Three-dimensional human epithelial cultures as a model for evaluation of flavivirus-host interactions driving infection in the skin

三维人类上皮培养物作为评估驱动皮肤感染的黄病毒-宿主相互作用的模型

基本信息

  • 批准号:
    10303730
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20.31万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-02 至 2023-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Zika virus (ZIKV), dengue virus (DENV), and West Nile virus (WNV) all cause severe human disease as a result of their widespread mosquito-borne transmission. While these flaviviruses share a common primary site of infection in the dermis, they disseminate to varying secondary sites of infection with highly divergent clinical outcomes. We propose that discrepancies in early virus-host interactions among ZIKV, DENV, and WNV are responsible for these differences in disease; however, there is a gap in our knowledge of the molecular mechanisms responsible. Elucidation of distinct virus-host interactions occurring at the initial infection site is thus key to understanding how these viruses establish productive infections in the skin and elsewhere. The proposed research will establish organotypic epithelial cultures as a genetically tractable and immunocompetent 3D human skin model of flavivirus infection, to be used for virus-host interaction studies. We will expand on the current model commonly used to study DNA viruses, typically comprised solely of human fibroblasts and keratinocytes, with the addition of human skin-resident dendritic cells and macrophages, to accurately recreate natural flavivirus infection in the skin. Additionally, we will incorporate mosquito saliva, which includes immunomodulatory and anti-inflammatory proteins, into the virus inoculum to further recapitulate the molecular events occurring at the primary site of flavivirus infection. We will determine individual infection conditions for ZIKV, DENV, and WNV, and evaluate cell tropism and host responses with each virus. Once established, we will employ this 3D human skin model to evaluate the role of the host ribonuclease L (RNase L) protein during ZIKV infection in the skin, which will validate this system for flavivirus-host interaction studies. While antiviral RNase L activity is well described, we have recently discovered proviral RNase L activity during ZIKV infection. In contrast, we observed canonical antiviral RNase L activity during DENV and WNV infections. These studies were performed in 2D monolayer culture systems with immortalized cell lines, therefore we will use our 3D skin model containing primary cells to test the hypothesis that RNase L plays a role in ZIKV cell tropism and spread in the skin in a more relevant system. We will use CRISPR-Cas9 gene editing to delete RNase L from the different skin cells comprising epithelial cultures, and subsequently generate RNase L-deficient skin cultures for infections with ZIKV, DENV, or WNV. We will assess effects of RNase L deletion on infection and spread of the different flaviviruses in the skin, as well as how host responses are impacted. The proposed studies will characterize the role of RNase L as an important host factor repurposed by ZIKV during infection in the skin. Furthermore, this project will establish organotypic epithelial cultures as an exciting new human model amenable to gene editing which will facilitate inquiries of arbovirus-host interactions and host responses at the common primary infection site of the skin.
项目概要 寨卡病毒(ZIKV)、登革热病毒(DENV)和西尼罗河病毒(WNV)都会导致严重的人类疾病 其广泛的蚊媒传播。虽然这些黄病毒有一个共同的主要位点 真皮中的感染,它们传播到不同的继发感染部位,临床表现差异很大 结果。我们认为 ZIKV、DENV 和 WNV 之间早期病毒与宿主相互作用的差异是 造成这些疾病差异的原因;然而,我们对分子的认识存在差距 机制负责。因此,阐明在初始感染位点发生的不同病毒-宿主相互作用 了解这些病毒如何在皮肤和其他地方建立生产性感染的关键。拟议的 研究将建立器官型上皮培养物作为遗传上易处理且具有免疫活性的培养物 黄病毒感染的 3D 人体皮肤模型,用于病毒与宿主相互作用研究。我们将扩展 当前通常用于研究 DNA 病毒的模型,通常仅由人类成纤维细胞和 角质形成细胞,加上人类皮肤驻留的树突状细胞和巨噬细胞,可以准确地重建 皮肤中的天然黄病毒感染。此外,我们还将加入蚊子唾液,其中包括 免疫调节和抗炎蛋白,进入病毒接种物,以进一步概括分子 发生在黄病毒感染原发部位的事件。我们将确定个人感染情况 ZIKV、DENV 和 WNV,并评估每种病毒的细胞向性和宿主反应。一旦成立,我们 将利用这种 3D 人体皮肤模型来评估宿主核糖核酸酶 L (RNase L) 蛋白在 皮肤中的 ZIKV 感染,这将验证该系统用于黄病毒-宿主相互作用研究。抗病毒的同时 RNase L 活性已得到很好的描述,我们最近发现了 ZIKV 感染期间的原病毒 RNase L 活性。 相比之下,我们在 DENV 和 WNV 感染期间观察到典型的抗病毒 RNase L 活性。这些研究 是在具有永生化细胞系的 2D 单层培养系统中进行的,因此我们将使用我们的 3D 皮肤 包含原代细胞的模型,用于检验 RNase L 在 ZIKV 细胞趋向性中发挥作用的假设,以及 在皮肤中传播到更相关的系统中。我们将使用 CRISPR-Cas9 基因编辑来删除 RNase L 不同的皮肤细胞组成上皮培养物,并随后产生 RNase L 缺陷的皮肤培养物 用于 ZIKV、DENV 或 WNV 感染。我们将评估 RNase L 缺失对感染和传播的影响 皮肤中的不同黄病毒,以及宿主反应如何受到影响。拟议的研究将 描述了 RNase L 作为 ZIKV 在皮肤感染过程中重新利用的重要宿主因子的作用。 此外,该项目将建立器官型上皮培养物作为一种令人兴奋的新人类模型 基因编辑将有助于研究虫媒病毒与宿主的相互作用以及宿主对共同点的反应 皮肤的原发感染部位。

项目成果

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