Dengue Virus Capsid Protein Usurps Lipid Droplets for Viral Particle Formation

• DOI: 10.1371/journal.ppat.1000632
• Publication Date: 2009-10-22T22:04:38Z
• Authors: Marcelo M. Samsa; Juan A. Mondotte; Nestor G. Iglesias; Iranaia Assunção-...; Giselle Barbosa-Lima; Andrea T. Da Poian; Patricia T. Bozza; Andrea V. Gamarnik
• Keywords: Models, Molecular; Viral protein; 0301 basic medicine; Encapsidation; Amino Acid Motifs; Biochemistry; Gene; Protein Structure, Secondary; Dengue virus; Dengue; Antibody-dependent enhancement; https://purl.org/becyt/ford/1.6; Cricetinae; Viral replication; Biology (General); Cells, Cultured; Immunology and Microbiology; Viral life cycle; Life Sciences; Virus; 3. Good health; Host-Pathogen Interactions; RNA, Viral; Medicine; Research Article; Cell biology; QH301-705.5; Lipid droplet; Models, Biological; Membrane Lipids; 03 medical and health sciences; Capsid; Virology; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Health Sciences; Genetics; Animals; Humans; Global Impact of Arboviral Diseases; https://purl.org/becyt/ford/1; Biology; Lipid Metabolism and Storage in Organisms; Virus Assembly; Flavivirus; Virion; Public Health, Environmental and Occupational Health; Biological Transport; Lipid Droplets; RC581-607; Dengue Virus; Lipid droplets; Lipid Metabolism; Dengue fever; FOS: Biological sciences; Human Immunodeficiency Virus/Acquired Immunodeficiency Syndrome; RNA; Capsid Proteins; Mutant Proteins; Immunologic diseases. Allergy; Protein Multimerization

فيروس حمى الضنك هو المسؤول عن أعلى معدلات المرض والوفيات بين أعضاء جنس فيروس فلافيوس. لا تزال أوبئة حمى الضنك تحدث في جميع أنحاء العالم، مما يشير إلى الحاجة الملحة إلى اللقاحات الوقائية ومضادات الفيروسات. في السنوات الأخيرة، تم التعرف على الكثير حول آليات تضخيم جينوم فيروس حمى الضنك. ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن العملية التي يجند بها البروتين القفيصي الجينوم الفيروسي أثناء التغليف. هنا، وجدنا أن بروتين القفيصة الناضج في سيتوبلازم الخلايا المصابة بفيروس حمى الضنك يتراكم على سطح العضيات المشتقة من ER المسماة قطرات الدهون. حدد تحليل الطفرات باستخدام مستنسخات فيروس حمى الضنك المعدية أحماض أمينية مسعور محددة، تقع في مركز بروتين القفيصة، كعناصر رئيسية لارتباط قطرات الدهون. أدت بدائل الأحماض الأمينية L50 أو L54 في البروتين القفيصي إلى تعطيل استهداف قطرات الدهون وإعاقة تكوين الجسيمات الفيروسية. نذكر أيضًا أن عدوى فيروس حمى الضنك تزيد من عدد قطرات الدهون لكل خلية، مما يشير إلى وجود صلة بين استقلاب قطرات الدهون والتكاثر الفيروسي. وفي هذا الصدد، وجدنا أن التلاعب الدوائي بكمية قطرات الدهون في الخلية يمكن أن يكون وسيلة للسيطرة على تكاثر فيروس حمى الضنك. بالإضافة إلى ذلك، طورنا نظامًا وراثيًا جديدًا لفصل عناصر تكاثر الحمض النووي الريبي التي تعمل على رابطة الدول المستقلة عن تسلسل ترميز القفيصة. باستخدام هذا النظام، وجدنا أن سوء توطين بروتين القفيصة المتحور قلل من تضخيم الحمض النووي الريبي الفيروسي. نقترح أن تلعب قطرات الدهون أدوارًا متعددة خلال دورة الحياة الفيروسية ؛ يمكنها عزل بروتين القفيصة الفيروسية في وقت مبكر أثناء العدوى وتوفير سقالة لتغليف الجينوم.<br/>Dengue virus is responsible for the highest rates of disease and mortality among the members of the Flavivirus genus. Dengue epidemics are still occurring around the world, indicating an urgent need of prophylactic vaccines and antivirals. In recent years, a great deal has been learned about the mechanisms of dengue virus genome amplification. However, little is known about the process by which the capsid protein recruits the viral genome during encapsidation. Here, we found that the mature capsid protein in the cytoplasm of dengue virus infected cells accumulates on the surface of ER-derived organelles named lipid droplets. Mutagenesis analysis using infectious dengue virus clones has identified specific hydrophobic amino acids, located in the center of the capsid protein, as key elements for lipid droplet association. Substitutions of amino acid L50 or L54 in the capsid protein disrupted lipid droplet targeting and impaired viral particle formation. We also report that dengue virus infection increases the number of lipid droplets per cell, suggesting a link between lipid droplet metabolism and viral replication. In this regard, we found that pharmacological manipulation of the amount of lipid droplets in the cell can be a means to control dengue virus replication. In addition, we developed a novel genetic system to dissociate cis-acting RNA replication elements from the capsid coding sequence. Using this system, we found that mislocalization of a mutated capsid protein decreased viral RNA amplification. We propose that lipid droplets play multiple roles during the viral life cycle; they could sequester the viral capsid protein early during infection and provide a scaffold for genome encapsidation.