Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Bovine herpesvirus type 5 (BHV-5) is a major etiologic agent of meningo-encephalitis in cattle and establishes lifelong latent infection in trigeminal ganglia and also in other areas of the brain. Colonization of deep areas of the brain with latent viral DNA may have important implications on the pathogenesis of BHV-5 neurological infection upon reactivation. In this study, we investigated the distribution of BHV-5 DNA in the brain of experimentally infected rabbits a laboratory model for BHV-5 infection - prior and subsequently to virus reactivation, using a nested PCR for the glycoprotein B gene. Eighteen rabbits inoculated intranasally with a Brazilian BHV-5 isolate were divided in two groups: group A rabbits (n=8) were euthanized 60 days post-inoculation (pi) for tissue collection; group B (n=7) were submitted to dexamethasone administration at day 60pi for reactivation of latent infection and euthanized for tissue collection 60 days later. To compare, we used two groups of BHV-1-infected rabbits (C, n=3 and D, n=3), each group being submitted to one of the above treatments, respectively. In group A rabbits, viral DNA was consistently detected in trigeminal ganglia (8/8), frequently in cerebellum (6/8), anterior cortex, pons medulla (3/8) and only occasionally in thalamus (2/8), ventro-lateral, dorsal and posterior cortices, midbrain (1/8). In rabbits previously submitted to virus reactivation, viral DNA showed a broader distribution, being detected more frequently besides the TG (7/7) - in ventro-lateral (6/7) and posterior cortices (5/7), pons-medulla and thalamus (4/7) and midbrain (3/7). In contrast, rabbits inoculated with BHV-1 harbored latent viral DNA in a few tissues in addition to TG and did not show significant changes in distribution of viral DNA post-reactivation. These results demonstrate that latency by BHV-5 DNA and not BHV-1 DNA may be established in several areas of the brain of experimentally infected rabbits. Further, dexamethasone-induced virus reactivation is followed by a wider distribution of latent viral DNA, probably due to virus dissemination from the original sites. Thus, it is reasonable to speculate that reactivation of latent infection from deep areas of the brain may contribute to the recrudescence of neurological disease frequently observed upon reactivation of latent BHV-5 infection. / O herpesvírus bovino tipo 5 (BHV-5) é um importante agente etiológico de meningoencefalite em bovinos e estabelece infecção latente em seus hospedeiros, principalmente nos gânglios dos nervos sensoriais. No entanto, a colonização de áreas profundas do cérebro com DNA viral pode ter implicações importantes na patogenia da infecção pelo BHV-5 após a reativação da infecção latente. Neste estudo, foi investigada a distribuição do DNA do BHV-5 no cérebro de coelhos infectados experimentalmente, antes e após a reativação da infecção latente, utilizando um nested-PCR para uma seqüência do gene da glicoproteína B. Dezoito coelhos infectados pela via intranasal com um isolado brasileiro de BHV-5 foram divididos em dois grupos: coelhos do grupo A (n=8) foram submetidos a eutanásia 60 dias pós inoculação (pi) para a coleta de tecidos; animais do grupo B (n=7) foram submetidos a administração de dexametasona no dia 60 pi. Para comparação foram utilizados dois grupos de coelhos inoculados com o BHV-1 (C, n=3 e D, n=3), cada grupo sendo submetido a um dos tratamentos acima, respectivamente. Nos animais do grupo A, o DNA viral foi consistentemente detectado no gânglio trigêmeo (8/8), freqüentemente no cerebelo (6/8), com menor freqüência na ponte e córtex anterior (3/8) e ocasionalmente no tálamo (2/8) e córtices ventro-lateral, dorso-lateral e posterior, pedúnculo cerebral e tálamo (1/8). Nos animais previamente submetidos à reativação, a distribuição do DNA viral foi mais ampla, sendo detectado mais consistentemente, além do TG (7/7), nos córtices ventro-lateral (6/7), e posterior (5/7), ponte e tálamo (4/7) e menos freqüentemente no pedúnculo cerebral (3/7). Em contrapartida, os animais inoculados com o BHV-1 apresentaram o DNA viral latente em poucos tecidos além do TG, e não apresentaram alterações importantes na distribuição do DNA viral após a reativação. Esses resultados demonstraram que o DNA latente do BHV-5 - e não o do BHV-1 - pode estar presente em várias áreas do cérebro de coelhos infectados experimentalmente. A reativação induzida por dexametasona resulta na reativação viral e provavelmente na colonização de áreas adicionais no cérebro. Com base nesses resultados pode-se especular que a reativação do DNA viral latente nestas regiões pode contribuir para a recrudescência de doença neurológica observada após a reativação da infecção latente pelo BHV-5.