Herpes simplex virus type 1 (HSV-1) pathogenesis and HSV gene therapy of experimental autoimmune encephalomyelitis

The aim of this thesis was to develop new herpes simplex virus (HSV) vectors for gene therapy of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the principal model of multiple sclerosis (MS), and to study the pathogenesis of wild-type HSV-1 and HSV-1 vectors in vivo. By introducing potential immunomodulatory factors into mice with EAE we strived to develop therapies and possibly find molecules improving recovery from EAE. We aimed at altering the immune response by inducing favorable Th2-type cytokines, thus shifting the immune response from a Th1- or a Th17-response. Our HSV vector expressing interleukin (IL)-5 modulated the cytokine responses, decreased inflammation and alleviated EAE. The use of a novel method, bacterial artificial chromosome (BAC), for engineering recombinant HSV facilitated the construction of a new vector expressing leukemia inhibitory factor (LIF). LIF is a neurotropic cytokine with broad functions in the central nervous system (CNS). LIF promotes oligodendrocyte maturation and decreases demyelination and oligodendrocyte loss. The BAC-derived HSV-LIF vector alleviated the clinical symptoms, induced a higher number of oligodendrocytes and modulated T cell responses. By administering HSV via different infection routes, e.g. peripherally via the nose or eye, or intracranially to the brain, the effect of the immune response on HSV spread at different points of the natural infection route was studied. The intranasal infection was an effective delivery route of HSV to the trigeminal ganglion and CNS, whereas corneal infection displayed limited spread. The corneal and intranasal infections induced different peripheral immune responses, which might explain the observed differences in viral spread.

Automaattisen nukleiinihappoeristyslaitteen ja reaaliaikaisen PCR-menetelmän soveltuvuus herpes simplex -virusten keskushermostoinfektiodiagnostiikkaan

Keskushermosto- ja neonataali-infektiot ovat herpes simplex -virusten aiheuttamista taudeista vakavimpia. Niihin on olemassa lääkitys, joka on tehokkain, kun se aloitetaan aivan sairauden alkuvaiheessa. Näiden infektioiden diagnostiikassa PCR-menetelmä on herkin. Tämä menetelmä on kuitenkin työläs ja aikaa vievä, joten uudet nopeammat menetelmät ovat tervetulleita. Opinnäytetyö tehtiin HUSLABin virologian osastolle. Työssä testattiin QIAGENIN artus®HSV-1/2 LC PCR-reagenssipakkausta, joka on tehty käytettäväksi Roche diagnosticsin reaaliaikaisella PCR-laitteella LightCyclerillä. Lisäksi työssä testattiin automaattista bioMérieuxin NucliSens easyMAG- nukleiinihappoeristyslaitetta. Referenssinä käytettiin HUSLABin virologian osastolla testaushetkellä käytössä olevia menetelmiä. Reaaliaikaisen PCR-menetelmän herkkyyttä testattiin positiivisilla HSV-1 ja HSV-2 kontrollilaimennussarjoilla. Menetelmän oikeellisuutta testattiin määrittämällä laaduntarkkailu- ja potilasnäytteitä, jotka olivat likvoria. Tuloksia verrattiin QCMD:n antamiin ja perinteisellä ”in house”- PCR-menetelmällä saatuihin referenssituloksiin. Spesifisyyttä testattiin muiden ihmisten herpesvirusten positiivisilla kontrolleilla. Automaattisen nukleiinihappoeristysmenetelmän toimivuutta testattiin HSV-positiivisilla ja -negatiivisilla likvornäytteillä, jotka oli aikaisemmin eristetty fenoli-kloroformiuutolla. Tulokset QIAGENIN artus®HSV-1/2 LC PCR-reagenssipakkauksesta olivat hyviä. Kont-rollilaimennussarjan määrityksessä reaaliaikainen PCR-menetelmä osoittautui perinteistä ”in house”- PCR-menetelmää herkemmäksi. Potilasnäytteiden määrityksessä tulokset olivat yhtenevät. EasyMAG- nukleiinihappoeristysmenetelmällä eristettyjen potilasnäytteiden määrityksistä saadut tulokset olivat myös hyviä. Kun tuloksia verrattiin fenoli-kloroformiuutolla saatuihin tuloksiin, olivat tulokset yhtä näytettä lukuun ottamatta yhtenevät. Molemmat testattavat menetelmät ovat nopeita ja virhelähteiden mahdollisuus on vähäisempi kuin perinteisessä ”in house”-PCR menetelmässä ja fenoli-kloroformiuutolla nukleiinihappoa eristettäessä. Tutkimusten tulokset osoittivat molempien menetelmien soveltuvan hyvin HSV:n eristykseen ja määritykseen likvornäytteistä.

Innate and Adaptive Immunity in Orolabial Herpes Simplex

Oral mucosa is a frequent site of primary herpes simplex virus type 1 (HSV-1) infection, whereas intraoral recurrent disease is very rare. Instead, reactivation from latency predominantly results in asymptomatic HSV shedding to saliva or recurrent labial herpes (RLH) with highly individual frequency. The current study aimed to elucidate the role of human oral innate and acquired immune mechanisms in modulation of HSV infection in orolabial region. Saliva was found to neutralize HSV-1, and to protect cells from infection independently of salivary antibodies. Neutralization capacity was higher in saliva from asymptomatic HSV-seropositive individuals compared to subjects with history of RLH or seronegative controls. Neutralization was at least partially associated with salivary lactoferrin content. Further, lactoferrin and peroxidase-generated hypothiocyanite were found to either neutralize HSV-1 or interfere with HSV-1 replication, whereas lysozyme displayed no anti-HSV-1 activity. Lactoferrin was also shown to modulate HSV-1 infection by inhibiting keratinocyte proliferation. RLH susceptibility was further found to be associated with Th2 biased cytokine responses against HSV, and a higher level of anti- HSV-IgG with Th2 polarization, indicating lack of efficiency of humoral response in the control of HSV disease. In a three-dimensional cell culture, keratinocytes were found to support both lytic and nonproductive infection, suggesting HSV persistence in epithelial cells, and further emphasizing the importance of peripheral immune control of HSV. These results suggest that certain innate salivary antimicrobial compounds and Th1 type cellular responses are critically important in protecting the host against HSV disease, implying possible applications in drug, vaccine and gene therapy design.

