The interaction between ISAV with Atlantic salmon RBC and its relation to infectious salmon anaemia pathogenesis

Infectious salmon anaemia is a notifiable and economically important disease in Atlantic salmon farming. The disease is caused by a virus that is related to influenzaviruses but does not infect mammals or birds. In Atlantic salmon, we have demonstrated that the virus infects the cells lining the blood circulatory system, and also attaches to the red blood cells themselves. Infection with infectious salmon anaemia virus (ISAV) leads to serious circulatory disturbances, bleedings, and anaemia. We have also observed that a certain type of immune cells, the macrophages, "eat" red blood cells in infected salmon, and hypothesise that this may be a response to foreign virus particles attached to the cell surface. In this project, we will map and document the binding of ISAV to Atlantic salmon red blood cells in experimentally and naturally infected fish, and explore the relevance of this interaction to disease. The ability some viruses have to attach to red blood cells has been used in classical laboratory tests for decades. Nevertheless, we have only found a handful of studies that address the relevance of this interaction for disease development in humans, other mammals, and birds. The project has characterised the interactions between salmon red blood cells and ISAV in experimentally and naturally infected fish. Furthermore, we have pursued the mechanisms involved in this host-virus interaction in the laboratory. We have revealed that the ISAV esterase causes extensive modulation of the red blood cell surface, which could be involved in their premature removal from the circulation. Finally, we have mapped the salmon red blood cell transcriptional response to ISAV infection, both on the single cell level and overall in the red blood cell population. Our results will help us understand the pathogenesis of infectious salmon anaemia, but may also have translational value to other viral infections.

Resultatene fra prosjektet er på kort sikt mest nyttige for forskningsfeltet (både ILA-forskning og bredere forskning på virus-vertsinteraksjoner), samt for kompetanseutvikling og overføring. Den første delen av prosjektet beskrev ILA-virusets binding til røde blodceller i større detalj enn tidligere arbeider. Funnene fra denne delen av prosjektet er ikke overraskende, men viktige, siden vi har skaffet fagfellevurdert dokumentasjon på "kjente" fenomener og dessuten nyansert tidligere funn. Med utgangspunkt i observasjoner fra den første delen av arbeidet har vi i tillegg avdekket en mulig sykdomsmekanisme som ikke tidligere har vært beskrevet for noe virus: Det er godt kjent at reseptorødeleggende enzymer er viktige for virusets evne til å infisere celler. Imidlertid har ingen undersøkt hvor omfattende denne forandringen av vertscelleoverflaten er i infiserte individer eller om dette kan ha betydning for sykdom. Vi oppdaget at ILA-virusets reseptorødeleggende enzym fullstendig fjerner virusets sialinsyrereseptor fra RBC i ILA-virusinfiserte fisk, og at dette påvirker bindingen av minst et protein som gjenkjenner sialinsyrer (WGA). Dette kan være både banebrytende og viktig, fordi sialinsyrer er med på å regulere viktige prosesser, som cellenes forflytning i kroppen og hvordan immunsystemet reagerer på dem. Kunnskap om mekanismene som påvirker sykdomsutvikling i infeksiøs lakseanemi kan hjelpe oss å forstå hvorfor noen fisk er mer motstandsdyktige, samt forskjeller mellom virusisolater. Det kan også være relevant å utforske om det samme skjer i andre virusinfeksjoner. Et eksempel på et virus som kan være aktuelt å undersøke er H5N1 høypatogen fugleinfluensa virus. Selv om denne infeksjonen sjelden smitter mennesker, har det store konsekvenser når det skjer. Vi planlegger nå å søke om videre midler for å studere dette. Vi planlegger nå å søke om videre midler for å studere dette fra EU og NFR. Analysen av RBC-responsen på ILA-virusinfeksjon er viktig fordi den belyser hvordan fiske-RBC svarer på en kraftig virusinfeksjon. Vi viser også for første gang at forskjellige subtyper av RBC reagerer forskjellig på stimuli. Prosjektet har dessuten identifisert forskjeller mellom forskjellige ILA-virusisolater som kan ha betydning for infeksjonsforløpet.

This project aims at understanding the interaction between infectious salmon anemia virus (ISAV), an orthomyxovirus infecting salmon, and red blood cells (RBCs). Combining pathology, virology, cell biology, and immunology in an interdisciplinary approach that also includes transcriptional profiling, the project will address mechanisms of disease pathogenesis in infectious salmon anaemia (ISA). ISA is an economically important disease in farmed Atlantic salmon that appears as a disseminated, fatal infection of the cardiovascular system and results in haemorrhages, severe anaemia, and haemophagocytosis. Previously, we discovered large amounts of virus attaching to RBCs during ISAV infection, and we believe this interaction is significant for disease pathogenesis. Surprisingly, the scientific literature is in essence devoid of considerations of virus-RBC interaction as a mechanism for disease pathogenesis of haemagglutinating viruses. Thus, the results obtained from this project could also be of significance for the pathogenesis of diseases caused by other haemagglutinating viruses. Originally, the project was designed to fund one Ph.D. student in addition to part time scientists, a part time technician and running costs. The project is well defined within the research environment at the Norwegian Veterinary Institute and meets the strategic research priorities set by the institute. The revised project will be run by Dr. Johanna Hol Fosse with mentoring from Dr. Falk, and in addition to her salary fund a 2-year post-doc position, running costs, and a part-time technician.