Published May 31, 2023 | Version v1
Publication Metadata-only

Identification of Embryonic Chicken Proteases Activating Newcastle Disease Virus and Their Roles in the Pathogenicity of Virus Used as <i>In Ovo</i> Vaccine

Creators

  • 1. Hubei Academy of Agricultural Sciences
  • 2. Animal Science Research Institute
  • 3. Huazhong Agricultural University
  • 4. Shanghai Veterinary Research Institute
  • 5. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 6. Shanghai Zhangjiang Laboratory

Description

In ovo vaccination is an attractive immunization approach for chickens. However, most live Newcastle disease virus (NDV) vaccine strains used safely after hatching are unsafe as in ovo vaccines due to their high pathogenicity for chicken embryos. The mechanism for viral pathogenicity in chicken embryos is poorly understood. Our previous studies reported that NDV strain TS09-C was a safe in ovo vaccine, and the F protein cleavage site (FCS) containing three basic amino acids (3B-FCS) was the crucial determinant of the attenuation of TS09-C in chicken embryos. Here, five trypsin-like proteases that activated NDV in chicken embryos were identified. The F protein with 3B-FCS was sensitive to the proteases Tmprss4, Tmprss9, and F7, was present in fewer tissue cells of chicken embryos, which limited the viral tropism, and was responsible for the attenuation of NDV with 3B-FCS, while the F protein with FCS containing two basic amino acids could be cleaved not only by Tmprss4, Tmprss9, and F7 but also by Prss23 and Cfd, was present in most tissue cells, and thereby was responsible for broad tissue tropism and high pathogenicity of virus in chicken embryos. Furthermore, when mixed with the protease inhibitors aprotinin and camostat, NDV with 2B-FCS exhibited greatly weakened pathogenicity in chicken embryos. Thus, our results extend the understanding of the molecular mechanism of NDV pathogenicity in chicken embryos and provide a novel molecular target for the rational design of in ovo vaccines, ensuring uniform and effective vaccine delivery and earlier induction of immune protection by the time of hatching. IMPORTANCE As an attractive immunization approach for chickens, in ovo vaccination can induce a considerable degree of protection by the time of hatching, provide support in closing the window in which birds are susceptible to infection, facilitate fast and uniform vaccine delivery, and reduce labor costs by the use of mechanized injectors. The commercial live Newcastle disease virus (NDV) vaccine strains are not safe for in ovo vaccination and cause the death of chicken embryos. The mechanism for viral pathogenicity in chicken embryos is poorly understood. In the present study, we identified five trypsin-like proteases that activate NDV in chicken embryos and elucidated their roles in the tissue tropism and pathogenicity of NDV used as in ovo vaccine. Finally, we revealed the molecular basis for the pathogenicity of NDV in chicken embryos and provided a novel strategy for the rational design of in ovo ND vaccines.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

التطعيم في البيضة هو نهج تحصين جذاب للدجاج. ومع ذلك، فإن معظم سلالات لقاح فيروس مرض نيوكاسل الحية المستخدمة بأمان بعد الفقس غير آمنة كما هو الحال في لقاحات البيضة بسبب إصابتها بالأمراض العالية لأجنة الدجاج. آلية الإمراضية الفيروسية في أجنة الدجاج غير مفهومة جيدًا. أفادت دراساتنا السابقة أن سلالة NDV TS09 - C كانت آمنة في لقاح البيضة، وكان موقع انقسام البروتين F (FCS) الذي يحتوي على ثلاثة أحماض أمينية أساسية (3B - FCS) هو المحدد الحاسم لتوهين TS09 - C في أجنة الدجاج. هنا، تم تحديد خمسة بروتيازات تشبه التربسين تنشط NDV في أجنة الدجاج. كان البروتين F مع 3B - FCS حساسًا للبروتياز Tmprss4 و Tmprss9 و F7، وكان موجودًا في عدد أقل من خلايا أنسجة أجنة الدجاج، مما حد من الاستقطاب الفيروسي، وكان مسؤولاً عن توهين NDV مع 3B - FCS، في حين أن البروتين F مع FCS الذي يحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية الأساسية يمكن أن ينشق ليس فقط بواسطة Tmprss4 و Tmprss9 و F7 ولكن أيضًا بواسطة Prss23 و CFD، كان موجودًا في معظم خلايا الأنسجة، وبالتالي كان مسؤولاً عن استدارة الأنسجة الواسعة وارتفاع الإمراضية للفيروس في أجنة الدجاج. علاوة على ذلك، عند خلطها مع مثبطات الأنزيم البروتيني البروتينين والكاموستات، أظهرت NDV مع 2B - FCS ضعفًا كبيرًا في الإمراضية في أجنة الدجاج. وبالتالي، فإن نتائجنا توسع من فهم الآلية الجزيئية لإمراضية NDV في أجنة الدجاج وتوفر هدفًا جزيئيًا جديدًا للتصميم العقلاني للقاحات البيضاوية، مما يضمن توصيل اللقاح بشكل موحد وفعال والتحريض المبكر للحماية المناعية بحلول وقت الفقس. الأهمية كنهج تحصين جذاب للدجاج، يمكن أن يؤدي التطعيم بالبويضات إلى درجة كبيرة من الحماية بحلول وقت الفقس، وتقديم الدعم في إغلاق النافذة التي تكون فيها الطيور عرضة للعدوى، وتسهيل توصيل اللقاح بسرعة وبشكل موحد، وتقليل تكاليف العمالة عن طريق استخدام الحقن الآلية. سلالات لقاح فيروس مرض نيوكاسل الحي التجاري ليست آمنة للتطعيم البيضاوي وتتسبب في وفاة أجنة الدجاج. آلية الإمراضية الفيروسية في أجنة الدجاج غير مفهومة جيدًا. في هذه الدراسة، حددنا خمسة بروتيازات شبيهة بالتربسين تنشط NDV في أجنة الدجاج ووضحنا أدوارها في الاستدارة النسيجية والإمراضية لـ NDV المستخدمة كما هو الحال في لقاح البيضة. أخيرًا، كشفنا عن الأساس الجزيئي لإمراضية NDV في أجنة الدجاج وقدمنا استراتيجية جديدة للتصميم العقلاني للقاحات OVO ND.

