Equine herpesviruses in Iceland: Course of infection and immune response against gammaherpesviruses type 2 and 5, and isolation of an alphaherpesvirus, type 3

Lilja Thorsteinsdottir

Research output: Types of ThesisPh.D. Thesis

Abstract

Íslenski hesturinn er eini hestastofninn á Íslandi. Hestar voru fluttir hingað við landnám og hafa verið hreinræktaðir síðan. Vegna landfræðilegrar einangrunar er stofninn berskjaldaður fyrir mörgum sjúkdómsvöldum sem herja á hesta í öðrum löndum. Fimm gerðir herpesveira eru þekktar hjá hestum (equine herpesvirus, EHV), þrjár alfa () EHV 1, 3 og 4 og tvær gamma () EHV 2 og 5. Meirihluti fullorðinna hesta á Íslandi hafa mótefni gegn EHV-4. Sjúkdómseinkenni sem líkjast EHV-3 sýkingu hafa komið fram í hrossum og báðar gammaherpesveirurnar eru algengar í stofninum. Ísland er samkvæmt okkar bestu vitund, eina landið þar sem EHV-1 veiran finnst ekki. Við staðfestum, með einangrun, EHV-3 veiruna í fyrsta skiptið hjá íslenska hestastofninum. Út frá eðli herpesveira má álykta að allar fjórar landlægu herpesveirurnar hafi komið til landsins við landnám. Við rannsóknir á herpesveirum er mikilvægt að notast við frumur úr sama hýsli og veiran. Með því að innleiða æxlisgen í prímer nýrna- og lungnafrumur bjuggum við til hestafrumulínur. Hægt er að rækta frumulínurnar 40 sinnum, ólíkt upprunalegu frumunum sem einungis er hægt að umrækta 10-12 sinnum. EHV-5 veiran hafði mun hærri títer í nýrnafrumulínunni og innleiðslugeta hennar var um fjórum sinnum betri, borið saman við prímer nýrnafrumurnar. Þessar frumulínur nýtast við rannsóknir á hestaveirum. Sýkiferill EHV-2 og EHV-5 og ónæmissvar gegn EHV var skoðað með því að fylgja eftir folöldum frá köstun fram að 22 mánaða aldri. Mæðrum þeirra var fylgt eftir í 6 mánuði. Sértækt EHV mótefnasvar var mælt, veirumagn var greint með qPCR og veirueinangrun var reynd. EHV-2 var einangruð frá 5 daga gömlu folaldi og EHV-5 á degi 12, fyrr en áður hefur fundist. Sértækt EHV mótefnasvar var ekki mælanlegt hjá folöldunum áður en þau komust á spena, en hækkaði nokkrum dögum síðar. Mótefnin frá móður lækkuðu síðan fram að 3-4 mánaða aldri og samhliða jókst EHV-2 magn. EHV-5 náði hins vegar ekki hámarki fyrr en folöldin voru eins árs. Folöldin voru flokkuð í tvo hópa, eftir sértæku EHV heildar IgG mótefnasvari móður í sermi við fæðingu, hátt-svar og lágt-svar. Það var greinileg fylgni milli magns mótefna hjá móður og veirumagns og mótefnaframleiðslu folaldanna. Þetta sást betur hjá EHV-5 þar sem 7 mánuðir voru á milli hópanna tveggja með tilliti til þess hvenær veiran náði hámarki. Fyrir EHV-2 var aðeins mánuður á milli. Með qPCR fékkst mögnun á erfðaefni EHV frá hluta af folaldasýnunum sem tekin voru áður en þau komust á spena. Þetta gæti bent til þess að einhver hluti erfðaefnis veiranna sé innlimaður í litninga hestsins. Þessar heildarniðurstöður gefa innsýn í hvernig flutningur á mótefnum frá móður hefur áhrif á EHV sýkingu og mótefnaframleiðslu afkvæmis. Einnig auka niðurstöðurnar þekkingu okkar á sýkiferli EHV-2 og EHV-5 fyrstu tvö æviárin. Hönnuð var tjáningarkasetta sem tjáir EGFP prótein samhliða tjáningu EHV-2 glýkópróteins B. Framleidd var endurröðuð EHV-2, rEHV2-gB-egfp, sem gat sýkt bæði hestafrumur og kanínufrumur (RK13). Þessi flúrljómandi veira gæti reynst gagnleg í in vitro rannsóknum á EHV-2. Endurraðaðar baculoveirur með tjáningarkassettu sem hefur stýril sem virkar í spendýrum hafa nýst í tilraunabólusetningum, bæði in vitro og in vivo. Útbúnar voru sex ólíkar baculoveiruferjur og prófaðar in vitro. Þrjár voru síðan prófaðar áfram með bólusetningartilraun í folöldum. Bólusett var í eitla, undir húð og í vöðva. Sértækt mótefnasvar gegn markpróteininu var ekki mælanlegt hjá neinu folaldi. Niðurstöður verkefnisins veita gleggri innsýn í herpesveirusýkingar í íslenska hrossastofninum og jafnframt voru hönnuð tól sem auðvelda áframhaldandi rannsóknir á sviðinu.
