Kryo-elektronová analýza virového replikačního cyklu in vivo

Mgr. Miroslav Homola, Ph.D.

Doctoral thesis

Cryo-electron microscopy analysis of virus replication in vivo

Abstract:

Celosvětově rozšířená mořská řasa Emiliania huxleyi produkuje reflexní kalcitové destičky (kokolity), které zvyšují albedo oceánské vody, a tím snižují absorpci tepla v oceánu, což ochlazuje zemské klima.Populační hustotu E. huxleyi ovlivňují viry rodu Nucleocytoviricota, včetně viru E. huxleyi 201 (EhV-201). Navzdory nezanedbatelnému vlivu těchto virů na zemské klima jsou informace o jejich struktuře a replikaci značně omezené. V této studii ukazujeme, že dsDNA genom uvnitř virionu EhV-201 je chráněn vnitřní membránou, kapsidou a vnější membránou s navázanými četnými transmembránovými proteiny. Viriony jsou náchylné k deformaci a části jejich kapsid se odchylují od ikosahedrálního uspořádání. Viriony EhV-201 infikují E. huxleyi pomocí svého ikosahedrálního vrcholu, který se váže na hostitelskou buňku a spojuje vnitřní membránu viru s plazmatickou membránou buňky. Zatímco replikace EhV-201 pravděpodobně probíhá v jádře, viriony se skládají v cytoplazmě na povrchu membránových segmentů endoplazmatického retikula. Balení genomu začíná synchronně se sestavováním kapsidy a dokončuje se otvorem ve formující se kapsidě. Po dokončení balení genomu změní kapsidy konformaci, což jim umožní získat vnější membránu pučením do intracelulárních váčků. Infekce EhV-201 způsobuje ztrátu povrchových ochranných vrstev buněk E. huxleyi, což umožňuje kontinuální uvolňování virionů exocytózou. Naše výsledky odhalují způsob, jakým viry EhV překonávají povrchové ochranné vrstvy E. huxleyi a využívají organely infikované buňky k produkci vlastního potomstva.

Abstract:

The globally distributed marine alga Emiliania huxleyi produces reflective calcite disks (coccoliths) that increase the albedo of ocean water and thus reduce the heat absorption in the ocean, which cools the Earth’s climate. The population density of E. huxleyi is restricted by Nucleocytoviricota viruses, including E. huxleyi virus 201 (EhV-201). Despite the impact of E. huxleyi viruses on the climate, there is limited information about their structure and replication. Here we show that the dsDNA genome inside the EhV-201 virion is protected by an inner membrane, capsid, and outer membrane decorated with numerous transmembrane proteins. The virions are prone to deformation, and parts of their capsids deviate from the icosahedral arrangement. EhV-201 virions infect E. huxleyi by using their fivefold vertex to bind to a host cell and fuse the virus inner membrane with the plasma membrane. Whereas the replication of EhV-201 probably occurs in the nucleus, virions assemble in the cytoplasm at the surface of endoplasmic reticulum-derived membrane segments. Genome packaging initiates synchronously with the capsid assembly and completes through an aperture in the forming capsid. Upon the completion of genome packaging, the capsids change conformation, which enables them to acquire an outer membrane by budding into intracellular vesicles. EhV-201 infection induces a loss of surface protective layers from E. huxleyi cells, which allows the continuous release of virions by exocytosis. Our results provide insight into how EhVs bypass the surface protective layers of E. huxleyi and exploit the organelles of an infected cell for progeny assembly.

Keywords

Cryo-electron microscopy, Cryo-electron tomography, Subtomogram averaging, Emiliania huxleyi, Emiliania huxleyi virus 201, Virion structure, Viral life cycle

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 6. 5. 2024
• Supervisor: doc. Mgr. Pavel Plevka, Ph.D.
• Reader: prof. MVDr. Vladimír Celer, Ph.D., doc. RNDr. Pavlína Maloy Řezáčová, Ph.D., Constanze Kuhlisch, Dr. rer. nat.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Life Sciences / Life Sciences