In a study published in Nature Communications, scientists decoded the interactions within this complex quadripartite system by analyzing the expression of their respective genes.
Virophages, viruses of viruses...
Viruses are often viewed as the ultimate parasites. However, certain giant viruses that infect unicellular eukaryotes can also be parasitized by smaller viruses, known as virophages.
These virophages utilize the viral factory, a transient organelle formed by the giant virus in the cytoplasm of the infected cell, to ensure their own replication.
This phenomenon represents a case of hyperparasitism, where one parasite is itself parasitized. Additionally, some giant viruses and virophages carry DNA molecules in their particles in the form of episomes called transpovirons. This system thus forms a network of complex interactions involving a host cell, a giant virus, a virophage, and a transpoviron.
Controlled infection experiments to understand the underlying mechanisms
How is the regulation of gene expression of each partner carried out during infection, and how is this regulation altered by the presence of others? To address these questions, scientists conducted a series of infection experiments by successively introducing the different actors.They first studied the infection of the amoebic host Acanthamoeba castellanii by the giant virus megavirus chilensis. They then proceeded to co-infections with the virophage zamilon vitis, the transpoviron mvtv, and both simultaneously. The transcriptome, which is the complete set of messenger RNAs, of each partner was analyzed through sequencing, allowing the tracking of gene expression evolution during the infectious cycle.
A fascinating theater of nested parasites
These analyses, published in the journal Nature Communications, revealed that infection by the giant virus induces a profound alteration of the transcriptome of the host cell, affecting nearly half of its genes. While the majority are repressed, some are activated, allowing the virus to reshape cellular metabolism to favor its own replication.Co-infection by the virophage significantly modifies the expression of more than a quarter of the giant virus's genes, most of which are repressed, suggesting that the two viruses compete for the transcription machinery. However, this effect is transient, with no significant impact on the final production of giant virus particles.
This study also reveals that the presence of the virophage induces the overexpression of transcription factors encoded in the genome of the giant virus. This is where the last partner, the transpoviron, comes into play. It would exploit these modifications to overexpress its own genes.
This quadripartite system illustrates the complexity of interactions between viruses, hosts, and mobile genetic elements. The amoeba, host to these viruses, being an opportunistic pathogen itself, presents us with a fascinating theater of nested parasites.
References:
Complex transcriptional regulations of a hyperparasitic quadripartite system in giant viruses infecting protists.
Bessenay A, Bisio H, Belmudes L, Couté Y, Bertaux L, Claverie JM, Abergel C, Jeudy S, Legendre M.
Nature Communications. October 9, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-52906-1. --- Giant viruses, jotka infektoivat ameboja, jotka ovat yksisoluisia eukaryoottisia organismeja, voivat itse asiassa olla muiden virusten, virophagien, sekä molekyylien, joita kutsutaan transpoviroiksi ja jotka löytyvät molemmista virustyypeistä, isäntä.
Tutkimuksessa, joka julkaistiin lehdessä Nature Communications, tiedemiehet purkivat tämän monimutkaisen neliosaisen järjestelmän vuorovaikutuksia analysoimalla niiden geenien ilmentymistä.
Virophagit, virusten virukset...
Viruksia pidetään usein viimeisinä loiseläiminä. Kuitenkin jotkut jättiläisvirukset, jotka infektoivat yksisoluisia eukaryootteja, voivat itse olla pienempien virusten, virophagien, isäntä.Nämä virophagit hyödyntävät virusfabrikkana tunnettua, jättiläisviruksen soluliman sisällä muodostamaa väliaikaista soluelintä varmistaakseen oman lisääntymisensä.
Tämä ilmiö edustaa hyperparasitismia, jossa yksi loinen on itse loinen. Lisäksi jotkut jättiläisvirukset ja virophagit kuljettavat hiukkasissaan DNA-molekyylejä episomimuodossa, joita kutsutaan transpoviroiksi. Tämä järjestelmä muodostaa näin ollen monimutkaisten vuorovaikutusten verkoston, johon osallistuvat isäntäsolu, jättiläisvirus, virophagi ja transpoviro.
Kontrolloidut infektiokokeet ymmärtääksemme taustalla olevia mekanismeja
Miten jokaisen kumppanin geenien ilmentymisen säätely tapahtuu infektion aikana, ja miten tämä säätely muuttuu muiden läsnäolon myötä? Vastatakseen näihin kysymyksiin tiedemiehet toteuttivat sarjan infektiokokeita esittelemällä eri toimijoita peräkkäin.He tutkivat ensin ameboiden isäntä Acanthamoeba castellanii infektiota jättiläisvirus megavirus chilensiksen toimesta. Sen jälkeen he siirtyivät yhteisinfektioihin virophagi zamilon vitiksen, transpoviron mvtv:n ja molempien kanssa samanaikaisesti. Jokaisen kumppanin transkriptomi, eli koko lähetti-RNA:iden joukko, analysoitiin sekvensoinnin avulla, mikä mahdollisti geenien ilmentymisen kehityksen seuraamisen infektiokierrossa.
Viehättävä teatteri pesiytyneistä loisista
Nämä analyysit, jotka julkaistiin lehdessä Nature Communications, paljastivat, että jättiläisviruksen aiheuttama infektio aiheuttaa syvän muutoksen isäntäsolun transkriptomissa, vaikuttaen lähes puoleen sen geeneistä. Vaikka suurin osa on tukahdutettu, jotkut aktivoituvat, mikä mahdollistaa viruksen muokata solun aineenvaihduntaa oman lisääntymisensä edistämiseksi.Virophagin yhteisinfektio muuttaa merkittävästi yli neljänneksen jättiläisviruksen geeneistä ilmentymistä, joista suurin osa on tukahdutettu, mikä viittaa siihen, että molemmat virukset kilpailevat transkriptiokoneiston käytöstä. Tämä vaikutus on kuitenkin ohimenevä, ilman merkittävää vaikutusta jättiläisviruksen hiukkasten lopulliseen tuotantoon.
Tämä tutkimus paljastaa myös, että virophagin läsnäolo aiheuttaa jättiläisviruksen genomissa koodattujen transkriptiotekijöiden yliekspressiota. Tässä vaiheessa viimeinen kumppani, transpoviron, astuu kuvaan. Se hyödyntäisi näitä muutoksia yliekspressoidakseen omia geenejään.
Tämä neliosainen järjestelmä havainnollistaa virusten, isäntien ja liikkuvien geneettisten elementtien vuorovaikutusten monimutkaisuutta. Ameba, joka on näiden virusten isäntä ja itsessään opportunistinen patogeeni, esittää meille kiehtovaa teatteria pesiytyneistä loisista.
Viitteet:
Monimutkaiset transkriptionaaliset sääntelyt jättiläisvirusten hyperparasitistisessa neliosaisessa järjestelmässä, jotka infektoivat protisteja.
Bessenay A, Bisio H, Belmudes L, Couté Y, Bertaux L, Claverie JM, Abergel C, Jeudy S, Legendre M.
Nature Communications. 9. lokakuuta 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-52906-1.