• search hit 1 of 2
Back to Result List

Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-24835

The role of integrins in flavivirus infection

  • The Flavivirus genus (Flaviviridae family) comprises the most important arboviruses in the world such as dengue virus, West Nile virus (WNV), Zika virus (ZIKV), Japanese encephalitis virus and yellow fever virus (YFV). Every year, several outbreaks caused by flaviviruses are reported worldwide (i.e.: ZIKV and YFV outbreaks in South America) with a huge impact on economy and public health. In the last few decades, many aspects of the flavivirus biology and the interaction of flaviviruses with host cells have been elucidated. However, many underlying mechanisms concerning receptor usage, entry process and viral interaction with host cell factors are still not completely understood. Integrins, the major class of cell adhesion molecules have been implicated in the infectious cycle of different viruses including flaviviruses. A previous report proposed that a particular integrin, the αVβ3 integrin, might act as a cellular receptor for WNV. However, this hypothesis was not confirmed by other groups. In the present study, murine cell lines lacking the expression of one or more integrin subunits were used to evaluate the involvement of different integrins in the flavivirus infection cycle. Mouse fibroblasts lacking the expression of β1 integrin (MKF-β1-/-) or β3 integrin (MEF-β3-/-) subunits or αVβ3 integrin (MEF-αVβ3-/-) as well as their corresponding wild-type cells were utilized. A second model using Chinese hamster ovary cells (CHO-K1), a cell line that has been described to be refractory to some flaviviruses, were modified to express either αV (CHO-αV+/+) or β3 (CHO-β3+/+) integrin subunits. All cell lines were first characterized by confocal laser microscopy, flow cytometry and functional assays prior to infection to assess their integrin expression. The cell lines were then inoculated with different flaviviruses of public health relevance: WNV, YFV-17D, Usutu virus (USUV), Langat virus (LGTV) and ZIKV. Infection assays were designed in order to evaluate whether integrins influence i) cell susceptibility; ii) binding; iii) internalization and iv) replication of the investigated flaviviruses. Our findings clearly demonstrate that β1, β3 and αVβ3 integrins do not act as flavivirus cellular receptor or attachment factor since their ablation does not completely abrogate flavivirus infection in the investigated cell lines. Flavivirus binding to the cell surface of MEFs, MKFs and CHO cells was not disturbed by the genomic deletion of the above-mentioned integrins. The deletion of β1 and β3 integrin subunit did not affect internalization of any of the flaviviruses tested. In contrast to that, loss of αVβ3 integrin in the MEF-αVβ3-/- cells showed a statistically significant decrease in WNV and USUV internalization while ZIKV, YFV-17D and LGTV internalization remained unaffected suggesting that αVβ3 integrin might be involved in the internalization process of at least some flaviviruses. On the other hand, flavivirus replication was substantially impaired in the integrin-deficient cell lines in comparison to their corresponding wild-type cells. Both, MEF-β3-/- and MKF-β1-/- cells showed a statistically significant reduction on viral load for all flaviviruses tested in comparison to their respective wild-type cells. The MEF-αVβ3-/- cells in particular, showed a strong inhibition of flavivirus replication with a reduction of up to 99% on viral loads for all flaviviruses tested. Levels of flavivirus negative-strand RNA were substantially decreased in MEF-αVβ3-/- cells indicating that integrins might influence flavivirus RNA replication. The ectopic expression of either αV or β3 integrin subunits in CHO cells slightly increased the replication of all flaviviruses tested. Taken together, this is the first report highlighting the involvement of integrins in ZIKV, USUV, LGTV and YFV infection. The results strongly indicate that the investigated integrins play an important role in flavivirus infection and might represent a novel host cell factor that enhances flavivirus replication. Although the exact mechanism of interaction between integrins and flaviviruses is currently unknown, the results provided in this study deepen our insight into flavivirus - host cell interactions and open doors for further investigations.
