HTLV-1 Particle Analysis and Gag Interactions

摘要 人类T淋巴细胞白血病病毒（HTLV-1）感染了全世界约1500万至2000万人，并且是人类白血病的病原体。 成人T细胞白血病/淋巴瘤（ATLL）的因子，也可导致炎性疾病综合征 称为HTLV-1-HTLV相关性脊髓病（HAM）/热带痉挛性下肢轻瘫（TSP）。 HTLV-101抗体流行率 各地理区域的发病率各不相同，成人发病率从0.2%到10%不等。 这种抗体流行率 随着年龄的增长而增加，并可影响多达20%至50%的60岁及以上的女性人口。HTLV-1 众所周知，在细胞培养中很难研究，这使得人们无法严格分析这些细胞是如何生长的。 病毒在细胞中复制，包括逆转录病毒装配的步骤。 逆转录病毒如何 即使对于其他更易处理的逆转录病毒系统，如 人类免疫缺陷病毒1型（HIV-11）。 例如，最近的证据表明，加格-加格 逆转录病毒之间的相互作用不同，这有助于解释我们已经记录的形态学差异 不成熟的逆转录病毒颗粒中。此外，膜结合的非点状（np）Gag在 Gag puncta的生物发生，以及在细胞-细胞-细胞接触的背景下Gag puncta生物发生的性质 逆转录病毒装配途径的某些方面仍然知之甚少。这对于HTLV-101尤其如此， 我们已经发现，在HIV-1的作用方面， Gag蓬塔生物发生中的膜结合型NP Gag。 在本申请中，我们建议继续我们的 HTLV-1未成熟和成熟颗粒结构和颗粒生物发生的研究 最先进的实验方法与适当的比较分析与艾滋病毒-β 1。 我们尤其 将应用低温电子显微镜/断层扫描（cryo-SEEM/ET），光活化定位显微镜（PALM）， 全内反射荧光显微术（TIRF）和Z-轴扫描荧光新技术 波动光谱（FFS）在活细胞研究1）分析未成熟的HTLV-1 Gag晶格 结构，2）膜结合的重要性，NP Gag在HTLV-1颗粒生物发生中，和3）HTLV-1 在细胞-细胞接触的背景下的颗粒生物发生。 将与HIV-101进行仔细的比较。 这些 新的研究利用创新技术，以提供新的见解，一个非常重要的， HTLV-101颗粒组装过程的一个知之甚少的方面，这与HTLV-101颗粒组装过程有根本区别。 HIV-11和其他逆转录病毒。此外，我们的研究代表了一些最详细的研究， 关于病毒结构蛋白的组装，它提供了病毒学中的重要信息， 包膜病毒在质膜上的病毒颗粒组装的分子性质。

Abstract  Human  T-­cell  leukemia  virus  (HTLV-­1)  infects  about  15-­20  million  individuals  worldwide  and  is  the  etiological  agent of an adult T-­cell leukemia/lymphoma (ATLL), and can also result in an inflammatory disease syndrome  called HTLV-­1-­associated myelopathy (HAM)/tropical spastic paraparesis (TSP).  HTLV-­1 antibody prevalence  rates  vary  among  geographical  areas,  ranging  from  0.2  to  10%  among  adults.  This  antibody  prevalence  increases with age, and can affect as much as 20 to 50% of the female population aged 60 and above. HTLV-­1  is  notorious  for  being  difficult  to  study  in  cell  culture,  which  has  prohibited  a  rigorous  analysis  of  how  these  viruses  replicate  in  cells,  including  the  steps  involved  in  retrovirus  assembly.    The  details  for  how  retrovirus  particle  assembly  occurs  are  poorly  understood  even  for  other  more  tractable  retroviral  systems  like  that  of  human  immunodeficiency  virus  type  1  (HIV-­1).    For  instance,  recent  evidence  indicates  that  Gag-­Gag  interactions differ among retroviruses, which helps explain morphological differences that we have documented  among immature retrovirus particles. Furthermore, the role for membrane-­bound, non-­punctate (np) Gag in the  biogenesis of Gag puncta, as well as the nature of Gag puncta biogenesis in the context of cell-­to-­cell contacts  also remain poorly understood aspects of the retrovirus assembly pathway. This is particularly for HTLV-­1, for  which  we  have  found  to  have  fundamentally  distinct  differences  to  that  of  HIV-­1  regarding  the  role  of  membrane-­bound  np  Gag  in  Gag  punta  biogenesis.    In  this  application,  we  propose  to  continue  our  investigations  on  HTLV-­1  immature  and  mature  particle  structure  and  particle  biogenesis  through  innovative  state-­of-­the-­art experimental approaches with appropriate comparative analyses with HIV-­1.  In particular, we  will apply cryo-­electron microscopy/tomography (cryo-­EM/ET), photoactivated localization microscopy (PALM),  total  internal  reflection  fluorescence  (TIRF)  microscopy  and  the  novel  technology  of  z-­scan  fluorescence  fluctuation  spectroscopy  (FFS)  in  living  cells  to  investigate  1)  analysis  of  immature  HTLV-­1  Gag  lattice  structure,  2)  the  importance  of  membrane-­bound,  np  Gag  in  HTLV-­1  particle  biogenesis,  and  3)  HTLV-­1  particle  biogenesis  in  the  context  of  cell-­cell  contacts.  Careful  comparisons  will  be  done  with  HIV-­1.  These  novel  studies  harness  innovative  technologies  in  order  to  provide  new  insights  into  a  highly  significant  and  poorly understood aspect of the HTLV-­1 particle assembly process, which is fundamentally distinct from that of  HIV-­1 and other retroviruses. Furthermore, our studies represent some of the most detailed studies conducted  on the assembly of virus structural proteins, which provides fundamentally important information in virology on  the molecular nature of virus particle assembly at the plasma membrane for enveloped viruses.