Structure, cell entry, and genome release of picorna-like viruses

Liya Mukhamedova, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Životní cyklus virů lze rozdělit do čtyř kroků: vazba na buňku, doručení genomu, replikace a uvolnění dceřiných virů. Šíření virů v hostitelské buňce závisí na mnoha faktorech, nicméně replikace je zcela nemožná bez úspěšného doručení genomu do buňky. Řád Picornavirales je tvořen neobalenými viry o průměru 30 nm, které infikují širokou škálu hostitelů. Neobalené ikosaedrální kapsidy těchto virů chrání jednovláknové RNA genomy. V počátečních fázích infekce se viry z řádu Picornavirales vážou na specifické receptory a aktivací buněčné endocytózy vstupují do nitra buňky jako náklad endocytovaných váčků. Vazba na specifické receptory spolu s okyselením endosomu podporuje aktivaci viru a následné uvolnění genomu. Podrobná charakterizace částic v procesu uvolňování genomu pomocí transmisní kryoelektronové mikroskopie nám umožnila vysvětlit, jak viry z řádu Picornavirales vypuzují své genomy, aniž by došlo k rozvinutí jejich sekundárních struktur. Pozorování vstupu viru pomocí kryo-elektronové tomografie v celých buňkách ukázalo možný mechanismus úniku virové RNA z endosomů do nitra buňky.

Abstract:

The life-cycle of viruses can be divided into four steps: attachment, genome delivery, replication, and virus exit. The propagation of the viruses in the host cell depends on many factors, however, the replication is absolutely impossible without the successful genome delivery. Order Picornavirales is represented by non-enveloped viruses of 30 nm in diameter, which infect a wide range of hosts. The non-enveloped icosahedral capsids of these viruses protect their single-stranded, positive sense RNA genomes. At the initial stages of infection viruses from the order Picornavirales bind to specific receptors and by activation of cell endocytosis enter the cell interior as cargo of the endocytosed vesicles. Binding of specific receptors together with the acidification of the endosomes promotes virus activation and subsequent genome release. The detailed characterisation of particles in the process of genome release with transmission cryo-electron microscopy provides the explanation of how viruses from the order Picornavirales expel their genomes without unwinding of its secondary structures. The observation of the virus entry using cryo-electron tomography in cells demonstrated the possible mechanism of escape of viral RNA from endosomes into the cell interior.

Keywords

Picornavirales, Včelí viry, Kashmir Bee Virus, Enteroviry, Echovirus 30, Uvolnění genomu, Vstup viru, Kryoelektronová mikroskopie, Tomografie Picornavirales, Bee viruses, Enteroviruses, Genome release, Virus entry, Cryo-Electron microscopy, Tomography

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 6. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 30. 6. 2022
• Supervisor: doc. Mgr. Pavel Plevka, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Jitka Forstová, CSc., Ing. Iva Pichová, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biomolecular chemistry and bioinformatics / Biomolecular chemistry and bioinformatics