Interplay of Single-Stranded RNA Viruses with Autophagy: Intracellular Mechanisms and Functional Impact
Doctoral thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2366655Utgivelsesdato
2015Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Samspillet mellom enkelt-trådet RNA virus og autofagi:
intracellulære mekanismer og funksjonell betydning:
Virus er i stand til å infisere alle levende organismer fra planter til mennesker.
De er fullstendig avhengig av vertscellen de infiserer for egen reproduksjon. Virus
forårsaker mange alvorlige sykdommer hos mennesker fra relativt ufarlig influensa til
dødelig ebola. En virusinfeksjon vil fremprovosere en immunrespons hos verten.
Immunsystemet er en samling biologiske strukturer og prosesser i en organisme som
beskytter mot sykdom. I de fleste tilfeller vil immunsystemet eliminere virus, men
enkelte virus, som hepatitt C virus (HCV) overlister immunsystemet og etablerer
kronisk infeksjon. I løpet av evolusjonen har virus kontinuerlig prøvd å finne nye
veier for å utnytte verten sin. Autofagi er en konservert cellulær degraderingsprosess
som er viktig for den cellulære homeostasen. Cytoplasmatisk materiale blir avsatt i
dobbeltmembran vakuoler, kalt autofagosomer, som til slutt fusjoner med lysosomer
hvor materialet blir degradert. Autofagi foregår på et basalt nivå, men kan også
induseres ved miljømessige signal som blant annet næring, hormoner og mikrobielle
patogener. I den senere tid har det også blitt avdekket at autofagi modulerer
vertscellens immunrespons mot virus. Mange RNA virus utnytter autofagiprosessen
til fordel for egen genom replikasjon. Skjønt en detaljert innsikt i mekanismene for
hvordan virus induserer autofagi er mangelfull.
I dette arbeidet beskriver vi for første gang mekanismer for hvordan enkelttrådet
RNA virus initierer dannelsen av autofagosomer. Vi viser at både Sendai virus
(SV, negative-sense) og HCV (positiv-sense) induserer dannelsen av autofagosomer
via autofagiproteinene ULK1, ULK2, ATG5 og ATG7. Videre demonstrer vi at både
SV og HCV induserer en aktivering av ULK komplekset som er det trinnet som er
mest oppstrøms i initieringen av fagoforen, som er forløperen til autofagosomet.
Aktiveringen av ULK komplekset har dermed en pivotal rolle i initieringen av
autofagi. Dessuten for SV fant vi at immune proteiner regulerer initieringen av
autofagi forskjellig. RIG-I-MAVS medierer SV indusert autofagi, mens immune
kinasen TBK1 ser ut til å bremse aktiveringen av ULK1 og dermed initieringen av
autofagsomer.
Videre avdekker vi de underliggende mekanismene for hvordan RNA virus
bruker IRGM til å modulere autofagi. Med konfokal mikroskopi studier viser vi den
intracellulære lokaliseringen av IRGM. Vi fant at IRGM finnes utelukkende på Golgi
strukturer i både hvilende og i HCV infiserte hepatocytter. Vi viser videre at HCV
infeksjon medfører en reorganisering av IRGM til vesikler avledet fra Golgi. Disse
vesiklene rekrutteres til autofagosomer. Et kjennetegn hos positive-sense enkelt-trådet
RNA virus er deres remodulering av intracellulære membraner til spesialiserte RNA replikasjonsorganeller. Verken egenskapene til membranene som er nødvendig for
virusreplikasjon eller mekanismene for hvordan RNA virus regulerer
membranrearrangeringene er kjent. Vi foreslår i denne studien at Golgi membraner
inngår i etableringen av HCV induserte autofagosomer og at disse autofagosomene
enten inngår direkte i HCV replikasjonskomplekset eller at det foregår en komplett
autofagiprosess der innholdet i autofagosomene brytes ned og det dannes et energirikt
miljø som favoriserer virusreplikasjon. En slik produktive autofagiprosess er vist å
fasilitere f.eks poliovirus replikasjon.
Både SV og HCV er avhengig av dannelsen av autofagosomer for optimal
virusreplikasjon. For SV viser vi en funksjonell betydning av dannelsen av
autofagosomer ved at MAVS blir arrestert i autofagosomer og SV delvis hemmer
nedbrytningen av disse autofagosomene. Dette kan enten resultere i en demping av
den anti-virale responsen fordi MAVS nå ikke kan videreføre signaleringen fra RIG-I
som vil være en fordel for viruset. Eller det kan resultere i en finjustering av den antivirale
responsen for å hindre overdreven inflammasjon som kan medføre skade på
vertscellen. En slik finjustering vil også være en fordel for verten.
Formålet med dette studiet var å skaffe ny kunnskap om det molekylære
samspillet mellom enkelt-trådet RNA virus og autofagi, spesielt med interesse for
intracellulære mekanismer og den funksjonelle innvirkningen dette samspillet har på
utfallet av virusinfeksjonen.