Investigating influenza A receptor activation at single-molecule level
Influenza virus infections cost hundreds of thousands of lives worldwide every year and are a burden to the global economy and healthcare systems with costs in the billions. New virus strains with pandemic potential emerge at regular intervals due to mutations and antigenic shift of different influenza subtypes. However, the exact processes of the viral infection are still unclear and the identity of the viral entry receptor is still unknown. Current studies indicate that the epidermal growth factor receptor, EGFR, is significantly involved in the infection process. However, the exact mechanism by which influenza viruses use this receptor for infection is still unknown.
In this study, an experimental setup is presented with which the early infection processes in living cells can be visualized by super-resolution microscopy and the interaction between the entry receptor and different influenza virus strains can be observed at the single-molecule level. For this setup, the viruses are fluorescently labelled and immobilized on a glass surface.
This experimental setup was used to investigate the interaction between EGFR and two different low-pathogenic influenza A strains. The diffusion coefficients of individual receptors in the cell membrane were determined from the super-resolution microscopy measurements using a novel software presented in this thesis. A specific, statistically significant reduction in diffusivity as well as an increased proportion of immobile receptors in the vicinity of both influenza strains could be shown. Additionally, a novel H18N11 bat-derived influenza virus and its interaction with HLADR was investigated. To demonstrate that the experimental setup allows to visualize the virus-host cell interaction beyond receptor binding, the dynamics of two of the proteins responsible for clathrin-mediated endocytosis, namely clathrin-light-chain and adaptor protein-2, were measured at the virus binding site. The dynamics of both proteins were found to be similar to those described for infections with non-immobilized viruses.
Durch das Influenzavirus versursachte Infektionen kosten jedes Jahr weltweit hunderttausende Menschenleben und belasten das Gesundheitssystem durch Kosten in Milliardenhöhe. Dabei kommt es durch Mutationen und Kreuzungen verschiedener Influenzasubtypen regelmäßig zu neuen Virusstämmen mit Pandemiepotential. Die genauen Vorgänge einer Virusinfektion sind jedoch noch unklar und die Identität des viralen Eintrittsrezeptors ungeklärt. Studien deuten darauf hin, dass der epidermale growth factor receptor, EGFR, maßgeblich am Infektionsgeschehen beteiligt ist. Wie genau das Virus den Rezeptor nutzt, um in die Zelle einzudringen ist bisher jedoch nicht vollständig aufgeklärt. In dieser Arbeit wird ein Versuchsaufbau vorgestellt, mit dem man die frühen Infektionsprozesse in lebenden Zellen mikroskopieren kann und die Interaktion zwischen Eintrittsrezeptor und verschiedenen Influenzastämmen auf Einzelmolekülebene betrachten kann. Für diesen Aufbau werden die Viren fluoreszent markiert und auf einer Glasoberfläche immobilisiert. Mittels dieses Versuchsaufbaus wurde die Interaktion zwischen EGFR und zwei niedrigpathogenen Influenzastämmen untersucht. Dabei wurden aus den Messungen, mithilfe einer in dieser Arbeit vorgestellten Software, die Diffusionskoeffizienten einzelner Rezeptoren in der Zellmembran bestimmt. Es konnte eine spezifische, statistisch signifikante Reduktion in der Diffusivität, so wie ein erhöhter Anteil immobiler Rezeptoren in der Nähe immobilisierter Viren beider Stämme gezeigt werden. Darüber hinaus wurde ein neuartiges, von Fledermäusen stammendes H18N11-Influenzavirus und seine Interaktion mit HLADR untersucht. Um zu demonstrieren, dass der Versuchsaufbau es zulässt die virus-wirtszellen Interaktion bis über die Rezeptorbindung hinaus darzustellen, wurde die Dynamik der von den für die Clathrin vermittelte Endozytose verantwortlichen Proteine Clathrin-light-chain und Adaptor protein-2 an der Virusbindestelle gemessen. Dabei konnte für beide Proteine eine ähnliche Dynamik festgestellt werden, wie sie auch für Infektionen mit nicht-immobilisierten Viren beschrieben ist.
Preview
Cite
Access Statistic
Rights
Use and reproduction:
