Measles virus infection – Interplay between virus and host cells

Measles, caused by measles virus (MV), is a highly contagious viral disease causing severe respiratory infection and a typical rash. Despite the availability of a protective vaccine, measles is still the leading vaccine-preventable cause of childhood mortality worldwide. The high mortality associated with the disease is mainly due to an increased susceptibility to secondary infections during the period of immunosuppression that continues for several weeks after recovery. The present study was undertaken to elucidate the role of cytoskeletal components in the regulation of MV infection. The most interesting finding was that MV replication was activated in unstimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) when globular actin was converted into the filamentous form with jasplakinolide. This provides a new aspect in our understanding of MV infection in PBMC. In the second part of the thesis we investigated MV-induced structural changes of cellular nuclear matrix, which is a proteinaceous framework of the nucleus similar to the cytoskeleton in the cytoplasm. We showed that cleavage of nuclear markers was virusspecific and a general caspase inhibitor rescued MV-infected cells from cell death. Furthermore, we studied MV-induced innate immune mechanisms in lung epithelial and endothelial cells. Our results showed that MV infection resulted in activation of the double stranded RNA (dsRNA) binding molecules melanoma differentiation-associated gene 5 (mda-5), retinoic acid inducible gene I (RIG-I), and toll-like receptor 3 (TLR3) gene expression, followed by high expression of antiviral cytokine mRNA.

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.

Epstein-Barr-viruksen antigeeniosoitustestin kehittäminen

Epstein-Barr-virus (EBV) aiheuttaa mononukleoosia eli pusutautia, joka ilmenee yleensä murrosiällä tai nuorella aikuisiällä. Mononukleoosissa on tyypilliset nielutulehduksen oireet, minkä takia sitä on vaikea erottaa muiden taudinaiheuttajien aiheuttamista nielutulehduksista. Erotusdiagnostiikan käyttö nielutulehduksessa on oleellista, koska vain Streptokokki-bakteerien aiheuttamat nielutulehdukset vaativat antibioottihoitoa. Akuutin EBV-infektion pikadiagnostiikka perustuu nykyisellään infektion seurauksena muodostuvien heterofiilisten vasta-aineiden mittaamiseen verestä. Niiden mittaamisessa on useita ongelmia, koska useilla lapsilla niitä ei muodostu lainkaan ja vanhemmillakin niitä muodostuu yleensä vasta viikon päästä mononukleoosin oireiden alkamisesta. Mittaamalla EBV:n antigeeneja saataisiin positiivinen testitulos vasta-ainetestiä nopeammin. EBV:lle ei ole kuitenkaan kehitetty antigeeniosoitustestiä todennäköisesti siksi, että EBV:n erittymisen terveiden viruksen kantajien limakalvoille uskotaan olevan ongelma antigeenitestauksessa. Diplomityön tavoitteena oli kehittää akuutin EBV-infektion pikadiagnostiikkaan soveltuva limakalvonäytteestä tehtävä immunometrinen antigeeniosoitustesti. Työssä kehitettiin uusia polyklonaalisia vasta-aineita sekä testattiin kaupallisia vasta-aineita. Vasta-aineiden toimintaa tutkittiin immunomäärityksissä kokonaista EBV:ta ja puhdistettuja proteiiniantigeeneja vastaan. Monoklonaalisten vasta-aineiden kehitys lopetettiin ennen varsinaista tuottoa, koska ensin kehitetyt polyklonaaliset vasta-aineet eivät tunnistaneet natiivia virusta vaan pelkästään immunisointeihin käytetyt rekombinanttiset kohdeproteiinit. Kaupallisista vasta-aineista yhdellä onnistuttiin kehittämään tiettävästi maailman ensimmäinen immunometrinen EBV-antigeeniosoitustesti, jossa saatiin tunnistus sekä natiivilla EBV:lla että puhdistetulla proteiiniantigeenilla. Testin herkkyys proteiiniantigeenilla oli hyvä (4 pM) ja puhdistetulla EBV-virusvalmisteellakin todennäköisesti riittävä (6,2×106 viruspartikkelia/ml) kliiniseen diagnostiikkaan. Testillä ei kuitenkaan saatu suppeasta mononukleoosipotilaiden nielunäyteaineistosta yhtään EBV-positiivista tulosta. Referenssiksi tilatut PCR-testit osoittivat näytteiden EBV-pitoisuuksien olevan liian alhaisia osoitettavaksi kehitetyllä EBV-antigeeniosoitustestillä. PCR-testauksessa mononukleoosipotilaiden nielunäytteistä osoitettujen alhaisten EBV-määrien perusteella spekuloitiin, että olisiko edustavin näytteenottopaikka akuutissa EBV-infektiossa sittenkin nielun sijaan nenänielu. Myös kirjallisuudesta löytyi tälle tukea. EBV-antigeeniosoitustestin osoitettiin toimivan hyvin standardinäyte-materiaalilla. Testikehitysprojektin jatkon kannalta oleellista on kuitenkin vielä selvittää laajemmalla kliinisellä näyteaineistolla, mistä EBV:n antigeeneja pitäisi osoittaa akuutissa EBV-infektiossa ja ovatko niiden pitoisuudet riittävän korkeita.