RNA Virus Evolution: a Cross-scale, Disease Dynamic Perspective

RNA viruses are an important cause of global morbidity and mortality. The rapid evolutionary rates of RNA virus pathogens, caused by high replication rates and error-prone polymerases, can make the pathogens difficult to control. RNA viruses can undergo immune escape within their hosts and develop resistance to the treatment and vaccines we design to fight them. Understanding the spread and evolution of RNA pathogens is essential for reducing human suffering. In this dissertation, I make use of the rapid evolutionary rate of viral pathogens to answer several questions about how RNA viruses spread and evolve. To address each of the questions, I link mathematical techniques for modeling viral population dynamics with phylogenetic and coalescent techniques for analyzing and modeling viral genetic sequences and evolution. The first project uses multi-scale mechanistic modeling to show that decreases in viral substitution rates over the course of an acute infection, combined with the timing of infectious hosts transmitting new infections to susceptible individuals, can account for discrepancies in viral substitution rates in different host populations. The second project combines coalescent models with within-host mathematical models to identify driving evolutionary forces in chronic hepatitis C virus infection. The third project compares the effects of intrinsic and extrinsic viral transmission rate variation on viral phylogenies.

Rôle de la conformation des glycoprotéines de l’enveloppe du VIH-1 dans la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps et impact des protéines virales Nef et Vpu

Alors que d’énormes efforts sont mis de l’avant pour mettre en place des stratégies thérapeutiques contre l’infection au VIH-1, il est nécessaire de mieux cerner les déterminants viraux qui aideront à l’efficacité de celles-ci. En ce sens, une volumineuse littérature scientifique suggère que les anticorps contre le VIH-1 possédant une capacité à induire une réponse effectrice dépendante de leur portion Fc puissent jouer un rôle important dans la prévention de l’infection et dans la progression de la maladie. Cependant, peu d’information est disponible concernant les déterminants reconnus par ces anticorps et comment le virus s’en protège. Le but des travaux présentés dans cette thèse est donc d’élucider les mécanismes viraux contrôlant la reconnaissance des cellules infectées par ces anticorps capables d’induire une réponse effectrice. De par les corrélats de protection identifiés au cours de l’essai vaccinal RV144, les travaux présentés ici se concentrent sur la réponse cytotoxique dépendante des anticorps (ADCC), puisqu’il s’agit d’une réponse effectrice suggérée pour avoir joué un rôle dans la protection observée dans le RV144, seul essai vaccinal anti-VIH à avoir démontré un certain degré de protection. De plus, plusieurs anticorps capables d’induire cette réponse contre le VIH sont connus pour reconnaître les glycoprotéines de surface du virus (Env) dans une conformation dite ouverte, c’est-à-dire la conformation adoptée lors de la liaison d’Env avec son récepteur CD4 (épitopes CD4i). Nous avons mis au point deux techniques in vitro permettant d’étudier ces changements de conformation ainsi que leur impact sur la réponse ADCC. Les techniques mises au point, un ÉLISA sur base cellulaire pour mesurer les changements de conformation d’Env ainsi que la mesure de la réponse ADCC par cytométrie en flux, nous ont permis de démontrer comment le virus empêche l’exposition des épitopes d’Env CD4i. L’activité simultanée des protéines accessoires virales Nef et Vpu sur le retrait du récepteur CD4 de la surface des cellules infectées et l’inhibition du facteur de restriction Tétherine / BST-2 par Vpu contrôlent à la fois les niveaux d’Env et de CD4 à la surface cellulaire et donc modulent l’interaction Env-CD4 et ultimement la susceptibilité à la réponse ADCC contre les épitopes CD4i reconnus par des anticorps hautement prévalents lors de l’infection au VIH. Également, nous démontrons comment de petits composés mimant la liaison de CD4 sur Env sont capables de forcer l’exposition des épitopes CD4i, même en présence des protéines Nef et Vpu, et donc d’augmenter la susceptibilité des cellules infectées à la réponse ADCC. Une autre découverte présentée ici est la démonstration que la portion soluble d’Env produite par les cellules infectées peut interagir avec le récepteur CD4 des cellules non-infectées avoisinantes et induire leur reconnaissance et élimination par la réponse ADCC contre Env. Somme toute, la modulation de la réponse ADCC par l’interaction Env–CD4 représente un important pilier de la relation hôte – pathogène du VIH-1 de la perspective des réponses Fc-dépendantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont le potentiel d’être utilisés dans l’élaboration de nouvelles stratégies antivirales tout en élargissant les connaissances fondamentales de cette interaction hôte – pathogène.

