Klíšťová encefalitida: nové vhledy do biologie viru a terapie

Mgr. Jiří Holoubek, Ph.D.

Disertační práce

Tick-borne encephalitis: novel insights into virus biology and therapy

Anotace:

Flaviviry přenášené klíšťaty a komáry jsou významným zdravotním problémem po celém světě. Každoročně tyto viry infikují stovky milionů lidí, což vede přibližně k 25 000 úmrtím. Navzdory dostupnosti vakcín, množství případů narůstá v důsledku řady faktorů, včetně geografického šíření způsobeného změnou klimatu. Jedná se především o neurotropní viry, které mohou způsobovat mírné až život ohrožující onemocnění, jako je tomu i v případě viru klíšťové encefalitidy (VKE), který způsobuje asymptomatické infekce, ale také život ohrožující stavy a úmrtí. Pro boj s tímto virem a úspěšnou léčbu je nezbytné znát všechny aspekty jeho biologie. Tato disertační práce se zabývá guaninovými kvadruplexy (G4) v RNA genomu VKE a používá interdisciplinární přístup k identifikaci G4 struktur a jejich interakcí s malými molekulami, tzv. G4 ligandy. G4 ligandy, které interagují s těmito strukturami, mají po- tenciál být využívány jako antivirotika. Využití reverzní genetiky umožnilo vytvoření vari- ant VKE s pozměněnými G4 oblastmi. Ukázalo se, že zvýšená stabilita G4 narušuje funkci virové RNA-dependentní RNA polymerázy (RdRp), která je nezbytná pro replikaci. Mutanti se stabilizovanými G4 vykazovali zvýšenou citlivost vůči G4 ligandům, což zdůrazňuje kritickou roli G4 v infekčnosti a potenciál G4 ligandů jako antivirotik. Navíc byly studovány antivirové vlastnosti porfyrinů a příbuzných látek. U těchto látek byly odhaleny mechanismy účinku, jako je interakce s virovou RNA či inaktivace viru světlem indukovanými, reaktivními, kyslíkovými radikály. Tyto mechanismy naznačují po- tenciál pro vývoj širokospektrých antivirotik nebo inaktivovaných vakcín. V poslední části byla věnována pozornost infekčnosti a patogenitě nezralých flaviviro- vých částic obsahujících prM. Na rozdíl od flavivirů přenášených komáry, kde nezralé viri- ony obsahující prM vykazují nižší infekčnost, flaviviry přenášené klíšťaty, včetně VKE, zůstávají infekční. Tento rozdíl vyplývá ze specifických interakcí aminokyselin v rámci pro- teinového rozhraní prM-E, které ovlivňují přístupnost štěpného místa na prM pro furino- vou proteázou. Pochopení těchto interakcí poskytuje nové poznatky o biologii flavivirů a vysvětluje potenciální roli nezralých částic v infekčním procesu. Výsledky prezentované v této práci osvětlují roli G4 v replikačním cyklu VKE a jedi- nečnou infekčnost nezralých, klíšťaty přenášených flavivirů. Tyto poznatky současně před- stavují nové cíle pro vývoj antivirotik či nových typů vakcín.

Abstract:

Flaviviruses, which are transmitted by ticks and mosquitoes, are a major health problem worldwide and infect hundreds of millions of people every year, resulting in around 25,000 deaths. Despite the availability of vaccines, infections are on the rise due to a number of factors, including climate-induced habitat expansion. These neurotropic viruses can cause mild to severe illnesses. An example of this is tick-borne encephalitis virus (TBEV), where infection outcomes can range from asymptomatic to life-threatening conditions. To combat this virus, we need to know all aspects of virus biology. This thesis investigates guanine quadruplexes (G4) in the RNA genome of TBEV, using an interdisciplinary approach to identify G4 structures and their interactions with G4 lig- ands. G4 ligands that interact with these structures have potential as antivirals. Reverse genetics was utilised to generate TBEV variants with altered G4 regions. These variants showed that increased G4 stability impairs the function of the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp), which is essential for replication. Mutants with stable G4s showed in- creased sensitivity to G4 ligands, highlighting the critical role of G4 in infectivity and G4 ligands as promising antiviral agents. In addition, we investigated the antiviral properties of porphyrins and other com- pounds. Mechanisms such as viral inactivation by light-induced reactive oxygen species were uncovered, suggesting potential for the development of novel antivirals and vaccines. Lastly, the infectivity and pathogenicity of immature flavivirus particles was investi- gated. In contrast to mosquito-borne flaviviruses, where immature prM-containing virions exhibit lower infectivity, tick-borne flaviviruses, including TBEV, remain infectious. This discrepancy results from specific amino acid interactions at the prM-E cleavage site that influence the accessibility of the furin cleavage site. Understanding these interactions pro- vides new insights into the biology of flaviviruses and highlights the potential role of im- mature particles in the infection process. Overall, these findings shed light on the role of G4 in viral RNA regulation and the unique infectivity of immature tick-borne flaviviruses, which represent new targets for an- tiviral development.

Keywords

tick-borne encephalitis virus, guanine quadruplex, flaviviruses, porphyrin, RNA, immature flavivirus, maturation, antivirals

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 9. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 10. 2024
• Vedoucí: prof. RNDr. Daniel Růžek, Ph.D.
• Oponent: prof. RNDr. Libor Grubhoffer, CSc., prof. Alain Kohl, Ph.D.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Mikrobiologie / Mikrobiologie