Translated Description (French)

La vaccination in ovo est une approche de vaccination attrayante pour les poulets. Cependant, la plupart des souches vaccinales vivantes du virus de la maladie de Newcastle (NDV) utilisées en toute sécurité après l'éclosion sont dangereuses comme les vaccins in ovo en raison de leur forte pathogénicité pour les embryons de poulet. Le mécanisme de la pathogénicité virale chez les embryons de poulet est mal compris. Nos études précédentes ont rapporté que la souche TS09-C du NDV était un vaccin in ovo sûr, et que le site de clivage de la protéine F (FCS) contenant trois acides aminés basiques (3B-FCS) était le déterminant crucial de l'atténuation de TS09-C chez les embryons de poulet. Ici, cinq protéases de type trypsine qui activaient le NDV dans des embryons de poulet ont été identifiées. La protéine F avec 3B-FCS était sensible aux protéases Tmprss4, Tmprss9 et F7, était présente dans moins de cellules tissulaires d'embryons de poulet, ce qui limitait le tropisme viral, et était responsable de l'atténuation du NDV avec 3B-FCS, tandis que la protéine F avec FCS contenant deux acides aminés basiques pouvait être clivée non seulement par Tmprss4, Tmprss9 et F7, mais aussi par Prss23 et Cfd, était présente dans la plupart des cellules tissulaires, et était donc responsable du tropisme tissulaire large et de la pathogénicité élevée du virus chez les embryons de poulet. De plus, lorsqu'il était mélangé aux inhibiteurs de protéase aprotinine et camostat, le NDV avec 2B-FCS présentait une pathogénicité fortement affaiblie chez les embryons de poulet. Ainsi, nos résultats élargissent la compréhension du mécanisme moléculaire de la pathogénicité du NDV chez les embryons de poulet et fournissent une nouvelle cible moléculaire pour la conception rationnelle de vaccins in ovo, assurant une administration uniforme et efficace du vaccin et une induction plus précoce de la protection immunitaire au moment de l'éclosion. IMPORTANCE En tant qu'approche de vaccination attrayante pour les poulets, la vaccination in ovo peut induire un degré de protection considérable au moment de l'éclosion, aider à fermer la fenêtre dans laquelle les oiseaux sont sensibles à l'infection, faciliter l'administration rapide et uniforme du vaccin et réduire les coûts de main-d' œuvre grâce à l'utilisation d'injecteurs mécanisés. Les souches commerciales de vaccin vivant contre le virus de la maladie de Newcastle (NDV) ne sont pas sûres pour la vaccination in ovo et causent la mort d'embryons de poulet. Le mécanisme de la pathogénicité virale chez les embryons de poulet est mal compris. Dans la présente étude, nous avons identifié cinq protéases de type trypsine qui activent le NDV chez les embryons de poulet et élucidé leurs rôles dans le tropisme tissulaire et la pathogénicité du NDV utilisé comme vaccin in ovo. Enfin, nous avons révélé la base moléculaire de la pathogénicité du NDV chez les embryons de poulet et fourni une nouvelle stratégie pour la conception rationnelle des vaccins in ovo ND.

Translated Description (Spanish)

