VSR Dukkipati (2007). A search for genetic factors influencing immune responses to Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis. Doctoral thesis, Massey University, Palmerston North, New Zealand. A study was conducted to identify associations between genetic markers and immune responses in Australian fine-wool Merino sheep to a killed Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) vaccine (GudairTM). Blood samples and immune response data (antibody and interferon gamma, IFN-gamma results) were obtained from 934 sheep from a longterm Map vaccination trial undertaken on three independent properties in New South Wales, Australia. Blood samples were genotyped for eight microsatellite markers that included four (DYMS1, OLADRW, OLADRB and SMHCC1) from the Ovar-Mhc region, two each from the SLC11A1 (OVINRA1 and OVINRA2) and IFN-gamma (o(IFN)gamma and OarKP6) gene regions. Vaccination with GudairTM induced strong antibody and IFN-gamma responses as early as two weeks post-vaccination. Between-property differences in magnitude and trend of immune responses, concomitant with season of vaccination and magnitude of natural infection prevalent in individual flocks, were evident. Immune responses in controls on all the three properties remained consistently low, except for slightly elevated IFN-gamma levels at a few time points in controls of properties 2 and 3, concomitant with exposure to natural infection. There were only 2 alleles and 3 genotypes for marker o(IFN)gamma but other loci exhibited extensive polymorphisms, the most occurring at OLADRW which had 42 alleles and 137 genotypes. Heterozygosities varied between 33% (OVINRA2) and 87% (SMHCC1), while polymorphic information contents ranged from 0.31 (o(IFN)gamma) to 0.88 (OLADRW). Genotypes at loci DYMS1, OLADRB, SMHCC1, OVINRA1 and o(IFN)gamma were in Hardy- Weinberg equilibrium (HWE), while those at OarKP6 were in HWE only when rare alleles (<1.0% frequency) were pooled with the closest size class. Departure from HWE, resulting from possible preferential amplification of alleles in heterozygotes, was evident at OLADRW and OVINRA2. Associations between immune responses and genetic polymorphisms at the marker loci were examined by analysing both genotypic and allelic affects. The study revealed several genotypes/alleles at different marker loci to be significantly associated with antibody and IFN-gamma responses to vaccination with GudairTM. However, the majority of those effects were inconsistent across the three properties. Based on significance and consistency in effects across the three properties, five genotypes (two at DYMS1 and one each at OLADRB, SMHCC1 and OVINRA1) and three alleles (one each at DYMS1, OLADRB and o(IFN)gamma) were considered either ‘probable’ or ‘most likely’ to be associated with low IFN-gamma responses, while a genotype at o(IFN)gamma was considered ‘most likely’ to influence high IFN-gamma responses. An allele at OarKP6 was considered ‘probable’ to be associated with low antibody responses to vaccination. Considering the significance of IFN-gamma responses in protection against Map, it is likely that the identified genotype/alleles influencing IFN-gamma responses to vaccination would also influence immune responses to natural Map infections. However, further studies need to be conducted to determine the role of these marker genotypes/alleles in protection against paratuberculosis under natural infection conditions. Key words: paratuberculosis, OJD, Johne’s disease, sheep, immune response, genetic markers, gene polymorphisms, MHC, SLC11A1, IFN-gamma

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Das human pathogene Varicella-Zoster Virus (VZV) gehört zur Familie der Herpesviren und ist weltweit verbreitet. Die Primärinfektion verursacht Varicellen, welche durch einen bläschenartigen Hautausschlag charakterisiert ist. Im Anschluss daran etabliert VZV eine lebenslange Latenz und verursacht nach Reaktivierung Herpes Zoster. Seit 2004 ist der Lebendimpfstoff aus attenuierten Virionen des VZV-Stammes V-Oka in Deutschland empfohlen. Im Gegensatz zur Infektion mit zirkulierenden virulenten VZV Stämmen tritt nach Verimpfung des Vakzin-Stammes V-Oka kein Exanthem auf. Die Haut ist der Hauptreplikationsort von VZV und immunologische Unterschiede zwischen virulentem VZV und dem Vakzin-Stamm treten hier am deutlichsten auf. In der vorliegenden Arbeit konnte eine neue Immunevasionsstrategie virulenter VZV Stämme aufgedeckt werden, welche erklären könnte, wie virulente VZV Stämme frühe antivirale Immunantworten umgehen. In Hautläsionen von Herpes Zoster Patienten konnte eine massive Infiltration von myeloiden inflammatorischen Dendritischen Zellen beobachtet werden. In vitro Studien mit Monozyten abgeleiteten Dendritischen Zellen (DC), welche inflammatorische DC repräsentieren, zeigten, eine signifikant erhöhte Expression von CD1c Molekülen nach Infektion mit dem Vakzin-Stamm, sowie virulentem VZV. Funktionelle Untersuchungen mit intraepithelialen CD1c-restringierten gamma delta T Zellen zeigten, dass DC nach Infektion mit dem Vakzin-Stamm phänotypisch und funktionell reiften und somit die T Zellen zur IFN-gamma Sekretion stimulierten. Im Gegensatz dazu wurde die funktionelle Reifung von DC, die mit virulentem VZV infiziert waren, geblockt. Folglich wurde kein bioaktives IL-12 sezerniert, welches als entscheidendes Cytokin zum Aufbau einer antiviralen T-Helfer 1 Immunantwort beiträgt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass virulentes VZV die Signalkaskade des Toll-like Rezeptors 2 (TLR2) in DC inhibiert und somit die IL-12 Produktion verhindert. / Varicella-zoster virus (VZV) which belongs to the family of herpesviruses is restricted to humans and distributed worldwide. Primary infection of VZV causes chickenpox characterized by a disseminated rash. Thereafter, VZV establishes a lifelong latency and can be reactivated to cause herpes zoster. Since 2004 the attenuated strain V-Oka of VZV was licensed for Germany to immunize children against VZV infection. In contrast to infection by circulating virulent VZV strains, vaccination with V-Oka remains asymptomatic. The skin is the major replication site of VZV and immunological differences between virulent VZV and the vaccine should become most apparent within this immune organ. In summary, this study discovered a new immune evasion strategy of virulent VZV strains which might explain how virulent VZV strains overcome innate antiviral responses. A strong infiltration of myeloid-derived inflammatory DCs has been detected in skin lesions of herpes zoster patients. In vitro studies with monocyte-derived dendritic cells (DCs), reflecting inflammatory DCs, showed that they were efficiently infected by both, the vaccine and a virulent VZV strain. Intriguingly, a significant upregulation of CD1c molecules on VZV-infected DCs was observed. Functional investigations using intraepithelial CD1c-restricted gamma delta T cells revealed that DCs infected with the vaccine virus were fully instructed to mature, thereby promoting IFN-gamma secretion of gamma-delta T cells. In striking contrast, DCs infected with virulent VZV strains were efficiently blocked to mature functionally. In detail, they did not secrete bioactive IL-12 which is an instrumental cytokine for generation of antiviral T helper 1 responses. Moreover, virulent VZV blocked Toll-like receptor 2 (TLR2) signaling in DCs thereby preventing production of bioactive IL-12 which in turn inhibited IFN-gamma secretion by gamma-delta T cells.

Le virus de l’hépatite murine de type 3 (MHV3) est un excellent modèle animal pour l’étude des différents désordres immunologiques lors d’infections virales. L’hépatite aiguë fulminante induite par ce virus chez la souris susceptible C57BL/6 se caractérise par la présence de plusieurs foyers nécrotiques et inflammatoires dans le foie associée à une immunodéficience en lymphocytes B et T, tuant les souris entre 3 et 5 jours post-infection. L’évolution rapide de cette maladie virale suggère un débalancement dans les mécanismes de l’immunité naturelle sous le contrôle des cellules NK et NK-T et un bris de l’équilibre entre la tolérance hépatique et la réponse inflammatoire. Afin d’élucider les rôles respectifs des différents mécanismes de la défense innée impliqués dans le développement de l’hépatite aiguë, des infections in vivo ont été réalisées chez des souris C57BL/6 avec la souche pathogène L2-MHV3 ou avec des variants du virus MHV3. Ces derniers possèdent des tropismes différents pour les cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques et les cellules de Kupffer, tels que les virus faiblement atténué 51.6-MHV3, fortement atténué CL12-MHV3 et non pathogène YAC-MHV3. Ces études in vivo ont montré une diminution des cellules NK spléniques et myéloïdes suite à une infection avec le virus MHV3. Cette chute en cellules NK spléniques reflète un recrutement de ces cellules au niveau du foie. Par contre, les cellules NK se sont avérées permissives à la réplication virale entraînant un processus d’apoptose suite à la formation de syncétia induits par le virus. Les niveaux de recrutement et d’apoptose des cellules NK et NK-T dans le foie reflètent la pathogénicité des variants MHV3 durant les trois premiers jours de l’infection virale bien que les cellules NK recrutées au niveau du foie maintiennent leur activité cytotoxique. L’ajout des IL-12 et IL-18, qui sont normalement diminués lors de l’hépatite aiguë, provoque une production synergique d’IFN-g par les cellules NK, résultant d’une interaction entre l’activation de la voie p38 MAPK et la réplication virale. Par ailleurs, le récepteur viral CEACAM1a (carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1a) serait essentiel à cette synergie, mais exercerait aussi une action inhibitrice dans la production de l’IFN-g. D’autre part, les niveaux de production des cytokines immunosuppressives IL-10, TGF-b et PGE2, impliquées dans la tolérance hépatique et particulièrement produites par les cellules de Kupffer et les cellules endothéliales sinusoïdales, sont en relation inverse avec le degré de pathogénicité des variants du virus MHV3. Finalement, le virus pathogène L2-MHV3 déclenche la production de cytokines inflammatoires par les macrophages, tels que l’IL-6 et le TNF-a. L’induction de ces cytokines par les macrophages serait indépendante de la présence de la molécule CEACAM1a. Cette stimulation est plutôt reliée à la fixation des particules virales sur des récepteurs TLR2, en association avec les régions riches en héparanes sulfates. Tous ces résultats mettent en évidence de nouveaux mécanismes par lesquels le virus MHV3 peut diminuer l’efficacité des mécanismes de l’immunité naturelle sous le contrôle des cellules NK et NK-T intrahépatiques, suite à une stimulation de l’inflammation résultant du bris de la tolérance hépatique. / Mouse hepatitis virus type 3 (MHV3) is an excellent model to study immunological disorders related to viral infections. The fulminant acute hepatitis induced in susceptible C57BL/6 mice is characterized by the presence of necrotic and inflammatory foci in the liver associated with B and T cell immunodeficiencies leading to the death of the animals in 3 to 5 days post-infection. The fulminance of this viral infection suggests a deficiency in the natural immunity mechanisms under control of NK and NK-T cells and an imbalance between the hepatic tolerance and the inflammatory responses. To understand the different mechanisms involved in the acute hepatitis, in vivo infections have been done in C57BL/6 mice with either the pathogenic L2-MHV3, or with its attenuated variants: the weak attenuated 51.6-MHV3, the highly attenuated CL12-MHV3 or the non-pathogenic YAC-MHV3 viruses, possessing different tropisms for liver sinusoidal endothelial cells and Kupffer cells. The results demonstrate that splenic and myeloid NK cells are impaired during a MHV3 infection. This impairment is due to a recruitment of these cells in the liver and a virus-induced apoptotic phenomenon. The recruitment and the subsequent apoptosis of NK and NK-T cells during the first three days of infection are in relation with the pathogenicity of the MHV3 variants. In spite of the fact that hepatic recruited NK cells are still cytotoxic, these cells undergo apoptosis due to viral replication via the formation of syncytia. Addition of IL-12 and IL-18, which are impaired during the acute hepatitis, promote a synergistic IFN-g production by NK cells depending of both the p38 MAPK pathway and the viral replication. Moreover, the specific viral receptor CEACAM1a (carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1a) is essential for this response but also exerts an inhibitory action. Levels of the immunosuppressive cytokines IL-10, TGF-b and PGE2, mainly produced by Kupffer cells and sinusoidal endothelial cells, and implicated in the natural hepatic tolerance, are in inverse correlation with the pathogenicity of the MHV3 variants. Finally, viral infection promotes the secretion of IL-6 and TNF-a by macrophages, triggered by the fixation of viral particules to TLR2 and heparan sulfate receptors rather than the engagement of CEACAM1a receptor and viral replication. In conclusion, our results suggest new mechanisms by which the MHV3 virus disturbs the innate immunity under control of NK and NK-T cells, as well as the cytokines involved in the hepatic tolerance to the detriment of the inflammatory response.

