Exploring PMCA as a potential in-vitro alternative method to mouse bioassays for the highly sensitive detection of BSE prions

Ackermann, Ivett; Shawulu, James C.; Keller, Markus GND; Fatola, Olanrewaju I.; Groschup, Martin H. GND; Balkema-Buschmann, Anne GND

Classical bovine spongiform encephalopathy (C-BSE) belongs to the transmissible spongiform encephalopathies (TSE), which are also designated prion diseases since they are caused by the conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC to its pathological isoform PrPTSE. BSE carries a zoonotic potential as BSE prions cause variant Creutzfeldt-Jakob disease in humans. To date, C-BSE infectivity can only be detected by bioassay, e.g. highly sensitive bovine PrP transgenic mice (e.g. Tgbov XV mice). Recently, highly sensitive in-vitro prion seeding activity assays, such as the Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA), have been developed, which work particularly well for the template-assisted prion conversion of scrapie prions, while a similarly efficient bovine C-BSE-prion amplification remained unavailable. In the here described study, we have therefore compared the analytical sensitivities of the transgenic Tgbov XV mouse bioassay and our C-BSE PMCA protocol by analysing serial dilutions of a BSE-positive bovine brainstem homogenate pool. As both methods were shown to possess comparable sensitivities, we propose the C-BSE PMCA as a potential in-vitro replacement method, allowing the reduction and refinement of mouse bioassays for the detection of cattle derived classical BSE prions by reducing them to only specific analytical applications.

Die klassische Bovine Spongiforme Enzephalopathie (C-BSE) gehört zu den Transmissiblen Spongiformen Enzephalopathien (TSE), welche auch als Prion-Erkrankungen bezeichnet werden, da ihnen die Konversion des wirtseigenen zellulären Prion-Proteins PrPC in seine pathologische Isoform PrPTSE zugrunde liegt. BSE birgt ein zoonotisches Risiko, da die neue Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit beim Menschen durch BSE-Prionen hervorgerufen wird. Bislang kann C-BSE-Infektiosität nur mittels Bioassay, z. B. in Rinder-PrP-transgenen Mäusen (z. B. Tgbov XV Mäusen) nachgewiesen werden. Unlängst wurden auf der Keimbildungsaktivität der Prionen basierende hochsensitive In-vitro-Methoden, wie die Protein Misfolding Cyclic Amplification (PMCA), entwickelt. Diese sind besonders effektiv in der In-vitro-Konversion von Scrapie-Prionen, während eine ähnlich effiziente Amplifikation von bovinen C-BSE-Prionen bisher nicht zur Verfügung stand. In der hier beschriebenen Studie wurde daher die analytische Sensitivität des transgenen Tgbov XV-Maus-Bioassays und unseres C-BSE-PMCA-Protokolls mittels Untersuchung einer seriellen Verdünnungsreihe eines BSE-positivem Hirnstamm-Homogenat-Pools verglichen. Aufgrund der so nachgewiesenen vergleichbaren Sensitivitäten beider Methoden schlagen wir die C-BSE-PMCA als potentielle In-vitro-Ersatzmethode vor, die die Reduktion und Verbesserung (Refinement) des transgenen Maus-Bioassays zum Nachweis von Rinder-C-BSE-Prionen erlaubt, da dieser auf spezielle analytische Anwendungen reduziert werden kann.

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Ackermann, Ivett / Shawulu, James / Keller, Markus / et al: Exploring PMCA as a potential in-vitro alternative method to mouse bioassays for the highly sensitive detection of BSE prions. 2018.

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