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Seven outbreaks and an isolated case of meningoencephalitis caused by bovine herpesvirus-5 (BoHV-5) in cattle from Rio Grande do Sul, Brazil, occurring in 2002-2004 are described. From a total population at risk of 1,359 cattle, 54 1-18-month-old calves from both sexes and several breeds were affected and 50 died spontaneously or were euthanatized while moribund. The highest frequency of cases were in recently weaned calves or calves submitted to other stressing factors. General rates of morbidity, mortality and lethality were respectively 3.97%, 3.67% e 92.59%. Clinical courses varied from 3-10 days and included depression, nasal and ocular discharge, grinding of teeth, circling, blindness, fever, nistagmus, trembling, anorexia, dysphagia, drooling, incoordination, head pressing, rough hair coat, tachycardia, tachypnea, abdominal pain, melena, falls, recumbency, opisthotonus, convulsions and paddling. Nineteen calves were necropsied. Necropsy findings were characterized by hyperemia of leptomeninges, swollen of rostral portions of the telencephalon, and flattening of frontal lobes gyri; frequently in these frontal areas there were segmental brown-yellow discoloration and softening (malacia) of the cortex. In cases with more protracted clinical courses there were extensive swelling, softening and hemorrhaging of the telencephalic frontal lobes. Microscopically, all affected cattle had a necrotizing non-suppurative meningoencephalitis with variable distribution among the 19 cases and among the various telencephalic regions of the same case. The severity of these changes were more marked, in decreasing order of intensity, in the telencephalic frontal cortex, basal ganglia (nuclei), thalamus, brain stem, parietal telencephalic cortex, occipital telencephalic cortex and cerebellum. Perivascular inflammatory infiltrate consisted predominantly of lymphocytes, plasm cells, and, less frequently, neutrophils. Additional microscopic findings included variable degrees of gliosis, edema, neuronal necrosis in the telencephalic cortex characterized by shrinking and eosinophilia of perikaria and nuclear picnosis (red neuron); basophilic intranuclear inclusion bodies in astrocytes and neurons (21.05% of the cases); sattelitosis; and neuronophagia. The areas of softening in the cortical substance consisted of necrosis of the neuroctodermal elements with maintenance of mesenchymal structures (vessels and microglia), infiltrate of gitter cells, and, in more severe cases, extensive hemorrhages. In chronic cases, only vascular structures and a few gitter cells remained in the cortical area leaving a cavity between white matter and leptomeninges (residual lesion). The diagnosis was based on the epidemiological, clinical, necropsy and histopathologial findings. Viral isolation, immunofluorescent antibody technique and polymerase chain reaction were performed in three outbreaks. / São descritos sete surtos e um caso isolado de meningoencefalite por herpesvírus bovino-5 (BoHV-5) em bovinos no Rio Grande do Sul entre 2002-2004. Foram afetados bovinos de 1-18 meses, de diversas raças e ambos os sexos. A maior freqüência foi observada em bovinos recém-desmamados e submetidos a outros fatores de estresse. Nesses surtos, de uma população total sob risco de 1.359 bovinos, 54 foram afetados, quatro se recuperaram e 50 morreram espontaneamente ou foram submetidos à eutanásia quando moribundos. Os índices gerais de morbidade, mortalidade e letalidade foram, respectivamente, de 3,97%, 3,67% e 92,59%. A evolução clínica variou de 3-10 dias e os sinais eram caracterizados por depressão, corrimento nasal ou ocular, ranger de dentes, andar em círculos, cegueira, febre, nistagmo, tremores, anorexia, disfagia, sialorréia, incoordenação, pressão da cabeça contra objetos, pêlos arrepiados, taquicardia, taquipnéia, dor abdominal, melena, quedas, decúbito, opistótono, convulsões e movimentos de pedalagem. Dezenove bezerros foram necropsiados. Achados de necropsia foram caracterizados por hiperemia das leptomeninges, tumefação das porções rostrais do telencéfalo, com achatamento das circunvoluções dos lobos frontais; nessas áreas havia focos marromamarelados e amolecidos (malacia). Nos casos de evolução clínica mais longa era observada acentuada tumefação, amolecimento e extensas áreas de hemorragia nos lobos frontais telencefálicos. Microscopicamente, todos os bovinos afetados apresentaram meningoencefalite não-supurativa e necrosante, que variou quanto à localização e intensidade nos 19 casos examinados e nas seções de encéfalo de um mesmo caso. A intensidade dessas lesões foi mais acentuada, em ordem decrescente, no córtex telencefálico frontal, nos núcleos da base, tálamo, tronco encefálico, córtex parietal, córtex occipital e cerebelo. O infiltrado inflamatório perivascular era constituído predominantemente por linfócitos e plasmócitos e, menos freqüentemente, neutrófilos. Outros achados incluíam variados graus de gliose, edema, necrose neuronal no córtex telencefálico, caracterizada por encarquilhamento e eosinofilia do citoplasma e picnose nuclear (neurônio vermelho), corpúsculos de inclusão basofílicos intranucleares em astrócitos e neurônios (21,05% dos casos), satelitose e neuronofagia. As áreas de amolecimento do parênquima eram caracterizadas por necrose do componente neuroectodérmico e manutenção das estruturas mesenquimais (vasos e micróglia), com infiltrado de células gitter e, em casos mais graves, áreas de hemorragia. Nos casos crônicos apenas estruturas vasculares e poucas células gitter permaneciam, formando uma cavidade entre a substância branca e as leptomeninges (lesão residual). O diagnóstico foi realizado com base nos achados epidemiológicos, clínicos, de necropsia e histopatológicos. Adicionalmente, foi realizado isolamento viral, imunofluorescência e reação em cadeia da polimerase em três surtos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Aspects of bovine herpesvirus 5 (BoHV-5) pathogenesis and experimental therapies against BoHV-1 and BoHV-5 were investigated in vitro and in inoculated rabbits. In chapter 1, we investigated the role of nitric oxide (NO), a component of innate immunity against pathogens, in the neurological disease by BoHV-5 in rabbits. Spectrophotometry for NO products revealed that NO levels were significantly increased in several regions of the brain of rabbits with neurological disease [F(4, 40)=3.33; P<0.02]. Quantification of NO levels in the brain at different time points after virus inoculation revealed a gradual increase [F(12, 128)=2.82; P<0,003], correlated spatially and temporally with virus dissemination within the brain and preceding the development of neurological signs. Thus, we propose that the overproduction of NO in the brain of BoHV-5-infected rabbits may participate in the pathogenesis of neurological disease. In chapter 2, the activity of three anti-herpetic drugs was tested against BoHV-1, BoHV-2 and BoHV-5 in vitro by plaque reduction assay. Acyclovir was moderately active against the three viruses; Gancyclovir was moderately effective against BoHV-2, and to a lesser extent against BoHV-5, being poorly active against BoHV-1. Foscarnet (PFA) exhibited the most pronounced antiviral activity, being the only drug that, at the concentration of 100 ìg/mL, completely inhibited plaque formation by all three viruses. In chapter 3, we report the activity of PFA in rabbits inoculated with BoHV-1 or BoHV-5. Rabbits inoculated with BoHV-5 and treated with 100 mg/kg of PFA presented mortality rates (11/22 or 50%) statistically lower than non-treated controls (21/22 ou 95.4%) (P<0.0008). A significant reduction in the mean virus titers was observed at day 3 pi, the peak of virus shedding [F(9,108) = 2,23; P<0.03]. Reduction in virus shedding, frequency, severity and duration of ocular signs were also observed in rabbits