Electron cryo-microscopy studies of bacteriophage phi8 and archaeal virus SH1

Symmetry is a key principle in viral structures, especially the protein capsid shells. However, symmetry mismatches are very common, and often correlate with dynamic functionality of biological significance. The three-dimensional structures of two isometric viruses, bacteriophage phi8 and the archaeal virus SH1 were reconstructed using electron cryo-microscopy. Two image reconstruction methods were used: the classical icosahedral method yielded high resolution models for the symmetrical parts of the structures, and a novel asymmetric in-situ reconstruction method allowed us to resolve the symmetry mismatches at the vertices of the viruses. Evidence was found that the hexameric packaging enzyme at the vertices of phi8 does not rotate relative to the capsid. The large two-fold symmetric spikes of SH1 were found not to be responsible for infectivity. Both virus structures provided insight into the evolution of viruses. Comparison of the phi8 polymerase complex capsid with those of phi6 and other dsRNA viruses suggests that the quaternary structure in dsRNA bacteriophages differs from other dsRNA viruses. SH1 is unusual because there are two major types of capsomers building up the capsid, both of which seem to be composed mainly of single beta-barrels perpendicular to the capsid surface. This indicates that the beta-barrel may be ancestral to the double beta-barrel fold.Virukset koostuvat yksinkertaisimmillaan perimäaineksesta (DNA tai RNA) ja sitä suojaavasta proteiinikuoresta. Proteiinikuoren rakenne on usein symmetrinen: monta kopiota samaa proteiinia nivoutuu yhteen säännölliseen muodostelmaan. Symmetria on yleensä joko helikaalinen (kierreportaat), jolloin virus on sauvamainen, tai ikosahedraalinen (5- ja 6-kulmioista ommeltu jalkapallo), jolloin syntyy pallomaisia viruksia. On kuitenkin tavallista, että jotkin viruksen toiminnan kannalta tärkeät rakenteet eivät noudata symmetriaa. Jalkapallossa esimerkiksi on vain yksi venttiilin paikka, eli yksi nahkapalasista poikkeaa muista. Viruksen tapauksessa taas vastaavalla tavalla muista poikkeavassa paikassa saattaa olla perimäaineksen pakkaamiseen tarvittava koneisto. Tässä työssä on tutkittu kahden pallomaisen viruksen, phi8:n ja SH1 kolmiulotteisia (3D) rakenteita. phi8 sairastuttaa erästä bakteeria, joka puolestaan sairastuttaa tiettyjä palkokasveja. SH1 sairastuttaa arkkieliöitä (bakteerien tapaisia yksisoluisia eliöitä), joita löytyy vaaleanpunaisista suolajärvistä Australiasta. Rakenteet määritettiin elektronimikroskooppikuvista laskennallisin keinoin. Perusajatus on, että kun kaksiulotteisissa mikroskooppikuvissa virus näkyy monesta eri suunnasta, nämä kuvat yhdistämällä saadaan selville viruksen 3D rakenne. Virukset erottuvat heikosti mikroskooppikuvissa, joten myös laskettu 3D rakenne on epäselvä. Sitä voidaan kuitenkin selkeyttää käyttäen hyväksi symmetriaa. Tällöin oletetaan, että virus on täysin symmetrinen, mistä seuraa, että laskettu 3D rakenne näyttää virheellisesti ne osat, jotka eivät seuraa symmetriaa. Esimerkiksi jalkapallon venttiilin paikka saattaisi ilmaantua 12 eri paikkaan tai kadota kokonaan näkyvistä. Tässä työssä jatkokehitettiin menetelmää, jonka avulla voidaan saada oikea kuva ventiilinpaikoista. Menetelmää sovellettiin molempiin tutkittuihin viruksiin. Virusten rakenteet kertovat niiden sukulaisuussuhteista, joten rakennetutkimus on myös sukututkimusta. Vain yhden phi8:n lähisukulaisen rakenne tunnettiin aiemmin, joten määritetty rakenne mahdollisti perheen sisäisen vertailun. SH1:n perheestä puolestaan ei ollut mitään tietoa, eikä sen rakennekaan nyt paljastanut varmuudella sen olevan sukua tunnetuille viruksille. On tosin mahdollista, että eräs yleinen viruskuoriproteiinityyppi on kehittynyt SH1:n tapaisen viruksen kuoresta

Bidirectional Interplay between Vimentin Intermediate Filaments and Contractile Actin Stress Fibers

The actin cytoskeleton and cytoplasmic intermediate filaments contribute to cell migration and morphogenesis, but the interplay between these two central cytoskeletal elements has remained elusive. Here, we find that specific actin stress fiber structures, transverse arcs, interact with vimentin intermediate filaments and promote their retrograde flow. Consequently, myosin-II-containing arcs are important for perinuclear localization of the vimentin network in cells. The vimentin network reciprocally restricts retrograde movement of arcs and hence controls the width of flat lamellum at the leading edge of the cell. Depletion of plectin recapitulates the vimentin organization phenotype of arc-deficient cells without affecting the integrity of vimentin filaments or stress fibers, demonstrating that this cytoskeletal crosslinker is required for productive interactions between vimentin and arcs. Collectively, our results reveal that plectin-mediated interplay between contractile actomyosin arcs and vimentin intermediate filaments controls the localization and dynamics of these two cytoskeletal systems and is consequently important for cell morphogenesis.Peer reviewe

Structures of enveloped virions determined by cryogenic electron microscopy and tomography : Advances in Virus Research

Enveloped viruses enclose their genomes inside a lipid bilayer which is decorated by membrane proteins that mediate virus entry. These viruses display a wide range of sizes, morphologies and symmetries. Spherical viruses are often isometric and their envelope proteins follow icosahedral symmetry. Filamentous and pleomorphic viruses lack such global symmetry but their surface proteins may display locally ordered assemblies. Determining the structures of enveloped viruses, including the envelope proteins and their protein-protein interactions on the viral surface, is of paramount importance. These structures can reveal how the virions are assembled and released by budding from the infected host cell, how the progeny virions infect new cells by membrane fusion, and how antibodies bind surface epitopes to block infection. In this chapter, we discuss the uses of cryogenic electron microscopy (cryo-EM) in elucidating structures of enveloped virions. Starting from a detailed outline of data collection and processing strategies, we highlight how cryo-EM has been successfully utilized to provide unique insights into enveloped virus entry, assembly, and neutralization.Peer reviewe

Plate tectonics of virus shell assembly and reorganization in phage φ8, a distant relative of mammalian reoviruses

The hallmark of a virus is its capsid, which harbors the viral genome and is formed from protein subunits, which assemble following precise geometric rules. dsRNA viruses use an unusual protein multiplicity (120 copies) to form their closed capsids. We have determined the atomic structure of the capsid protein (P1) from the dsRNA cystovirus Φ8. In the crystal P1 forms pentamers, very similar in shape to facets of empty procapsids, suggesting an unexpected assembly pathway that proceeds via a pentameric intermediate. Unlike the elongated proteins used by dsRNA mammalian reoviruses, P1 has a compact trapezoid-like shape and a distinct arrangement in the shell, with two near-identical conformers in nonequivalent structural environments. Nevertheless, structural similarity with the analogous protein from the mammalian viruses suggests a common ancestor. The unusual shape of the molecule may facilitate dramatic capsid expansion during phage maturation, allowing P1 to switch interaction interfaces to provide capsid plasticity

Harhailua ruohikolla : tutkimuksia animaation parissa

Käsittelen opinnäytetyössäni animaatiokerronnan keinoja ja mahdollisuuksia ja sitä, miksi animaatio on minulle tärkeää, jos on. Ensimmäisessä luvussa pohdin pitkän ja lyhyen animaation eroja ja samaistumisen voimaa. Toisessa luvussa tarkastelen ja arvioin kahta käsikirjoitusmetodia ja niiden vaikutusta taiteelliseen lopputyöhöni. Lopuksi mietin eräitä animaation tekoon liittyviä kipukohtia ja päädyn mahdollisesti ratkaisuun.In this thesis I examine ways and possibilities of animation storytelling. I also try to find answers why animation is important to me. In the first section I go through differences in long and short animation and handle with the power of identification. The second chapter will examine two different scriptwriting methods and their impact to my graduation film. Finally, I ponder some difficult things in making animation and possibly end up with a solution

