Molecular Organisation and Host-Cell Interactions of Tick-Borne Encephalitis Virus. What Makes the Virus Tick?

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-8360-6
Title: Molecular Organisation and Host-Cell Interactions of Tick-Borne Encephalitis Virus. What Makes the Virus Tick?
Author: Barrass, Sarah
Other contributor: Helsingin yliopisto, bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
Helsingfors universitet, bio- och miljövetenskapliga fakulteten
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Molecular and Integrative Bioscience Research Programme
Integroivien biotieteiden tohtoriohjelma
Doktorandprogrammet i integrerande biovetenskap
Doctoral Programme in Integrative Life Science
University of Helsinki, HiLIFE Helsinki Institute of Life Science, Institute of Biotechnology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2022-07-08
Language: en
Belongs to series: DSHealth series: Dissertationes Scholae Doctoralis Ad Sanitatem Investigandam Universitatis Helsinkiensis (44/2022) - URN:ISSN:2342-317X
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-8360-6
http://hdl.handle.net/10138/345528
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Tick-borne encephalitis virus (TBEV) is an important flavivirus that affects the central nervous system, and is endemic in many parts of Europe, Russia and China. Despite its importance, TBEV is less extensively studied in comparison to its mosquito-borne relatives and much of the knowledge about TBEV is extrapolated from these. In this thesis work, I use an integrative structural biology approach, combining cryo-electron microscopy and cross-linking mass spectrometry to study the structure of TBEV and its interaction with host cells. Thus, identifying key differences and similarities between TBEV and its mosquito-borne relatives. The TBEV virion structure of the Kuutsalo-14 isolate was solved using cryo-electron microscopy to a resolution of 3.3 Å. The high-resolution structure allowed the visualisation of structural- and sequence-based differences among flaviviruses, which may influence their interaction with host proteins. In addition, the structure reveals conformational switching of the peripheral and transmembrane helices of the membrane protein (M), resulting in a previously unobserved M-M interaction. The residues responsible for the interactions are highly conserved in TBEV, but not mosquito-borne flaviviruses. Furthermore, two lipid interaction sites were resolved in the envelope protein (E), corroborating the presumed role of lipid pockets in stabilising TBEV virions. I examined the methodologies in the field of receptor identification and recognised a lack of cell-based proteomic approaches. Therefore, a novel method was developed to identify virus-host interactions on the surface of cells using cross-linking mass spectrometry. During this process, it became evident that cross-link validation methods for proteome-wide studies were poorly established. Using the intraviral protein cross-links as an internal control, I assessed the cross-link confidence level, and filtered the dataset to remove false positives arising due to poor cross-linked peptide spectrum matches. In total, 59 virus-host interactions were detected using cross-linking mass spectrometry. Notably, I identified an interaction between the surface of TBEV and the substrate-binding domains of HSP74 and BiP, two entry receptors for multiple flaviviruses. I also identified host proteins involved in endocytosis, cytoskeletal rearrangement, or located within the cytoskeleton, suggesting that both clathrin-mediated endocytosis and macropinocytosis may be used as entry mechanisms for TBEV.Puutiaisaivokuumevirus (TBEV) on vaarallinen keskushermostoa vahingoittava flavivirus, jota esiintyy Euroopassa, Venäjällä ja Kiinassa. Vaarallisuudestaan huolimatta sitä on tutkittu huomattavasti vähemmän kuin sen hyttysten välityksellä tarttuvia sukulaisia. Tästä johtuen virukseen liittyvissä kysymyksissä joudutaan usein tyytymään toisista flaviviruksista johdettuun tietoon. Väitöskirjatyössäni tarkastelin virusta integratiivisen rakennebiologian näkökulmasta ja yhdistin kryoelektronimikroskopiaa (cryo-EM) ja massaspektrometriaa tutkiakseni TBEV-partikkelien rakennetta ja vuorovaikutusta isäntäsolujen kanssa. Tutkimukseni paljastivat keskeisiä eroja TBEV:n ja muiden flavivirusten välillä. Rakensin cryo-EM-rekonstruktion Kuutsalo-14-kannan TBEV-virionista. 3,3 Å malli mahdollisti rakenteellisten erojen tarkastelun TBEV:n ja muiden flavivirusten välillä, mikä auttaa ymmärtämään, kuinka TBEV-virionit sitoutuvat isäntäsolujensa pinnalle. Rekonstruktio paljasti myös konformationaalisia muutoksia viruksen M-proteiinin trans- ja perimembraaniheelikseissä. Havaitussa konformaatiossa M-proteiinit vuorovaikuttivat tavalla, jota ei ole aikaisemmin kuvattu missään flaviviruslajissa. Vuorovaikuttavat aminohappotähteet ovat konservoituneet suurimmassa osassa TBEV-kantoja, mutta eivät hyttysten levittämissä flaviviruksissa. Havaitsin myös viruksen E- proteiinissa kaksi lipiditaskua, mikä tukee aikaisempaa näkemystä siitä, että lipidit vakauttavat TBEV-partikkeleja. Tutustuessani virusreseptorien tutkimusta koskevaan kirjallisuuteen huomasin, että virus-solujärjestelmien proteomisessa tutkimuksessa on puutteita. Tämän johdosta kehitin menetelmän, jolla TBEV-viruksen ja sen isäntäsolujen pintaproteiinien välisiä vuorovaikutuksia voidaan tutkia käyttäen proteiinien ristisitoutumiseen perustuvaa massaspektrometriaa. Menetelmää kehittäessäni havaitsin myös, että datan validoimismenetelmissä on suuria puutteita. Tästä syystä käytän viruspartikkelien sisäisiä ristisidoksia kontrolleina, joiden avulla voidaan karsia suuri osa huonolaatuisesta datasta ennen varsinaista analyysiä. Menetelmäni paljasti 59 erilaista virus-isäntäproteiinivuorovaikutusta. Havaitsin, että kaksi aikaisemmin flavivirusten reseptoreiksi tiedettyä proteiinia, HSP74 ja BiP, sitoutuvat myös TBEV-partikkelien pinnalle. Muut paljastuneet vuorovaikutukset liittyivät endosytoosiin sekä solutukirankaan ja sen muutoksiin vaikuttaviin proteiineihin. Tulokseni viittaavat siihen, että sekä klatriinivälitteinen endosytoosi että makropinosytoosi ovat tärkeitä TBEV- virionien tunkeutumiselle isäntäsoluihin.
Subject: Structural Biology
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Barrass_Sarah_dissertation_2022.pdf 2.673Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record