P<.05). Furthermore, bronchopulmonary dysplasia (defined both as oxygen-dependency at 30 days of life and 36 ws of postmenstrual age) correlated with symptomatic infection (3/3 symptomatic vs 0/6 asymptomatic: P<.05). Conclusion Our data suggest that CMV infection transmitted to preterm newborn through human milk is always asymptomatic when newborns are clinically stable. Otherwise, the infection can worsen a preexisting disease such as bronchopulmonary dysplasia. Human milk offers many nutritional and psychological advantages to preterm newborns: according to our data, there’s no reason to contraindicate it neither to pasteurize the milk of all the mothers of preterm infants who are CMV seropositive.

Studio della patogenesi di HIV-1 nel compartimento osseo: effetti della terapia antiretrovirale convenzionale e nuovi approcci all'eradicazione

L’obiettivo della tesi è studiare il virus HIV-1 in relazione alle alterazioni sistemiche, riscontrate nel paziente HIV-infetto, in particolare alterazioni a carico del sistema scheletrico, indotte dal virus o dall’azione dei farmaci utilizzati nella terapia antiretrovirale (HAART). L’incidenza dell’osteoporosi nei pazienti HIV-positivi è drammaticamente elevata rispetto alla popolazione sana. Studi clinici hanno evidenziato come alcuni farmaci, ad esempio inibitori della proteasi virale, portino alla compromissione dell’omeostasi ossea, con aumento del rischio fratturativo. Il nostro studio prevede un follow-up di 12 mesi dall’inizio della HAART in una coorte di pazienti naïve, monitorando diversi markers ossei. I risultati ottenuti mostrano un incremento dei markers metabolici del turnover osseo, confermando l’impatto della HAART sull’omeostasi ossea. Successivamente abbiamo focalizzato la nostra attenzione sugli osteoblasti, il citotipo che regola la sintesi di nuova matrice ossea. Gli esperimenti condotti sulla linea HOBIT mettono in evidenza come il trattamento, in particolare con inibitori della proteasi, porti ad apoptosi nel caso in cui vi sia una concentrazione di farmaco maggiore di quella fisiologica. Tuttavia, anche concentrazioni fisiologiche di farmaci possono regolare negativamente alcuni marker ossei, come ALP e osteocalcina. Infine esiste la problematica dell’eradicazione di HIV-1 dai reservoirs virali. La HAART riesce a controllare i livelli viremici, ciononostante diversi studi propongono alcuni citotipi come potenziali reservoir di infezione, vanificando l’effetto della terapia. Abbiamo, perciò, sviluppato un nuovo approccio molecolare all’eradicazione: sfruttare l’enzima virale integrasi per riconoscere in modo selettivo le sequenze LTR virali per colpire il virus integrato. Fondendo integrasi e l’endonucleasi FokI, abbiamo generato diversi cloni. Questi sono stati transfettati stabilmente in cellule Jurkat, suscettibili all’infezione. Una volta infettate, abbiamo ottenuto una significativa riduzione dei markers di infezione. Successivamente la transfezione nella linea linfoblastica 8E5/LAV, che porta integrata nel genoma una copia di HIV, ha dato risultati molto incoraggianti, come la forte riduzione del DNA virale integrato.

Studio dell'interazione di HIV-1 sulle cellule progenitrici ematopoietiche CD34+ (HPCs)

Oltre alla progressiva perdita dei linfociti T CD4, i pazienti HIV-infetti presentano diverse citopenie periferiche. In particolare l’anemia si riscontra nel 10% dei pazienti asintomatici e nel 92% di quelli con AIDS e la terapia cART non è in grado di risolvere tale problematica. I meccanismi patogenetici alla base di questa citopenia si ritiene che possano riguardare la deregolazione citochinica, il danno alle HPCs, alle cellule in differenziamento e alle cellule stromali. Le cellule progenitrici ematopoietiche CD34+, dopo essere state separate da sangue cordonale e differenziate verso la linea eritroide, sono state trattate con HIV-1 attivo, inattivato al calore e gp120. In prima istanza è stata messa in luce la mancata suscettibilità all’infezione e l’aumento dell’ apoptosi dovuto al legame gp120-CD4/CXCR4 e mediato dal TGF-β1 nelle cellule progenitrici indifferenziate. L’aspetto innovativo di questo studio però si evidenzia esaminando l’effetto di gp120 durante il differenziamento verso la filiera eritrocitaria. Sono stati utilizzati due protocolli sperimentali: nel primo le cellule sono inizialmente trattate per 24 ore con gp120 (o con HIV-1 inattivato al calore) e poi indotte in differenziamento, nel secondo vengono prima differenziate e poi trattate con gp120. Il “priming” negativo determina una apoptosi gp120-indotta molto marcata già dopo 48 ore dal trattamento ed una riduzione del differenziamento. Se tali cellule vengono invece prima differenziate per 24 ore e poi trattate con gp120, nei primi 5 giorni dal trattamento, è presente un aumento di proliferazione e differenziamento, a cui segue un brusco arresto che culmina con una apoptosi molto marcata (anch’essa dipendente dal legame gp120-CD4 e CXCR4 e TGF-β1 dipendente) e con una drastica riduzione del differenziamento. L’insieme dei risultati ha permesso di definire in modo consistente la complessità della genesi dell’anemia in questi pazienti e di poter suggerire nuovi target terapeutici in questi soggetti, già sottoposti a cART.

Apple latent infection caused by Neofabraea alba: host-pathogen interaction and disease management

Apple latent infection caused by Neofabraea alba: host-pathogen interaction and disease management Bull’s eye rot (BER) caused by Neofabraea alba is one of the most frequent and damaging latent infection occurring in stored pome fruits worldwide. Fruit infection occurs in the orchard, but disease symptoms appear only 3 months after harvest, during refrigerated storage. In Italy BER is particularly serious for late harvest apple cultivar as ‘Pink Lady™’. The purposes of this thesis were: i) Evaluate the influence of ‘Pink Lady™’ apple primary metabolites in N. alba quiescence ii) Evaluate the influence of pH in five different apple cultivars on BER susceptibility iii) To find out not chemical method to control N. alba infection iv) Identify some fungal volatile compounds in order to use them as N. alba infections markers. Results regarding the role of primary metabolites showed that chlorogenic, quinic and malic acid inhibit N. alba development. The study based on the evaluation of cultivar susceptibility, showed that Granny Smith was the most resistant apple cultivar among the varieties analyzed. Moreover, Granny Smith showed the lowest pH value from harvest until the end of storage, supporting the thesis that ambient pH could be involved in the interaction between N. alba and apple. In order to find out new technologies able to improve lenticel rot management, the application of a non-destructive device for the determination of chlorophyll content was applied. Results showed that fruit with higher chlorophyll content are less susceptible to BER, and molecular analyses comforted this result. Fruits with higher chlorophyll content showed up-regulation of PGIP and HCT, genes involved in plant defence. Through the application of PTR-MS and SPME GC-MS, 25 volatile organic compounds emitted by N. alba were identified. Among them, 16 molecules were identified as potential biomarkers.