Host and environmental modulators of norovirus infection
| dc.affiliation.institute | Institut für Virologie und Zellbiologie | |
| dc.contributor.author | Chaika, Maryna | |
| dc.contributor.referee | Taube, Stefan | |
| dc.date.accepted | 2026-02-10 | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-12T14:01:24Z | |
| dc.date.available | 2026-03-12T14:01:24Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description | Humanen Noroviren (HNoV) sind weltweit die häufigste Ursache nicht-bakterieller Gastroenteritiden. Trotz der erheblichen Krankheits- und Wirtschaftsbelastung sind bisher weder zugelassene Impfstoffe noch antivirale Therapien gegen Norovirus-Erkrankungen verfügbar. Der Fortschritt im Verständnis der Norovirusbiologie wurde lange durch die fehlende Möglichkeit behindert, HNoV effizient in Zellkultur zu vermehren. Dieser Engpass wurde durch die Entwicklung des humanen intestinalen Enteroid-(HIE-) Systems überwunden, das Infektionen mit klinischen HNoV-Isolaten in einem physiologisch relevanten, miniaturisierten System ermöglicht, das dennoch die zelluläre Vielfalt und Architektur des menschlichen Darms abbildet. Diese Dissertation untersucht, wie wirts- und umweltbedingte Faktoren die Infektion im 3D-HIEModell beeinflussen, mit Schwerpunkt auf HNoV. Ein robustes und reproduzierbares HNoVInfektionsmodell in 3D-HIEs wurde mithilfe einer institutseigenen Biobank diagnostischer Stuhlproben etabliert, wodurch detaillierte Untersuchungen von viraler Eintrittsphase, Replikation, Passagierung und Virus-Wirt-Interaktionen ermöglicht wurden. Vier infektiöse HNoV-Isolate wurden identifiziert, sequenziert und genotypisiert. Mittels kombinierter virologischer und biochemischer Ansätze wurden Glykane, zweiwertige Kationen, Gallensäuren und Polyamine als zentrale Wirtsdeterminanten charakterisiert, die HNoV-Infektiosität, Replikation und Antikörperneutralisationsflucht modulieren. Die Anwendung des 3D-HIE-Systems wurde erweitert, um auch die Infektion eines klinischen humanen Rotavirus-(HRoV-)Isolats sowie eines etablierten humanen Influenza-A-(IVA-)Laborstamms zu untersuchen. Eine aktive Fucosylierung in 3D-HIEs erwies sich als kritischer Faktor für die Infektion durch sowohl HNoV GII.4- als auch HRoV G3.P[8]eq.-ähnliche Stämme, jedoch nicht für IAV. Die Nutzung fucosylierter Oberflächenglykane unterschied sich jedoch zwischen HNoV und HRoV, wie durch Lektin- Kompetitionsassays gezeigt wurde. Eine exogene Supplementierung mit Fucose steigerte die HNoV-Replikation, anstatt mit der Infektion zu konkurrieren. Umweltliganden, insbesondere zweiwertige Kationen und Gallensäuren, erwiesen sich als modulatorsiche Faktoren für Norovirus-Infektiosität und Immunerkennung. In sowohl murinen als auch humanen Norovirus-Systemen verstärkten Magnesium Ionen und die Gallensäure Glykochenodesoxycholsäure (GCDCA) die Infektion. Magnesium Ionen erleichterten zudem die Flucht vor neutralisierenden Antikörpern bei zwei MNV-Stämmen und einem GII.4-HNoV-Stuhlisolat. Bei HNoV konnte Magnesium zudem Titer Verluste kompensieren, die nach längerer Lagerung verdünnter Proben auftraten. Wirtsabgeleitete Polyamine wurden als breit wirksame Wirtsfaktoren für Norovirus Infektionen identifiziert. Die Depletion von Polyaminen unterband die Virusreplikation stark, hemmte die Synthese des Capsidproteins und verhinderte reversibel den virusinduzierten zytopathischen Effekt (CPE). Mechanistische Analysen verknüpften den Polyaminstoffwechsel, Norovirus Replikation und CPE mit dem PI3K/Akt-Signalweg sowie dem Cholesterinstoffwechsel als nachgeschaltete Zielwege. Die Abhängigkeit sowohl von MNV- als auch HNoV-Infektionen von Polyaminen weist auf eine breite Relevanz und ein neuartiges antivirales Angriffsziel hin, das sich besonders für die Behandlung chronischer Norovirus Infektionen eignet. Insgesamt erweitert diese Arbeit das Verständnis der wirts- und umweltbedingten Determinanten, die Norovirus Infektionen durch die Modulation von Viruseintritt, Replikation, Infektiosität und Neutralisationsflucht beeinflussen. Die identifizierten Wirtsfaktoren, darunter fucosylierte Glykane und Polyamine, treten als wesentliche Regulatoren der Infektion und vielversprechende therapeutische Zielstrukturen hervor. Zudem liefern die Auswirkungen umweltbedingter Modulatoren auf HNoV-GII.4-Infektion und Antikörperflucht wichtige Impulse für die rationale Impfstoffentwicklung. | |
