Early Pathogenesis of Classical Bovine Spongiform Encephalopathy in Young Calves

Die klassische Bovine Spongiforme Enzephalopathie (C-BSE) ist eine tödlich verlaufende neurodegenerative Erkrankung bei Rindern, welche zur Gruppe der Transmissiblen Spon-giformen Enzephalopathien, auch Prionen-Erkrankungen genannt, gehört. Die Entstehung dieser Erkrankungen basiert auf der Konversion des körpereigenen zellulären Prion-Proteins (PrPC) in seine pathologische Isoform PrPTSE. Nach oraler Exposition mit C-BSE stellt die ileale Peyer’sche Platte (IPP) die Eingangspforte für das BSE-Agens dar. Danach breitet sich der Erreger zentripetal vom Darm, vorwiegend über das autonome Nervensystem, in Richtung des zentralen Nervensystems (ZNS) aus. Allerdings blieb der genaue zeitliche Verlauf dieses Infektionsfortschritts bisher überwiegend unbestimmt, da sich bisherige Studien auf spätere Zeitpunkte nach der oralen Infektion von 4 bis 6 Monate alten Rindern konzentrierten. Es gibt aber durchaus Hinweise darauf, dass Jungtiere empfänglicher für BSE sind. Ziel dieser Studie war es, den frühestmöglichen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem neuentstandene BSE-Infektiosität und PrPBSE in der IPP und dem Nervensystem von Rindern detektierbar sind. Zudem wurde in dieser Studie angestrebt, die Protein Misfolding Cyclic Ampli-fication (PMCA) hinsichtlich ihres Potentials als in-vitro-Ersatzmethode zum Maus-Bioassay für eine hochsensitive Detektion von BSE-Prionen zu beurteilen. Dazu wurden 20 Saugkälber oral mit C-BSE infiziert und 1 Woche sowie 2, 4, 6 und 8 Monate post infectionem (MPI) euthanasiert. Die IPP sowie periphere und zentrale nervale Gewebe wurden mittels TgbovVX-Maus-Bioassay auf BSE-Infektiosität und mittels Immunhistochemie (IHC) und PMCA auf PrPBSE untersucht. Im Verlauf dieser Studie wurde die analytische Sensitivität der verwendeten Methoden verglichen. Dabei detektierten der transgene TgbovXV-Maus-Bioassay und das PMCA-Protokoll mit vier Amplifikationsrunden BSE-Prionen bis zu einer Verdünnung von 10-8.3 des Hirnstamm-Homogenats, welches für die Infektion der Kälber genutzt wurde. Die vergleich-bare Sensitivität der PMCA zu der des TgbovXV-Maus-Bioassays ermöglicht nun dessen partiellen Ersatz und somit eine Reduzierung und Verbesserung von Bioassays, welche auf eine Überprüfung des Vorhandenseins von BSE-Prionen in Rinder-Gewebeproben abzielen. Dies wäre für zukünftige BSE-Pathogenese-Studien relevant. Es konnte so gezeigt werden, dass die PMCA grundsätzlich geeignet ist, um Gewebe mit geringen BSE-Prionen-Gehalten zu untersuchen. Diese Erkenntnisse bestätigten die Eignung dieser hochsensitiven Methoden zum Nachweis kleinster BSE-Prionen-Konzentrationen in den Rinderproben in dieser Studie. Dabei wurden BSE-Erreger im Ileum der Rinder bereits zu einem früheren als dem bisher bekannten Zeitpunkt gefunden. BSE-Prionen waren in der IPP bereits nach 2 Monaten post infectionem (mittels TgbovXV-Maus-Bioassay und PMCA) detektierbar und mittels IHC ab 4 MPI in follikulären dendritischen Zellen der IPP-Follikel nachweisbar. Für die IPPs der meisten Kälber ab 4 MPI waren hohe Mengen an BSE-Infektiosität und mittel- bis hochgra-dig (++ bis +++) positive PMCA-Amplifikationsreaktionen nachweisbar. Diese neuen Er-kenntnisse deuten darauf hin, dass eine erleichterte BSE-Prionen-Aufnahme gemeinsam mit einer altersabhängig verbesserten Prionen-Replikation in der IPP zu solch frühen Zeitpunkten nach oraler Infektion vorliegen. Die hier gezeigten Untersuchungen widerlegten die Hypothese, dass während der frühen Phase einer BSE-Infektion in Rindern, die nervalen Gewebe höchstwahrscheinlich frei von PrPBSE und BSE-Prionen-Infektiosität sind. Mittels IHC wurden PrPBSE-Granula in einem Plexus submucosus des enterischen Nervensystems eines Kalbes bereits nach 2 MPI detektiert. Maus-Bioassay und PMCA wiesen BSE-Prionen im Ganglion nodosum und im thorakalen Rückenmark eines Kalbes 8 Monate nach der Infektion nach. Die neuartigen Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die zentripetale Prionen-Ausbreitung nahezu unmittelbar nach der oralen Infektion beginnt. Daraufhin wurden vergleichende PMCA-Analysen von Proben des thorakalen Rückenmarks älterer Tiere durchgeführt. Diese Tiere wurden im Rahmen einer früheren Pathogenese-Studie im Alter von 4 bis 6 Monaten mit klassischer BSE infiziert. Dabei wurde eine PrPBSE-Amplifikation bereits nach 8 Monaten im thorakalen Rückenmark dieser später infizierten Tiere gefunden. Dies legt eine frühzeitig beginnende zentripetale Ausbreitung nahe. Zudem lässt dieses Ergebnis vermuten, dass die Geschwindigkeit der Neuroinvasion unabhängig vom Alter der Rinder zum Infektionszeitpunkt ist. Schlussendlich bestätigen diese neuen Daten, dass die IPP die Eintrittspforte für das BSE-Agens und einen Ort der initialen Prionen-Vermehrung darstellt, welche nahezu direkt nach der Infektion stattfindet. Obwohl die Prionen-Aufnahme im Darm von Saugkälbern erhöht zu sein scheint, konnte diese Studie keine Hinweise auf altersabhängige Unterschiede in der Neuroinvasion bzw. weiteren Ausbreitung der C-BSE-Infektion feststellen. Die Daten ermöglichen verbesserte Risikobewertungen bezüglich des Verbraucherschutzes und des öffentlichen Gesundheitsschutzes. Außerdem erlaubt das hochsensitive PMCA-Protokoll die Reduzierung von Maus-Bioassays in zukünftigen BSE-Pathogenese-Studien.