Viral and cellular modulation of virus-induced apoptosis in experimental infection models

The aim of this study was to investigate herpes simplex virus type 1 (HSV-1)- and measles virus (MV)-induced cell death. HSV-1 with deletion in genes encoding infected cell protein (ICP)4 and protein kinase Us3 (d120) induced apoptosis and cathepsin activation in epithelial (HEp-2) and monocytic (U937) cells. Inhibition of cathepsin activity decreased the amount of d120-induced apoptosis indicating that d120-induced apoptosis could be cathepsin-mediated. Also, HSV-1 infection increased caspase activation suggesting that d120-induced apoptosis is probably caspase-mediated. Cystatin treatment decreased the activity of cathepsins and the replication of HSV-1 indicating that cathepsins contribute to HSV-1 infection. Interestingly, d120 induced also necroptosis in monocytic cells. This is the first report on necroptosis in HSV-1- infected cells. MV induced apoptosis in uninfected bystander T lymphocytes, probably via interaction of MV-infected monocytes with uninfected lymphocytes. The expression of death receptor Fas was clearly increased on the surface of lymphocytes. The number of apoptotic cells and the activation of cathepsins and caspases were increased in MVinfected U937 cells suggesting that MV-induced apoptosis could be cathepsin- and caspase-mediated. Cystatin treatment inhibited cathepsin activities but not MV-induced apoptosis. Besides HSV-1-induced apoptosis, innate immune responses were studied in HSV-1-infection. HSV-1 viruses with either ICP4 and Us3, or Us3 deletion only, increased the expression of Toll-like receptor (TLR)3 and stimulated its downstream pathways leading to increased expression of type I interferon gene and to functional interferons. These findings suggest that besides controlling apoptosis, HSV-1 ICP4 and Us3 genes are involved in the control of TLR3 response in infected cell.

Carriage of herpes simplex virus and human papillomavirus in oral mucosa is rare in young women: a long-term prospective follow-up

Herpes simplex -virus 1 (HSV-1) ja ihmisen papilloomavirus (HPV) infektoivat suun epiteelisoluja. Useimmissa tapauksissa näiden virusten infektio on kliinisesti oireeton. Suun limakalvojen oireeton HPV-infektio on aikuisilla yleinen, ja valtaosa näistä infektioista ovat ohimeneviä ja vain pieni osa johtaa krooniseen HPV-infektioon. Krooninen HPV-infektio lisää riskiä epiteelisolujen transformoitumiseen kohti syöpäsolua. HPV infektio ei ole yksinään riittävä aiheuttamaan syöpäsolun, vaan siihen tarvitaan myös muita riskitekijöitä.. Muut infektiot, kuten esimerkiksi HSV-1-infektio saattaa olla yksi näistä riskitekijöistä. Tämän syventävän opinnäytetyön tutkimuksen tavoitteena oli selvittää HSV-1-infektion esiintymistä naisten suun limakalvonäytteissä kuuden vuoden seurannassa. Toinen tavoitteemme oli selvittää HSV-1 ja HPV -yhteisinfektion esiintymistä suun epiteelisoluissa, erityisesti naisilla joilla havaittiin suun krooninen HPV-infektio. Tämä tutkimus on osa kuusivuotista seurantatutkimusta (Finnish Family HPV -tutkimus), joka suunniteltiin selvittämään HPV-infektioiden dynamiikkaa ja riskitekijöitä 329 suomalaisperheessä. Suun limakalvoilta otettiin harjausnäyte ennen synnytystä ja kuusi kertaa synnytyksen jälkeen kuuden vuoden aikana. Näytteistä eristettyä DNA:ta oli saatavilla riittävästi HSV-1-analyysiä varten yhteensä 304 naiselta (keski-ikä 25.6 vuotta). Kaikkiaan tutkittavia näytteitä oli 1,873, joista HSV-1:n esiintyminen tutkittiin käyttäen kvantitatiivista PCR:ää. Lisäksi epävarmat PCR-tulokset varmistettiin PCR-tuotteen Southern Blot hybridisaatiolla. HSV-1 tuloksia verrattiin aikaisemmin saatuihin HPV-tuloksiin. Suun limakalvonäytteistä 2.2% oli HSV-1-positiivisia ja 19.6% oli HPV-positiivisia. Yhteensä 11.8%:lla äideistä suunäyte oli HSV-1-DNA -positiivinen ainakin kerran seurannan aikana. HSV-1 ja HPV -yhteisinfektio löydettiin vain neljältä äidiltä. Suurin osa äideistä, jotka olivat HSV-1-positiivisia ennen syntymää, pysyivät HSV-1-positiivisina myös synnytyksen jälkeen. Kolmella naisella todettiin persistentti HPV-16 infektio ja kahdella heistä oli samanaikainen HSV-1 infektio. Tuloksemme osoittaa, että HSV-1:n ja HPV:n esiintyminen yhtä aikaa nuorten naisten suun limakalvolla on harvinaista. On suositeltavaa, että yhteisinfektion omaavia äitejä seurataan myös tulevaisuudessa, sillä HSV-1-infektio saattaa olla yksi riskitekijä suun limakalvon malignissa muutoksessa kroonisen HPV-infektion yhteydessä.