Universität zu Köln

Esser, Knud (2012). Das Hepatitis B Virus folgt dem Transport der neutralen Lipide in die Leber und in die Hepatozyten, um seine Wirtszelle zu erreichen und zu infizieren. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Das humane Hepatitis B Virus (HBV) gehört zu der Familie der Hepadnaviren und ist ein ausgesprochen spezies- und leberspezifisches Pathogen. Die Infektion mit HBV stellt weltweit ein großes Gesundheitsproblem dar. Über 350 Millionen Menschen sind chronische Virusträger, von denen viele eine Leberzirrhose und ein hepatozelluläres Karzinom entwickeln. Ein Grund für die starke Ausbreitung des Virus in der menschlichen Bevölkerung ist seine hohe Infektiosität, wobei eine minimale Infektionsdosis, wahrscheinlich ein einzelnes Virion, zur Infektion eines Menschen ausreicht. Dies lässt auf einen hochspezifischen Infektionsweg schließen, über den das Virus seine Wirtszelle in der Leber, den Hepatozyten, erreicht. Trotz vieler Bemühungen ist bis heute nicht verstanden, wie das Virus einer vorzeitigen Elimination aus der Blutzirkulation entgeht und so effizient in seine Wirtszelle transportiert werden kann. Da HBV nur Menschen und Menschenaffen produktiv infiziert, wurde in dieser Arbeit zur Untersuchung der frühen Infektionsschritte ein neuartiges humanes ex vivo Lebergewebsperfusionssystem entwickelt. Die unveränderte Gewebearchitektur und die physiologisch angepassten Perfusionsbedingungen ermöglichten die Untersuchung der Virus-Leberzell-Interaktionen, wie sie in vivo in der menschlichen Leber stattfinden. Die durchgeführten Experimente zeigten, dass HBV, assoziiert mit Triacylglycerid-reichen Lipoproteinen (TRL), in der Leber zunächst von den Kupffer-Zellen aufgenommen und die viralen Partikel anschließend zum Hepatozyten weiter transportiert werden. Dies führte zu einer produktiven Infektion der Hepatozyten. Die initiale Aufnahme von HBV in der Leber durch Kupffer-Zellen wurde auch in Mäusen beobachtet. Im Gegensatz zu dem humanen System fand sich in der Maus jedoch kein Transfer viraler Partikel in die Hepatozyten. Anschließend wurde der molekulare Mechanismus untersucht, über den HBV von den Kupffer-Zellen dem Perfusat entzogen und in die Hepatozyten transportiert wurde. Im Menschen stellt der Transport von TRL-Remnants aus der Peripherie in die Leber einen Stoffwechselweg dar, über den neutrale Lipide effizient zur Leber und in die Leberparenchymzellen, den Hepatozyten, gelangen. Dies kann über einen direkten Transport der Lipoproteine durch das Lebersinusendothel in die Parenchymzellen oder auch indirekt über eine initiale Lipoproteinaufnahme durch nicht-parenchymale Kupffer-Zellen mit anschließender Lipidübertragung in die Hepatozyten geschehen. In dieser Arbeit wurde zunächst durch biochemische Analysen die im Perfusionsmodell beobachtete Assoziation von HBV mit TRL aus menschlichem Serum bestätigt. Dies unterstützt die Annahme einer wichtigen Funktion des TRL-Metabolismus beim spezifischen Transport von HBV in die Leber. Anschließend wurde in kultivierten Kupffer-Zellen und Makrophagen sowohl funktionell als auch in Lokalisationsstudien Parallelen der Transzytose von HBV zu dem transzellulären Transport der neutralen Lipide endozytierter Lipoproteine aufgezeigt, was nach Aufnahme von HBV in die Kupffer-Zellen eine intrazelluläre Migration entlang des Transportweges dieser Lipide nahelegt. Auch im perfundierten Lebergewebe ließ sich eine Migration des HBV entlang des Transportweges der aus den Kupffer-Zellen stammenden neutralen Lipide in die Hepatozyten darstellen. Zuletzt konnten Hinweise dafür gesammelt werden, dass der interzelluläre Lipid- und Virustransfer über fusionierte Zellmembranen vermittelt wird. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit einen Infektionsweg auf, bei dem HBV im menschlichen Organismus über die Assoziation mit TRL dem physiologischen Transport der neutralen Lipide in die Leber folgt, dort als Virus-Lipoproteinkomplex von den Kupffer-Zellen aufgenommen wird und sich entlang des Transportweges der neutralen Lipide der endozytierten Lipoproteine bewegt, um seine Wirtszelle zu infizieren.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Hepatitis B Virus highjacks the neutral lipid transport into the liver and into hepatocytes to target and infect its host cell English
