Clinical and molecular insights into human parechovirus infection Benschop, K.S.M.

Transcriptie

1 UvA-DARE (Digital Academic Repository) Clinical and molecular insights into human parechovirus infection Benschop, K.S.M. Link to publication Citation for published version (APA): Benschop, K. S. M. (2009). Clinical and molecular insights into human parechovirus infection General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam ( Download date: 28 Sep 2017

2 Samenvatting voor niet ingewijden

3

4 Virussen Een virus bestaat met name uit genetisch materiaal, het genoom, omhuld door een eiwitmantel (Figuur 1A), de kapsel of capside genoemd. Sommige virussen hebben om de capside een tweede eiwitmantel genaamd envelop. Het genetische materiaal kan RNA of DNA zijn en kan enkelstrengs of dubbelstrengs zijn. Dit is in tegenstelling tot andere organismen, zoals de mens, waar het genetisch materiaal bestaat uit dubbelstrengs DNA. Omdat virussen compleet afhankelijk zijn van een gastheer om te vermenigvuldigen, worden ze beschouwd als niet-levend. Na binding van het virus aan de gastheercel via een eiwit op de gastheercel (receptor), kan deze de cel binnen dringen. Het virus gebruikt eiwitten aanwezig in de gastheercel en ook eigen eiwitten, om te vermenigvuldigen. Hierbij wordt het erfelijk materiaal vermenigvuldigd en nieuwe eiwitten worden aangemaakt, waaruit nieuwe virusdeeltjes opgebouwd kunnen worden. Deze verlaten de cel en kunnen weer nieuwe cellen infecteren. Welke cel of orgaan het virus infecteert, is afhankelijk van de aanwezigheid van de receptor op de cel, maar ook van het type cel en de eiwitten aanwezig in die cel ( celtropisme ). Het uiteindelijke infectieproces en de schade die het virus hiermee aanricht, soms te zien aan de ziektesymptomen in de gastheer, wordt de pathogenese van het virus genoemd. A Figuur 1. Schematische weergave van het genetisch materiaal (A) en het de vorm van een virus (B) van de familie Picornaviridae. B 199

5 Evolutie Virussen kennen een grote variatie. Zo komen er heel veel typen voor van een specifiek virus en kan elk type virus weer variaties van zichzelf hebben. Deze variaties ontstaan door fouten die gemaakt zijn tijdens het replicatieproces. Deze fouten kunnen positief zijn voor het virus zodat er een sterker virus ontstaat. Ze kunnen ook een negatief effect hebben (minder sterk virus) of geen effect hebben (neutrale fouten). Replicatiefouten komen het meest voor bij RNA virussen en spelen een grote rol bij de diversiteit van deze virussen. Virussen van dezelfde klasse kunnen delen van het genoom uitwisselen en een nieuwe viruscombinatie maken ( recombinatie ). Het recombinatieproces is een kansproces en is afhankelijk van een aantal factoren. Zo moeten twee virusstammen dezelfde cel kunnen infecteren, waarna tijdens het repliceren genoomsegmenten van beide virussen verwisseld kunnen worden. Verder kunnen er andere factoren een rol spelen die dit kansproces beïnvloeden of juist tegenhouden. Wat deze factoren zijn is nog niet duidelijk. Zowel variaties in het genoom ( mutaties ) als recombinatie kunnen grote invloed hebben op de circulatie (epidemiologie) en pathogenese van het virus. Het bepalen van de genetische code van een virus (fylogenie) en het onderzoeken wat de evolutie en recombinatie drijft is van belang om te weten wat er circuleert. Deze kennis is nodig zodat een passend beleid kan worden uitgevoerd tijdens eventuele uitbraken en epidemieën. Welke varianten en welke typen virussen circuleren, kan wisselen per mens, land, of continent. Humaan Parechovirussen (HPeVs) HPeVs behoren tot de grote Picornavirus-familie (Hoofdstuk 1, figuur 1). Picornavirussen zijn kleinste (pico staat voor klein) en oudste RNA virussen bekend. Het HPeV-genoom (figuur 1B) is ongeveer 7300 nucleotiden, die de genetische code vormen voor 10 eiwitten. Drie van deze eiwitten (VP0-VP3- VP1) vormen samen de capside, en de zeven andere eiwitten, zijn nodig voor het vermenigvuldigingsproces van het virus (figuur 1). HPeVs werden voorheen geclassificeerd als humane enterovirussen. Er zijn meer dan 100 enterovirustypen bekend. Enterovirussen zijn de voornaamste oorzaak van virale hersenvliesontsteking. Vroeger werden enterovirussen geclassificeerd op basis van hun vermogen te repliceren in humane en apen cellijnen en op het bindend vermogen van hun eiwitmantel aan antilichamen (onderdeel van het immuunsysteem) die per type verschillen. Tegenwoordig worden ze geclassificeerd op basis van genetische diversiteit, in 4 groepen; 200