La vacunación in ovo es un enfoque de inmunización atractivo para los pollos. Sin embargo, la mayoría de las cepas vivas de la vacuna contra el virus de la enfermedad de Newcastle (NDV) utilizadas de manera segura después de la eclosión no son seguras como las vacunas in ovo debido a su alta patogenicidad para los embriones de pollo. El mecanismo de patogenicidad viral en embriones de pollo es poco conocido. Nuestros estudios previos informaron que la cepa TS09-C de NDV era una vacuna in ovo segura, y el sitio de escisión de la proteína F (FCS) que contiene tres aminoácidos básicos (3B-FCS) fue el determinante crucial de la atenuación de TS09-C en embriones de pollo. Aquí, se identificaron cinco proteasas similares a la tripsina que activaban el NDV en embriones de pollo. La proteína F con 3B-FCS era sensible a las proteasas Tmprss4, Tmprss9 y F7, estaba presente en menos células tisulares de embriones de pollo, lo que limitaba el tropismo viral, y era responsable de la atenuación del NDV con 3B-FCS, mientras que la proteína F con FCS que contenía dos aminoácidos básicos podía ser escindida no solo por Tmprss4, Tmprss9 y F7, sino también por Prss23 y Cfd, estaba presente en la mayoría de las células tisulares y, por lo tanto, era responsable de un amplio tropismo tisular y una alta patogenicidad del virus en embriones de pollo. Además, cuando se mezcló con los inhibidores de proteasa aprotinina y camostat, el NDV con 2B-FCS mostró una patogenicidad muy debilitada en embriones de pollo. Por lo tanto, nuestros resultados amplían la comprensión del mecanismo molecular de la patogenicidad del NDV en embriones de pollo y proporcionan una nueva diana molecular para el diseño racional de vacunas in ovo, asegurando una administración uniforme y eficaz de la vacuna y una inducción más temprana de la protección inmunitaria en el momento de la eclosión. IMPORTANCIA Como enfoque de inmunización atractivo para los pollos, la vacunación in ovo puede inducir un grado considerable de protección en el momento de la eclosión, proporcionar apoyo para cerrar la ventana en la que las aves son susceptibles a la infección, facilitar la administración rápida y uniforme de la vacuna y reducir los costos de mano de obra mediante el uso de inyectores mecanizados. Las cepas comerciales de la vacuna contra el virus vivo de la enfermedad de Newcastle (NDV) no son seguras para la vacunación in ovo y causan la muerte de embriones de pollo. El mecanismo de patogenicidad viral en embriones de pollo es poco conocido. En el presente estudio, identificamos cinco proteasas similares a la tripsina que activan el NDV en embriones de pollo y dilucidamos sus roles en el tropismo tisular y la patogenicidad del NDV utilizado como vacuna in ovo. Finalmente, revelamos la base molecular de la patogenicidad del NDV en embriones de pollo y proporcionamos una nueva estrategia para el diseño racional de vacunas ND in ovo.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد بروتياز الدجاج الجنيني الذي ينشط فيروس مرض نيوكاسل وأدواره في إمراضية الفيروس المستخدم كما هو الحال <i>في لقاح</i> البيضة
Translated title (French)
Identification des protéases embryonnaires de poulet activant le virus de la maladie de Newcastle et de leurs rôles dans la pathogénicité du virus utilisé comme vaccin <i>in ovo</i>
Translated title (Spanish)
Identificación de proteasas embrionarias de pollo que activan el virus de la enfermedad de Newcastle y sus funciones en la patogenicidad del virus utilizado como vacuna <i>in ovo</i>

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4365136269
DOI
10.1128/jvi.00324-23

Is supplement to
https://openalex.org/W4366091465 (Other)
https://openalex.org/W2898511695 (Other)
https://openalex.org/W2613138431 (Other)
https://openalex.org/W2527012682 (Other)
https://openalex.org/W2384093552 (Other)
https://openalex.org/W2174387488 (Other)
https://openalex.org/W2140442458 (Other)
https://openalex.org/W2001397790 (Other)
https://openalex.org/W1973314767 (Other)
https://openalex.org/W138586086 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1879906469
  • https://openalex.org/W1957495804
  • https://openalex.org/W1970451436
  • https://openalex.org/W1983298014
  • https://openalex.org/W1991451792
  • https://openalex.org/W1991859986
  • https://openalex.org/W1993337771
  • https://openalex.org/W1999894827
  • https://openalex.org/W2015202086
  • https://openalex.org/W2022649261
  • https://openalex.org/W2024412560
  • https://openalex.org/W2034880469
  • https://openalex.org/W2041542630
  • https://openalex.org/W2049949004
  • https://openalex.org/W2050632465
  • https://openalex.org/W2067258489
  • https://openalex.org/W2099045066
  • https://openalex.org/W2099360101
  • https://openalex.org/W2099549544
  • https://openalex.org/W2119705544
  • https://openalex.org/W2126744512
  • https://openalex.org/W2129946136
  • https://openalex.org/W2139942977
  • https://openalex.org/W2146473114
  • https://openalex.org/W2590505416
  • https://openalex.org/W2753325553
  • https://openalex.org/W2768652310
  • https://openalex.org/W2769449671
  • https://openalex.org/W2793477527
  • https://openalex.org/W2795154706
  • https://openalex.org/W2886944269
  • https://openalex.org/W2947142105
  • https://openalex.org/W2964533563
  • https://openalex.org/W2978622498
  • https://openalex.org/W3010714673
  • https://openalex.org/W3025559601
  • https://openalex.org/W3097385142
  • https://openalex.org/W3105441017
  • https://openalex.org/W3109780334
  • https://openalex.org/W3123654614
  • https://openalex.org/W3126184577
  • https://openalex.org/W3133133483
  • https://openalex.org/W3136918052
  • https://openalex.org/W3170259885
  • https://openalex.org/W4210758888
  • https://openalex.org/W4226285426
  • https://openalex.org/W643879909
  • https://openalex.org/W837231054