The Roles of Template RNA and Replication Proteins in the Formation of Semliki Forest Virus Replication Spherules

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2082-3
Title: The Roles of Template RNA and Replication Proteins in the Formation of Semliki Forest Virus Replication Spherules
Author: Kallio, Katri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences
Department of Food and Environmental Sciences Division of Microbiology and Biotechnology Faculty of Agriculture and Forestry
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2016-05-20
Language: en
Belongs to series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis - URN:ISSN:2342-137X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2082-3
http://hdl.handle.net/10138/161302
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: All positive-strand RNA viruses replicate their RNA genomes in close association with cellular membranes. A great variety of cellular membranes are utilized by different viruses and those membranes are extensively modified to support viral replication and to protect the viral RNA from host cell defense mechanisms. Alphaviruses, including Semliki Forest virus (SFV), are positive-strand RNA viruses replicating their RNA on membranes derived from endosomal and lysosomal compartments. SFV induces small invaginations called spherules on plasma membrane and on endosomal membranes. Viral replication complex assembly, spherule formation and initiation of replication are carefully orchestrated events and are guided by specific sequence elements within the genomic RNA as well as by important enzymatic activities of nonstructural proteins (nsPs). The aim of this research was to study in detail how alphavirus replication complexes are assembled and to define the minimum requirements for spherule formation by using a plasmid-derived transreplication system mimicking SFV replication. The role of the genomic RNA in replication was deciphered by using RNA templates, which were either modified or differed in length. Use of RNA templates differing in length clearly showed that they define the spherule diameter suggesting that the template has a significant role in spherule formation. By modifying or deleting specific sequences from the template it was shown that highly conserved RNA elements are important for SFV replication and do not tolerate modifications without compromising replication. Study with the nsPs of SFV showed that the enzymatic activities essential for virus replication are also needed for spherule formation and that enzymes like helicase, protease and polymerase are absolutely essential for replication. Membrane association of the replication complex is also required to establish virus replication in the cells. The work with mutated nonstructural proteins and modified templates revealed a clear correlation between the minus-strand synthesis and spherule formation. This work describes the alphavirus replication processes in detail and provides new principles, which may be generally applicable to study the positive-sense RNA virus replication and the formation of virus-induced membranous replication spherules.Positiivijuosteiset RNA-virukset hyödyntävät isäntäsolun kalvorakenteita kopioidessaan perintöainestaan. Eri virukset käyttävät solun eri kalvorakenteita apuna kopioitumisessa ja samalla muokkaavat niitä lajilleen tyypillisellä tavalla. Muunnellut isäntäsolun kalvorakenteet sekä tukevat viruksen kopioitumistapahtumaa että suojaavat virusta solun puolustusreaktioilta. Alfavirukset, kuten Semliki Forest virus (SFV), lukeutuvat positiivijuosteisiin RNA-viruksiin, ja ne hyödyntävät kopioitumisessaan mm. isäntäsolun endo- ja lysosomaalisia kalvorakenteita. Kopioituessaan SFV muodostaa isäntäsolussa sekä solukalvolle että endosomien kalvoille pieniä pussimaisia kalvokuroumia, joita kutsutaan sferuleiksi. Replikaatiokompleksin kokoaminen, sferulin muodostuminen sekä kopioitumisen käynnistyminen ovat hienovaraisesti säädeltyjä tapahtumia, joihin osallistuvat sekä viruksen RNA:n tietyt konservoituneet alueet, että viruksen replikaatioproteiinit. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli tutkia yksityiskohtaisesti alfavirusten replikaatiokompleksin muodostumisen vaiheita sekä selvittää, mitkä ovat kopioitumisen vähimmäisvaatimukset. Tutkimuksessa käytettiin SFV:n kopioitumista jäljittelevää trans-replikaatiosysteemiä, jossa tarvittavat viruksen replikaatioproteiinit ja RNA-perintöainesta muistuttava RNA-mallijuoste tuotetaan erillisistä plasmideista. RNA-perintöaineksen roolia tutkittiin käyttämällä muunneltuja RNA-mallijuosteita. Käyttämällä eripituisia RNA-mallijuosteita havaitsimme, että juosteen pituus määrittää syntyvän kalvokurouman halkaisijan. Tutkimustulos viittaa siihen, että perintöaineksella on merkittävä rooli viruksen replikaatiokompleksin muodostumisessa. Perintöaineksen sisäiset, konservoituneet alueet osoittautuivat myös erittäin tärkeiksi viruksen kopioitumiselle. Tutkittaessa viruksen replikaatioproteiineja sekä niiden tärkeitä entsymaattisia toimintoja kävi ilmi, että viruksen kopioitumisen kannalta välttämättömät entsyymaattiset aktiivisuudet ovat välttämättömiä myös kalvokurouman muodostumiselle. Havaittiin myös, että kopioituminen on mahdollista vain silloin kun replikaatiokompleksi on kiinnittyneenä isäntäsolun kalvorakenteisiin. Tutkimuksessa saadut tulokset osoittivat selvän yhteyden kopioitumisen ja kalvokurouman syntymisen välillä. Tässä työssä alfavirusten kopioitumista on tutkittu aiempaa yksityiskohtaisemmalla tasolla. Teimme kopioitumistapahtumasta uusia havaintoja, mitkä ovat hyödynnettävissä yleisesti RNA-virustutkimuksessa sekä tutkittaessa virusten muokkaamia kalvorakenteita.
Subject: virologia
yleinen mikrobiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
theroleo.pdf 1.075Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record