Molecular analysis of RNA1 and RNA2 sequences from a betanodavirus isolated from giant grouper (Epinephelus lanceolatus) in Australia

Betanodavirus infections have a significant impact through direct losses and trade restrictions for aquaculture sectors in Australia. The giant grouper, Epinephelus lanceolatus, is a high-value, fast-growing species with significant aquaculture potential. With subacute to chronic mortalities reported from a commercial aquaculture facility in northern Queensland, the viral nervous necrosis in the affected fish was confirmed using a RT-qPCR followed by virus isolation using the SSN-1 cell line. The RNA1 and RNA2 segments were sequenced and nucleotide sequences were compared with betanodavirus sequences from GenBank. Phylogenetic analysis revealed that both these sequences clustered with sequences representing red spotted grouper nervous necrosis virus genotype and showed high sequence identity to virus sequences affecting other grouper species. This is the first report confirming infection by betanodavirus in E. lanceolatus from Australia with successful isolation of the virus in a cell culture system, and analysis of nearly full length RNA1 and RNA2 sequences.

Rôle de la conformation des glycoprotéines de l’enveloppe du VIH-1 dans la réponse cytotoxique cellulaire dépendante des anticorps et impact des protéines virales Nef et Vpu

Alors que d’énormes efforts sont mis de l’avant pour mettre en place des stratégies thérapeutiques contre l’infection au VIH-1, il est nécessaire de mieux cerner les déterminants viraux qui aideront à l’efficacité de celles-ci. En ce sens, une volumineuse littérature scientifique suggère que les anticorps contre le VIH-1 possédant une capacité à induire une réponse effectrice dépendante de leur portion Fc puissent jouer un rôle important dans la prévention de l’infection et dans la progression de la maladie. Cependant, peu d’information est disponible concernant les déterminants reconnus par ces anticorps et comment le virus s’en protège. Le but des travaux présentés dans cette thèse est donc d’élucider les mécanismes viraux contrôlant la reconnaissance des cellules infectées par ces anticorps capables d’induire une réponse effectrice. De par les corrélats de protection identifiés au cours de l’essai vaccinal RV144, les travaux présentés ici se concentrent sur la réponse cytotoxique dépendante des anticorps (ADCC), puisqu’il s’agit d’une réponse effectrice suggérée pour avoir joué un rôle dans la protection observée dans le RV144, seul essai vaccinal anti-VIH à avoir démontré un certain degré de protection. De plus, plusieurs anticorps capables d’induire cette réponse contre le VIH sont connus pour reconnaître les glycoprotéines de surface du virus (Env) dans une conformation dite ouverte, c’est-à-dire la conformation adoptée lors de la liaison d’Env avec son récepteur CD4 (épitopes CD4i). Nous avons mis au point deux techniques in vitro permettant d’étudier ces changements de conformation ainsi que leur impact sur la réponse ADCC. Les techniques mises au point, un ÉLISA sur base cellulaire pour mesurer les changements de conformation d’Env ainsi que la mesure de la réponse ADCC par cytométrie en flux, nous ont permis de démontrer comment le virus empêche l’exposition des épitopes d’Env CD4i. L’activité simultanée des protéines accessoires virales Nef et Vpu sur le retrait du récepteur CD4 de la surface des cellules infectées et l’inhibition du facteur de restriction Tétherine / BST-2 par Vpu contrôlent à la fois les niveaux d’Env et de CD4 à la surface cellulaire et donc modulent l’interaction Env-CD4 et ultimement la susceptibilité à la réponse ADCC contre les épitopes CD4i reconnus par des anticorps hautement prévalents lors de l’infection au VIH. Également, nous démontrons comment de petits composés mimant la liaison de CD4 sur Env sont capables de forcer l’exposition des épitopes CD4i, même en présence des protéines Nef et Vpu, et donc d’augmenter la susceptibilité des cellules infectées à la réponse ADCC. Une autre découverte présentée ici est la démonstration que la portion soluble d’Env produite par les cellules infectées peut interagir avec le récepteur CD4 des cellules non-infectées avoisinantes et induire leur reconnaissance et élimination par la réponse ADCC contre Env. Somme toute, la modulation de la réponse ADCC par l’interaction Env–CD4 représente un important pilier de la relation hôte – pathogène du VIH-1 de la perspective des réponses Fc-dépendantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont le potentiel d’être utilisés dans l’élaboration de nouvelles stratégies antivirales tout en élargissant les connaissances fondamentales de cette interaction hôte – pathogène.

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Caractérisation de l’activité transcriptionnelle antivirale et immunorégulatrice dépendante de STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1, induite par la costimulation par TNF

Les cellules épithéliales pulmonaires constituent la première ligne de défense face aux virus respiratoires via la sécrétion de mucus, de peptides, de cytokines et chimiokines qui déterminent l'élimination ou la progression de l’infection. Les principales cytokines antivirales produites par les cellules épithéliales alvéolaires (AEC) sont les interférons (IFN) type I (α/β) et III (λ). La liaison d’IFNβ à son récepteur induit une voie antivirale bien caractérisée qui aboutit à l’activation du complexe ISGF3 (STAT1, STAT2 et IRF9) qui permet la transcription de multiples gènes codant pour des protéines à activité antivirale et immunorégulatrice. Il a récemment été démontré que la costimulation des cellules épithéliales pulmonaires par l’IFNβ et le Tumor Necrosis Factor α (TNFα), également produit lors d’une infection, synergisent pour induire un état antiviral tardif distinct. D’autre part, il a été montré que la synergie entre le TNFα et l'IFNβ induit une voie de signalisation impliquant STAT2 et IRF9, mais indépendante de STAT1 permettant l’expression du gène DUOX2. Notre but est de déterminer l’importance de cette nouvelle voie de signalisation induite par la costimulation du TNFα+IFNβ, impliquant STAT2 et IRF9 indépendamment de STAT1 dans la régulation d’un programme transcriptionnel antiviral et immunorégulateur tardif. Notre premier objectif est de déterminer si des gènes antiviraux et immunorégulateurs qui sont induits par la costimulation par TNFα+IFNβ sont dépendants de la voie STAT2/IRF9, indépendamment de STAT1. En utilisant la technique de qRT-PCR, nous avons identifié 3 gènes immunorégulateurs, CXCL10, IDO et APOBEC3G, induits de manière synergique en réponse à TNFα+IFNβ dans les cellules A549, un modèle de cellules épithéliales pulmonaires. Afin de confirmer que ces gènes sont induits indépendamment de STAT1, nous avons validé leur expression dans la lignée cellulaire U3A déficiente en STAT1. Par l'utilisation d'ARN interférants (ARNi) dirigés contre STAT2 et IRF9, nous avons confirmé que l’induction de ces gènes est dépendante de STAT2 et IRF9. Finalement, l’analyse de l’activité du promoteur de CXCL10 en réponse à TNFα+IFNβ par des essais rapporteurs luciférases a permis de montrer que la régulation se fait au niveau transcriptionnel. Notre deuxième objectif, est de déterminer si STAT6 pourrait remplacer STAT1 dans la voie de signalisation induite par TNFα+IFNβ. En effet, STAT6 est un inducteur connu de l’expression de DUOX2 en réponse à IL4+IL13. Contrairement à notre hypothèse, l’inhibition de STAT6 par ARNi augmente l’expression de DUOX2 en réponse à TNFα+IFNβ suggérant que STAT6 est un régulateur négatif. Nos résultats ont permis de comprendre de manière plus détaillée les mécanismes mis en place dans le développement d’une réponse antivirale. D’autre part, l’étude de l’effet de l’IFNβ et du TNFα est également pertinente pour les maladies chroniques inflammatoires et autoimmunes. De plus, nos résultats illustrent un nouveau paradigme concernant les mécanismes de signalisation cellulaire impliqués dans la synergie entre deux cytokines qui pourrait être applicable à des combinaisons de cytokines autres que TNFα+IFNβ.

