Estudios sobre la inmunogenicidad y los mecanismos fisiopatológicos de la proteína NSP4 de rotavirus

Rotavirus es el principal agente causante de gastroenteritis viral en niños y animales jóvenes en todo el mundo. Una de las principales proteínas de rotavirus es la glicoproteína no estructural 4 (NSP4) que juega un papel crucial tanto en el ciclo replicativo de rotavirus, actuando como receptor de partículas inmaduras en el retículo endoplasmático, como en la fisiopatología de rotavirus, siendo la primera enterotoxina de origen vírico descrita hasta el momento. El objetivo de la presente tesis fue clonar y producir la glicoproteína NSP4 de diferentes cepas humanas y animales de rotavirus para así poder realizar estudios inmunogénicos tales como la caracterización de epitopos presentes en la proteína y la respuesta inmune que esta proteína despierta tras la infección por rotavirus. Así mismo nos planteábamos estudiar la capacidad que poseen tanto la infección por rotavirus como la proteína NSP4 de producir óxido nítrico (ON) tanto "in vivo" como "in vitro" y la posible implicación del ON en la fisiopatología de rotavirus. Se utilizó el sistema de expresión de baculovirus en células de insecto para la producción y purificación de la proteína NSP4 de diferentes cepas de rotavirus humanas y de animales en forma biológicamente activa. Experimentos de inmunización de ratones demostraron que los anticuerpos producidos frente a la proteína NSP4 reconocen principalmente el fragmento carboxi-terminal de la proteína (aminoácidos 114 a 175), por lo que esta región es inmunodominante. En la presente tesis se utilizó la tecnología de "phage display" para producir anticuerpos monoclonales de simple cadena (scFv) frente a la proteína NSP4. Esta técnica nos permitió aislar scFvs frente a regiones no inmunodominantes de la proteína NSP4.Los estudios realizados con sueros de niños convalecientes de una infección por rotavirus muestran que la proteína NSP4 provoca una respuesta inmune humoral tras la infección natural por rotavirus en niños, constituída por anticuerpos séricos de clase IgG y que esta respuesta no parece ser de larga duración, según los resultados obtenidos con sueros de niños y adultos sanos. Proteínas NSP4 procedentes de dos diferentes genotipos (A y B) fueron utilizadas para estudiar la reactividad cruzada de los anticuerpos frente a NSP4. Los resultados obtenidos muestran que los anticuerpos IgG séricos desarrollados frente a NSP4 en niños con gastroenteritis aguda por rotavirus presentan en el 40% de los casos estudiados reactividad cruzada frente a más de un genotipo de dicha proteína, por lo que este reconocimento de los genotipos A y B de NSP4 no es siempre heterotípico. Los experimentos realizados con células epiteliales humanas HT-29 "in vitro" muestran que la proteína NSP4 provoca un incremento de la secreción de ON en este tipo celular. Este incremento ocurre de forma paralela al incremento de calcio intracelular observado en la misma línea celular en respuesta a NSP4, indicando una posible participación de la enzima óxido nítrico sintasa constitutiva (cNOS). Por último los experimentos realizados "in vivo" en el modelo murino, así como en muestras de orina procedentes de niños con gastroenteritis por rotavirus muestran que las infecciones por rotavirus en ratones Balb/c provocan un aumento en la concentración de los productos derivados del ON en la orina de los animales infectados, con la participación de la enzima óxido nítrico sintasa inducible (iNOS) en el modelo murino y que este incremento se observa también en la orina de niños con gastroenteritis por rotavirus.
The baculovirus expression system in insect cells was utilized to produce and purify the biologically active form of the NSP4 protein from rotavirus strains isolated from different animal and human strains. After the immunization of mice with the different ourified NSP4 proteins the super-immune sera obtained from NSP4 immunized mice, strongly recognize the carboxi-end of the protein (aminoacids 114 to 175), being indicative of the immunodominance of this region.One of the objebtives of this thesis was to obtain monoclonal antibodies, using the phage display technique that showed to be a useful tool in producing antibodies that recognize different epitopes in the NSP4 protein, thus being able to conduct inhibitory studies to identify biological activity. One interesting result when using this technique was that the phage display technique allowed us for the isolation of single chain monoclonal antibodies against non-immunodominant regions of NSP4.We also present data on the immunogenicity of the NSP4 protein in natural rotavirus infections in humans. Our results show that the NSP4 protein elicits a humoral immune response in children that had been naturally infected by rotavirus. The IgG serical antibodies developed against the NSP4 in children suffering acute rotavirus gastroenteritis, present cross reactivity against more than one genotype of the protein in 40% of the studied cases, indicating that the recognition of A and B NSP4 genotypes is not always heterotypic.Finally we studied the possible role of the nitric oxide (NO) in rotavirus pathophysiology. The NSP4 protein produced an increase in NO secretion in cultured HT-29 human epithelial cells. This increase occurred in parallel to the intracellular calcium increase previously observed in the same cell line in response to the NSP4.The rotaviral infections in Blab/c mice produced an increase in the concentration of the nitric oxide derived products in the urine of the infected animals, through the induction of the inducible nitric oxide enzyme (iNOS) in the murine model. This increase was also observed in the urine of children suffering acute rotaviral gastroenteritis.