HTLV-1 Particle Analysis and Gag Interactions

点击翻译按钮获取中文摘要

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.