流感在显微镜下——组装富达流感及其对逃避宿主细胞的影响

A型流感病毒(IAV)是消极意义上讲,单链,分段RNA病毒。IAVs负责流感或“流感”在哺乳动物,包括人类和鸟类。甲型流感病毒株偶尔导致人类季节性流感疫情大流行导致更高的死亡率,尤其是西班牙和亚洲流感大流行。流感病毒也有全球经济影响牲畜例如禽流感(鸡)。A型流感病毒的分类是根据两个主要包膜抗原血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)例如甲型H1N1流感。

• 血凝素(HA)扮演重要角色在附件(绑定)病毒的宿主细胞受体。HA结合唾液酸残基的糖蛋白的细胞膜。病毒然后通过内吞作用和吞噬进入endosomal贩卖系统的细胞。
• 神经氨酸酶(NA)有一个作用释放的病毒感染宿主细胞。钠是一种病毒神经氨酸酶酶和行为分裂唾液酸残基的糖蛋白宿主细胞,使病毒后代分离细胞和继续感染其他细胞。

血凝素和神经氨酸酶从而对唾液酸有竞争的活动——绑定所需的细胞和细胞逃离。功能平衡这些活动是必不可少的有效的感染的细胞,神经氨酸酶抑制剂主要关心的抗病毒治疗。尽管在感染周期的要求这好平衡,遗传和形态变异的病毒玩他们的生存的一个重要方面,因此他们的进化。高变异率允许病毒如IAV逃避免疫系统和抗病毒药物。的确,目前IAV的神经氨酸酶抑制剂治疗的有效性在人类是有限的。

研究血凝素和神经氨酸酶表型和健身IAV使用荧光显微镜

电子显微镜和质谱分析是有用的技术调查规模、结构和组成的病毒,但他们不允许重要的变化,而且必须是守恒的,允许复制的健康。然而做荧光显微技术允许单个细胞的研究。这是因此病毒学研究的兴趣,然而它是具有挑战性的。病毒IAV等小区域80 - 120 nm,相形见绌他们感染的宿主细胞。标签组件的病毒因此困难而不影响病毒的功能。此外,只有少量的标签的信号弱,和下面的光的衍射极限。通过使用有效的标记策略和成像方法如共焦或TIRF(全内反射荧光),或超分辨率显微技术,借助于高灵敏度EMCCD相机能够克服这些挑战,允许进一步洞察在病毒学的一些更复杂的问题。

Vahey和弗莱彻最近发表在细胞,“低保真组装的甲型流感病毒促进逃避宿主细胞”如何研究单个病毒粒子IAVs人口,连接他们的表型变异复制的健身,使用共焦和TIRF显微镜。

标记IAV的设计压力

本研究的一个重要方面是在设计和使用的标签为多个扰动函数的最小的病毒蛋白。之前的研究使用记者~ 25 kda大小的系统。在这项研究中标记很小规模在5 - 10个氨基酸与小荧光团~ 1 kd的标签。这是不太可能影响病毒粒子的功能。特有的标签,与酶的结合、探针和FIAsH membrane-permeable染料。获救变体有多达4个标签,使研究IAV病毒粒子的数量和信封抗原影响感染的关键在活的有机体内。

表型变异的影响在逃避宿主细胞的病毒

通过使用标签技术和共焦TIRF成像技术在这项研究中,描述Vahey和弗莱彻都能够做出以下的观察:

• 甲型流感病毒形式低忠诚后代射程在大小,形状和HA / NA组成
• 他们发现异质性的病毒粒子不仅是由于基因的变化,它发生在装配,影响细胞内的局部环境。
• 有变异后代造成一个病毒粒子,以及在更广泛的人群。

关键发现报道Vahey和弗莱彻是表型变异在HA / NA成分决定病毒释放并允许逃避宿主细胞对神经氨酸酶抑制剂的反应。通过添加神经氨酸酶抑制剂,NA的较高的病毒粒子组成,能够逃脱,继续下一个感染周期。宽变化的化学计量分布在汇编级HA、NA -,授予IAV在变化的环境中生存的能力,如宿主免疫反应,或抗病毒神经氨酸酶抑制剂的存在。进一步的工作将有助于进一步扩大我们的理解的血凝素和神经氨酸酶IAV的传染性和可能导致新型抗病毒治疗。除此之外,这将是有趣的,看看IAV表型多样性扮演其他角色和其他病毒。

显微镜设置

共焦成像、Vahey和弗莱彻使用Eclipse Ti尼康显微镜和共焦旋转磁盘,配备一个和或Zyla sCMOS相机60和100 x APO TIRF目标(1.49 NA),和和或ILE激光组合器。TIRF成像,他们交换的sCMOS相机和或iXon超EMCCD相机获得灵敏度校准所需数量的增加表面的分子标记病毒。的iXon EMCCD相机提供了一个更高的灵敏度比是可能的sCMOS相机使小记者蛋白质和标签在单分子水平上。

研究论文:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867418314557

实验室:弗莱彻实验室,加州大学伯克利分校

弗莱彻在伯克利实验室,有一个跨学科的团队领导的原则研究员丹尼尔·弗莱彻。研究小组有一个专注于“可视化和控制生物学大会”。病毒与宿主细胞相互作用因此只是一个更广泛的研究范围的一个方面。他们开发新技术和应用这些在体外生物系统和活细胞,帮助链接到过程在分子水平上。他们的研究涵盖了许多生物结构的细胞生物学的基本方面,通过对这些知识的应用,例如潜在的治疗策略。

找到更多关于弗莱彻实验室:https://fletchlab.berkeley.edu/

选定的出版物

• Ka人卡门·陈,阿什利·l·阿瑟·约翰内斯Morstein, Meiyan金,Abrar Bhat, Dorte施莱辛格,Sungmin儿子菲尔a·史蒂文斯David g . Drubin丹尼尔·a·弗莱彻。进化相关的小病毒fusogens劫持截然不同但模块化的肌动蛋白成核通路和信息融合。bioRxiv 2020.06.03.130740;doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.03.130740
• Sungmin Ka人卡门Chan的儿子,伊娃M施密德,丹尼尔·弗莱彻。一种病毒fusogen劫持了肌动蛋白细胞骨架和信息融合。eLife 2020; 9: e51358。https://elifesciences.org/articles/51358
• 迈克尔D Vahey,丹尼尔·弗莱彻。甲型流感病毒表面蛋白组织帮助穿透宿主粘液。eLife 2019; 8: e43764。https://doi.org/10.7554/eLife.43764.001