Asma Hassani

Date of Award

11-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Medical Microbiology and Immunology

First Advisor

Gulfaraz Khan

Abstract

Multiple sclerosis (MS) is a demyelinating disease of the CNS with unknown cause. Individuals who are genetically predisposed and exposed to specific environmental factors have an increased risk of developing MS. Epstein-Barr virus (EBV) infection is linked to MS development, according to a large body of seroepidemiological and pathological evidence. EBV is a ubiquitous human herpesvirus that typically produces silent infection but can also cause a wide range of illnesses. A large cohort of MS and non-MS control cases has been previously examined and revealed the prevalent presence of EBV in MS. However, the role of the virus in the disease is unclear. The main objective of this research was to understand the viral dynamics in vivo and the consequences of peripheral infection on the CNS. To this end, a novel rabbit model of EBV, which produces latent infection comparable to the persistent infection in human carriers, was used in this study. The present dissertation contains (1) human study and (2) animal study for correlation of the results. In the human study, EBV-positive MS cases were examined for histopathological changes. In the animal study, EBV was injected intravenously in one group of animals, and PBS was injected in the control group, with and without immunosuppression. Histopathological changes and viral dynamics were evaluated in the peripheral blood, spleen, brain, and spinal cord, using molecular and histopathology techniques. A number of important aspects of EBV infection were revealed. Peripheral EBV infection led to CNS infection and promoted neuroinflammation in the form of immune aggregates. EBV infected B cells were most likely the source of CNS infection. The immune aggregates were more prevalent in immunosuppressed animals and consisted of focal accumulation of macrophages surrounded by reactive astrocytes and dispersed B and T lymphocytes. The center of aggregates exhibited signs of myelin destruction. Moreover, studying EBV infection over time revealed that the peak in viral load in the periphery and CNS corresponded to an increase in the occurrence of cellular aggregates in the brain. Additionally, altered expression of viral latent transcripts correlated with upregulation of several proinflammatory cytokines in the periphery and the CNS. Increased expression of IL- 6 at the mRNA and protein level in the brain was associated with neuroinflammation. Finally, several similarities and differences were observed between the pathology in EBV positive MS cases and EBV infected rabbit CNS. Several cellular key players contributed to both pathologies, however, the extent of infiltration of these cells and their distribution differed between the two. This work establishes the first direct in vivo evidence for the role of peripheral EBV infection in CNS pathology, and demonstrates the utility of a novel model for dissecting viral mechanisms involved in the development of EBV- associated diseases including MS.

Arabic Abstract

التصلب العصبي المتعدد (MS) هو مرض يؤدي لإتلاف طبقة الميالين في الجهاز العصبي المركزي لأسباب غير معروفة. تزداد فرص الإصابة بمرض MS لدى الأفراد الذين لديهم قابلية وراثية ويتعرضون لعوامل بيئية معينة. وترتبط عدوى فيروس إبشتاين -بار (EBV) يتطور مرض MS، وفقاً لمجموعة كبيرة من الأدلة من الدراسات الوبائية والابديميولوجية. EBV هو فيروس هربس بشري شائع ينتج عنه عادة عدوى صامتة ولكن يمكن أن يسبب أيضاً أمراض عديدة. لقد تم سابقًا دراسة مجموعة كبيرة من حالات MS وحالات غير مصابة بمرض MS، وأظهرت النتائج الوجود السائد لـEBV في نسيج الدماغ للحالات المصابة بـMS. ومع ذلك، فإن دور الفيروس في المرض غير واضح. وكان الهدف الرئيسي من هذا البحث هو فهم الديناميكيات الفيروسية في الجسم الحي وأثر العدوى المحيطة على الجهاز العصبي المركزي . تحقيقا لهذه الغاية، تم استخدام في هذه الدراسة نموذج جديد لعدوى EBV في الأرانب، والذي ينتج عنه عدوى كامنة مماثلة للعدوى المستمرة في الإنسان. تحتوي هذه الرسالة على (1) دراسة بشرية و(2) دراسة حيوانية لربط النتائج، حيث تم في الدراسة البشرية فحص نسيج الدماغ المصاب بمرض MS والحامل لفيروس EBV للتغيرات النسيجية المرضية. أما في دراسة الحيوانات، فقد تم حقن فيروس EBV عن طريق الوريد في مجموعة من الأرانب، وحقن المحلول الملحي PBS في المجموعة الضابطة، مع أو بدون تثبيط المناعة. وتم تقييم التغيرات النسيجية المرضية وديناميات الفيروس في الدم المحيطي والطحال والدماغ والنخاع الشوكي باستخدام تقنيات التشريح المرضي والتقنيات الحيوية الجزيئية. وعليه أظهرت الدراسة عدداً من الجوانب الهامة لعدوى EBV، حيث أدت عدوى EBV المحيطة إلى عدوى الجهاز العصبي المركزي والتهاب الأعصاب على شكل تكتلات خلوية مناعية. وعلى الأرجح أن الخلايا البائية المصابة بـEBV هي مصدر عدوى الجهاز العصبي المركزي. وكانت الحيوانات التي تم تثبيط مناعتها أكثر إصابة بالتكتلات الخلوية المناعية في الجهاز العصبي المركزي، وهذه التكتلات الخلوية المناعية عبارة عن تراكم بؤري للبلاعم المحاطة بالخلايا النجمية التفاعلية والخلايا الليمفاوية B وT المبعثرة. وتم ملاحظة وجود تلف لطبقة المايلين في وسط التكتلات الخلوية المناعية. علاوة على ذلك، فقد كشفت دراسة عدوى EBV مع مرور الوقت أن ذروة الحمل الفيروسي في المحيط والجهاز العصبي المركزي تتزامن مع زيادة في حدوث التكتلات الخلوية في الدماغ. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط التغيرات في تعبير الجينات الفيروسية بازدياد التعبير الجيني للسيتوكينات المسببة للالتهابات في المحيط والجهاز العصبي المركزي. وارتبط التهاب الأعصاب بزيادة التعبير عن IL-6 على مستوى mRNA والبروتين في الدماغ. أخيراً، لوحظ العديد من أوجه التشابه والاختلاف بين التغيرات المرضية في نسيج الدماغ المصاب بمرض MS والحامل لفيروس EBV والجهاز العصبي المركزي للأرانب المصاب بـEBV. ساهم عدد من الخلايا الرئيسة في كلا المرضين، على الرغم من الاختلاف في مدى انتشار هذه الخلايا وتوزيعها. ويؤسس هذا العمل أول دليل مباشر في الجسم الحي لدور عدوى EBV المحيطة في أمراض الجهاز العصبي المركزي، ويوضح فائدة نموذج حيواني جديد لدراسة الآليات الفيروسية المشاركة في تطوير الأمراض المرتبطة بـ EBV بما في ذلك مرض MS.

Download

Share

COinS