Verkürzte Prion Protein Fragmente in gesunden und an BSE erkrankten Rindern: Auswirkungen auf die Labordiagnostik und Bedeutung für die Seuchenbekämpfung

• Forschungsstelle: BLV
• Projektnummer: 1.13.16
• Projekttitel Englisch: Truncated prion protein fragments in healthy and BSE affected cattle: interference with laboratory diagnosis and implications for disease control

Schlüsselwörter (Deutsch)

BSE, Rinder, prion protein, Überwachung, atypische BSE, transmissible spongiforme enzephalopathie

Schlüsselwörter (Englisch)

BSE, cattle, prion protein, surveillance, atypical BSE, transmissible spongiform encephalopathy

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im 2011 diagnostizierten wir in der Schweiz zwei Fälle von BSE, die sich im molekularen Phänotyp von den bisher bekannten klassischen und atypischen BSE Typen deutlich unterschieden. Ein weiterer BSE Verdachtsfall im 2012 zeigte zum Teil ähnliche Eigenschaften, konnte aber in einem übergeordneten Testverfahren nicht bestätigt werden. Alle drei Tiere zeigten eine verkürzte Form des BSE-assoziierten Prion Proteins in der Western blot Analyse. Ähnliche Befunde wurden in der Vergangenheit bereits aus anderen Ländern berichtet. Die Bedeutung dieser Befunde ist zur Zeit noch völlig ungeklärt.  Insbesondere ist nicht bekannt, ob sie tatsächlich von einem übertragbaren Prion hervorgerufen werden. Weiterhin gibt es Hinweise, dass diese verkürzten Prion Proteine das Resultat eines Laborartefaktes bei BSE-negativen oder BSE-positiven Geweben sein könnten. In dieser Studie schagen wir vor, diese Aspekte weitergehend zu untersuchen: (i) mittels in-vivo Infektionsversuchen in Rindern und transgenen Mausmodellen,(ii) mittels  in-vitro Prion Kultivierung durch „protein-misfolding-cyclic-amplification“ (PMCA) sowie „prion organotypic slice culture assay“ (POSCA), und (iii) mittels einer eingehenden Analyse der Bedeutung von verkürzten Prion Protein Fragmenten für die Labordiagnostik von BSE. Unsere Resultate werden helfen, die gegenwärtige BSE Situation in der Schweiz besser einzuschätzen, führen möglicherweise zu einer Anpassung der zur Zeit etablierten diagnostischen Kriterien und werden einen Einfluss auf die zukünftige Klassifizierung des BSE Risikos der Schweiz und die damit einhergenden Handelsbeschränkungen haben.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In 2011 we diagnosed two cases of BSE in Switzerland that differed in their molecular disease phenotype from known classical and atypical BSE types. Another BSE suspect case in 2012 partially revealed similar molecular characteristics, but remained unconfirmed in a superior confirmatory test format. All three animals showed a truncated form of the disease associated prion protein in Western blot analysis, which has occasionally also been observed in other countries in the past. The significance of these findings currently remains unknown. In particular it is not known whether this condition indeed is caused by a transmissible prion agent. There is also some evidence that the truncated prion protein may result from a previously unrecognized laboratory artifact in either BSE negative or BSE positive animals. In the present study, we propose to investigate these aspects (i) by in-vivo transmission studies to cattle as well as transgenic rodent models,(ii) by in-vitro prion propagation studies using protein-misfolding-cyclic-amplification (PMCA) and the prion organotypic slice culture assay (POSCA), and (iii) by an in-depth analysis of the significance of truncated prion protein fragments for BSE laboratory diagnostics. Our results will assist in assessing the current BSE situation in the Swiss cattle population, may lead to a revision of the diagnostic criteria and impact on Switzerland’s BSE risk classification and related international trade restrictions.

