Coordinated functions of the HCpro and VPg proteins of Potato virus A (PVA) with the translation initiation factors eIF4E and eIF(iso)4E

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9970-0
Title: Coordinated functions of the HCpro and VPg proteins of Potato virus A (PVA) with the translation initiation factors eIF4E and eIF(iso)4E
Author: Ala-Poikela, Marjo
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Agricultural Sciences
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Potyviruses (genus Potyvirus, family Potyviridae) are plant RNA viruses infecting a broad range of agriculturally important crops. Potyviruses have compact genomes encoding a small number of proteins and are therefore dependent on host factors. Even though several host factors are indispensable for plant virus infection, most so far identified natural recessive resistance genes to different potyviruses are homologs of the same genes, translation initiation factor 4E (eIF4E) and its plant-specific isoform eIF(iso)4E. The eIF4E is best known for recruiting ribosomes to capped mRNAs during cap-dependent translation. The viral-genome linked protein (VPg) encoded by potyviruses have been reported to interact with eIF4E/eIF(iso)4E. The hypothesis is that VPg substitutes for the cap-structure by binding to the eIF4E and hereby hijacks and assembles the host cell translation machinery for viral translation that subsequently inhibits host translation. However, the exact roles of eIF4E/eIF(iso)4E in recessive resistance against potyviruses are still cryptic. In this study we present novel data that will give new insights into the molecular mechanisms behind eIF4E-mediated resistance against potyviruses. In this study, we demonstrated that helper component proteinase (HCpro) from Potato virus A (PVA), Potato virus Y (PVY), and Tobacco etch virus (TEV) interacted with the eIF(iso)4E and eIF4E of tobacco (Nicotiana tabacum) and potato (Solanum tuberosum). An eIF4E-binding motif was found in the C-terminal region of HCpro and point mutations within the motif debilitated interactions of HCpro with translation initiation factors and impeded PVA virulence in plants. In PVA-infected cells, interactions between HCpro and eIF(iso)4E were confined to round-shaped structures that associated with the 6 kilodalton protein 2 (6K2)-induced viral replication vesicles. Furthermore an eIF4E-binding motif was recognized in the VPg of PVA and two other potyviruses. Mutations in the eIF4E-binding motif interfered with interactions of VPg with eIF4E, impaired suppression of RNAi by VPg, and abolished virulence of PVA. These results show that the interaction of VPg with eIF4E controlled by the eIF4E-binding motif in VPg is essential for PVA virulence, regardless of that VPg still binds to the cap-binding domain of eIF4E. The capability to bind to two distinct binding sites of eIF4E might reflect two distinct functions of VPg. HCpro and VPg were found to interact with each other in the nucleus and nucleolus in PVA-infected cells. In cytoplasm, the VPg-HCpro interaction was observed in round-shaped bodies in the proximity of the nucleus and chloroplasts, but not in association with the 6K2-induced replication vesicles. The interactions of VPg with eIF4E via the eIF4E-binding domain may also regulate interactions of HCpro with eIF4E. Taken together, the results suggest novel mechanisms by which potyviruses interact with the host translation system and other putative functions involving eIF4E/eIFiso4E.Växtvirus av släktet Potyvirus (familjen Potyviridae) överförs vanligtvis med bladlöss och kan orsaka virussjukdomar som leder till stora skördeförluster av många olika grödor, till exempel potatis, sallad, bönor och paprika. Typiska symptom består av mosaikartade färgskiftningar på bladen, rynkiga blad och tillväxthämning. Det bästa sättet att kontrollera potyvirus är att använda virusfritt odlingsmaterial och virusresistenta växtsorter. Potyvirus tillverkar endast ett tiotal proteiner och är därför beroende av värdväxtens olika proteiner för att infektera, replikera och sprida sig systematiskt i hela växten. Bland annat måste de använda sig av växtcellernas proteinsyntesmaskineri för att tillverka protein av sitt enkelsträngade virus-RNA i cellplasman. Största andelen av identifierade recessiva gener som ger resistens mot potyvirus kodar för växtfaktorn eIF4E eller dess isoform eIF(iso)4E, som är nödvändiga för att starta proteinsyntesen. Enligt tidigare studier förmedlas kontakten med dessa växtfaktorer via virusproteinet VPg. Sannolikt uppkommer resistensen av att viruset inte kan binda till och interagera med vissa former av eIF4E eller eIF(iso)4E, och därmed inte använda värdens proteinsyntesmaskineri för egen del. Den exakta molekylära mekanismen är dock fortfarande okänd. I denna avhandling har vi använt oss av Potatisvirus A (PVA; släktet Potyvirus) för att studera interaktioner mellan virus- och växtproteiner i jäst- och växtceller för att bättre förstå den molekylära mekanismen som ligger till grund for recessiv resistens. I vår studie fann vi att PVA kan liksom andra potyvirus interagera med eIF4E via VPg, men även att ett annat virusprotein HCpro kan binda till eIF4E/eIF(iso)4E, och att interaktionen sker via en specifik aminosyrakod hos HCpro som återkommer hos många olika potyvirusarter. Detta pekar på att just denna bindningssekvens har en ändamålsenlig betydelse för potyvirus. Interaktionen mellan HCpro och eIF(iso)4E lokaliserades till replikeringsvesiklar där viruset kopierar sig själv. Vi fann den typiska bindningssekvensen även hos VPg i PVA, men den återkommer inte alls i samma utsträckning hos olika potyvirusarter. Trots det tyder våra resultat på ett den har betydelse för PVAs förmåga att infektera. Interaktionen mellan VPg och eIF4E observerades i cellkärnan och i cellkärnans nukleol. Dessutom fann vi att VPg och HCpro interagerar med varandra, både i cellplasman och i cellkärnan. Eftersom båda är inblandade i replikering och förflyttning av virus, samt undertrycker RNA-interferens, en naturlig försvarsmekanism mot virus i växter, är det möjligt att de utför vissa eller samtliga funktioner gemensamt i samma proteinkomplex. Sammanfattningsvis antyder resultaten av denna studie att potyvirus kan samspela med växtens proteinsyntesmaskineri med hjälp av både VPg och HCpro. Dessa två proteiner kan eventuellt även reglera varandras interaktion med eIF4E. Därtill är det tänkbart att virusets interaktioner med eIF4E möjliggör utnyttjandet av eIF4Es andra funktioner utanför proteinsyntesen till sin fördel.
URI: URN:ISBN:978-952-10-9970-0
http://hdl.handle.net/10138/45406
Date: 2014-06-17
Subject: plant virology
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

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record