  • Die Gattung der Flaviviren (Familie Flaviviridae) beinhaltet einige der wichtigsten Arboviren weltweit, beispielsweise das Dengue Virus, das West-Nil Virus (WNV), das Zika Virus (ZIKV), das Japanische-Enzephalitis Virus sowie das Gelbfieber Virus (YFV). Jedes Jahr kommt es zu zahlreichen, durch Flaviviren verursachten Ausbrüchen (u.a. Zika und Gelbfieber Virus Ausbrüche in Südamerika), die mit immensen Auswirkungen auf die Ökonomie und das öffentliche Gesundheitswesen einhergehen. Obwohl die Interaktion von Flaviviren mit verschiedenen Wirtszellen in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht wurde und wichtige Fragen in der Flavivirus Biologie bereits geklärt werden konnten, sind viele zugrundeliegende Mechanismen, u.a. die virale Rezeptornutzung, der Eintrittsprozess sowie die Interaktion mit verschiedenen Wirtszellfaktoren nicht vollständig verstanden. Integrine, eine der wichtigsten Klasse von Zelladhäsionsmolekülen, wurden bereits in der Literatur beschrieben, eine Rolle im Infektionszyklus verschiedener Viren, u.a. auch der Flaviviren, zu spielen. Es gibt zudem Hinweise, dass ein bestimmtes Integrin, das αVβ3 Integrin, als Zellrezeptor für WNV fungieren kann, wobei diese Hypothese bislang nicht weiter bestätigt werden konnte. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von bestimmten Integrinen auf die Flavivirusinfektion in verschiedenen, genetisch modifizierten Maus- und Hamsterzelllinien untersucht. Hierfür wurden zum einen Mausfibroblasten verwendet, die für die Expression von β1 oder β3 Integrin Untereinheiten oder für das αVβ3 Integrin deletiert sind (MKF-β1-/-; MEF-β3-/- und MEF-αVβ3-/-), um diese in Infektionsexperimenten mit den entsprechenden Wildtypzellen zu vergleichen. Zum anderen wurde die Chinese Hamster Ovary (CHO) Zelllinie genutzt, welche in der Literatur als refraktär gegenüber bestimmten Flaviviren beschrieben wurde. Diese Zelllinie wurde im Rahmen der Studie genetisch so modifiziert, dass entweder die αV (CHO-αV+/+) oder die β3 (CHO-β3+/+) Integrin Untereinheit exprimiert wurde. Alle rekombinanten Zelllinien sowie deren Wildtyp wurden mittels Konfokalmikroskopie, Durchflusszytometrie und funktionalen Assays bezüglich der Integrinexpression charakterisiert. Anschließend wurden die Zellen mit den folgenden, Public Health relevanten Flaviviren inokuliert: WNV, YFV, ZIKV, Usutu Virus (USUV) und Langat Virus (LGTV). In diesen Experimenten wurde der Einfluss der beschriebenen Integrine auf i) zelluläre Empfänglichkeit; ii) Bindung; iii) Internalisierung und iv) Replikation der verwendeten Flaviviren untersucht. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die untersuchten Integrine in den verwendeten Maus- und Hamsterzelllinien weder als Zellrezeptor noch als Attachment-Faktor dienen. Die fehlende Expression der Integrine verhindert in keinem Fall die Infektion der Zellen. Unabhängig von der Integrinexpression können alle untersuchten Flaviviren an die entsprechenden Zellen binden und internalisiert werden. Die Deletion der β1 und β3 Integrin Untereinheiten zeigt keinen Effekt auf die Internalisierung der untersuchten Flaviviren. Das Fehlen des αVβ3 Integrins in den MEF-αVβ3-/- Zellen hingegen resultiert in einem statistisch signifikanten Unterschied in der Internalisierung von WNV und USUV im Vergleich zu den entsprechenden Wildtypzellen während die Internalisierung von ZIKV, YFV-17D und LGTV unbeeinträchtigt bleibt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass αVβ3 Integrin in die Internalisierung bestimmter Flaviviren involviert sein könnte. Die Flavivirusreplikation zeigt sich in den Integrin-defizienten Zellen in dieser Studie stark beeinträchtigt im Vergleich zu den Wildtypzellen. Die Deletion der β1 und β3 Untereinheiten resultiert in einer statistisch signifikant verminderten Replikation in den entsprechenden Mausfibroblasten. Eine noch deutlichere Beeinträchtigung der Replikation aller untersuchter Flaviviren mit einer Reduktion der Viruslast um bis zu 99% wird zudem in den MEF-αVβ3-/- Zellen beobachtet. Diese Ergebnisse werden zusätzlich durch deutlich reduzierte Mengen an detektierbarer Negativstrang-RNA in den MEF-αVβ3-/- Zellen unterstützt, was auf einen Einfluss der Integrine auf die Flavivirusreplikation hinweist. Die ektopische Expression der beschriebenen Integrine in CHO Zellen resultiert ebenfalls in einem leichten Anstieg der Flavivirusreplikation. Insgesamt ist dies der erste Bericht, der die Beteiligung von Integrinen in ZIKV, USUV, LGTV und YFV Infektionen beschreibt. Die Ergebnisse dieser Studie deuten stark darauf hin, dass bestimmte Integrine eine entscheidende Rolle in der Flavivirusinfektion spielen und möglicherweise einen neuen Wirtszellfaktor für Flaviviren darstellen. Auch wenn ein eindeutiger Mechanismus für die Interaktion von Integrinen mit Flaviviren bislang nicht bekannt ist, können die gewonnenen Ergebnisse dieser Studie den Anstoß für weiterführende Untersuchungen geben.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Vinícius Pinho dos Reis
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-24835
Title Additional (German):Die Rolle von Integrinen bei Flavivirus-Infektionen
Referee:PD Dr. Rainer G. Ulrich, Prof. Dr. Stefanie Becker
Advisor:PD Dr. Rainer G. Ulrich, Prof. Dr. Martin H. Groschup, Dr. Markus Keller
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2018
Date of first Publication:2019/02/04
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2018/10/09
Release Date:2019/02/04
Tag:Flavivirus, Integrins
GND Keyword:Flavivirus, Integrins
Pagenumber:183
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie