THEILER’S MURINE ENCEPHALOMYELITIS Vidya Irawan, DVM, M.Sc1 1
Post Graduate Student of Veterinary Science, Faculty of Veterinary Medicine, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia
.
Theiler’s murine encephalomyelitis merupakan penyakit yang disebabkan oleh virus enterik yang pertama kali ditemukan oleh Max Theiler sekitar awal tahun 1930 yang disebut dengan murine polio virus atau sekarang yang lebih dikenal dengan nama Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV). Virus ini menginfeksi sistem syaraf pusat pada mencit dan tikus sebagai hospes alaminya yang dapat menyebabkan paralisis (Lipton, 1999). Kejadian paralisis secara spontan pada breeding colony dapat ditemukan hampir diseluruh dunia terutama pada mouse colony tanpa sistem pertahanan yang baik. Angka prevalensi kejadian paralisis secara spontan ini cukup rendah yaitu 1 dari 1000-5000 mencit per koloni (Lipton, 1999). Etiologi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) sebagai penyebab Theiler’s murine encephalomyelitis merupakan virus yang tergolong sebagai picornavirus, berdasarkan susunan nukleotidanya virus ini tergolong genus cardiovirus tipe B (tabel 1) (Lipton, 1999). Tabel 1. Tabel Klasifikasi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) dalam family Picornaviridae. TMEV tergolong genus cardiovirus (Lipton, 1999). TMEV dapat dibagi menjadi 2 subgrup yaitu GDVII dan TO. Subgrup GDVII terdiri dari strain GDVII dan FA sedangkan subgrup TO terdiri dari strain DA, BeAn8386 (BeAn) , dan WW (Tsunoda dan Fujinami 1996; 1999).
Keberadaan Klasifikasi TMEV pada famili Picornaviridae Human enterovirus Human rhinovirus Hepatitis A virus Aphthovirus Cardiovirus Grup A Grup B Grup C
Poliovirus, coxsackievirus, echovirus
Foot-and-maouth disease virus Mengo, MM,Columbia-SK, Maus Elberfeld TMEV – GDVII: GDVII, FA; TO: DA, BeAn8386 (BeAn), WW Villuisk virus
Virus ini memiliki kapsid berbentuk icosahendral yang simentris, nonenvelop, diameter 25-30 nm, dengan genome 7-8 kb, ssRNA positif, memiliki covalently linked protein (VPg) yang merupakan protein yang berikatan dengan genomenya pada ujung 5’ dari RNA via –OH dari tyrosine residue pada posisi 3’ dari VPg. Unjung 3’ dari RNA virus merupakan poli Adenin (gambar 1) (Carter dan Saunders, 2007).
Gambar 1. Gambaran virus Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) dengan capsid berbentuk icosahendral simentris, ssRNA. Genome terdiri dari gene yang mengkode protein kaspid (VP1, VP2, VP3, VP4) dan gene yang mengkode non structural + VPg. Untuk mengkode kapsid poliprotein P1 akan dipotong dengan protease yang dikode virus menjadi VP0, VP3, VP1. VP0 akan dpecah menjadi VP2 dan VP4. Protein P2 akan dipecah menjadi 2A, 2B, dan 2C . Sedangkan protein P3 akan dipecah menjadi 3A, 3B, 3C, dan 3D. protein 2C merupakan ATPase, 3B meraupakan VPg, dan 3D merupakan RNA polymerase (Carter dan Saunders, 2007).
Pembagian subgroup TMEV menjadi GDVII dan TO berdasarkan kemampuannya menimbulkam penyakit di sistem syaraf pusat. Neurovirulensi yang tinggi terlihat pada strain GDVII dan FA yang menimbulkan fatal encephalitis dengan kematian yang cepat sekitar 1-2 minggu post infeksi (non persisten). Sedangkan neurovirulensi yang rendah terlihat pada strain DA dan BeAn namun dapat menyebabkan persisten infeksi di SSP pada strain tikus yang rentan dimana pada fase akut dapat menyebabkan poliencephalitis sekitar 1 minggu setelah infeksi dan fase kronis
menyebabkan demyelinating akibat
inflamasi sekitar 1 bulan setelah infeksi (Tsunoda dan Fujinami 2010; Lipton et al., 2005).