| dc.description.abstract | Human noroviruses (HNoV) are the leading cause of non-bacterial gastroenteritis worldwide. Despite the significant disease and economic burden, currently no licensed vaccines or antivirals are available against norovirus infection. Progress in understanding norovirus biology has long been hindered by the inability to efficiently cultivate HNoV. This limitation was overcome with the development of the human intestinal enteroid (HIE) platform, which enables infection with clinical HNoV isolates in a physiologically relevant system that recapitulates the cellular diversity and the architecture of the human gut. This dissertation investigates how host and environmental factors influence HNoV infection in the 3DHIE. A robust and reproducible HNoV infection model in 3D-HIEs enabled detailed investigation of viral entry, replication, passaging, and virus-host interactions. From a laboratory owned biobank of diagnostic stool samples, four infectious HNoV isolates were identified, sequenced and genotyped. Through virological and biochemical approaches, glycans, divalent cations, bile acids, and polyamines were characterized as key host determinants that modulate HNoV infectivity, replication, and escape from antibody neutralization. The 3D-HIE platform was extended to also study infection of a clinical human rotavirus (HRoV) isolate and an established human influenza A virus (IAV) laboratory strain. Active fucosylation in 3D-HIEs was identified as a critical determinant for infection by both HNoV GII.4 and HRoV G3.P[8]eq.-like strain but not IAV. However, use of fucosylated surface glycans differed between HNoV and HRoV as identified by lectin competition. Exogenous fucose supplementation enhanced HNoV replication rather than competing with infection. Environmental ligands, specifically divalent cations and bile acids, were shown to shape norovirus infectivity and immune recognition. In both murine and human norovirus systems, magnesium ions and the bile glycochenodeoxycholic acid (GCDCA) were enhancing MNV and HNoV infections. Magnesium ions facilitated escape from neutralizing antibodies for two MNV strains and one GII.4 HNoV stool-isolate. For HNoV, magnesium was able to revert a loss in viral titers observed after storage of diluted stool isolates. Host-derived polyamines were identified as broad host dependency factors for norovirus infection. Depletion of polyamines strongly suppressed MNV replication, inhibited capsid protein synthesis, and prevented virus-induced cytopathic effect (CPE), in a reversible manner. Mechanistic studies linked polyamine metabolism, norovirus replication, and virus-induced CPE with PI3K/Akt signaling and cholesterol metabolism as downstream targets. The dependency on polyamines for both MNV and HNoV infections suggests a broad relevance and a novel target for antiviral therapy suited to pharmacologically target chronic norovirus disease. Collectively, this work advances understanding of the host and environmental determinants that promote norovirus infection by shaping viral entry, replication, infectivity, and neutralization escape. The identified host dependency factors, including fucosylated glycans and polyamines, emerge as critical regulators of infection and promising therapeutic targets, while the influence of environmental modulators on HNoV GII.4 infection and antibody escape provides important insights into norovirus biology and caveats for rational vaccine development. | |
| dc.identifier.uri | https://epub.uni-luebeck.de/handle/zhb_hl/3613 | |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:841-202603121 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.subject | norovirus | |
| dc.subject | host factros | |
| dc.subject | virus entry | |
| dc.subject | enetroids | |
| dc.subject | glycans | |
| dc.subject | metal ions | |
| dc.subject | polyamine | |
| dc.subject.ddc | 500 | |
| dc.title | Host and environmental modulators of norovirus infection | |
| dc.title.alternative | insights from human intestinal enteroids and complementary model systems | |
| dc.type | thesis.doctoral |
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