The role of nucleotide-binding oligomerization domain containing protein 2 (Nod 2) in coxsackievirus B3 induced myocarditis in mice model

Abstract

In the present study, the role of the pathogen-recognition receptor Nod2 in murine CVB3-induced myocarditis was investigated for the first time. In the study, Nod2 knockout mice and wild type (WT) mice were infected with CVB3. Seven days after infection, mice were hemodynamically characterized via a conductance catheter, and heart tissue was snap-frozen for subsequent determination of immunohistochemical and molecular biology parameters. Hemodynamic analysis of pressure-volume data indicated that the reduction in global, systolic and diastolic function after CVB3 infection was less pronounced in Nod2-/- CVB3 mice compared to CVB3-infected WT mice. In agreement with these findings, molecular biology and immunohistochemical examination of the heart, showed a weaker inflammatory response in the myocardium of Nod2-/- CVB3 mice compared to the WT CVB3 mice. In brief, the CVB3-induced infiltration of macrophages, T, and B cells, as well as of CVB3-induced TNF-α and IL-1β mRNA expression was weaker in Nod2-/- CVB3 mice compared to WT CVB3 mice. Concomitantly, MCP-1 mRNA expression was lower in Nod2-/- CVB3 mice compared to WT CVB3 mice, which might underlie the reduced cardiac infiltration of immune cells in Nod2-/- CVB3 mice versus WT CVB3 mice. Furthermore, Nod2-/- CVB3 mice manifested less cardiac fibrosis as indicated by lower CVB3-induced collagen I, III, and α-SMA expression, less cardiac apoptosis, and less viral load than the WT CVB3 mice. These findings suggest a crucial role of Nod2 in the pathogenesis of CVB3-induced myocarditis: via the Nod2 downstream activation of NF-κB upon CVB3 infection, the cardiac expression of cytokines and chemokines such as TNF-α, IL-1β, and MCP-1 is induced, triggering the infiltration of immune cells into the heart, leading to cardiac fibrosis and cardiac apoptosis and to an increased viral load.

In der hier vorliegenden Arbeit wurde die Rolle des Pathogen-Recognition Rezeptors (PPR) Nod2 in der murinen Myokarditis zum ersten Mal beschrieben. Zu diesem Zweck wurden Nod2 Knockout (Nod2-/-) Mäuse und Wildtyp (WT) Mäuse mit dem Coxsackie Virus B3 (CVB3) infiziert. Sieben Tage nach Infektion erfolgten die hämodynamische Charakterisierung der Herzfunktion, mittels Konduktanzkatheter, und die Entnahme des Herzens für immunhistochemische und molekularbiologische Untersuchungen. Die Analyse der gewonnenen Druck-Volumen- Kurven zeigte, dass die Verringerung der globalen, systolischen und diastolischen Funktion nach CVB3-Infektion bei den Nod2-/--Mäusen, verglichen mit den WT Mäusen, weniger stark ausgeprägt war. Ergänzend dazu, konnte eine schwächere Entzündungsreaktion im Myokard der Nod2-/--CVB3 Mäuse im Vergleich zu den WT-CVB3 Mäusen detektiert werden. Dies spiegelte sich in einer geringeren Infiltration von Makrophagen, T- und B-Zellen, sowie einer geringeren mRNA-Expression von TNF-α und IL-1β wieder. Des Weiteren war die MCP-1 mRNA-Expression in Nod2-/--CVB3 Mäusen im Gegensatz zu den WT-CVB3 Mäusen reduziert, was in der verringerten kardialen Infiltration von Immunzellen begründet sein könnte. Auch manifestierte sich in Nod2-/--CVB3 Mäusen weniger Herzfibrose, assoziiert mit einer verminderten Expression an Kollagen I, III und α-SMA, weniger kardiale Apoptose und eine reduzierte Viruslast. Insgesamt deuten diese Ergebnisse auf eine zentrale Rolle von Nod2 in der Pathogenese der CVB3 induzierten Myokarditis hin. Über die Aktivierung des NF-κB Signalweges durch Nod2 wird die kardiale Expression von Zytokinen und Chemokinen, wie TNF-α, IL-1β und MCP-1, induziert. Dies führt zu einer Infiltration von Immunzellen in das Herz, weiterhin zur Fibrose, Apoptose und zu einer erhöhten Viruslast.