Translated abstract:	Abstract Language The human hepatitis B virus (HBV) belongs to the family hepadnaviridae and is a highly species- and liver-specific pathogen. Infection with HBV represents a major health problem worldwide. More than 350 million people are chronic carriers of the virus being at high risk for developing liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. One reason for the effective spread of the virus within the human population is its high infectivity requiring an only extremely low infectious dose, with probably one single virion being sufficient to establish an infection. Thus, HBV must possess an extraordinary specific infection pathway to target the liver and its host cell, the hepatocyte. Despite exceeding efforts it is not understood how the virus is efficiently transported from the circulation into its host cell. Since only primates become productively infected, a new experimental system was developed to investigate the early HBV infection pathway. In this model, a human liver tissue is perfused ex vivo under physiological conditions. Due to the preserved histological context and microenvironment, virus-human liver cell interactions could be investigated like they also occur in vivo. It was found that HBV, associated with TRL, was rapidly taken up preferentially by Kupffer cells and viral particles were subsequently delivered into hepatocytes, leading to productive host cell infection. Initial uptake of HBV by Kupffer cells was also observed in mice livers, however, in marked contrast to the human system, no viral particle transfer into hepatocytes could be detected. Next the molecular mechanism how the virus was detracted from the perfusate and transported into hepatocytes was investigated. In humans the triglyceride rich lipoprotein (TRL) remnant transport is a liver-specific pathway by which neutral lipids are carried to the liver and into its parenchymal cells, the hepatocytes. This can either occur directly by lipoprotein transport through the endothelial fenestrae into the parenchymal cells, or indirectly by initial TRL-uptake into non-parenchymal Kupffer cells following neutral lipid transfer into hepatocytes in a second step. In these studies, the HBV-TRL-association observed in the ex vivo perfusion model was proved by biochemical analyses supporting an important role of the TRL-metabolism in HBV transport to the liver. Functional as well as colocalization investigations with cultured Kupffer cells and macrophages showed that virus transcytosis occurred along the transcellular pathway of neutral lipids derived from endocytosed lipoproteins. Viral transport along Kupffer cell derived neutral lipid routes was also observed from liver macrophages into hepatocytes in ex vivo perfused human liver tissue. Finally, the intercellular lipid and viral transport is suggested to occur via fused Kupffer cell and hepatocyte plasma membranes. Taken together, these studies present an infection pathway in which HBV, by associating with TRL, follows the physiological neutral lipid transport into the liver where it is taken up as a virus-lipoprotein complex by Kupffer cells. Subsequently, HBV is delivered into hepatocytes along the intercellular transport route of lipoprotein derived neutral lipids leading to productive host cell infection. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Esser, Knud Knud.esser@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-49997
Date:	February 2012
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Zentrum für Molekulare Medizin
Subjects:	Chemistry and allied sciences Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Hepatitis B Virus; Infektionsweg; Neutrale Lipide; Lipidtransport; Kupffer-Zelle; Trans-Infektion German Hepatitis B virus; infection pathway; neutral lipids; lipid transport; Kupffer cells; trans-infection English
Date of oral exam:	14 May 2012
Referee:	Name Academic Title Pfister, Herbert Prof. Dr. Mörsdorf, Dagmar Prof. Dr. Büning, Hildegard PD Dr. Howard, Jonathan Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4999