Characterizing functionally relevant HIV-1 structures by correlative light and cryo-electron microcopy (CLEM)
通过相关光和冷冻电子显微镜 (CLEM) 表征功能相关的 HIV-1 结构
基本信息
- 批准号:10700544
- 负责人:
- 金额:$ 19.25万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-01-18 至 2024-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalArchitectureAvidityBehaviorCalibrationCapsidCell NucleusCellsCellular biologyClassificationComplementary DNAComplexComputer softwareCryo-electron tomographyCryoelectron MicroscopyDataData CollectionDetectionDevelopmentDimensionsDoseDsRedElectronsElementsFluorescenceFreezingGenesGenetic TranscriptionGenomeGenomicsHIVHIV-1IceImageIn SituIn VitroInfectionIntegraseIntegration Host FactorsInvestigationIonsLabelLightLocationMacrophageMapsMediatingMethodsNatureNuclearNuclear ImportNuclear PoreNuclear Pore ComplexPF4 GenePositioning AttributePreparationProceduresProductivityPublic HealthRNAReportingReproducibilityResolutionReverse TranscriptionSamplingSiteSpecimenStructureSystemT-LymphocyteTestingThinnessTomogramTrainingValidationViral GenomeViral Reverse TranscriptionVirusVirus IntegrationVirus ReplicationVisualizationcell typeexperienceimaging approachimprovedinsightinterestlive cell imagingmonocyteneural networkparticlepreservationrecruitsensorstructural imagingsuccesstooltraffickingviral DNA
项目摘要
Project Summary
The HIV-1 capsid protects the viral genome from host innate sensors and mediates the nuclear import of pre-
integration complexes. At some point during intra-cellular trafficking the capsid must disassemble to release the
reverse transcribing vDNA for its integration into host-genes. The underlying mechanisms and the cellular
location of capsid disassembly, which is commonly referred to as uncoating, remain unclear. Recent evidence
points to the possibility to transport a few apparently intact capsids (dimensions ~30 x 60 nm) through a dilated
(~60 nm) nuclear pore complex and into the nucleus1-3. The relevance of these few capsids to infection remains
unclear, and their prior dynamics inside cells unknown. An unbiased and detailed structural analysis of relevant
intra-cellular HIV-1 uncoating structures by cryo-EM remains highly challenging. Notably, in situ cryo-EM
necessitates the use of cryo-focused ion beam (cryo-FIB) milling to generate a thin (100-300nm) sheet of vitreous
ice referred to as a ‘lamella’ inside rapidly frozen cells. Procedures to precisely control the location in a cell where
the lamella is prepared remains underdeveloped and a bottleneck for in situ structural investigation, especially of
sparsely located HIV-1 specimen. The scientific premise of this proposal is to develop a robust 3D correlative light
and cryo-EM (3D-CLEM) workflow to facilitate cryo-FIB ‘lamella’ preparation at precise intra-cellular sites containing
HIV-1, and to characterize relevant capsid structures and correlate to their functional dynamics by live-cell imaging.
This project will leverage, (1) fluorescence live-cell imaging of HIV-1 infection to locate relevant capsids that are
respectively poised for nuclear entry and integration4, 5 and correlate their dynamics to capsid structures determined
by 3D-CLEM, cryo-FIB lamella preparation and high-resolution cryo-electron tomography (cryo-ET); (2) develop
automated methods to locate HIV-1 macrostructures on a lamella using low-resolution cryo-ET maps via a
convoluted neural network (CNN)-trained software6 to un-biasedly pick capsid templates and 3D-HIV structures on
a lamella, for high-resolution cryo-ET structural imaging and classification. The development and validation of the
3D-CLEM workflow and automated macrostructure localization procedure will improve throughput in cryo-EM
imaging of HIV-1 structures inside cells, and improve our understanding of virus cell biology, which is of high
public health significance.
项目概要
HIV-1衣壳保护病毒基因组免受宿主先天传感器的影响,并介导前病毒的核输入
在细胞内运输过程中的某个时刻,衣壳必须分解以释放整合复合物。
逆转录 vDNA 整合到宿主基因中的基本机制和细胞。
衣壳解体(通常称为脱壳)的位置仍不清楚。
指出通过扩张的通道运输一些表面上完整的衣壳(尺寸〜30 x 60 nm)的可能性
(~60 nm) 核孔复合体并进入细胞核1-3 这些衣壳与感染的相关性仍然存在。
不清楚,并且它们在细胞内的先前动态未知。对相关的公正且详细的结构分析。
值得注意的是,通过冷冻电镜观察细胞内 HIV-1 脱壳结构仍然极具挑战性。
需要使用冷冻聚焦离子束 (cryo-FIB) 铣削来生成薄 (100-300 nm) 玻璃体片
冰被称为快速冷冻细胞内的“薄片”,用于精确控制细胞中的位置。
制备的薄片仍然不发达,是原位结构研究的瓶颈,特别是
该提案的科学前提是开发强大的 3D 相关光。
和冷冻电镜 (3D-CLEM) 工作流程,以促进冷冻 FIB“薄片”在精确的细胞内位点制备,其中包含
HIV-1,并通过活细胞成像表征相关衣壳结构并与其功能动态相关联。
该项目将利用 (1) HIV-1 感染的荧光活细胞成像来定位相关衣壳
分别准备好进入核和整合4、5,并将它们的动态与确定的衣壳结构相关联
通过 3D-CLEM、冷冻 FIB 薄片制备和高分辨率冷冻电子断层扫描 (cryo-ET) (2) 开发;
使用低分辨率冷冻 ET 图通过自动化方法定位薄片上的 HIV-1 宏观结构
经过卷积神经网络 (CNN) 训练的软件6,可以无偏见地挑选衣壳模板和 3D-HIV 结构
薄片,用于高分辨率冷冻电子断层扫描结构成像和分类。
3D-CLEM 工作流程和自动化宏观结构定位程序将提高冷冻电镜的通量
HIV-1细胞内结构的成像,提高我们对病毒细胞生物学的理解,这具有很高的价值
公共卫生意义。
项目成果
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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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