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

Joint Gains - neuvotteluntukijärjestelmä Internetissä

Uusien informaationteknologioiden ja tietoverkkojen avulla voidaan rakentaa uudenlaisia ryhmäpäätöksenteko- ja neuvottelujärjestelmiä. Tässä diplomityössä on toteutettu WWW-ympäristössä toimiva neuvotteluntukijärjestelmä Joint Gains. Joint Gains on ohjelmoitu Java-kielellä. Järjestelmän perustana on hajautettu olioarkkitehtuuri, jossa alijärjestelmät voivat olla fyysisesti joko samassa koneessa tai yhteydessä toisiinsa tietoverkon välityksellä. Joint Gains ohjelmistossa käytetään parantavien suuntien menetelmää. Menetelmä soveltuu neuvottelutilanteisiin, joissa kaksi tai useampi päätöksentekijä neuvottelee kahdesta tai useammasta jatkuva-arvoisesta päätösmuuttujasta. Neuvottelijoilta kerätään tietoa heidän preferensseistään tämänhetkisessä sopimuspisteessä, minkä perusteella ohjelmiston välittäjäosa ohjaa neuvottelua askel askeleelta Pareto optimaalista ratkaisua kohti. Menetelmä jakautuu erillisiin osatehtäviin joiden tulokset pitää koota ja käsitellä keskitetysti. Hajautettu olioarkkitehtuuri kuvaa tilannetta hyvin. Työssä kehitettyä ohjelmistoa voidaan käyttää myös simuloinneissa. Tällöin yksi tai useammista neuvottelijoista korvataan ohjelmistoagentilla, joka tekee päätöksiä eksplisiittisen hyötyfunktion mukaan. Työssä toteutetun järjestelmän tarkoitus on helpottaa neuvotteluntukimenetelmien tutkimusta ja tietoisuuden leviämisen myötä niiden käyttöönottoa myös ei-akateemisissa sovelluksissa

Quantitative changes in perineuronal nets in development and posttraumatic condition

Perineuronal net (PNN) is a highly structured portion of the CNS extracellular matrix (ECM) regulating synaptic plasticity and a range of pathologic conditions including posttraumatic regeneration and epilepsy. Here we studied Wisteria floribunda agglutinin-stained histological sections to quantify the PNN size and enrichment of chondroitin sulfates in mouse brain and spinal cord. Somatosensory cortex sections were examined during the period of PNN establishment at postnatal days 14, 21 and 28. The single cell PNN size and the chondroitin sulfate intensity were quantified for all cortex layers and specifically for the cortical layer IV which has the highest density of PNN-positive neurons. We demonstrate that the chondroitin sulfate proteoglycan staining intensity is increased between P14 and P28 while the PNN size remains unchanged. We then addressed posttraumatic changes of the PNN expression in laminae 6 and 7 of cervical spinal cord following hemisection injury. We demonstrate increase of the chondroitin sulfate content at 1.6–1.8 mm rostrally from the injury site and increase of the density of PNN-bearing cells at 0.4–1.2 mm caudally from the injury site. We further demonstrate decrease of the single cell PNN area at 0.2 mm caudally from the injury site suggesting that the PNN ECM takes part in the posttraumatic tissue rearrangement in the spinal cord. Our results demonstrate new insights on the PNN structure dynamics in the developing and posttraumatic CNS.Peer reviewe