The native Icelandic horse is the only horse breed in Iceland. The horses were brought to the country in the 9th and 10th centuries and have been purebred ever since. Due to this geographic isolation the horses are immunologically naïve to various agents known to infect horses in other countries. Five types of herpesviruses are known in horses, three EHVs; 1, 3 and 4 and two EHVs; 2 and 5. In Iceland, the majority of adult horses are antibody positive against EHV-4, clinical symptoms resembling an infection with EHV-3 have been detected and EHV-2 and EHV-5 are endemic and ubiquitous. To our knowledge, Iceland is the only country free of EHV-1. In this study we isolated and confirmed EHV-3 for the first time in our native population. In light of the nature of herpesviruses it is likely the four EHVs endemic in Iceland arrived with the founders of the breed. Cell lines originating from equines are important when working with EHVs. We established equine cell lines, both kidney and lung, with extended life span by transfecting primary cells with a retroviral vector containing oncogenes. The cell lines can be passaged approximately 40 times, as opposed to the primary cells 10-12 times. EHV-5 grew to a substantially higher titer and the transfection efficiency was four times higher in the kidney cell line than in the primary cells. These cells could have further advantages for equine virus research. The course of EHV-2 and EHV-5 infections and the immune response against EHV was studied by following foals from birth to 22 months of age and their dams during the first 6 months postpartum. The EHV specific antibody responses were evaluated, the viral load was measured with qPCR and virus isolation attempted. Both EHV-2 and EHV-5 were isolated earlier than previously reported on day 5 and 12, respectively. EHV specific antibodies were not detected before colostrum intake but peaked a few days after birth. The maternal antibodies declined when the foals were 3–4 months of age, followed by a peak in the EHV-2 viral load, whereas the EHV-5 viral load peaked when the foals were one year old. Depending on the mare’s EHV specific total IgG levels in serum at birth, the foals were grouped in two groups, high and low. There was a notable correlation between the level of maternal antibodies on the one hand and viral load and induction of endogenous antibody production in the foals on the other hand. These effects were more evident for EHV-5 as there were seven months between the viral load peaks for the high and low groups, compared to one month for EHV-2. Amplification of viral DNA was detected in some foals’ nasal swab and blood leukocyte samples taken before colostrum intake, indicating possible integration of viral DNA sequences into the host chromosome. Overall, these results provide information on how maternal antibody transfer affects EHV shedding and antibody production of the offspring and extends our knowledge on the EHV-2 and EHV-5 infection in foals during the first two years of life. An expression cassette was designed to express EGFP protein as a fusion protein with EHV-2 glycoprotein B. An infectious recombinant EHV-2 virus, rEHV2-gB-egfp, was constructed with homologous recombination. The virus was able to infect both equine and rabbit cells (RK13). The fluorescent virus could be a useful tool in EHV-2 in vitro studies. Recombinant baculoviruses carrying a mammalian cell-active expression cassette have been used for gene delivery in vitro and in vivo. We constructed and tested 6 different rBac-viral vectors in vitro and used three of them in vaccination trials in foals. Regardless of injection site, the foals did not develop measurable antibodies against the target. Overall, the study provides improved tools for EHV research and deeper understanding of the EHV status in the Icelandic horse population.
Original languageEnglish
Supervisors/Advisors
  • Svansson, Vilhjálmur, Supervisor
Publisher
Print ISBNs978-9935-9516-4-9
Publication statusPublished - Mar 2020

Other keywords

  • Áblásturssótt
  • Hestar
  • Frumurannsóknir
  • Ónæmisfræði
  • Læknisfræði
  • Doktorsritgerðir
  • Cell lines, Equine, Herpesvirus, Immune response and Viral vector

Fingerprint

Dive into the research topics of 'Equine herpesviruses in Iceland: Course of infection and immune response against gammaherpesviruses type 2 and 5, and isolation of an alphaherpesvirus, type 3'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this