6 A, B, C (waartoe het poliovirus behoort) en D. De genetische classificatie heeft geleid tot de reclassificatie van enkele enterovirussen, waaronder echovirus 22 en 23, nu bekend als Humaan Parechovirussen (HPeV1 en -2). Op dit moment zijn er 14 HPeV typen bekend. HPeV1 en -2 werden voornamelijk geassocieerd met milde symptomen, waaronder luchtweg infecties en infecties in het maag-darmkanaal. Af en toe werd HPeV1 ook gezien bij verlammingen en ontstekingen in het centraal zenuwstelsel, maar veel minder in vergelijking tot de enterovirussen. Opvallend was dat HPeVs vrijwel alleen bij kinderen voorkomen. In 2004 werd een derde HPeV type ontdekt en bleek het type een belangrijk motief voor receptorbinding te missen in het genoom. Dit motief slaat op de 3 aminozuren (bouwstenen) die op één van de capside vormende eiwitten, VP1, gevonden wordt (Arginine (R), Glycine (G) en Aspartaat zuur (D), RGD) en die zeer van belang zijn voor infectie van HPeV1. De afwezigheid van dit motief duidt op een verschil in receptorgebruik. Dit proefschrift HPeV3 werd voor het eerst ontdekt bij een Japans kindje met verlammingen. Het virus werd later gevonden bij drie Canadese kindjes met neonatale sepsis. Dit is een aandoening bij pasgeborenen waarbij de kindjes koorts hebben en ziek zijn met verhoogde ademhaling en hartslag. In onze studie toonden wij aan dat kinderen met een HPeV3 infectie vaker neonatale sepsis en infecties van het centraal zenuwstelsel hebben dan kinderen die geïnfecteerd waren met HPeV1. Ook waren kinderen met een HPeV3 infectie vele malen jonger dan kinderen met een HPeV1 infectie (1,5 maand en 6 maanden respectievelijk). Deze studie bracht ons tot de hypothese dat de ernst van een HPeV3 infectie veroorzaakt wordt door het gebruik van een ander receptor (RGD onafhankelijk) waardoor dit type in staat is ander weefsel te infecteren zoals het centraal zenuwstelsel (ander celtropisme). Voor het eerst werd duidelijk dat HPeVs klinisch relevant zijn en routinediagnostiek werd essentieel. HPeVs kunnen, net als enterovirussen, worden aangetoond door middel van viruskweek maar zijn niet van elkaar te onderscheiden. Met deze techniek duurde het gemiddeld twee weken voor er kan worden aangetoond of de patiënt positief of negatief is. Voor een snelle diagnostiek hebben wij een test ontwikkeld op basis van de genetische verschillen tussen HPeV en enterovirussen om onderscheid te maken tussen de twee virusgroepen. Met behulp van deze test vonden we een substantieel deel van de kinderen positief voor HPeV zowel bij het onderzoeken van ruggenmergvloeistof als poep. Van alle positieve poepmonsters werd het type bepaald door de genetische code van het virus 201

7 te ontcijferen. Helaas konden we van de positieve ruggenmergvloeistof niet bepalen welk type infectie de kindjes hadden opgelopen. Door het type te bepalen in de poep monsters, ontdekten we dat HPeV3 alleen te vinden was in de even jaren en dus elke 2 jaar te ontdekken was. De andere typen (HPeV1, -4, -5, en -6) werden vrijwel elk jaar gevonden. Interessant was dat ditzelfde tweejarig patroon overeenkwam met het aantal HPeV positieve patientjes met neonatale sepsis en centraal zenuwstelsel infecties. In de even jaren vonden we vrij veel HPeV positieve patientjes met neonatale sepsis en centraal zenuwstelsel infecties, terwijl in de oneven jaren dit opvallend genoeg bleef bij enkele patientjes. Op basis hiervan konden we concludeerden dat deze infecties voornamelijk veroorzaakt worden door HPeV3. Dit werd later bevestigd door andere onderzoeksgroepen, die direct het virustype konden bepalen uit ruggenmergvloeistof. Het hoge percentage HPeV positieve kinderen met neonatale sepsis en centraal zenuwstelsel infecties, illustreerde dat HPeVs de tweede belangrijke oorzaak zijn van neonatale sepsis en hersenvliesontsteking bij kinderen, na enterovirussen. Verder speculeerden we dat snelle en gevoelige diagnostiek zou kunnen leiden tot het staken van antibioticatherapie en een kortere opnameduur. Bij het opkweken van de verschillende HPeV typen bleek HPeV3 één van de moeilijk te kweken typen te zijn. Het duurde gemiddeld drie weken voor een positieve kweek verkregen werd en het type bleek ook nog alleen te groeien op een select aantal soorten cellijnen. Deze observatie ondersteunde onze hypothese dat HPeV3 waarschijnlijk een ander celtropisme heeft in vergelijking tot andere typen. Doordat HPeV3 een afwijkend celtropisme heeft, is de kans op dubbelinfectie van HPeV3 met een ander HPeV type zeer klein. Tijdens het vermenigvuldigingsproces zal er dus weinig sprake zijn van het uitwisselen van genetisch materiaal (recombinatie), waarbij recombinatie nauwelijks zal voorkomen tussen HPeV3 en andere HPeV typen. Dit zagen wij dan ook terug in onze evolutie studies, waaruit bleek dat het genetische materiaal van HPeV3 over vrijwel de gehele lengte (figuur 1A) onveranderd was. Samenvattend zijn HPeVs klinisch relevant en is onderzoek naar deze virussen van groot belang. Dit proefschrift toont en benadrukt de verschillen tussen HPeV3 en ander HPeV typen. De verschillen zijn zowel biologisch als klinisch waar te nemen. 202

8 Onze hypothese dat HPeV3 een ander tropisme heeft, dat leidt tot ernstigere symptomen bij zeer jonge kindjes kan komen door het gebruik van een ander receptor (RGD onafhankelijk). Dit zal aan de hand van verdere studies onderzocht worden. 203