Patogenesis Infeksi TMEV dapat terjadi pada koloni dengan transmisi fecal-oral Virus akan masuk ke saluran pencernaan melalui ikatan dengan reseptor sialic acid pada sel M di lamina epithelium mukosa intestinal (Tsunoda et al., 2009) dimana keberadannya di epithelium intestinal tidak menimbulkan gambaran patologi, selain itu virus dapat dilindungi oleh isi intestinal dan dapat bertahan di intestinal tanpa menunjukkan gelaja klinis pada mencit (asimtomatis) (Rozengurt dan Sanchez, 1993). Bila kondisi imun menurun akan memberi kesempatan pada virus untuk dapat masuk ke sirkulasi darah, dan dapat menuju otot skelet serta jantung sehingga menimbulkan inflamasi pada otot skelet dan jantung (Gomes et al., 1996). Selain itu virus juga menuju sistem syaraf pusat ke medulla spinalis, brain stem, dan juga di otak seperti di thalamus (Ha-Lee et al., 1995 ), hippocampus (Campbell et al., 2001; Tsunoda dan Fujinami 2010). Namun virus dapat menginfeksi makrofag sebagai media untuk replikasi dan menuju ke SSP (Lipton et al., 2005). Replikasi TMEV (gambar 2) terjadi di makrofag dan oligodendrosit (gambar 3). Pada strain BeAn yang menginfeksi makrofag dapat menginduksi apoptosis saat replikasi dengan mengaktifkan caspase 3 atau melalui jalur interferan (IFN) yang mengaktifkan makrofag pada reseptor TNF yang
berhubungan dengan TNF-related apoptosis-inducing ligands TRAIL (Lipton et al., 2005).
Gambar 2. Gambaran transkipsi dan translasi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV). Virus masuk ke sel (makrofag maupun oligodendrosit) melalui ikatan dengan reseptor dan genome dibebas dari kapsid. Kemudian dilakukan sintesis protein dan enzim yang dibutuhkan untuk replikasi, transkripsi. Poliprotein P akan dibentuk protein untuk membentuk kapsid yang akan menbungkus perangkaian genome yang telah mengalami poliadenilasi dan telah memiliki VPq, kemudian virus dibebas dari sel bersamaan dengan terjadinya apoptosis (Carter dan Saunders, 2007).
Gambar 3. Gambaran infeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) pada makrofag dan oligodendrosit yang menginduksi sel lisis atau apoptosis pada lebih pada high neurovirulensi strain (Tsunoda dan Fujinami 2000; Lipton et al., 2005).
Gambar 4. Peranan mediasi Th1 CD4+ yang bersifat pro infalamasi terhadap kejadian demyelinasi akibat infeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) dengan low neurovirulensi strain. Disirkulasi, monosit yang memfagosit TMEV akan memproses TMEV menjadi peptid yang akan dipresentasikan ke sel limfosit T, sehingga sel T akan berdiferensiasi menjadi Th1 yang sifatnya lebih aktif menghasilkan sitokin (IL2, IFNγ) yang sifatnya meningkatkan aktivitas makrofag. Monosit yang masih terifeksi dapat menembus bloodbrain barrier dan setelah masuk ke jaringan berubah menjadi makrofag. Makrofag yang terlalu aktif akibat level IFNγ yang terlalu tinggi menyebabkan makrofag memfagosi myelin (autoimun) dan terjadi demyelinasi (Tsunoda dan Fujinami 2010; Lipton et al., 2005).
Pada fase akut, replikasi virus terjadi di area substansia grisea, menyebabkan penyakit seperti poliomyelitis. Pada fase kronis, di otak replikasi menurun setelah 5 hari post infeksi yang paralel dengan respon imun yang muncul, namun hari ke 15 post infeksi di medulla spinalis replikasi RNA virus mulai meningkat yang diikuti juga dengan peningkatan sitokin dan kemokin yang
menyebabkan inflamasi dan terjadi demyelinating akibat inflamasi tersebut. TMEV specific delayed-type hypersensitivity (DTH) mediated by MHC class-II restricted CD4+ Th1 T cells ini bertanggung jawab terhadap terjadinya demyelinating pada fase kronis (Lipton et al., 2005). Terjadinya akut myelitis (Kohanawa et al., 1995) dan demyelinasi di substransia alba pada medulasi spinalis sebagai lower motor control menyebabkan berasosiasi dengan kejadian paralisis pada kaki belakang yang tampak pada kejadian akibat infeksi TMEV (Rozengurt dan Sanchez, 1993).
