Uncovering the glycan interactions of rotavirus species B, C, and H in the human gut
- Autores: Noemi Navarro Lleó
- Directores de la Tesis: Javier Buesa Gómez (dir. tes.), Roberto Vicente Gozalbo Rovira (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2025
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 227
- Tribunal Calificador de la Tesis: Albert Bosch Navarro (presid.), Gloria Sánchez Moragas (secret.), Gaël Belliot (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina y Biotecnología por la Universitat de València (Estudi General)
- Menciones:
- Internacional
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
Los rotavirus (RV) se encuentran entre las principales causas de gastroenteritis vírica aguda en niños pequeños y en ganado bovino y porcino en todo el mundo, afectando tanto a la salud humana como a la animal. Su patogénesis puede provocar deshidratación y muerte, especialmente en niños menores de cinco años en países en desarrollo, y conlleva importantes pérdidas económicas para la industria ganadera. Cada vez hay más evidencias de que los glicanos celulares del hospedador, como los antígenos de los grupos sanguíneos histo (HBGAs) y los ácidos siálicos (SAs), son reconocidos por la proteína de superficie VP4 de los RV. Estudios epidemiológicos también han demostrado que la ausencia de determinados HBGAs reduce la susceptibilidad a infecciones por rotavirus del grupo A (RVA). Sin embargo, los mecanismos exactos que subyacen a estas interacciones, así como su impacto en la infección y la patogénesis viral, siguen sin estar claros. Además, el conocimiento sobre los receptores implicados en las infecciones por rotavirus de los grupos B, C y H (RVB, RVC y RVH) todavía es limitado, aunque su estudio es esencial para comprender el tropismo viral y los posibles eventos zoonóticos. Con el fin de investigar si RVB, RVC y RVH interaccionan con glicanos del hospedador, se clonaron y purificaron 16 proteínas VP8 de distintos genotipos de referencia, tanto humanos como animales. Estas proteínas mostraron perfiles de unión a glicanos diversos. Se observó que varios genotipos reconocían N-acetillactosamina (LacNAc), precursor de los HBGAs de tipo 2. Además, ciertos genotipos presentaron interacciones específicas con glicanos más especializados, como Lewisx siálico o el trisacárido A, así como con el gangliósido GM3. El genotipo porcino P[3] de RVC mostró una elevada afinidad por el antígeno H2 y su precursor LacNAc, una interacción caracterizada mediante espectroscopía STD NMR y análisis estructural por cristalografía de rayos X. La estructura cristalina de la proteína VP8 reveló características únicas que la distinguen de la VP8* humana, hallazgos que fueron confirmados mediante predicciones estructurales utilizando AlphaFold2. Para evaluar la relevancia funcional de estas interacciones, se utilizaron herramientas de edición genómica CRISPR/Cas9 para generar líneas celulares MA-104 con los genes GNE, SLC35A1 y EXTL3 inactivados. Los resultados mostraron que la síntesis de ácidos siálicos es esencial para una infección productiva por RVA y que la interrupción de la síntesis de gangliósidos afecta la replicación de ciertas cepas de RVA y RVC. Además, se observó que el sulfato de heparán podría actuar como un cofactor potencial en la infección por RVC. Finalmente, se evaluó la exposición poblacional a especies de rotavirus no-A en la Comunidad Valenciana mediante el análisis de seroprevalencia frente a RVA, RVB, RVC y, por primera vez, RVH. En conjunto, este estudio demuestra la circulación de especies de RV no-A en la población y pone de manifiesto el papel clave de la biología de los glicanos del hospedador en los mecanismos de infección viral.
- català
Els rotavirus (RV) es troben entre les principals causes de gastroenteritis vírica aguda en xiquets menuts i en bestiar boví i porcí arreu del món, afectant tant la salut humana com la dels animals. La seua patogènesi pot provocar deshidratació i mort, especialment en xiquets menors de cinc anys en països en vies de desenvolupament, i suposa pèrdues econòmiques importants per a la indústria ramadera. Cada vegada hi ha més evidències que els glicans cel·lulars de l’hoste, com els antígens dels grups sanguinis histo (HBGAs) i els àcids siàlics (SAs), són reconeguts per la proteïna de superfície VP4 dels RV. Estudis epidemiològics també han mostrat que l’absència de determinats HBGAs redueix la susceptibilitat a infeccions per RV de grup A (RVA). No obstant això, els mecanismes exactes que subjauen a aquestes interaccions, així com el seu impacte en la infecció i la patogènesi viral, continuen sense estar clars. A més, el coneixement sobre els receptors implicats en les infeccions per RV de grups B, C i H (RVB, RVC i RVH) encara és limitat, tot i que el seu estudi és fonamental per a entendre el tropisme viral i els possibles esdeveniments zoonòtics. Per tal d’investigar si RVB, RVC i RVH interaccionen amb glicans de l’hoste, es van clonar i purificar 16 proteïnes VP8 de diferents genotips de referència, tant humans com animals. Aquestes proteïnes mostraren perfils d’unió a glicans diversos. Es va trobar que diversos genotips reconeixien N-acetillactosamina (LacNAc), precursor dels HBGAs de tipus 2. A més, alguns genotips presentaren interaccions específiques amb glicans més especialitzats, com Lewisx siàlic o el trisacàrid A, així com amb el gangliòsid GM3. El genotip porcí P[3] de RVC va mostrar una afinitat elevada per l’antigen H2 i pel seu precursor LacNAc, una interacció caracteritzada mitjançant espectroscòpia STD NMR i anàlisi estructural per cristal·lografia de raigs X. L’estructura cristal·lina de la proteïna VP8 va revelar trets únics que la diferencien de la VP8* humana, resultats que es van confirmar amb prediccions estructurals emprant AlphaFold2. Per a avaluar la rellevància funcional d’aquestes interaccions, es van utilitzar eines d’edició genòmica CRISPR/Cas9 per generar línies cel·lulars MA-104 amb els gens GNE, SLC35A1 i EXTL3 inactivats. Els resultats mostraren que la síntesi d’àcids siàlics és essencial per a una infecció productiva per RVA i que la interrupció de la síntesi de gangliòsid afecta la replicació de determinades soques de RVA i RVC. A més, es va observar que el sulfat d’heparà podria actuar com un cofactor potencial en la infecció per RVC. Finalment, es va avaluar l’exposició poblacional a espècies de RV no-A a la Comunitat Valenciana mitjançant l’anàlisi de la seroprevalença contra RVA, RVB, RVC i, per primera vegada, RVH. En conjunt, aquest estudi demostra la circulació d’espècies de RV no-A en la població i posa de manifest el paper clau de la biologia dels glicans de l’hoste en els mecanismes d’infecció viral.
- English
Rotaviruses (RV) are among the leading causes of acute viral gastroenteritis in young children and in bovine and porcine livestock worldwide, affecting both human and animal health. Their pathogenesis can lead to dehydration and death, particularly in children under five years of age in developing countries, and causes significant economic losses in the livestock industry. There is growing evidence that host cell glycans, such as histo-blood group antigens (HBGAs) and sialic acids (SAs), are recognized by the RV surface protein VP4. Epidemiological studies have also shown that the absence of certain HBGAs reduces susceptibility to RVA infections. However, the exact mechanisms underlying these interactions and their impact on RV infection and pathogenesis remain unclear. Furthermore, knowledge regarding the receptors involved in RVB, RVC, and RVH infections is still limited, although their study is essential to understanding viral tropism and potential zoonotic events. To investigate whether RVB, RVC, and RVH interact with host glycans, 16 VP8* proteins from different reference genotypes, both human and animal, were cloned and purified. These proteins exhibited diverse glycan-binding profiles. Several genotypes were found to recognize N-acetyllactosamine (LacNAc), the precursor of type 2 HBGAs. In addition, certain genotypes showed specific interactions with more specialized glycans, such as sialyl Lewisx or the A trisaccharide, as well as with the ganglioside GM3. The bovine P[3] genotype of RVC demonstrated a strong affinity for the H2 antigen and its LacNAc precursor, an interaction characterized by STD-NMR spectroscopy and structural analysis through X-ray crystallography. The crystal structure of the VP8* protein revealed unique features distinguishing it from the human VP8*, findings that were further supported by structural predictions using AlphaFold2. To assess the functional relevance of these interactions, CRISPR/Cas9 genome editing tools were used to generate knockouts of the GNE, SLC35A1, and EXTL3 genes in the MA-104 cell line. Results showed that SA synthesis is essential for productive RVA infection and that disruption of ganglioside synthesis affects the replication of specific RVA and RVC strains. Additionally, heparan sulfate was found to act as a potential cofactor in RVC infection. Finally, population exposure to non-A RV species was evaluated in the Valencian Community by analyzing seroprevalence against RVA, RVB, RVC, and, for the first time, RVH. Overall, this study demonstrates the circulation of non-A RV species in the population and highlights the critical role of host glycan biology in viral infection mechanisms.
- español
