Interactions of potyviral protein HCPro with host methionine cycle enzymes and scaffolding protein VARICOSE in potato virus A infection

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4810-0
Julkaisun nimi: Interactions of potyviral protein HCPro with host methionine cycle enzymes and scaffolding protein VARICOSE in potato virus A infection
Tekijä: De, Swarnalok
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
Kasvitieteen tohtoriohjelma
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Kuuluu julkaisusarjaan: YEB dissertation series - URN:ISSN:2342-5431
Tiivistelmä: Potyviral helper component proteinase (HCPro) is a quintessential example of a multifunctional viral protein. Its name comes from two of its earliest identified functions- ‘Helper Component’ involved in aphid-mediated plant-plant transmission of the virus, and cysteine proteinase responsible for its self-cleavage from the rest of the viral polyprotein. HCPro’s best-studied function is its ability to suppress RNA silencing. One of the factors underlying the multifunctionality of HCPro is its ability to interact with a wide range of host factors causing perturbations in several cellular pathways. In this study, interaction of HCPro with the host proteins S-adenosyl-L-methionine synthase (SAMS), S-adenosyl-L homocysteine hydrolase (SAHH), ARGONAUTE 1 (AGO1) and VARICOSE (VCS) was addressed and implications of these interactions in potato virus A (PVA; genus Potyvirus) infection, and potato virus X (PVX)-PVA mixed infection were studied. In this study, HCPro was found to interact with the host methionine cycle enzymes SAMS and SAHH and to inhibit SAMS activity. Disruption of the methionine cycle promoted PVA infection. Methionine cycle plays a crucial role in the smooth running of RNA silencing by providing S-adenosyl methionine (SAM) for methyltransferase hua enhancer 1 (HEN1). Small RNA (sRNA) duplexes, which are methylated by HEN1, are stable and capable to act in RNA silencing, whereas, the unmethylated sRNAs are polyuridylated and targeted to degradation. A blockage in sRNA methylation via HCPro-mediated methionine cycle disruption was proposed to act as a circuit breaker of RNA silencing pathway for the benefit of PVA infection. SAHH was also found to be involved in PVX-PVA synergism. Blockage of the methionine cycle at SAHH, coupled with synergism-specific downregulation of closely associated glutathione (GSH) biosynthesis pathway enhanced PVX genomic RNA accumulation and subgenomic RNA expression. Moreover, depletion of cellular antioxidant GSH was suggested to be the reason behind induction of severe oxidative stress during potex–potyvirus mixed infection. In another line of this study, formation of HCPro-associated high molecular weight (HMW) complexes and their functions were studied. Interaction between HCPro and a WD40 domain containing scaffolding protein VCS was shown to be crucial for formation and stability of HCPro-associated HMW complexes. Importance of HCPro-VCS interaction in governing the assembly of PVA-induced granules (PGs) was demonstrated. This study reinforced the correlation between the PGs and RNA silencing suppression. Interestingly, HCPro, AGO1, VPg and CI were detected in the ribosome-associated HMW-complexes. Association of AGO1 with ribosomes may indicate occurrence of RISC-mediated translational repression as an additional defense mechanism against PVA infection. While, presence of HCPro, VPg and CI therein suggested a putative mechanism by which HCPro derived ribosome-associated HMW complexes might participate in relieving PVA translational repression. Accordingly, co-operation between HCPro, VCS and VPg was shown to act in favor of active PVA translation. Intriguingly, importance of HCPro-VCS interaction was also found to be important in PVA encapsidation. In conclusion this study provides evidence for