Predisposisi Kejadian Theiler’s murine encephalomyelitis jarang terjadi, adapun faktor-faktor yang menyebabkan timbulnya kejadian outbreak penyakit in di breeding koloni yaitu : breeding colony yang tidak memiliki barrier yang baik, sanitasi yang buruk, managemen perawatan kandang yang tidak baik, status imun hospes (hospes yang imunosupresi lebih peka) namun sistem imun juga berperan penting dalam perkembangan penyakit ini, strain hewan yang peka seperti mencit SCID dan SJL, umur muda lebih peka dari yang dewasa (Rozengurt dan Sanchez, 1993; Begolka et al., 2001).
Gejala klinis Gejala klinis yang terjadi tergantung keberadaan dan strain TMEV yang menginfeksi. Kejadian di usus lebih bersifat asimtomatis, sedangkan pada neuron yaitu dengan high virulensi hewan dapat mengalami paralisis 10 hari p.i akibat akut myelitis dan mati secara akut 1-2 minggu p.i yang lebih dikarenakan terjadinya apoptosis sel (Kohanawa et al., 1995), dan low virulensi dengan kejadian demyelisasi dapat menyebabkan hewan mengalami spontaneous paralisis pada kondisi kronis (Rozengurt dan Sanchez, 1993; Lipton et al., 2005).
Gambar 5. Gambaran mencit SCID umur 18 hari yang mengalami spontaneous paralisis pada kaki belakang yang terinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) (Rozengurt dan Sanchez, 1993).
Perubahan Patologi Perubahan patologi secara makroskopis akibat infeksi TMEV tidak begitu tampak, namun perubahan utama dapat dilihat secara mikroskopis yaitu pada medulla spinalis dan otak yang mengalami demyeliminasi maupun degenerasi (Rozengurt dan Sanchez, 1993). A
B
Gambar 6. Gambaran medulla spinalis yang mengalami gambaran spongioform degenerasi neuron (bentukan vakuola) pada cornu ventral akibat Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) dengan pewarnaan HE yaitu (A) pada mencit SJL/J setelah 6 minggu post infeksi (Gomes et al., 1996) dan (B) pada mencit SCID yang mengalami paralisis (Rozengurt dan Sanchez, 1993).
A
B
C
Gambar 7. Gambaran demyelinasi pada medula spinalis melalui pewarnaa Toluidine blue. terlihat myelin yang mulia menghilang (A) dan dengan pembesaran yang lebih tampak per satuan akson yang mengalami kehilangan myelin (tanda panah) (B) dibandingkan dengan serabut syaraf normal (C) (Yamada et al., 1990).
A
Gambar 8.
B
Gambaran inflitrasi mononuklear yang menyebabkan terjadinya inflamasi pada bagian perifer serta substansia alba dari ventral cornu medula spinalis yang terinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV), HE (Lipton, 1975).
Gambar 9. Gambaran pada medula spinalis yang terinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV). Pewarnaan terhadap protein VP1 DA strain yang terlihat pada lokasi lateral (a,b). Double staining virus (coklat) dengan protein migrolia/magrofag (merah). Terlihat keberadaan virus pada sel mikroglia,(c).dan virus diluar macrofag (d) (Asakura et al., 2007).
Gambar 10.Gambaran tahapan perkembangan sel yang terinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV). menggunakan polyclonal TMEV DA. (A) badan sel syaraf yang positif terhadap polyclonal TMEV DA dnegan bentuk sel yang masih baik, (B) dan (C) terlihat keberadaan virus di dendritik dengan kondii dendrite yang masih baik, (D) infeksi yang lebih lama yaitu 8 hari p.i dimana sel yang terinfeksi virus mulai terfragmentasi, (E) sel neuron yang terinfeksi virus kehilangan prosesusnya , serta (F) sel yang terinfeksi virus menjadi lisis (Ha-Lee et al., 1995).
A
B
Gambar 11. Demyelinasi dan kerusakan akson akibat infeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) strain DA (A) dan GDVII (B). Skibat infeksi TMEV strain DA menyebabkan terjadinya inflamasi (panah transparan), demyelinasi (kepala panah), perivascular cuff (panah) pada fase kronis, pewarnaan luxol fast blue. Sedangkan infeksi TMEV strain GDVII menunjukkan terjadinya degenerasi akson yang positif terhadap pewarnaan nonphosphorylated neurofilament (Tsunoda dan Fujinami 2010 B
A
C
Gambar 12. Gambaran pewarnaan imunohistokimia terhadap astrosit menggunakan GFAP pada hipokampus. (A) kontrol, B dan C gambaran distribusi astrosit yang jumlahnya meningkat dibanding kontrol pada daerah hipokampus tikus yang diinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) (Campbell et al., 2001). A
B
Gambar 13.Gambaran neuropatologi pada area CA1 hipokampus yang terinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) yaitu pada (A) terjadinya degenerasi dendrite pad area CA1 hipokampus melalui pewarnaan terhadap MAP-2 dan (B) apoptosis yaitu dengan gambaran positif TUNEL (Tsunoda dan Fujinami 2010).
