Molecular Determinants of Retroviral Capsid Morphology using a Novel Imaging Approach
使用新型成像方法研究逆转录病毒衣壳形态的分子决定因素
基本信息
- 批准号:10219047
- 负责人:
- 金额:$ 6.88万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-03-17 至 2022-02-28
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAlpha ParticlesAnti-Retroviral AgentsArchitectureBenchmarkingBiogenesisBiologicalBiophysicsCapsidCapsid ProteinsCell membraneCellsComplexCore ProteinCrowdingCryo-electron tomographyCryoelectron MicroscopyDiseaseDrug DesignDrug TargetingElectron MicroscopyElementsFoundationsGoalsHIVHIV-1HIV-2HealthHumanHuman T-lymphotropic virus 1HybridsImageIndividualKnowledgeLife Cycle StagesLocationMapsMediatingMethodologyMethodsModelingMolecularMolecular ConformationMorphologyNatureOutcomePathway interactionsPeptidesPharmacotherapyPositioning AttributeProcessProductionPropertyProteinsRadiation induced damageResearchResolutionRetroviridaeSamplingStructureTechniquesTestingTomogramTubeUrsidae FamilyViralVirionVirusVirus AssemblyVirus DiseasesVirus-like particleantiretroviral therapybasecomparativedrug developmentelectron radiationflexibilitygag Gene Productsimage processingimaging approachinsightmembernew therapeutic targetnovelnovel strategiesparticlereconstructiontargeted treatmenttool
项目摘要
Project Summary
Immature virus particle structure can provide valuable clues to the nature of virus particle assembly in cells. In
this proposal, we sought to decipher key structural details of immature retroviral Gag assemblies by obtaining
high-resolution structures using cryo-electron microscopy (cryo-EM). Reconstructions from the immature Gag
structure of distinct types of virus-like particles reveals distinct similarities among Gag lattice organization of the
viruses studied to date. Structural insights have enhanced from a comparative analysis human immunodeficiency
virus type 1 (HIV-1) cryo-EM reconstructions regarding the importance of the capsid (CA) carboxy-terminal
domain (CTD) and spacer peptide 1 (SP1) regions in forming hexameric assemblies of CA in the intermolecular
contacts of the overall lattice structure. In order to gain a fundamental understanding of retrovirus assembly and
maturation, atomic resolution maps of immature particles for other members of Orthoretrovirinae are required.
Here, I propose a strategy, i.e., cryo-electron tomography guided single particle reconstruction (Cryo-ET guided
SPR), to achieve atomic resolution reconstruction maps of immature retrovirus particles. Initial efforts at
streamlining the EM methodology to resolve immature Gag lattices using the strengths from each imaging
processing technique combined into a new approach. I will apply this methodology to study HIV type 2 (HIV-2)
and human T-cell leukemia virus type 1 (HTLV-1). HTLV-1 has an immature Gag lattice that forms a uniquely
flattened capsid that is not observed in other retroviruses morphologies, such as with HIV-1. My central
hypothesis is that HTLV-1 Gag CA protein mediates unique intermolecular contacts in the immature Gag lattice
that allows hexameric Gag conformations to generate a flattened morphology that does not exist within immature
HIV viral particles. By studying the CA structures of HIV-2 and HTLV-1, I expect to generate biophysical and
structural information to provide fundamental aspects of virus particle assembly and Gag architecture. To expand
the biological significance of this proposed research morphological aspects of authentic HIV-2 and HTLV-1
immature virus particle capsid lattices will be analyzed and compaired to the more ordered viral-like immature
particles used for high-resolution efforts. A single particle and tomography cryo-EM hybrid approach of both capsid
lattices will provide novel insights into this flattened CA morphology as well as the conformational flexibility of
Gag in forming immature capsid structures. Identifying structural differences in the Gag lattice organization
among closely related human retroviruses sheds new details on virus particle assembly that will ultimately
identify novel drug targets for antiretroviral therapies targeting Gag capsid lattice formation.
项目摘要
未成熟的病毒颗粒结构可以为细胞中病毒颗粒组装的性质提供宝贵的线索。在
这项建议,我们试图通过获得未成熟逆转录病毒插科打术的关键结构细节。
使用冷冻电子显微镜(Cryo-EM)的高分辨率结构。未成熟插科打的重建
不同类型的类似病毒的颗粒的结构揭示了插科打晶格组织之间的独特相似之处
迄今为止研究的病毒。比较分析人类免疫缺陷的结构见解增强了
病毒类型1(HIV-1)冻干的重建有关CAPSID(CA)羧基末端的重要性
域(CTD)和间隔肽1(SP1)区域,在分子间形成Ca的六聚体组件中
整体晶格结构的接触。为了获得对逆转录病毒大会的基本了解,
需要针对异源性静脉曲素的其他成员的未成熟颗粒的成熟,原子分辨率图。
在这里,我提出了一种策略,即低温电子断层扫描引导的单个粒子重建(Cryo-Et指导
SPR),以实现未成熟逆转录病毒颗粒的原子分辨率重建图。最初的努力
使用每种成像中的强度来简化EM方法来解决未成熟的堵塞晶格
处理技术合并为一种新方法。我将使用这种方法来研究HIV 2型(HIV-2)
和人类T细胞白血病病毒1型(HTLV-1)。 HTLV-1具有未成熟的插科打晶格,形成了独特的
在其他逆转录病毒形态(例如HIV-1)中未观察到的扁平衣壳。我的中央
假设是HTLV-1 GAG CA蛋白介导了未成熟的GAG晶格中独特的分子间接触
这使得六聚体的插入构象可以产生一种不成熟内不存在的扁平形态
HIV病毒颗粒。通过研究HIV-2和HTLV-1的CA结构,我希望产生生物物理和
结构信息可提供病毒颗粒组装和堵嘴结构的基本方面。扩展
这项提出的研究形态学方面的生物学意义是真实的HIV-2和HTLV-1
未成熟的病毒颗粒衣壳晶格将进行分析,并与更有序的病毒样不成熟
用于高分辨率工作的颗粒。两种衣壳的单个粒子和层析成像冷冻杂种方法
格子将为这种扁平的CA形态以及构象的灵活性提供新颖的见解
形成未成熟的衣壳结构时的插科打。确定插科打晶格组织的结构差异
在密切相关的人类逆转录病毒中,提供了有关病毒颗粒组件的新细节,该细节最终将
确定针对靶向og胶状晶格形成的抗逆转录病毒疗法的新型药物靶标。
项目成果
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