Infektionsmodell des Ebola Virus Glykoprotein-exprimierenden rekombinanten Vesikulären Stomatitis-Virus (rVSV-EBOV-GP) in humanen zerebralen Organoiden: Generierung eines BSL-2 in vitro Systems zur Investigation der EBOV Persistenz im Gehirn

Abstract

Das Ebola Virus (EBOV) ist ein negativ-strängiges RNA Virus und verursacht die Ebola- Viruskrankheit (EDV), eine schwere und akute systemische Erkrankung mit hoher Sterblichkeitsrate. In dieser Arbeit wurden humane Gehirnorganoide mit Vesikulärem Stomatitis Virus Indiana Stamm (VSV) sowie mit dem EBOV Impfstoff rVSV-EBOV-GP (rekombinanten Vesikulären Stomatitis-Virus) basierend auf VSV infiziert, um zu untersuchen, ob rVSV-EBOV-GP ein angemessenes BSL-2 Ersatzmodell für EBOV Persistenzversuche ist. Die Gehirnorganoide wurden in einem Zeitraum von 100 Tagen generiert und diese danach für 41 Tagen mit VSV und rVSV-EBOV-GP infiziert und mit bereits durchgeführten, authentischen EBOV Infektion verglichen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass bei der Langzeitinfektion im Gehirnorganoid rVSV-EBOV-GP einen VSV ähnlichen Virusinfektionsverlauf aufweist, und somit für die Untersuchung im Hinblick auf die ebolavirale Replikationskinetik kein geeignetes Ersatzmodell darstellt. Des Weiteren wurden die neuralen Zielzellen von rVSVEBOV- GP bzw. VSV untersucht und mit den des EBOV vergleichen. Dies hat gezeigt, dass rVSV-EBOV-GP die gleichen zellulären Angriffspunkte, Mikroglia, Neuronen und Astrozyten, wie EBOV hat und somit diesen Aspekt modellieren kann. Im dritten Ziel dieser Arbeit wurde untersucht, ob während einer Langzeitinfektion mit rVSV-EBOV-GP genomische Mutationen auftreten, wie bei der Anpassung von EBOV an die persistente Gehirninfektion im Organoidmodell. Die Ergebnisse zeigten, dass im Verlauf einer 41 Tage andauernden rVSV-EBOV-GP Infektion lediglich eine Mutation detektiert wurde, welche sich im VSV Teil des rVSV-EBOV-GP befand. EBOV-GP blieb in diesem Zeitraum stabil. Basierend auf diesen Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass rVSV-EBOV-GP als BSL-2 kompatibles Ersatzmodell für EBOV Gehirnpersistenz begrenzt geeignet ist. Während rVSV-EBOV-GP durch die Expression des EBOV-GP für Identifizierung der Zielzellen eignet, entspricht der generelle Verlauf der Infektion dem des VSV. Daher sollte für die Abklärung einer viralen Langzeitkinetik von EBOV das authentische Virus verwendet werden.

Ebola virus is a negative-strand RNA virus, which causes outbreaks of Ebola virus disease (EVD). EVD is characterized by fever and multiple organ dysfunction syndrome. In this study, human brain organoids were infected with vesicular stomatitis virus, Indiana strain (VSV), as well as with the EBOV vaccine rVSV-EBOV-GP (recombinant vesicular stomatitis virus vectored Ebola vaccine) based on VSV to investigate whether rVSV-EBOVGP represents a suitable BSL-2 surrogate model for EBOV persistence studies. For this purpose, brain organoids were generated over a period of 100 days and subsequently infected for 41 days with VSV or rVSV-EBOV-GP. These infections were compared with a corresponding previously performed authentic EBOV infection. The results demonstrated that, during long-term infection in brain organoids, rVSV-EBOV-GP exhibits VSV like infection dynamics and therefore does not constitute an appropriate surrogate model for studying ebolaviral replication kinetics. Furthermore, the neural target cells of rVSV-EBOVGP and VSV were examined and compared with those of EBOV. This analysis revealed that rVSV-EBOV-GP targets the same cellular populations (microglia, neurons, and astrocytes) as EBOV, thereby adequately modeling this aspect of EBOV infection. In the third aim of this study, it was investigated whether genomic mutations arise during long-term infection with rVSV-EBOV-GP, similar to the adaptive mutations observed in EBOV during persistent brain infection in the organoid model. The results showed that during a 41-day rVSV-EBOV-GP infection only a single mutation was detected, which was located in the VSV gen portion of the rVSV-EBOV-GP genome. Based on these findings, it can be concluded that rVSV-EBOV-GP is only of limited suitability as a BSL-2 compatible surrogate model for EBOV brain persistence. While rVSVEBOV- GP, through expression of EBOV-GP, is appropriate for identifying target cell types, the overall course of infection resembles that of VSV. Therefore, authentic EBOV should be used to investigate long-term viral kinetics in the context of EBOV persistence.