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Chip electrophoresis of human rhinovirus and receptor decorated liposomes as model membranes for the analysis of key steps in the viral infection pathway
Victor Weiss
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Ernst Kenndler
DOI
10.25365/thesis.7576
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29351.52985.772866-4
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Bis heute konnten in etwa 100 Serotypen von Humanen Rhinoviren (HRVs), welche eine der häufigsten Erkältungsursachen darstellen, unterschieden werden. Diese Serotypen werden nach dem jeweiligen Rezeptor, an den sie im Laufe der Zellinfektion binden, in zwei Gruppen unterteilt. Viren der Hauptgruppe binden an intercellular adhesion molecule 1 (ICAM – 1), Viren der Nebengruppe an Vertreter der low-density-lipoprotein Rezeptor (LDLR) Familie. Chip Elektrophorese ermöglichte in der Vergangenheit bereits erfolgreich die Analyse von fluoreszenzmarkierten Viren sowie die Verfolgung entsprechender Bioaffinitätsreaktionen. Zum Beispiel konnte die Bindung von HRV2, einem Rhinovirus der Nebengruppe, an Rezeptorfragmente verfolgt werden [Weiss et al. (2007): Virus analysis by electrophoresis on a microfluidic chip, J. Chromatogr. B 860, 173 – 179 sowie Kolivoška et al. (2007): Electrophoresis on a microfluidic chip for analysis of fluorescence-labeled human rhinovirus, Electrophoresis 28, 4734 – 4740].
In Weiterführung dieser grundlegenden Experimente, versuchte ich, im Laufe dieser Dissertation, die spezifische, rezeptorvermittelte Bindung von fluoreszenzmarkiertem HRV2 an Zellen mit Hilfe von Chip Elektrophorese zu zeigen. Anstelle von Zellen arbeitete ich jedoch mit unilamellaren, rezeptordekorierten Vesikeln (Liposomen). Dieses Modellsystem ermöglichte Experimente unter gut definierten Bedingungen, anders als es bei Verwendung von tatsächlichem zellulären Material möglich gewesen wäre.
Zusätzlich zu reinen Bindungsexperimenten zwischen Viren und Membranen wurde auch der Transfer der viralen RNA in das Liposomeninnere untersucht. In vivo gelangen HRVs über rezeptorvermittelte Endocytose in das Zellinnere. Im Zuge dieser Transportroute werden Endosome angesäuert, was zur Konformationsänderung von aufgenommenen Viren führt. Bedingt durch diese Konformationsänderung gelingt es Viren, ihre RNA durch die Endosomenmembran in das Cytosol der infizierten Zelle zu transferieren. Daraus ergab sich mein Interesse an membrandestabilisierenden Fähigkeiten von viralen Proteinen sowie von ganzen Viren. Zusätzlich wurden auch grundlegende Experimente zum Transfer der viralen RNA selbst durch Membranen unter Zuhilfenahme von molcecular beacons durchgeführt. Molecular beacons sind fluoreszenzmarkierten Sonden, die nach erfolgter Bindung an eine korrespondierende Nukleotidsequenz ein Fluoreszenzsignal ergeben.
Abstract
(Englisch)
Human Rhinoviruses (HRVs) constitute the most frequent causative agents of common cold infections. Roughly 100 serotypes are differentiated, which are divided into two classes according to receptor specificity upon cell infection. Major group viruses bind to intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1), minor group viruses to members of the low-density-lipoprotein receptor (LDLR) family. We demonstrated previously that chip electrophoresis allows for analysis of fluorescence labeled virus and its bioaffinity reactions, for instance binding of minor group HRV2 to receptor fragments derived from the Very-Low-Density-Lipoprotein Receptor (VLDLR) [Weiss et al. (2007): Virus analysis by electrophoresis on a microfluidic chip, J. Chromatogr. B 860, 173 – 179 and Kolivoška et al. (2007): Electrophoresis on a microfluidic chip for analysis of fluorescence-labeled human rhinovirus, Electrophoresis 28, 4734 – 4740].
In continuation of our previous work this thesis will be dedicated to the specific, receptor mediated attachment of HRV2 to cells via chip electrophoresis. However, instead of working with living cells, receptor decorated unilamellar vesicles (liposomes) were employed. Such, binding experiments between model membranes and virions could be carried out under well defined conditions.
In addition to binding experiments of HRV2 to liposomes, the transfer of the HRV2 genome into the aqueous lumen of model vesicles was investigated. In vivo, HRVs are internalized into cells via receptor mediated endocytosis. Endosomes undergo acidification which induces conformational changes in encapsulated HRVs. Through these changes virions are able to transfer their RNA genome through the plasma membrane into the cytosol of the infected cell. Therefore, I took interest in membrane disrupting abilities of viral proteins as well as of complete virions. Furthermore, experiments were carried out setting the stage for monitoring of the RNA transfer itself via so-called molecular beacons, fluorescence labeled oligonucleotide probes that bind specifically to corresponding nucleotide sequences. Binding to target sequences renders beacons fluorescent, which can be followed by chip electrophoresis.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
rhinovirus liposome HRV2 Bioanalyzer chip fluorescence electrophoresis molecular beacon receptor infection
Schlagwörter
(Deutsch)
Rhinovirus Liposom HRV2 Bioanalyzer Chip Fluoreszenz Elektrophorese Molecular Beacon Rezeptor Infektion
Autor*innen
Victor Weiss
Haupttitel (Englisch)
Chip electrophoresis of human rhinovirus and receptor decorated liposomes as model membranes for the analysis of key steps in the viral infection pathway
Paralleltitel (Deutsch)
Chip Elektrophorese humaner Rhinoviren und rezeptordekorierter Liposomen als Modelmembranen zur Analyse von Schlüsselschritten des viralen Infektionsweges
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
144 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Michael Lämmerhofer ,
Maria Horká
AC Nummer
AC07806029
Utheses ID
6870
Studienkennzahl
UA | 091 | 419 | |