Studien bei Encephalomyocarditis-Virus infizierter Schweinen

Gegenstand des eingereichten Forschungsprojektes ist die Abklärung, welche Metabolite des Kynureninmetabolismus im ZNS und der Peripherie, e. g. der Herzmuskulatur eine Bedeutung bei der Ausbildung verhaltensspezifischer, klinischer/neurologischer und histopathologischer Veränderungen bei experimentell/sporadisch Encephalomyocarditis-Viren (EMCV) infizierten Jungschweinen spielen. EMCV (Picorna viridae) verursachen infektiöse Herz-, Rückenmarks- und Gehirnveränderungen und die Übertragung erfolgt in unseren Regionen hauptsächlich durch Nagetiere. Bei Menschen wurden bisher keine EMCV Infektionen beobachtet, allerdings kann eine Infektionsmöglichkeit (bei immunkompromittierten Personen) nicht ausgeschlossen werden. Beim Jungschwein wird eine sporadisch auftretende EMCV-Infektion beobachtet, welche in erster Linie durch das unerwartete Verenden des Tieres charakterisiert ist. Klinische Frühzeichen manifestieren sich in Nahrungsverweigerung, apathischem Verhalten und Atemschwierigkeiten. Eine bemerkenswerte Affinität zu EMC-Viren zeigt Hirngewebe von jungen, jedoch nicht alten Ratten, und eine EMCV assoziierte Neurodegeneration im Hippokampus konnte in in vitro Studien demonstriert werden. Es wird vermutet, daß Makrophagen die wesentlichen "Wirtszellen" der EMCV darstellen. Andererseits ist ausreichend belegt, daß der Tryptophan-metabolismus bei entzündlichen Prozessen in aktivierten Makrophagen und Mikrogliazellen hochreguliert ist und daß toxische Tryptophanderivate neben anderen Zytotoxinen entstehen. Virale Infekte tragen zur Induktion der Indoleamine-2,3-dioxygenase bei, welche als erstes Enzym L-Tryptophan in L- Kynureninpathway umwandelt. L-Kynureninmetabolite, wie 3-OH-Kynurenin und Chinolinsäure besitzen potente neurotoxische Eigenschaften, während Kynurensäure, ein nahe verwandter Metabolit, entgegengesetzte Eigenschaften aufweist. Deren viral induzierte Syntheseänderungen im ZNS und/oder in der Peripherie könnten die (neuro)pathologischen Phänomene EMCV-infizierter Jungschweine zugrunde liegen. Darüber hinaus konnte jüngst im RHM-Modell nachwiesen werden, daß Kynurensäure signifikant die Herzmuskel-Mitochondrienfunktion beeinflußt und dieser Befund könnte von außergewöhnlicher Wichtigkeit für das Verständnis der EMCV induzierten funktionellen und morphologischen kardialen/ZNS Veränderungen darstellen. Folgende Fragen sollen in diesem Projekt untersucht bzw. geklärt werden: 1. Gibt es eine Correlation zwischen der Alteration des L-Kynurenin-, Kynurensäure- und 3-OH-Kynurenin-Levels (Liquor, Serum) und dem Ausprägungsgrad klinischer/neurologischer Störungen und morphologischer Veränderungen bei EMCV-infizierten Jungschweinen? 2. Ergeben die Untersuchungen unterschiedlicher Hirnregionen und der Herzmuskulatur eine Relation von postulierter L-Kynurenin-, Kynurensäure- und 3-OH-Kynurenin-Level-Alteration mit Aktivitätsänderungen jener Enzyme, welche für die Formation von Kynurensäure verantwortlich sind (Kynureninaminotransferase I und Kynureninaminotransferase II)? 3. Gibt es organspezifische (Herz vs. Gehirn and Rückenmark) Alterationen des Kynurensäuremetabolismus und Veränderungen der mitochondrialen Complex I Aktivität bei EMCV-infizierten Jungschweinen im Vergleich zu Kontrollen? Zusätzlich werden Correlationen zwischen Aktivitätsänderungen neuronaler Marker des GABA- und cholinergen Systems und der Kynureninaminotransferaseaktivitäten im ZNS untersucht. Das Projekt soll die Bedeutung des Kynureninmetabolismus in Bezug auf Ausbildung verhaltensspezifischer, klinischer, neurologischer Störungen und morphologischer Veränderungen (im ZNS und der Peripherie, insb. dem Herzen) bei EMCV-infizierten Jungschweinen klären. Darüber hinaus wird diese Studie erstmalig an klinischem Material überprüfen, ob eine endogene Kynurensäureerhöhung eine Funktionsstörung des mitochondrialen Complex I zu bewirken vermag. Der Nachweis der Relevanz unserer in vitro Ergebnisse betreffend des Effektes von Kynurensäure auf die Mitochondrien kann mit dieser Studie an EMCV-infizierten Jungschweinen erbracht werden. Dieser Nachweis könnte einen bedeutsamen klinischen Impakt in Hinblich auf therapeutische Strategien besitzen und darüber hinaus würde dieses Ergebnis auch wesentlich zum Verständnis von Alterungsprozessen und verwandten Phänomenen beitragen. Diese Studie wird parallel zu dem EU-Projekt "Encephalomyocarditis by piglets" FAIR6-CT98-4146 (A. Univ. Prof. Dr. N. Nowotny, Abteilung Clinische Virologie, VU Wien) durchgeführt.