Complete genomic sequence of the Australian south-west genotype of Sindbis virus: Comparisons with other Sindbis strains and identification of a unique deletion in the 3 '-untranslated region

Our previous studies have shown that two distinct genotypes of Sindbis (SIN) virus occur in Australia. One of these, the Oriental/Australian type, circulates throughout most of the Australian continent, whereas the recently identified south-west (SW) genetic type appears to be restricted to a distinct geographic region located in the temperate south-west of Australia. We have now determined the complete nucleotide and translated amino acid sequences of a SW isolate of SIN virus (SW6562) and performed comparative analyses with other SIN viruses at the genomic level. The genome of SW6562 is 11,569 nucleotides in length, excluding the cap nucleotide and poly (A) tail. Overall this virus differs from the prototype SIN virus (strain AR339) by 23% in nucleotide sequence and 12.5% in amino acid sequence. Partial sequences of four regions of the genome of four SW isolates were determined and compared with the corresponding sequences from a number of SIN isolates from different regions of the World. These regions are the non-structural protein (nsP3), the E2 gene, the capsid gene, and the repeated sequence elements (RSE) of the 3'UTR. These comparisons revealed that the SW SIN viruses were more closely related to South African and European strains than to other Australian isolates of SIN virus. Thus the SW genotype of SIN virus may have been introduced into this region of Australia by viremic humans or migratory birds and subsequently evolved independently in the region. The sequence data also revealed that the SW genotype contains a unique deletion in the RSE of the 3'UTR region of the genome. Previous studies have shown that deletions in this region of the SIN genome can have significant effects on virus replication in mosquito and avian cells, which may explain the restricted distribution of this genotype of SIN virus.

Surveillance for European bat lyssavirus in Swiss bats.

Most countries in Western Europe are currently free of rabies in terrestrial mammals. Nevertheless, rabies remains a residual risk to public health due to the natural circulation of bat-specific viruses, such as European bat lyssaviruses (EBLVs). European bat lyssavirus types 1 and 2 (EBLV-1 and EBLV-2) are widely distributed throughout Europe, but little is known of their true prevalence and epidemiology. We report that only three out of 837 brains taken from bats submitted to the Swiss Rabies Centre between 1976 and 2009 were found by immunofluorescence (FAT) to be positive for EBLVs. All three positive cases were in Myotis daubentoni, from 1992, 1993 and 2002. In addition to this passive surveillance, we undertook a targeted survey in 2009, aimed at detecting lyssaviruses in live bats in Switzerland. A total of 237 bats of the species M. daubentoni, Myotis myotis, Eptesicus serotinus and Nyctalus noctula were captured at different sites in western Switzerland. Oropharyngeal swabs and blood from each individual were analysed by RT-PCR and rapid fluorescent focus inhibition test (RFFIT), respectively. RNA corresponding to EBLV-2 was detected from oropharyngeal swabs of a single M. daubentoni bat, but no infectious virus was found. Molecular phylogenetic analysis revealed that the corresponding sequence was closely related to the other EBLV-2 sequences identified in previous rabies isolates from Swiss bats (particularly to that found at Geneva in 2002). Three M. daubentoni bats were found to be seropositive by RFFIT. In conclusion, even though the prevalence is low in Switzerland, continuous management and surveillance are required to assess the potential risk to public health.

Native folding of aggregation-prone recombinant proteins in Escherichia coli by osmolytes, plasmid- or benzyl alcohol-overexpressed molecular chaperones.

When massively expressed in bacteria, recombinant proteins often tend to misfold and accumulate as soluble and insoluble nonfunctional aggregates. A general strategy to improve the native folding of recombinant proteins is to increase the cellular concentration of viscous organic compounds, termed osmolytes, or of molecular chaperones that can prevent aggregation and can actively scavenge and convert aggregates into natively refoldable species. In this study, metal affinity purification (immobilized metal ion affinity chromatography [IMAC]), confirmed by resistance to trypsin digestion, was used to distinguish soluble aggregates from soluble nativelike proteins. Salt-induced accumulation of osmolytes during induced protein synthesis significantly improved IMAC yields of folding-recalcitrant proteins. Yet, the highest yields were obtained with cells coexpressing plasmid-encoded molecular chaperones DnaK-DnaJ-GrpE, ClpB, GroEL-GroES, and IbpA/B. Addition of the membrane fluidizer heat shock-inducer benzyl alcohol (BA) to the bacterial medium resulted in similar high yields as with plasmid-mediated chaperone coexpression. Our results suggest that simple BA-mediated induction of endogenous chaperones can substitute for the more demanding approach of chaperone coexpression. Combined strategies of osmolyte-induced native folding with heat-, BA-, or plasmid-induced chaperone coexpression can be thought to optimize yields of natively folded recombinant proteins in bacteria, for research and biotechnological purposes.