Le virus de l’hépatite murine de type 3 (MHV3) est un excellent modèle animal pour l’étude des différents désordres immunologiques lors d’infections virales. L’hépatite aiguë fulminante induite par ce virus chez la souris susceptible C57BL/6 se caractérise par la présence de plusieurs foyers nécrotiques et inflammatoires dans le foie associée à une immunodéficience en lymphocytes B et T, tuant les souris entre 3 et 5 jours post-infection. L’évolution rapide de cette maladie virale suggère un débalancement dans les mécanismes de l’immunité naturelle sous le contrôle des cellules NK et NK-T et un bris de l’équilibre entre la tolérance hépatique et la réponse inflammatoire. Afin d’élucider les rôles respectifs des différents mécanismes de la défense innée impliqués dans le développement de l’hépatite aiguë, des infections in vivo ont été réalisées chez des souris C57BL/6 avec la souche pathogène L2-MHV3 ou avec des variants du virus MHV3. Ces derniers possèdent des tropismes différents pour les cellules endothéliales sinusoïdales hépatiques et les cellules de Kupffer, tels que les virus faiblement atténué 51.6-MHV3, fortement atténué CL12-MHV3 et non pathogène YAC-MHV3. Ces études in vivo ont montré une diminution des cellules NK spléniques et myéloïdes suite à une infection avec le virus MHV3. Cette chute en cellules NK spléniques reflète un recrutement de ces cellules au niveau du foie. Par contre, les cellules NK se sont avérées permissives à la réplication virale entraînant un processus d’apoptose suite à la formation de syncétia induits par le virus. Les niveaux de recrutement et d’apoptose des cellules NK et NK-T dans le foie reflètent la pathogénicité des variants MHV3 durant les trois premiers jours de l’infection virale bien que les cellules NK recrutées au niveau du foie maintiennent leur activité cytotoxique. L’ajout des IL-12 et IL-18, qui sont normalement diminués lors de l’hépatite aiguë, provoque une production synergique d’IFN-g par les cellules NK, résultant d’une interaction entre l’activation de la voie p38 MAPK et la réplication virale. Par ailleurs, le récepteur viral CEACAM1a (carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1a) serait essentiel à cette synergie, mais exercerait aussi une action inhibitrice dans la production de l’IFN-g. D’autre part, les niveaux de production des cytokines immunosuppressives IL-10, TGF-b et PGE2, impliquées dans la tolérance hépatique et particulièrement produites par les cellules de Kupffer et les cellules endothéliales sinusoïdales, sont en relation inverse avec le degré de pathogénicité des variants du virus MHV3. Finalement, le virus pathogène L2-MHV3 déclenche la production de cytokines inflammatoires par les macrophages, tels que l’IL-6 et le TNF-a. L’induction de ces cytokines par les macrophages serait indépendante de la présence de la molécule CEACAM1a. Cette stimulation est plutôt reliée à la fixation des particules virales sur des récepteurs TLR2, en association avec les régions riches en héparanes sulfates. Tous ces résultats mettent en évidence de nouveaux mécanismes par lesquels le virus MHV3 peut diminuer l’efficacité des mécanismes de l’immunité naturelle sous le contrôle des cellules NK et NK-T intrahépatiques, suite à une stimulation de l’inflammation résultant du bris de la tolérance hépatique. / Mouse hepatitis virus type 3 (MHV3) is an excellent model to study immunological disorders related to viral infections. The fulminant acute hepatitis induced in susceptible C57BL/6 mice is characterized by the presence of necrotic and inflammatory foci in the liver associated with B and T cell immunodeficiencies leading to the death of the animals in 3 to 5 days post-infection. The fulminance of this viral infection suggests a deficiency in the natural immunity mechanisms under control of NK and NK-T cells and an imbalance between the hepatic tolerance and the inflammatory responses. To understand the different mechanisms involved in the acute hepatitis, in vivo infections have been done in C57BL/6 mice with either the pathogenic L2-MHV3, or with its attenuated variants: the weak attenuated 51.6-MHV3, the highly attenuated CL12-MHV3 or the non-pathogenic YAC-MHV3 viruses, possessing different tropisms for liver sinusoidal endothelial cells and Kupffer cells. The results demonstrate that splenic and myeloid NK cells are impaired during a MHV3 infection. This impairment is due to a recruitment of these cells in the liver and a virus-induced apoptotic phenomenon. The recruitment and the subsequent apoptosis of NK and NK-T cells during the first three days of infection are in relation with the pathogenicity of the MHV3 variants. In spite of the fact that hepatic recruited NK cells are still cytotoxic, these cells undergo apoptosis due to viral replication via the formation of syncytia. Addition of IL-12 and IL-18, which are impaired during the acute hepatitis, promote a synergistic IFN-g production by NK cells depending of both the p38 MAPK pathway and the viral replication. Moreover, the specific viral receptor CEACAM1a (carcinoembryonic antigen cell adhesion molecule 1a) is essential for this response but also exerts an inhibitory action. Levels of the immunosuppressive cytokines IL-10, TGF-b and PGE2, mainly produced by Kupffer cells and sinusoidal endothelial cells, and implicated in the natural hepatic tolerance, are in inverse correlation with the pathogenicity of the MHV3 variants. Finally, viral infection promotes the secretion of IL-6 and TNF-a by macrophages, triggered by the fixation of viral particules to TLR2 and heparan sulfate receptors rather than the engagement of CEACAM1a receptor and viral replication. In conclusion, our results suggest new mechanisms by which the MHV3 virus disturbs the innate immunity under control of NK and NK-T cells, as well as the cytokines involved in the hepatic tolerance to the detriment of the inflammatory response.

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