Musiikki apuna matematiikan oppimisessa : Opetusvaikeuksien kohtaaminen musiikkia hyödyntäen

Monella oppilaalla on vaikeuksia matematiikan oppimisessa ja laskemisrutiinissa. Opettajan kannalta luokat ovat meluisia ja iso osa opettajan työajasta menee kurin- ja järjestyksenpitoon luokassa. Oppilaan kannalta koulupäivät ovat pitkiä, tekemistä riittäisi monesta aineesta ja puhelimet häiritsevät heidän keskittymistään. Nämä ovat pari esimerkkiä koulupäivän haasteista. Työssä käydään läpi tunnistettuja oppimisen haasteita ja pohditaan niiden syitä. Työrauhan kannalta tavoitteena olisi rauhallinen oppimisympäristö ja oppilaiden mahdollisuus keskittyä tehtäviin. Lukujärjestykseen ei ehkä voi vaikuttaa, mutta oppitunteja voi suunnitella. Opinnäytetyö esittelee joitakin keinoja rauhoittaa tunteja. Varsinaiseen tutkimukseen valittiin taustamusiikin kuuntelu. Opinnäytetyössä tehtiin toiminnallista ja autoetnografista tutkimusta siitä, miten musiikki voisi auttaa tunneilla oppilaita keskittymään. Tutkimuksessa oli mukana kaksi yläkoulun luokkaa ja tutkimus tehtiin heidän matematiikan tunneillaan yhden kuukauden aikana. Tutkimuksen aikana opettaja piti kokemuksistaan ja huomioistaan päiväkirjaa, joka löytyy työstä liitteenä. Tutkimus jaettiin kolmeen vaiheeseen: vaiheessa 1 kuunneltiin yhdessä opettajan valitsemaa musiikkia, vaiheessa 2 kuunneltiin yhdessä oppilaiden valitsemaa musiikkia ja vaiheessa 3 oppilaat kuuntelivat musiikkia omilla kuulokkeillaan. Oppilaille tehtiin jokaisen vaiheen päätyttyä kyselyt, joilla selvitettiin, miten oppilaat kokivat eri tutkimusvaiheet ja millaisina he kokivat musiikin vaikutuksen. Tulokset puolsivat taustamusiikin käyttöä, joskaan kaikki eivät olleet tyytyväisiä. Luokassa oli rauhallisin tunnelma ja paras keskittyä, kun oppilaat kuuntelivat kuulokkeilla itse valitsemaansa musiikkia. Toinen luokka piti mieluisimpana vaihetta, jossa kuunneltiin yhdessä heidän valitsemaansa musiikkia. Oppilaita motivoi joka tapauksessa parhaiten itse valittu musiikki.Many students have difficulties in learning mathematics and in the calculation routine. From the teacher's point of view, the classes are noisy, and a large part of the teacher's working time goes to maintaining discipline in the class. From the student's point of view, the school days are long, there is plenty to do in many subjects, and phones disturb their concentration. These are a couple of examples of the challenges of a school day. The thesis goes through the recognized learning challenges and considers their causes. In terms of work peace, the goal would be a peaceful learning environment and the opportunity for students to focus on tasks. You may not be able to influence the order of lessons, but you can plan lessons. The thesis presents some ways to calm down the lessons. Listening to background music was chosen for the actual research. Functional and autoethnographic research was conducted on how music could help students to concentrate in class. Two middle school classes were involved in the research and the research was done in their mathematics classes for one month. During the research, the teacher kept a diary of her experiences and observations, which can be found in the appendix of the work. The study was divided into three phases. In phase 1, they listened together to music chosen by the teacher. In phase 2, they listened to music chosen by the students. In phase 3, the students listened to own music with their own headphones. At the end of each phase, the students were given a survey to find out how the students experienced the research phase and how they experienced the impact of the music. The results were in favor of using background music, although not everyone was satisfied. When the students were listening to music of their own choice with headphones, the class had the most peaceful atmosphere, and it was best to concentrate. The second grade preferred the phase where they listened together to music of their choice (phase 2). Apparently, self-chosen music was the best motivation for learning