Detailansicht
Structural changes of minor group human rhinoviruses during uncoating
Angela Maria Pickl-Herk
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
Dieter Blaas
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29046.50939.529864-0
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Humane Rhinoviren (HRVs) der „minor“ Rezeptorgruppe, Erreger der gewöhnlichen Erkältung, werden durch Rezeptor vermittelte Endozytose in die Zelle aufgenommen. Der niedrige pH-Wert in Endosomen (<pH 5.8) induziert den Uncoating-Prozess. Das interne Kapsidprotein VP4 und der amphipathische N-Terminus von VP1 werden externalisiert, wodurch das hydrophobe A-Partikel generiert wird, das an die endosomale Membran bindet. Der darauffolgende trans-Membran RNA-Transfer resultiert in leere Kapside oder B-Partikel, die in den intakten Endosomen zurückbleiben.
In der vorliegenden Studie wurde die Struktur von A- und B-Partikeln von HRV2 von cryo-EM Daten bis zu unter 10 Å Auflösung rekonstruiert. Durch Vergleiche miteinander und Docking der Röntgenstruktur von nativem Virus wurden die Strukturänderungen während des rhino-viralen Uncoating-Prozesses untersucht.
A-Partikel expandierten im Vergleich zu nativem Virus um 4.7 % und Poren öffneten sich an den 2- und 5-fachen Symmetrieachsen. Gleichzeitig wurde VP4 freigesetzt und der VP1 N-Terminus an der pseudo-3-fachen Achse externalisiert. Das Genom wies einen höheren Ordnungsgrad auf und eine interne RNA-Hülle wurde rekonstruiert, die das Kapsid an den 2- und pseudo-3-fachen Achsen berührte.
Säure induzierte B-Partikel unterschieden sich von A-Partikeln in der RNA-Freisetzung und im VP1 N-Terminus, der durch seine hohe, konformative Flexibilität nicht rekonstruiert werden konnte. Vergleiche mit der publizierten Struktur von Hitze induzierten B-Partikeln bewiesen die Äquivalenz von erhöhten Temperaturen und Säure als Auslöser des Uncoating-Prozesses.
Um Uncoating im Zusammenhang mit Membranen zu untersuchen, wurden Liposome mit einem rekombinanten Rezeptorfragment vom VLDLR dekoriert und HRV2 wurde spezifisch daran gebunden. Virale Strukturänderungen wurden durch Ansäuerung induziert und durch EM-Präparationstechniken angehalten. Dadurch konnten neue Zwischenstadien des Uncoating mit partiell freigesetzter RNA und membrangebundene, leere Kapside visualisiert werden. Die Kinetik des RNA-Transfers war schneller als in Lösung, was auf eine mögliche, katalytische Aktivität der Membrane oder des pH-Gradienten über diese auf die RNA-Freisetzung hinweist.
Die vorliegenden Daten beschreiben die Strukturänderungen von HRVs der „minor“ Rezeptorgruppe während des Uncoating-Prozesses. Sie untermauern außerdem die Wichtigkeit, rhino-viralen RNA-Transfer im Zusammenhang mit Membranen zu untersuchen.
Abstract
(Englisch)
Minor group human rhinoviruses (HRVs), causative agents of the common cold, are internalized by receptor-mediated endocytosis. The low endosomal pH (<pH 5.8) triggers the uncoating process. The innermost capsid protein VP4 is released and the amphipathic N-terminus of VP1 is externalized, generating hydrophobic A-particles that interact with the endosomal membrane. Trans-membrane RNA release into the cytoplasm results in empty capsids or B-particles, retained in intact endosomes.
In the current study, the 3D structures of A- and B-particles of HRV2 were solved from cryo-EM data to resolutions below 10 Å. By mutual comparison and docking of the published X-ray coordinates of native HRV2, the main structural changes during rhino-viral uncoating were investigated.
A-particles expanded by 4.7 % compared to native virus and pores opened at the 2- and 5-fold axes. Concomitantly, VP4 was expelled and the VP1 N-terminus was externalized via the pseudo-3-fold axis. The genome became more ordered and an inner RNA shell could be resolved, contacting the capsid at the 2- and pseudo-3-fold axes.
Acid-triggered B-particles differed from A-particles only in the released RNA genome and the VP1 N-terminus that became too disordered to be resolved. By comparison to the published EM map of heat-induced B-particles, equivalence of heating and acidification as triggers for rhino-viral uncoating was demonstrated.
For studying uncoating in the context of membranes, liposomes were decorated with a recombinant receptor fragment of VLDLR and HRV2 was specifically attached. Viral conversion was triggered by acidification and halted at different stages by EM preparation techniques. New intermediate particles with partially externalized RNA were visualized and empty capsids remained membrane-associated. The kinetics of uncoating was faster than in solution, suggesting a catalytic effect of the membrane or of the pH gradient across it on RNA release.
The current data depict the main conformational changes minor group rhinoviruses undergo during uncoating. They additionally emphasize the importance of investigating rhino-viral RNA release in the context of membranes.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
human rhinovirus uncoating cryo-electron microscopy
Schlagwörter
(Deutsch)
Humaner Rhinovirus Uncoating Cryo-Elektronenmikroskopie
Autor*innen
Angela Maria Pickl-Herk
Haupttitel (Englisch)
Structural changes of minor group human rhinoviruses during uncoating
Paralleltitel (Deutsch)
Strukturänderungen von humanen Rhinoviren der “minor” Rezeptorgruppe während des Uncoating-Prozesses
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
116 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Nuria Verdaguer Massana ,
Timothy Skern
Klassifikation
42 Biologie > 42.32 Virologie
AC Nummer
AC08935104
Utheses ID
14543
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |