Immunoregulation of porcine dendritic cells by influenza viruses and Haemophilus parasuis: lessons from in vitro studies

Abstract

El virus de la gripe porcina (SwIV) es una zoonosis. El hecho de que los cerdos pueden actuar como "cocteleras virales" del virus de la gripe potencialmente infecciosos para el ser humano pone de manifiesto su relevancia y la necesidad de comprender la interacción de los diferentes virus de la gripe y otros patógenos respiratorios con el sistema inmune porcino. Además, el estado clínico de los cerdos infectados con gripe puede agravarse debido a una infección bacteriana secundaria. Algunas de estas bacterias como el Haemophilus parasuis son comensales del tracto respiratorio y producen la enfermedad de Glässer, una enfermedad de las granjas de cerdos con alto impacto económico. Por otro lado, las células dendríticas (DCs) son importantes en la inducción de una respuesta inmune efectiva contra los patógenos. Su localización en las vías respiratorias como células centinelas, les convierte en dianas de los patógenos. Sin embargo, su interacción con los virus de la gripe o su papel en las co-infecciones no ha sido totalmente caracterizado. Con el objetivo de entender al nivel celular la interacción de los virus de la gripe y el H. parasuis como patógenos comunes del trato respiratorio de los cerdos, tres estudios fueron desarrollados y presentados en esta tesis. En el primer estudio, las células dendríticas derivadas de la médula ósea de cerdos (poBMDCs) fueron expuestas a una cepa circulante de la gripe porcina H3N2. En el segundo estudio, las poBMDCs fueron infectados con diferentes virus de la gripe que el sistema inmune porcino puede encontrar en la naturaleza como son: el A/Swine/Spain/SF32071/2007(H3N2), el virus de la gripe pandémica de 2009 A/Catalonia/63/2009(H1N1), el virus de la gripe aviar de baja patogenicidad Anas/plathyrhynchos/Spain/1877/2009(H7N2) y el virus de la gripe aviar de alta patogenicidad A/Chicken/Italy/5093/1999(H7N1); y finalmente en el tercer estudio, las poBMDCs fueron infectadas o co-infectadas con el H3N2-SwIV y H. parasuis no virulenta (SW114) o virulenta (Nagasaki). De estos estudios, tres conclusiones generales se pueden extraer: (i) las poBMDCs se infectan con el virus de la gripe porcina H3N2 y transmiten la infección a las células permisivas sólo cuando se favorece la interacción célula-célula, (ii) el perfil de secreción de citoquinas, la expresión de los mRNA de citoquinas y factores de transcripción después de la infección con los virus H3N2 SwIV, hH1N1 y aH7N2 o aH7N1 pueden indicar una activación de la respuesta inmune específica contra estos virus, (iii) la previa infección de las poBMDCs con el H3N2-SwIV seguida por la infección con H. parasuis resultó en un perfil de citoquinas sesgada mayoritariamente hacia una respuesta inflamatoria. En conjunto, estos datos nos ayudan a comprender la interacción entre los patógenos respiratorios como los virus de la gripe porcina y/o H. paraseis, con las células dendríticas así como conocer posibles mecanismos involucrados en el desarrollo de la respuesta inmune protectora.

Swine influenza virus (SwIV) is considered a zoonosis and the fact that swine may act as “mixing vessels” of influenza viruses potentially infectious for humans illustrates its relevance and the need to understand the interaction of different influenza viruses and other respiratory pathogens with the porcine immune system. Moreover, the clinical status of influenza infected animals may deteriorate due to secondary bacterial infection. Some of these bacteria such as Haemophilus parasuis are commensal of the respiratory tract of pigs and the causal agent of Glässer’s disease, an important disease in swine herds that results in high economical loses. In other hand, dendritic cells (DCs) mediate the induction of immunity against pathogens and the location of DCs beneath the epithelium of respiratory organs makes them suitable targets for pathogens. However, their interaction with different influenza viruses or the role of DCs in co-infections has not been fully characterized. With the aim to understand at cellular level the interaction of influenza virus and H. parasuis as common pathogens of pig’s respiratory tract, three studies were undertaken and are presented in this thesis. In the first study, porcine bone marrow derived DCs (poBMDCs) were exposed to a circulating strain of H3N2-SwIV. In the second study, poBMDCs were infected with different influenza viruses that would enter in contact with the porcine immune system, such as: SwIV A/Swine/Spain/SF32071/2007(H3N2), the 2009 pandemic influenza virus A/Catalonia/63/2009(H1N1), the low pathogenic avian influenza virus A/Anas plathyrhynchos/Spain/1877/2009(H7N2) and the high pathogenic avian influenza virus A/Chicken/Italy/5093/1999(H7N1); and finally in the third study, poBMDCs were infected or co-infected with the H3N2-SwIV and H. parasuis non-virulent (SW114) or virulent (Nagasaki). From these studies, three general conclusions can be drawn: (i) poBMDCs are infected by H3N2-SwIV and they transmit the infection to permissive cells only when cell-to-cell contact was favoured; (ii) the cytokine profile and the mRNA expression of transcription factors after H3N2-SwIV, hH1N1 and aH7N2 or aH7N1 may indicate a specific immune response activation against these viruses; (iii) previous infection of poBMDCs with H3N2-SwIV followed by H. parasuis infection resulted in a profile of cytokines biased mainly towards inflammatory response. Overall, these data pave the way for understanding the relation between respiratory pathogens such as influenza viruses and/or H. parasuis and porcine dendritic cells for triggering possible mechanisms driving to protective immune response.