Projektziele (Englisch)

The objectives of the present research proposal are…

…        to scan whether the aberrant molecular phenotype of the Swiss 2011 isolates is present  in other BSE cases diagnosed during the epidemic in Switzerland between 1990 and 2003 retrospectively.

…        to assess the impact of α- and β- cleavage of the cellular (PrP^c) and the disease associated (PrP^d) prion protein on the outcome of BSE laboratory diagnostic techniques.

...         to resolve whether the aberrant molecular phenotype of the Swiss 2011 BSE cases represents a laboratory artifact with a particular focus on the role of tissue autolysis, prion protein degradation/denaturation or inhibition of PK activity in both BSE positive and negative samples.

…        to investigate the potential of the Swiss 2011 prion protein isoform to induce prion protein misfolding in vitro.

…        to determine if the Swiss 2011 BSE cases involve a transmissible prion agent, and if so whether this agent induces a prion disease different from known BSE types.

 

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tbed.12884

Zugehörige Dokumente

• 2017_Serra_BrainReserarch [PDF] 1'446 kB

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

Serra, F. et al. (2014) Full-Length PrP but not PrP-C1 is depleted in autolytic brainstem samples of cattle. Abstract published in Prion, Volume 8, Supplement 1, 2014. Poster at the Prion conference Triest, 2014.  Serra, F. et al. (2014) Truncated prion protein fragments in healthy and Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) affected cattle: interference with laboratory diagnosis and implications for disease control. Project presentation at the Neurocenter-Vetsuisse Faculty, May 2014. 

Serra, F. et al (2015) Investigation on a particular PrPres fragment in bovine autolytic brain samples. Presentation at the TSE-EURL workshop 2015, June 2015, Weybridge, UK.

 

Serra, F. et al. (2016) Unusual PrP in Swiss cows shows biochemical similarities with BSE-associated PrP but does not induce a transmissible spongiform encephalopathy. Scheduled talk for the 4th Conference of European Association of Veterinary Laboratory Diagnosticians (EAVLD), Prague 6.-9.11.2016.

Serra, F. et al. (2016) Investigation on a particular prion protein in recent cases of Bovine Spongiform Encephalopathy in Switzerland. Poster at the TSE-EURL workshop 2015, June 2016, Weybridge, UK.

Boujon, C.; Serra, F.; Seuberlich, T. (2016) Atypical variants of bovine spongiform encephalopathy: rare diseases with consequences for BSE surveillance and control. Schweiz Arch Tierheilkd. 2016 Mar;158(3):171-7. doi: 10.17236/sat00053.

Serra, F.; Seuberlich, T. (2016) Commentary on "Identification of H-type BSE in Portugal". Prion. 2016 Jul 19:12. [Epub ahead of print]. 

Serra, F.; Dudas, S.; Torres, J.-M.; Anderson, R.; Oevermann, A.; Espinosa, J.C.; Czub, S.; Seuberlich, T. Intracerebral inoculation of unusual Swiss 2011 BSE isolates into cattle does not induce a transmissi-ble spongiform encephalopathy but seeds prion protein aggregation. Aberrant BSE cases in Switzer-land, 2011: lack of prion disease in experimentally infected cattle and bovine prion protein transgenic mice Submitted for publication and under review .

Serra, F.; Müller, J.; Gray, J.; Lüthi, R.; Dudas, S.; Czub, S.; Seuberlich, T. PrP-C1 fragment in cattle brains reveals features of the transmissible spongiform encephalopathy associated PrPsc. Brain Res. 2017 Mar 15;1659:19-28. doi: 10.1016/j.brainres.2017.01.015. Epub 2017 Jan 22  Submitted for publication and under review. 

Serra, F. Truncated prion protein fragments in healthy and BSE affected cattle: interference with laboratory diagnosis and implications for disease control. PhD Thesis, Universität Bern, 2017 

Zugehörige Dokumente

• 1.13.16_DB_MJB_2016_Seuberlich [PDF] 21 kB

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