<br/>Le virus de la dengue est responsable des taux de maladie et de mortalité les plus élevés parmi les membres du genre Flavivirus. Des épidémies de dengue continuent de se produire dans le monde entier, ce qui indique un besoin urgent de vaccins prophylactiques et d'antiviraux. Ces dernières années, on a beaucoup appris sur les mécanismes de l'amplification du génome du virus de la dengue. Cependant, on sait peu de choses sur le processus par lequel la protéine de capside recrute le génome viral pendant l'encapsidation. Ici, nous avons constaté que la protéine de capside mature dans le cytoplasme des cellules infectées par le virus de la dengue s'accumule à la surface d'organites dérivés du RE appelés gouttelettes lipidiques. L'analyse de mutagénèse utilisant des clones du virus de la dengue infectieuse a identifié des acides aminés hydrophobes spécifiques, situés au centre de la protéine de capside, comme éléments clés pour l'association des gouttelettes lipidiques. Les substitutions d'acides aminés L50 ou L54 dans la protéine de capside ont perturbé le ciblage des gouttelettes lipidiques et altéré la formation de particules virales. Nous rapportons également que l'infection par le virus de la dengue augmente le nombre de gouttelettes lipidiques par cellule, suggérant un lien entre le métabolisme des gouttelettes lipidiques et la réplication virale. À cet égard, nous avons constaté que la manipulation pharmacologique de la quantité de gouttelettes lipidiques dans la cellule peut être un moyen de contrôler la réplication du virus de la dengue. De plus, nous avons développé un nouveau système génétique pour dissocier les éléments de réplication de l'ARN à action cis de la séquence codante de la capside. En utilisant ce système, nous avons constaté que la mauvaise localisation d'une protéine de capside mutée diminuait l'amplification de l'ARN viral. Nous proposons que les gouttelettes lipidiques jouent de multiples rôles au cours du cycle de vie viral ; elles pourraient séquestrer la protéine de capside virale tôt pendant l'infection et fournir un échafaudage pour l'encapsidation du génome.<br/>El virus del dengue es responsable de las tasas más altas de enfermedad y mortalidad entre los miembros del género Flavivirus. Las epidemias de dengue siguen ocurriendo en todo el mundo, lo que indica una necesidad urgente de vacunas profilácticas y antivirales. En los últimos años, se ha aprendido mucho sobre los mecanismos de amplificación del genoma del virus del dengue. Sin embargo, se sabe poco sobre el proceso por el cual la proteína de la cápside recluta el genoma viral durante la encapsidación. Aquí, encontramos que la proteína de la cápside madura en el citoplasma de las células infectadas por el virus del dengue se acumula en la superficie de los orgánulos derivados de ER llamados gotitas de lípidos. El análisis de mutagénesis utilizando clones infecciosos del virus del dengue ha identificado aminoácidos hidrófobos específicos, ubicados en el centro de la proteína de la cápside, como elementos clave para la asociación de gotas de lípidos. Las sustituciones del aminoácido L50 o L54 en la proteína de la cápside alteraron el direccionamiento de las gotitas lipídicas y alteraron la formación de partículas virales. También informamos que la infección por el virus del dengue aumenta el número de gotas de lípidos por célula, lo que sugiere un vínculo entre el metabolismo de las gotas de lípidos y la replicación viral. En este sentido, encontramos que la manipulación farmacológica de la cantidad de gotas de lípidos en la célula puede ser un medio para controlar la replicación del virus del dengue. Además, desarrollamos un nuevo sistema genético para disociar los elementos de replicación del ARN que actúan en cis de la secuencia codificante de la cápside. Usando este sistema, descubrimos que la mala localización de una proteína de la cápside mutada disminuía la amplificación del ARN viral. Proponemos que las gotitas de lípidos desempeñan múltiples funciones durante el ciclo de vida viral; podrían secuestrar la proteína de la cápside viral al principio de la infección y proporcionar un andamio para la encapsidación del genoma.<br/>