Gambar 14. Gambaran otak pada lobus frontalis yang terinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV). Tedapat gambaran nekrosis, perivascular cuff di cortex, pembuluh darah meningeal (open arrow), serta di substansi alba , HE, (Ha-Lee et al., 1995).
Gambar 15. Gambaran pada jantung mencit SCID 3 minggu post infeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus (TMEV) strain DA melalui injeksi virus secara IM, dengan pewarnaan hematoxylin-eosin (Go´mez et al., 1996)
Gambar 16. Gambaran pada otot skeletal pada mencit diinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus strain DA melalui injeksi virus secara IM dengan pewarnaan hematoxylin-eosin. Mencit CD-1 pada (A) 2
minggu post infeksi dan (B) 3 minggu p.i. Sedangkan pada mencit C57BL/6J yaitu (C) 10 minggu (TMEV) (Go´mez et al., 1996)
Gambar 17. Gambaran IHC pada skeletal pada mencit diinfeksi Theiler’s murine encephalomyelitis virus strain DA melalui injeksi virus secara IM. Pada mencit ABY/SnJ 1 minggu p.i terhadap DA strain (A). Pada mencit C57BL/6J 3 minggu p.i terhadap CD4 pada limfosit T helper (B), CD8 pada limfosit T sitotoksik (C), dan CD45R pada limfosit B (D). Metode streptavidin (peroksidase), kromogen 3amino-9-ethylcarbazole, dengan counterstain hematoxylin (Go´mez et al., 1996). Serologi Berdasarkan uji serologi titer virus lebih banyak terdapat di medulla spinalis dibandingkan di otak, serta jumlah titer yang tinggi berhubungan dengan kejadian paralisis (Masashi et al., 1995).
Gambar 18. Gambar Titer theiler's virus yang menyebabkan paralisis (black bars) and nonparalytic ddY mice (open bars) (Masashi et al., 1995).
Diagnosa: Diagnosa terhadap Theiler’s murine encephalomyelitis dapat dilakukan dengan melihat gejala klinis dengan yang tampak didukung dengan pemeriksaan laboratorium seperti histopatologi, uji serologi, dan uji biologis. 1. Gejala klinis, terutama kejadian paralisis baik untuk akut maupun kronis. 2. Histopatologi:
Pewarnaan HE yaitu: Pada kasus akut: terjadi secara cepat dimana tampak myelinitis pada SSP hingga ke substansia grisea. Pada kasus kronis: berkurangnya substansia laba di SSP, infiltrasi mononuclear (monosit dan limfosit ), dan demyelinasi (Lipton, 1999).
Toluidine blue: untuk melihat demyelinasi (Yamada et al., 1990).
IHC: menggunakan antibodi terhadap TMEV untuk melihat keberadaan dan distribusi virus (Ha-Lee et al., 1995; Asakura et al., 2007).
3. Serologi
menghitung titer antigen
menghitung titer antibodi
4. Uji biologis: Suspensi otak hewan yang terinfeksi TMEV disuntikkan secara intraserebreal ke mencit berumur 3 minggu, kemudian diamati gejala klinis berupa paralisis dengan periode inkubasi 11-28 hari, (Joan et al., 1952).
Differensiasi Diagnosa Paralisis serta demyelinasi juga terlihat pada kasus mouse hepatitis virus srain JHM (MHV) (Dandekar dan Perlman, 2002) sehingga perlu di bedakan dengan MHV dengan mengamati perubahan pada organ lainnya serta pengujian laboratorium untuk mendukung diagnosa.