inoculated with BoHV-1 into the conjunctival sac, comparing to the controls. The prolonged incubation period and the reduction in the duration of the clinical course of the PFA-treated group was significant (P<0.005 and P<0.04, respectively). Therefore, the activity of PFA in vivo against BoHV-1 and BoHV-5 may be exploited in further experimental therapies. In chapter 4, we investigated the effect of the inhibition of the inducible isoform of nitric oxide synthase (iNOS), associated or not with PFA treatment, on neurological infection by BoHV-5 in rabbits. Groups of BoHV-5-inoculated rabbits were treated with the iNOS inhibitor aminoguanidine (AG); with PFA; with both drugs; or maintained as virus controls. Morbidity and mortality rates were 100% (6/6) in the groups AG and CV, 66.7% (4/6) in the group PFA and 83.3% (5/6) in the group AG+PFA. The incubation period was significantly lower (P<0.05) and the onset of neurological disease occurred earlier and was more severe in the group AG. These results demonstrate that treatment with PFA reduced morbidity and mortality rates associated to BoHV-5 infection, that AG treatment anticipated the development of neurological signs, and that the development of neurolocial disease was delayed in the group treated with both drugs. Taken together, these results contribute to the knowledge of the pathogenesis of BoHV-5 neurological disease and pave the way for other experimental pathogenesis and therapy studies. / Aspectos da patogenia da infecção neurológica pelo herpesvírus bovino 5 (BoHV-5) e terapias experimentais contra o BoHV-1 e BoHV-5 foram estudados in vitro e em coelhos inoculados. O capítulo 1 relata a investigação do papel do óxido nítrico (NO), um componente da imunidade inata contra patógenos, na doença neurológica produzida pelo BoHV-5 em coelhos. Espectrofotometria para os produtos de degradação do NO revelou um aumento significativo nos seus níveis em várias regiões do encéfalo de coelhos infectados (F(4, 40)=3.33; P<0,02). A quantificação do NO no encéfalo nos dias seguintes à inoculação viral revelou um aumento gradativo (F(12, 128)=2.82; P<0,003), correlacionado temporal e espacialmente com a invasão e disseminação viral, e precedendo o desenvolvimento de sinais neurológicos. Sugere-se, assim, que a produção aumentada de NO em resposta à infecção possa participar da patogenia dessa doença neurológica. No capítulo 2, investigou-se a atividade de três fármacos antivirais frente ao BoHV-1, BoHV-2 e BoHV-5 in vitro pelo teste de redução do número de placas. O Aciclovir foi moderadamente ativo frente aos três vírus; o Ganciclovir apresentou atividade moderada frente ao BoHV-2 e, em menor grau, contra o BoHV-5, sendo ineficaz frente ao BoHV-1. O Foscarnet (PFA) apresentou a atividade antiviral mais pronunciada, sendo o único fármaco que, na concentração de 100 μg/mL, inibiu completamente a produção de placas pelos três herpesvírus bovinos. No capítulo 3, investigou-se a atividade do PFA em coelhos inoculados com o BoHV-1 ou BoHV-5. Coelhos inoculados com o BoHV-5 e tratados com 100 mg/kg do PFA apresentaram índices de mortalidade (11/22; 50%) estatisticamente inferiores aos controles não-tratados (21/22; 93,7%) (P<0,0008). Uma redução significativa no título médio de vírus foi observada no dia 3 pi, pico da excreção viral [F(9,108) = 2,23; P<0,03]. Em coelhos inoculados no saco conjuntival com o BoHV-1 e tratados com o PFA, foram observadas reduções na excreção viral, na frequência, severidade comparando-se com o grupo controle. O período de incubação prolongado e a redução na duração do curso clínico no grupo tratado foi significante (P<0,005 e P<0,04, respectivamente). A atividade antiviral do PFA in vivo contra o BoHV-1 e BoHV-5 abre a perspectiva para outras terapias experimentais. No capítulo 4, investigou-se o efeito da inibição da isoforma induzível da enzima óxido nítrico sintase (iNOS), associada ou não ao tratamento com o PFA, na infecção neurológica pelo BoHV-5 em coelhos. Grupos de coelhos inoculados com o BoHV-5 foram tratados com o inibidor da iNOS aminoguanidina (AG); com PFA; com ambos os fármacos; ou não receberam tratamento. Os índices de morbidade e mortalidade foram de 100% (6/6) nos grupos AG e controle; 