The interplay between IPNV and host cell machinery : possible strategies for immune evasion

Abstract

The aquatic birnaviruses cause diseases in different aquatic species worldwide. Infectious pancreatic necrosis (IPN), caused by IPN virus (IPNV) in salmonids, has arguably been the most economically important disease caused by these viruses. Although the number of cases and subsequently the impact of the disease has been reduced in recent years, concomitant with the use of genetically resistant fish, the ubiquitous nature of the virus and the lack of knowledge about reservoirs and interspecies transmission paves the way for disease reemergence in future. Understanding the virus interaction with host cell and the interplay with the immune system is crucial for development of viral therapies. Information about IPNV interaction with the host cells and immune system has been either lacking or inconsistent. In this thesis, we have attempted to understand some aspects of virus interaction with the host cell with the aim to unravel possible mechanisms used for immune evasion or subversion. Three studies that were conducted in vitro are reported. First, in paper I, we compared responses induced by different IPNV isolates. The study revealed that infection with different strains of IPNV results in different cytopathogenicity and cytokine profiles. Notably, The Sp serotype of IPNV had a higher capacity to suppress the expression of type I IFN and to inhibit protein synthesis. Consequently, in paper II and III, we focused our studies on a virulent Sp isolate. We selected common responses induced by all the isolates, namely inhibition of protein synthesis and apoptosis, and investigated the underlying mechanism and their impact on IPNV replication. The study reported in paper II was directed at understanding the roles these responses play during IPNV infection and their effect on virus replication. The findings indicate that inhibition of protein synthesis might be used to prevent the production of type I IFN and its antiviral effectors such as Mx. In addition, the mechanisms by which protein synthesis is inhibited was investigated partly paper II and III, and the involvement of eIF2α and PKR was demonstrated. However, paper III was mainly performed to address the interplay between IPNV and PKR using chemical inhibition. The data reported in this study shows that PKR activation is beneficial to the virus. Although, the detailed mechanisms involved could not be elucidated we speculate and provide suggestion about the possible underlying mechanisms. Collectively, the findings reported in this thesis provide new insights into IPNV interaction with host cells and suggest that IPNV is able to hijack some of the crucial antiviral responses and use it to evade type I IFN responses as well as to increase virus replication and facilitate its release from infected cells.

Birnavirus er årsaken til sykdommer i forskjellige akvatiske arter over hele verden. Infeksiøs pankreasnekrose (IPN), forårsaket av IPN viruset (IPNV) hos laksefisk, har uten tvil vært den økonomisk mest viktige sykdommen relatert til disse virusene. Selv om antall sykdomstilfeller og betydningen av dem har blitt redusert i de siste årene, samtidig som genetisk motstandsdyktig fisk er tatt i bruk, så vil virusets utbredte natur kombinert med mangel på kunnskap om reservoarer og overføring mellom arter bane vei for reintroduksjon av sykdommen i fremtiden. Forståelse av virusets interaksjon med vertscellen og samspillet med immunsystemet er viktig for utvikling av virale behandlingsmetoder. Informasjon om IPNV sitt samspill med vertsceller og immunforsvaret har enten vært mangelfull eller inkonsistent. I denne oppgaven har vi forsøkt å forstå noen aspekter ved samspillet mellom virus og vertscelle med sikte på å avdekke mulige mekanismer viruset bruker for å unngå en immunreaksjon. Tre in vitro-baserte studier beskrives. I første artikkel (Paper I), sammenlignet vi immunresponser indusert av forskjellige akvatiske birnavirus-isolater. Studien viste at IPNV infeksjon resulterer i ulike cytopatogenitets- og cytokin-profiler. Særlig IPNV serotype Sp hadde en høyere kapasitet til å dempe ekspresjon av type I IFN og hemme proteinsyntese. Som en følge av dette, fokuserte vi våre studier på et virulent Sp isolat i de påfølgende artiklene (Paper II og III). Vi valgte vanlige responser indusert av alle isolater, dvs. hemming av proteinsyntesen og apoptose, og undersøkte underliggende mekanismer og deres innvirkning på IPNV replikering. Studien beskrevet i artikkel II var rettet mot å forstå responsenes roller i IPNV infeksjoner og deres effekt på virusreplikasjon. Funnene indikerer at inhibering av proteinsyntese kan bli brukt til å forhindre produksjon av type I IFN og dets antivirale effektorer som for eksempel Mx. I tillegg ble de mekanismene som fører til hemming av proteinsyntesen delvis undersøkt i artikkel II og III, hvor involvering av eIF2α og PKR ble demonstrert. Artikkel III var imidlertid hovedsakelig utført for å undersøke samspillet mellom IPNV og PKR ved bruk av kjemisk hemming. Dataene beskrevet i denne studien viser at PKR aktivering er gunstig for viruset. De detaljerte mekanismene som er involvert kunne ikke beskrives, men vi spekulerer og gi forslag om mulige underliggende mekanismer. Samlet gir resultatene som er beskrevet i denne oppgaven ny innsikt i IPNV sitt samspill med vertscellene og indikerer at IPNV er i stand til å kapre noen av de viktige antivirale responsene og bruke dette til å unngå type I IFN responser, samt til å øke virusreplikasjon og lette frigivelsen fra infiserte celler.