Keuntungan TMEV dalam research biomedis: Penyebab multiple sclerosis (MS) yang menyebabkan demyelinasi melalui aktivasi sistem imun pada manusia masih belum jelas, sehingga TMEV ini dapat dijadikan agen penyebab yang potensial dalam mempelajari model penyakit MS (Begolka et al., 2001; Tsunoda dan Fujinami 2010). Selain itu strain TO dan GDVII dari TMEV dapat bereplikasi di otot dan menginduksi myositis sehingga berpotensi menjadi agen menyebab untuk model myophaty pada manusia maupun model human dilated cardiomyopathy (Go´mez, 1996)
DAFTAR PUSTAKA
Asakura, K., Murayama,H., Himeda, K., dan Ohara, Y., 2007. Expression of L* protein of Theiler’s murine encephalomyelitis virus in the chronic phase of infection Journal of General Virology , 88: 2268–2274. Begolka, W.S., Haynes, L.M., Olson, J.K., Padilla, J., Neville, K.L., Canto, M.D., Palma, J., Kim, B.S., dan Miller, S.D., 2001. CD8-deficient SJL mice display enhanced susceptibility to Theiler’s virus infection and increased demyelinating pathology. Journal of NeuroVirology, 7: 409- 420. Carter, J.B., dan Saunders, V.A. 2007. Virology Principles And Applications. John Wiley And Sons. England. Campbell, T., Meagher,M.W., Sieve, A., Scott,B., Storts, R., Welsh,T.H., dan Welsh, C.J.R., 2001. The Effects of Restraint Stress on the Neuropathogenesis of Theiler’s Virus Infection: I. Acute Disease. Brain, Behavior, and Immunity 15, 235–254 Dandekar, A.A., dan Perlman, S., 2002. Virus-Induced Demyelination in Nude Mice Is Mediated by γδ T Cells, American Journal of Pathology, Vol. 161, No. 4: 1255-1263. Go´mez, R.M., Rinehart, J.E., Wollmann, R., Roos, R.P., 1996. Theiler’s murine encephalomyelitis virus-induced cardiac and skeletal muscle disease. Journal of virology. 70 (12): 8926–8933. Joan, B. D., Alwin, M. Pappeni-ieimer, M.D., dan Sheila, R., 1952. Observations on encephalomyelitis of mice (DA strain). Plates, 22-24.
Lipton, H.L., 1975. Theiler's Virus Infection In Mice: An Unusual Biphasic Disease Process Leading To Demyelination. Infection And Immunity. 11(5): 1147-1155 Lipton, H.L., 1999. Theiler’s virus: Picornairidae. Academic press: USA. pp:1773. Lipton, H.L., Kumara A.S.M., dan Trottier, B.M.,2005. Theiler’s Virus Persistence In The Central Nervous System Of Mice IsAssociated With Continuous Viral Replication And A Difference In OutcomeOf Infection Of Infiltrating Macrophages Versus Oligodendrocytes. Virus Research 111: 214–223 Masashi, K., Misako. A., Yi Min, Tomonori, M., dan Akio, N., 1995. Paralysis caused by acute myelitis in Theiler's murine encephalomyelitis virus strain GD VII infection is induced by CD4 lymphocytes infiltrating the spinal cord Journal of General Virology, 76:2251-2256. Rozengurt , N., dan Sanchez, S., 1993. A Spontaneous Outbreak Of Theiler's Encephalomyelitis In A Colony Of Severe Combined Immunodeficient Mice In The UK. Laboratory animals, 27, 229-234. Tsunoda, I., Libbey, J.E., dan Fujinami, R.S., 2009. Theiler's murine encephalomyelitis virus attachment to the gastrointestinal tract is associated with sialic acid binding. J Neurovirol. 15(1): 81–89 Tsunoda, I dan Fujinami, R.S., 2010. Neuropathogenesis Of Theiler’s Murine Encephalomyelitis Virus Infection, An Animal Model For Multiple Sclerosis J Neuroimmune Pharmacol. 5:355–369 Yamada, M., Zurbriggen, A., dan Fujinami, R.S., 1990. Monoclonal Antibody To Theiler's Murine Encephalomyelitis Virus Defines A Determinant On Myelin And Oligodendrocytes, And Augments Demyelination In Experimental Allergic Encephalomyelitis J. Exp. Med, 1893-1907 Young M. Ha-Lee, Y.M., Dillon, K., Kosaras, B., Sidman, R., Revell, P., Fujinami, R., dan Chow, M., 1995. Mode Of Spread To And Within The Central Nervous System After Oral Infection Of Neonatal Mice With The Da Strain Of Theiler’s Murine Encephalomyelitis Virus. Journal of Virology, 69 (11):7354- 7361.
