Imaging early steps of HIV-1 infection and virus-host factor interactions

HIV-1 感染的早期成像和病毒-宿主因子相互作用

基本信息

  • 批准号:
    10646359
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 56.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-06-17 至 2027-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Key steps of early HIV-1 infection include reverse transcription, nuclear import of replication complexes and transport to nuclear speckles followed by viral DNA integration into host genome. At some point before integration, the capsid shell surrounding the viral ribonucleoprotein complex must disassemble (uncoat) to release the viral pre-integration complexes. It is currently unclear where in the cell uncoating occurs and whether the capsid (CA) protein is progressively or synchronously lost from the capsid shell, yet optimal core stability is essential for evading the host innate immune responses and for nuclear import of functional viral complexes. Highly divergent findings regarding HIV-1 uncoating have been reported by several groups based upon the visualization of single virus uncoating in live cells. These conflicting results stem, in part, from the use of indirect CA labeling approaches and lack of minimally invasive direct fluorescent labeling of HIV-1 capsid. We hypothesize that HIV-1 uncoating is a multi-step process that involves permeabilization of the capsid shell in the cytoplasm, remodeling at the nuclear pore, and loss of CA in the nucleus. We will use a novel minimally invasive direct CA labeling strategy, which is based on site-directed incorporation of non-canonical amino acids and click- labeling with an organic dye, to elucidate single HIV-1 core permeabilization and uncoating events resulting to infection (Aim 1). Another gap in knowledge pertains to post-uncoating processes leading to HIV-1 integration and sub-nuclear compartments where integration occurs. We hypothesize that the viral pre-integration complex separates from the capsid shell and travels to the edge of a nuclear speckle where it engages the integrase- binding host factor LEDGF/p75 for integration into host genome. We will employ a novel live-cell single viral DNA visualization technology to track nuclear transport and productive integration of single viral complexes that establish actively transcribing viral RNA foci (Aim 2). Finally, we will use a powerful panel of biochemical, biophysical, structural biology, virology, and microscopy techniques to characterize a novel HIV-1 CA binding host factor, RBM14, which we hypothesize to modulate pre-integration steps of infection after nuclear import (Aim 3). These experiments are expected to elucidate the controversial HIV-1 uncoating process, reveal the dynamic events leading to productive integration and sites of integration, as well as delineate the role of RBM14- capsid interactions in early infection, thus informing novel antiviral strategies.
早期HIV-1感染的关键步骤包括逆转录,核进口复制复合物和 转运到核斑点,然后将病毒DNA整合到宿主基因组中。在以前的某个时候 整合,围绕病毒核糖核蛋白复合蛋白复合物周围的衣壳壳必须拆卸(uncoat) 释放病毒前整合复合物。目前尚不清楚细胞中脱衣的何处以及是否发生 衣壳(CA)蛋白逐渐或同步从衣壳外壳中丢失,但最佳的核心稳定性为 逃避宿主先天免疫反应和功能病毒复合物的核进口至关重要。 关于HIV-1脱覆涂层的高度不同的发现,已经报告了基于几个小组 单个病毒在活细胞中脱膜的可视化。这些相互矛盾的结果部分源于间接的使用 CA标记方法和缺乏HIV-1 Capsid的微创直接荧光标记。我们 假设HIV-1 Undoating是一个多步骤过程,涉及在该中透化的胶囊外壳 细胞质,在核孔中进行重塑,并在细胞核中丢失Ca。我们将使用一种新颖的侵入性 直接CA标记策略,该策略基于非典型氨基酸的站点定向掺入 用有机染料进行标记,以阐明单个HIV-1核心通透性和脱衣事件,从而 感染(目标1)。知识的另一个差距与导致HIV-1整合的未涂料过程有关 以及发生整合的核室隔室。我们假设病毒前整合复合物 与衣壳壳分开,然后转移到核斑点的边缘,在该边缘与整合酶一起参与 结合宿主因子LEDGF/p75用于整合到宿主基因组中。我们将采用一种新颖的活细胞单病毒DNA 可视化技术以跟踪核运输和单个病毒复合物的生产性整合 建立积极转录病毒RNA焦点(AIM 2)。最后,我们将使用强大的生化板, 生物物理,结构生物学,病毒学和显微镜技术,以表征新型的HIV-1 CA结合 宿主因子RBM14,我们假设该因素可以调节核进口后感染前感染的步骤 (目标3)。这些实验有望阐明有争议的HIV-1脱涂过程,揭示了 动态事件导致富有成效的整合和集成位点,并描述RBM14-的作用 早期感染中的衣壳相互作用,从而为新颖的抗病毒策略提供了信息。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A Novel Phenotype Links HIV-1 Capsid Stability to cGAS-Mediated DNA Sensing.
一种新表型将 HIV-1 衣壳稳定性与 cGAS 介导的 DNA 传感联系起来。
  • DOI:
    10.1128/jvi.00706-19
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Siddiqui,MohammadAdnan;Saito,Akatsuki;Halambage,UpulD;Ferhadian,Damien;Fischer,DouglasK;Francis,AshwanthC;Melikyan,GregoryB;Ambrose,Zandrea;Aiken,Christopher;Yamashita,Masahiro
  • 通讯作者:
    Yamashita,Masahiro
HIV-1 Capsid Uncoating Is a Multistep Process That Proceeds through Defect Formation Followed by Disassembly of the Capsid Lattice.
  • DOI:
    10.1021/acsnano.3c07678
  • 发表时间:
    2024-01-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Gifford, Levi B.;Melikyan, Gregory B.
  • 通讯作者:
    Melikyan, Gregory B.
HIV-1 Uncoating and Nuclear Import Precede the Completion of Reverse Transcription in Cell Lines and in Primary Macrophages.
  • DOI:
    10.3390/v12111234
  • 发表时间:
    2020-10-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Francis AC;Marin M;Prellberg MJ;Palermino-Rowland K;Melikyan GB
  • 通讯作者:
    Melikyan GB
Time-Resolved Imaging of Single HIV-1 Uncoating In Vitro and in Living Cells.
  • DOI:
    10.1371/journal.ppat.1005709
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Francis AC;Marin M;Shi J;Aiken C;Melikyan GB
  • 通讯作者:
    Melikyan GB
Multidisciplinary studies with mutated HIV-1 capsid proteins reveal structural mechanisms of lattice stabilization.
  • DOI:
    10.1038/s41467-023-41197-7
  • 发表时间:
    2023-09-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Gres AT;Kirby KA;McFadden WM;Du H;Liu D;Xu C;Bryer AJ;Perilla JR;Shi J;Aiken C;Fu X;Zhang P;Francis AC;Melikyan GB;Sarafianos SG
  • 通讯作者:
    Sarafianos SG
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