Das Ziel des Forschungsprojektes "Biochemical Studies in Encephalomyocarditis (EMC) of pigs" war die Klärung, welche Metabolite des Kynureninmetabolismus im Zentralnervensystem (ZNS) und der Peripherie, (e.g. der Herzmuskulatur) eine Bedeutung bei der Ausbildung verhaltensspezifischer, klinischer und histopathologischer bzw. neuropathologischer Veränderungen bei experimentell mit EMC-Viren (EMCV) infizierten Jungschweinen spielen. EMC-Viren (Picorna viridae) können bei Jungschweinen infektiöse Herz-, sowie ZNS - Veränderungen hervorrufen und zum unerwarteten Verenden des Tieres führen. Klinische Frühzeichen manifestieren sich in Nahrungsverweigerung, apathischem Verhalten und Atemschwierigkeiten. Eine Übertragung erfolgt in unseren Regionen hauptsächlich durch Nagetiere. Eine Übertragung des Virus auf Menschen wurden bisher nicht beschrieben, allerdings kann eine Infektionsmöglichkeit (bei immunkompromittierten Personen) nicht ausgeschlossen werden. Hirngewebe von jungen Ratten zeigt eine bemerkenswerte Affinität zu EMC-Viren und eine EMC-Virus assoziierte Neurodegeneration konnte in in vitro Studien im Hippokampus demonstriert werden. Es wird vermutet, daß Makrophagen die wesentlichen "Wirtszellen" der EMC-Viren darstellen. Andererseits ist ausreichend belegt, daß der Tryptophan Metabolismus bei entzündlichen Prozessen in aktivierten Makrophagen und Mikrogliazellen hochreguliert ist und daß toxische Tryptophanderivate neben anderen Zytotoxinen entstehen. Virale Infekte tragen zur Induktion der Indoleamine-2,3-dioxygenase bei, welche als erstes Enzym L-Tryptophan im L-Kynureninpathway umwandelt. L-Kynureninmetabolite, wie 3-OH-Kynurenin und Chinolinsäure besitzen potente neurotoxische Eigenschaften, während Kynurensäure, welche ebenso aus L-Kynurenin synthetisiert wird, entgegengesetzte Eigenschaften aufweist. Viral induzierte Syntheseänderungen im ZNS und/oder in der Peripherie könnten den (neuro)pathologischen Phänomenen zugrunde liegen, wie sie bei EMCV infizierten Ferkeln beobachtet werden. Darüber hinaus konnte jüngst im RHM-Modell nachwiesen werden, daß Kynurensäure signifikant die Herzmuskel-Mitochondrienfunktion beeinflusst. Tatsächlich konnte in unseren Studien ein erhöhter Kynurensäurespiegel im Serum von EMCV-infizierten Jungschweinen und eine Reduktion der Sauerstoffkonsumption im Hirn- und Herzhomogenat von EMCV- infizierten Jungschweinen gemessen werden. Eine positive Korrelation zwischen Kynureninsäure- und ß- Microglobulinspiegel einerseits und dem Schweregrad der Symptomausprägung andererseits konnte gefunden werden. Weiters konnten wir feststellen, dass der Kynureninmetabolismus im Herzmuskel bei Ferkel im Gegensatz zu anderen Spezies (Mensch, Ratte) eine hochsignifikant niedrigere Aktivität besitzt, was einer gesonderten Klärung bedarf. Darüber hinaus konnten bei EMCV-infizierten Jungschweinen signifikante Aktivitätsänderungen der neuronalen Marker des exzitatorisch cholinergen und inhibitorisch GABAergen System in einigen Hirnregionen nachgewiesen werden. Diese Befunde legen nahe, dass durch die EMCV-Infektion auch neurodegenerative Prozesse in Gang gesetzt werden könnten.