interaction between HCPro and host proteins SAMS, SAHH, VCS and AGO1 in planta. Furthermore, importance of these interactions are demonstrated to play crucial role in governing various viral processes during PVA infection.Potyvirukset lasketaan tuhoisimpien kasvivirusten joukkoon. Ne kuuluvat Potyviridae-heimoon, joka muodostaa suurimman kasvien RNA-virusten heimon ja edustaa noin kolmeakymmentä prosenttia tunnetuista kasviruksista. Potyvirusten tyyppivirus on perunan Y virus (PVY), jonka infektio voi aiheuttaa jopa 70 % satomenetyksiä. Potyvirukset ovat edustettuna myös kasvivirusten top 10-uhkalistalla, joka on koottu niiden tieteellisten, taloudellisten, ruokaturvaan liittyvien ja ihmiskunnalle aiheuttamien ongelmien perusteella. Potyvirusten genomi on positiivisäikeinen yksijuosteinen RNA-molekyyli, joka koodaa yhtätoista proteiinia. Monilla näistä proteiineista on useita erikoistuneita tehtäviä. Tämä mahdollistaa sen, että virus kykenee kaappaamaan isäntäsolunsolun monistuskoneistokseen. Virusproteiini ”Helper component-proteinase” (HCPro), on esimerkki moneen tehtävään osallistuvasta proteiinista. HCPro:n nimessä ”Helper component” viittaa sen avustavaan rooliin viruksen kirvavälitteisessä leviämisessä. ”Proteinase” puolestaan kertoo kysteiiniproteinaasiaktiivisuudesta, joka tarvitaan HCPro:n irrottamiseen infektion aikana tuotettavasta viruksen polyproteiinista. HCPro:n parhaiten tunnettu toimintamuoto on kasvin puolustusmekanismin, RNA-hiljennyksen, esto. Tässä työssä havaitsimme HCPro:n ja kasvin metioniinisyklin entsyymien, S-adenosyyli-L-metioniinisyntetaasin (SAMS) ja S-adenosyyli-L-homokysteiinihydrolaasin (SAHH), välisen vuorovaikutuksen perunan A viruksen (PVA) infektiossa. Ehdotimme, että HCPro-välitteinen SAMS- ja SAHH-inhibitio häiritsee metioniinisyklin toimintaa. Tämän seurauksena geenihiljennyksessä tarvittavien sRNA-molekyylien metylaatiosta vastaavan HEN1-metyylitransferaasin toiminta estyy. Metyloimattomat sRNA-molekyylit ovat epästabiileja ja solu ohjaa ne hävitettäväksi. Mekanismi voi hyödyttää PVA-infektiota estämällä RNA-hiljennystä. Lisäksi osoitimme, että SAHH-entsyymin toiminnan häiriintyminen yhdistettynä glutationin puutokseen vahvistaa perunavirus X:n (PVX) RNA-genomin kertymistä ja ilmentämistä PVX:n ja PVA:n synergistisen yhteisinfektion aikana. Toinen tutkimussuunta keskittyi HCPro:hon liittyviin suuriin proteiinikomplekseihin ja niiden tehtäviin PVA-infektiossa. ARGONAUTE 1 (AGO1) proteiinin löytyminen solun proteiinisynteesikoneistolta näiden suurten kompleksien yhteydestä antoi aihetta epäillä, että solu saattaa puolustautua infektiota vastaan estämällä PVA:n proteiinisynteesin. Ehdotimme, että virusproteiineihin liittyvien suurten proteiinikompleksien muodostuminen on viruksen tapa taistella tätä mekanismia vastaan. Osoitimme, että isännän VARICOSE-proteiini (VCS) vaikuttaa näiden suurten kompleksien muodostumiseen ja kestävyyteen. Lisäksi HCPro, VCS ja viruksen VPg-proteiini aktivoivat yhdessä PVA:n proteiinien tuottoa. HCPro:n ja VCS:n vuorovaikutuksella on siis useita tärkeitä tehtäviä PVA infektion aikana. Isäntäkasvin ja viruksen vuorovaikutusta selvittävän perustutkimuksen tuloksia hyödynnetään satotappioita aiheuttavien virustautien torjumisessa ja kontrolloinnissa. Viruksille vastustuskykyisten uusien lajikkeiden jalostus edellyttää syvällistä ymmärrystä viruksen ja isäntäkasvin välisestä solu- ja molekyylitason vuoropuhelusta. Tässä tutkimuksessa raportoidut selvitykset viruksen ja isäntäkasvin proteiinien vuorovaikutussuhteista lisäävät merkittävästi ymmärrystämme potyvirusten infektiobiologiasta.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4810-0
http://hdl.handle.net/10138/282221
Päiväys: 2019-01-17
Avainsanat: Plant virology
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
Interact.pdf 3.734MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot