Date of Award

10-2022

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy in Biomedical Sciences

Department

Medical Microbiology and Immunology

First Advisor

Gulfaraz Khan

Abstract

Epstein-Barr virus (EBV) is a common herpesvirus asymptomatically carried by over 90% of the world population. However, in certain circumstances, the virus can lead to life-threatening diseases. Although the virus was isolated over 55 years ago, several fundamental aspects of the biology of EBV and the mechanism by which this virus induces pathology remain unknown. One major obstacle has been the lack of a suitable small animal model for EBV infection. We have recently shown that healthy rabbits are susceptible to EBV infection, and the virus establishes long-term latent infection typically seen in humans. The main objective of this dissertation was to delineate the early events of primary EBV infection using in a novel rabbit model of EBV infection. Additionally, the rabbit model was utilized to assess the efficacy of an EBV based virus like particle (VLP) vaccine. In this study, EBV was inoculated intravenously into the experimental rabbits, and PBS was injected into the control animals, with and without immunosuppression. Using various histopathological, biochemical and molecular techniques, plasma, PBMCs and spleens from rabbits were analyzed. Several important aspects related to primary EBV infection were investigated. The results indicated that both, immunocompetent and immunosuppressed animals were readily susceptible to EBV infection on intravenous inoculation. However, in immunosuppressed animals, we observed marked splenomegaly and widespread infection. Following primary EBV infection, the virus infected naïve B cells (IgM+, CD20+, CD21+, CD79a+). Infected splenic B cells expressed varying sets of viral latent (EBER+, EBNA1+, EBNA2+, LMP1+), and to a lesser extent, lytic (BZLF1+) gene products. Notably, co-expression of latent and lytic programs were not observed. Infected cells in type 0/1 latency (EBER+) were small and proliferating (Ki67+). By contrast, cells in type 2/3 latency (LMP1+) were large, non-proliferating (Ki-67-) and p53+. Finally, infected B cells were commonly observed in splenic follicles but did not express germinal center marker, BCL-6. Since EBV is etiologically associated with several malignant and non-malignant conditions, a prophylactic vaccine against this virus could help to reduce the burden of many of these diseases. Previously, it was reported that an EBV VLP vaccine was highly immunogenic and produced strong humoral response in mice. However, since EBV does not infect mice, the efficacy of the VLP in preventing EBV infection could not be addressed. Thus, for the second main aim of the project, the rabbit model of EBV infection was used to evaluate an EBV-VLP. Animals were vaccinated intramuscularly, and PBS was injected in the control group. Animals were then challenged with EBV. Animals vaccinated with 2 doses of VLP, elicited higher antibody responses to total EBV antigens compared to animals receiving 1 dose. Vaccinated animals also elicited both IgM and IgG to EBV specific antigens, VCA and EBNA1. Analysis of peripheral blood and spleen for EBV copy number, indicated that the viral load in both compartments was significantly lower in animals receiving 2-dose of the VLP vaccine. In conclusion, this study showed that primary EBV infection in vivo, leads to the virus targeting naïve B cells, which express varying viral latency programs. Moreover, a population of the infected cells proliferate in the lymphoid follicles, but do not appear to express the germinal center marker. The VLP vaccine elicited antibody response to EBV antigens, but the vaccine was not successful in preventing primary EBV infection. Taken together, the findings of this study indicate that rabbit model of EBV infection can be used for elucidating the biology of EBV and evaluating potential vaccine candidates.

Arabic Abstract

استكشاف ديناميات الإصابة الأولية بفيروس إبستين بار باستخدام نموذج أرنب جديد

فيروس ابشتاين بار Epstein-Barr virus (EBV)، هو فيروس هربس شائع محمول بدون أعراض من قبل أكثر من %90 من سكان العالم. ومع ذلك، في ظروف معينة يمكن أن يؤدي الفيروس إلى أمراض تهدد الحياة. وعلى لغم معروفة، كانت إحدى العقبات الرئيسية هي عدم وجود نموذج حيواني صغير مناسب لدراسة العدوى، وأن الفيروس يحدث عدوى. لقد أظهرنا مؤخرا أن الأرانب السليمة عرضة للإصابة بفيروس EBV كامنة طويلة الأمد كالتي تظهر عادة في البشر.كان الهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو تحديد الأحداث المبكرة لعدوى EBV. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام نموذج الأرانب لتقييم فعالية لقاح EBV الأولية باستخدام نموذج أرانب جديد لعدوى الجسيمات الشبيهة بالفيروسات المبني على الفيروس ذاته. في هذه الدراسة تم حقن محلول ملحي EBV عن طريق الوريد في الأرانب التجريبية، وتم حقن PBS في أرانب المجموعة الضابطة، مع وبدون تثبيت المناعة. باستخدام مختلف التقنيات النسيجية والبيوكيميائية والجزيئية، تم تحليل البلازما و PBMCsوالطحال من الأرانب. تم التحقيق في العديد من الجوانب الهامة المتعلقة بالعدوى الأولية EBV. أشارت النتائج إلى أن كلا من الحيوانات ذات الكفاءة المناعية والمثبطة للمناعة كانت سريعة التأثر بالعدوى بالـ EBVعند التلقيح في الوريد. ومع ذلك، في الحيوانات المثبطة للمناعة، لاحظنا تضخمًا ملحوظًا في الطحال وانتشار العدوى. بعد الإصابة الأولية بـEBV، يصاب الفيروس بالخلايا البائية الساذجة (CD79a+، CD21+ ، CD20+، IgM+). أظهرت الخلايا البائية المصابة بالطحال عن مجموعات مختلفة من الفيروس الكامن (LMP1+، EBNA2+، EBNA1+، EBER+)، وبدرجة أقل منتجات الجينات اللايتية، (BZLF1+). والجدير بالذكر أن التعبير المشترك عن البرامج الكامنة والليتي لم يلاحظ. الخلايا المصابة في زمن انتقال النوع 0/1 (EBER+) كانت صغيرة ومتكاثرة (Ki67+). على عكس ذلك، الخلايا في زمن الاستجابة من النوع 2/3 (LMP1+) كانت كبيرة، غير متكاثرة (Ki-67-) و p53+. أخيرًا، لوحظت الخلايا البائية المصابة بشكل شائع في بصيلات الطحال ولكنها لم تعبر عن علامة المركز الجرثومي BCL-6. نظرًا لأن EBV مرتبط من الناحية المسببة بالعديد من الحالات الخبيثة وغير الخبيثة، يمكن للقاح الوقائي ضد هذا الفيروس أن يساعد في تقليل عبء العديد من هذه الأمراض. في السابق، تم الإبلاغ عن أن لقاح VLP، EBV كان شديد المناعة وأنتج استجابة خلطية قوية في الفئران. ومع ذلك، نظرًا لأن EBV لا يصيب الفئران، لا يمكن معالجة فعالية VLP في منع عدوىEBV. وبالتالي، بالنسبة للهدف الرئيسي الثاني للمشروع، تم استخدام نموذج الأرانب لعدوى EBV لتقييم EBV-VLP. تم تحصين الحيوانات عن طريق الحقن العضلي، وتم حقن PBS في المجموعة الضابطة. ثم تم تحدي الحيوانات بـ EBV. الحيوانات التي تم تلقيحها بجرعتين من VLP، أثارت استجابات أجسام مضادة أعلى لمولدات المضادات EBV. مقارنة بالحيوانات التي تلقت جرعة واحدة. تسببت الحيوانات الملقحة أيضًا في كل من IgM و IgG وإلى مستضدات EBV المحددة، VCA و EBNA1. أشار تحليل الدم المحيطي والطحال لعدد نسخة EBV إلى أن الحمل الفيروسي في كلا الجزأين كان أقل بشكل ملحوظ في الحيوانات التي تتلقى جرعتين من لقاح VLP. في الختام، أظهرت هذه الدراسة أن العدوى الأولية لـ EBVفي في الجسم الحي، تؤدي إلى استهداف الفيروس للخلايا B الساذجة، والتي تعبر عن برامج زمن انتقال فيروسي متفاوتة. علاوة على ذلك، تتكاثر مجموعة من الخلايا المصابة في الجريبات اللمفاوية، ولكن لا يبدو أنها تعبر عن علامة المركز الجرثومية. أثار لقاح VLP استجابة الجسم المضاد لمستضدات EBV، لكن اللقاح لم ينجح في منع العدوى الأولية لـ EBV. مجتمعة، تشير نتائج هذه الدراسة إلى أنه يمكن استخدام نموذج الأرانب لعدوى EBV لتوضيح بيولوجيا EBV وتقييم المرشحين المحتملين للقاح.

Download

Share

COinS