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Development of a structural and mathematical model of actin tails propelling pathogens
Julia Pfanzelter
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Betreuer*in
John-Victor Small
DOI
10.25365/thesis.28989
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30396.99807.396954-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Ziel dieser Masterarbeit war es sowohl eines mathematischen als auch eines struk-turellen Modell zu entwickeln, mit Hilfe derer die auf Aktin basierende Fortbewegung von Pathogenen beschrieben werden kann. Mit einer 2 dimensionalen quasi-statischen Simulation versuchte ich die intrazelluläre Fortbewegung des Baculoviruses und die strukturellen Eigenschaften des Aktinschweifs zu imitieren. Mehrere Kräfte waren in meinem Modell inkludiert: die cytoplasmatische Reibung, die Brownsche Bewegung und die von den Aktinfilamenten ausgeübten Kräfte. Es wurden drei Varianten des Modells mit unterschiedlichen Formen des Zusammenhalts zwischen dem Aktinnetzwerk und dem Pathogen getestet. Deren Analyse deutete darauf hin, dass eine konstante Verbin-dung zwischen den Plusenden der Filamente und der Virusoberfläche notwendig ist, um die experimentellen Daten zu reproduzieren. Zudem wurde gezeigt, dass gerichtetes Verzweigen der Filamente zum Virus hin erforderlich ist, um das typische Fischgräten-muster der Aktinfilamente zu imitieren. Die Modelannahmen waren ausreichend, um die Fortbewegung eines hypothetischen 10mal größeren Virus zu stabilisieren. Diese Erkenntnis unterstützt die These eines gemeinsamen Mechanismus zur Aktin basierten Fortbewegung.
Elektronentomographie erzielte detaillierte strukturelle Erkenntnisse über den Aufbau des Kometenschweifs des Vaccinia Virus. Es gelang mir, als erste die Verzweigungen des Aktinnetzwerkes zu visualisieren, jedoch war die erzielte Auflösung nicht hoch genug um den exakten Verlauf der einzelnen Filamente innerhalb des Schweifs zu verfolgen.
Abstract
(Englisch)
This master thesis aims to develop a mathematical and structural model of actin based pathogen propulsion. Using a quasi-static approach in a two-dimensional model, I sought to mimic the intracellular movement of the baculovirus and the structural features of its comet tails. Several forces acting on the virus were assumed: cytoplasmic friction, Brownian motion, and the forces exerted by the actin filaments. Three model versions with different degrees of tethering the actin network to the pathogen were tested and their analysis suggested that constant tethering of the barbed filament ends to the virus surface is required to match the experimental data. Furthermore, it could be shown that directed filament branching towards the virus is necessary for reproducing the typical fish-bone like structure of the comet tail. The model assumptions were also sufficient to stabilize the movement of a hypothetical virus with 10 times larger dimensions, supporting the idea of a common underlying mechanism for actin based propulsion.
Electron tomography yielded detailed structural insights into the architecture of comet tails induced by vaccinia virus. For the first time, I could visualize branch junctions in the actin network of this pox virus, yet unfortunately the obtained resolution was not suffi-cient to track the filaments within the tail.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Actin virus Electron tomography mathematical model
Schlagwörter
(Deutsch)
Aktin Virus Elektronentomography mathematisches Modell
Autor*innen
Julia Pfanzelter
Haupttitel (Englisch)
Development of a structural and mathematical model of actin tails propelling pathogens
Paralleltitel (Deutsch)
Strukturelles und mathematisches Modell von Aktinschweife in der Pathogenfortbewegung
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
77 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
John-Victor Small
Klassifikation
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC11635711
Utheses ID
25869
Studienkennzahl
UA | 066 | 834 | |