New in vivo and ex vivo models for the experimental study of sheep scrapie: development and perspectives
Résumé
Sheep scrapie is a prototypical transmissible spongiform encephalopathy (TSE), and the most widespread of these diseases. Experimental study of TSE infectious agents from sheep and other species essentially depends on bioassays in rodents. Transmission of natural sheep scrapie to conventional mice commonly requires one or two years. In an effort to develop laboratory models in which investigations on the sheep TSE agent would be facilitated, we have established mice and cell lines that were genetically engineered to express ovine PrP protein and examined their susceptibility to the infection. A series of transgenic mice lines (tgOv) expressing the high susceptibility allele (VRQ) of the ovine PrP gene from different constructs was expanded. Following intracerebral inoculation with natural scrapie isolates, all animals developed typical TSE neurological signs and accumulated abnormal PrP in their brain. The survival time in the highest expressing tgOv lines ranged from 2 to 7 months, depending on the isolate. It was inversely related to the brain PrP content, and essentially unchanged on further passaging. Ovine PrP transgene expression thus enhanced scrapie disease transmission from sheep to mice. Such tgOv mice may bring new opportunities for analysing the natural variation of scrapie strains and measuring infectivity. As no relevant cell culture models for agents of naturally-occurring TSE exist, we have explored various strategies in order to obtain stable cell lines that would propagate the sheep agent ex vivo without prior adaptation to rodent. In one otherwise refractory rabbit epithelial cell line, a regulable expression of ovine PrP was achieved and found to enable an efficient replication of the scrapie agent in inoculated cultures. Cells derived from sheep embryos or from tgOv mice were also used in an attempt to establish permissive cell lines derived from the nervous system. Cells engineered to express PrP proteins of a specified sequence may thus represent a promising strategy to further explore, at the cellular level, various aspects of TSE diseases.
Nouveaux modèles expérimentaux pour l’étude in vivo et ex vivo de l’agent de la tremblante: développement et perspectives. Les travaux effectués sur la tremblante du mouton, la plus répandue des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST), ont beaucoup apporté à la connaissance de ces maladies. L’étude expérimentale de l’agent causal, dans l’espèce ovine comme dans d’autres espèces, repose essentiellement sur l’inoculation au rongeur. La transmission de la tremblante naturelle à la souris exige communément un à deux ans. Afin de développer des modèles de laboratoire qui facilitent les recherches sur l’agent infectieux de la tremblante, nous avons établi des lignées de souris et de cellules exprimant la protéine de prion (PrP) ovine, et analysé leur susceptibilité à l’infection. Un ensemble de lignées de souris transgéniques (tgOv) pour un allèle du gène PrP conférant une sensibilité élevée à la maladie (allèle VRQ) ont été crées à l’aide de différentes constructions. Suite à l’inoculation intracérébrale de tremblante du terrain, les animaux ont développé des désordres neurologiques typiques d’EST, associés à une accumulation de PrP anormale dans le cerveau. Dans les lignées exprimant le taux le plus élevé de PrP, le temps de survie a été de 2 à 7 mois, selon l’isolat. Le temps de survie, inversement corrélé au taux d’expression dans le cerveau, n’a pas diminué lors de passages ultérieurs. Cette étude démontre que l’expression d’un transgène spécifiant la PrP ovine peut considérablement accélérer la transmission de la tremblante à la souris. De telles souris ouvrent de nouvelles perspectives en terme d’analyse de la diversité naturelle des souches de tremblante et de quantification de l’infectiosité. Face à l’absence de modèles permissifs à des agents responsables d’EST naturelle, nous avons également exploré plusieurs stratégies dans le but d’établir des lignées cellulaires stables qui permettent de propager l’agent ovin ex vivo, sans adaptation préalable au rongeur. L’expression inductible de PrP ovine dans une lignée épithéliale de cellules de rein de lapin, originellement réfractaire, a permis d’obtenir une multiplication efficace de l’agent pathogène dans les cultures infectées. Par ailleurs, des cellules dérivées d’embryon de mouton ou de souris tgOv ont été sélectionnées afin d’obtenir des lignées permissives d’origine nerveuse. L’utilisation de cellules génétiquement modifiées, exprimant une protéine PrP de séquence donnée, apparaît donc comme un moyen prometteur d’explorer plus avant, au niveau cellulaire, divers mécanismes associés à la réplication des agents responsables d’EST.