66,7% (4/6) no grupo PFA e 83,3% (5/6) no grupo AG+PFA. O período de incubação foi significativamente menor (P<0,05) e os sinais neurológicos foram mais precoces e severos nos animais do grupo AG. Portanto, o tratamento com PFA reduziu a morbidade e mortalidade associadas com a infecção pelo BoHV-5; o tratamento com AG resultou no agravamento e na antecipação do quadro neurológico e no grupo tratado com ambos os fármacos observou-se um desenvolvimento mais tardio dos sinais neurológicos. Esses resultados contribuem para o conhecimento da patogenia da doença neurológica pelo BoHV-5 e abrem perspectivas para estudos adicionais de patogenia e terapêutica anti-herpesvírus.

Rabbits have been used as animal models to study the pathogenesis of neurological infection by bovine herpesvirus type 5 (BHV-5), an important agent of meningoencephalitis in cattle. The olfactory system has been implicated as the main pathway for the virus to reach the brain after replication in the nasal mucosa. To investigate the role of the olfactory route in the pathogenesis of neurological infection, a technique of transfrontal craniotomy for ablation of the main olfactory bulbs (MOBs), using the eyes as the anatomic reference was developed and evaluated. Using this technique, twenty three 30 days-old rabbits were submitted to surgical ablation of the MOBs and subsequently inoculated with BHV-5. After skin, subcutaneous tissue and periosteum incisions, the craniotomy was performed in a point equidistant to the medial corner of the eyes, with a 3 mm drill coupled to a low intensity elyptic drilling machine. The removal of the MOB s tissue was performed by using a number 6 uretral probe coupled to a surgical vaccum pump. The anatomic references used were appropriate in allowing an adequate and easy access to the MOBs. Necropsy performed in three animals after the surgery demonstrated that the surgical procedure was efficient in completely removing the MOB tissue. This was also demonstrated by the interruption of the access of the virus to the brain after intranasal inoculation: only one animal (1/11) in the bulbectomized group developed neurological infection and disease, against 100% (10/10) of the control group. The transfrontal craniotomy using the eyes as the anatomical reference allowed for an adequate access for localization and removal of the MOBs in rabbits. This techique may be used in studies of viral pathogenesis requiring the complete interruption of the olfactory connection to the brain. / Coelhos têm sido utilizados como modelo para o estudo da neuropatogenia da infecção pelo herpesvírus bovino tipo 5 (BHV-5), um importante agente de doença neurológica em bovinos. O sistema olfatório tem sido apontado como a principal via de acesso do vírus ao cérebro após replicação na cavidade nasal. Para investigar a importância da via olfatória na patogenia da infecção neurológica pelo BHV-5, foi elaborada e avaliada técnica operatória de craniotomia transfrontal para remoção dos bulbos olfatórios (BOs), definindo-se as órbitas como referência anatômica. Foram utilizados 45 coelhos com 30 a 40 dias de idade, sendo 23 submetidos à ablação cirúrgica dos BOs e posteriormente inoculados pela via intranasal (IN) ou no saco conjuntival (IC) com o BHV-5. Após incisões de pele, tecido subcutâneo e periósteo, a craniotomia foi realizada em um ponto eqüidistante entre os cantos mediais dos olhos, com uma broca sulcada de 3mm acoplada a uma perfuratriz elétrica de baixa rotação. A remoção dos BOs foi realizada com uma sonda uretral nº6 acoplada a um aspirador. O estudo macroscópico de três animais após a cirurgia comprovou que o procedimento foi eficiente na remoção total dos BOs. Isso também foi comprovado pela interrupção do acesso do vírus ao córtex cerebral: apenas um animal (1/11 ou 9,1%) no grupo submetido à ablação dos BOs com inoculação IN desenvolveu enfermidade neurológica, contra 100% (10/10) dos coelhos controle. Conclui-se que a técnica de craniotomia transfrontal utilizando a órbita como referência anatômica permite o acesso adequado para localização e remoção dos BOs e pode ser utilizada em estudos de patogenia de infecções por vírus neurotrópicos que exijam a interrupção completa da via olfatória.