Molecular markers reveal cryptic sex in the human pathogen Coccidioides immitis.

Coccidioides immitis, cause of a recent epidemic of "Valley fever" in California, is typical of many eukaryotic microbes in that mating and meiosis have yet to be reported, but it is not clear whether sex is truly absent or just cryptic. To find out, we have undertaken a population genetic study using PCR amplification, screening for single-strand conformation polymorphisms, and direct DNA sequencing to find molecular markers with nucleotide-level resolution. Both population genetic and phylogenetic analyses indicate that C. immitis is almost completely recombining. To our knowledge, this study is the first to find molecular evidence for recombination in a fungus for which no sexual stage has yet been described. These results motivate a directed search for mating and meiosis and illustrate the utility of single-strand conformation polymorphism and sequencing with arbitrary primer pairs in molecular population genetics.

A unique substitution at position 333 on the glycoprotein of rabies virus street strains isolated from non-hematophagous bats in Brazil

The amino acid R or K at position 333 on the glycoprotein of the rabies virus is considered necessary for virulence in adult mice. Although some exceptions exist, substitution at this position causes expression of a phenotype that is either less pathogenic or non-virulent. To date, such substitutions have only been found in fixed strains of rabies virus. In this study, the authors found 333H, 333N, and 333Q substitutions at this position in rabies virus street strains isolated from non-hematophagous bats in Brazil. These strains showed pathogenicity and lethality on passage using adult mice with the intracerebral route and were confirmed rabies-positive by immunofluorescent assay. This suggests that these strains maintain virulence. Our findings indicate that rabies virus street strains with these substitutions exist in the field and may result in infection cycles.

Complete genome analysis of a rabies virus isolate from Brazilian wild fox

The complete genome sequence of wild-type rabies virus (RABV) isolated from a wild Brazilian hoary fox (Dusicyon sp.), the BR-Pfx1 isolate, was determined and compared with fixed RABV strains. The genome structure and organization of the BR-Pfx1 isolate were composed of 11,924 nt and included the five standard genes of rhabdoviruses. Sequences of mRNA start and stop signals for transcription were highly conserved among all structural protein genes of the BR-Pfx1 isolate. All amino acid residues in the glycoprotein (G) gene associated with pathogenicity were retained in the BR-Pfx1 isolate, while unique amino acid substitutions were found in antigenic region I of the nucleoprotein gene and III of G. These results suggest that although the standard genome structure and organization of the RABV isolate are common between the BR-Pfx1 isolate and fixed RABV strains, the unique amino acid substitutions in functional sites of the BR-Pfx1 isolate may result in different biological characteristics from fixed RABV strains.

Development and characterisation of recombinant hepatitis delta virus-like particles

Injection of particulate hepatitis B virus surface antigen (HBsAg) in mice leads to the induction of a HBsAg-specific class-I-restricted cytotoxic T lymphocyte (CTL) response. It is proposed that any protein internal to HBsAg will also be able to elicit a specific CTL response. In this study, several carboxy-terminal truncations of hepatitis C virus (HCV) core protein were fused to varying lengths of amino-terminal truncated large hepatitis delta antigen (L-HDAg). These constructs were analysed for their ability to be expressed and the particles secreted in the presence of HBsAg after transfection into HuH-7 cells. The secretion efficiency of the various HCV core-HDAg chimeric proteins was generally poor. Constructs containing full length HDAg appeared to be more stable than truncated versions and the length of the inserted protein was restricted to around 40 amino acids. Thus, the use of L-HDAg as a chimera to package foreign proteins is limited. Consequently, a polyepitope (polytope) containing a B-cell epitope from human papillomavirus (HPV 16) and multiple T-cell epitopes from the HCV polyprotein was used to create the construct, L-HDAg-polyB. This chimeric protein was shown to be reliant on the co-expression of HBsAg for secretion into the cell culture fluid and was secreted more efficiently than the previous HCV core-HDAg constructs. These L-HDAg-polyB virus-like particles (VLPs) had a buoyant density of similar to 1.2 g/cm(3) in caesium chloride and similar to 1.15 g/cm(3) in sucrose. The VLPs were also immunoprecipitated using an anti-HBs but not an anti-HD antibody. Thus, these recombinant VLPs have similar biophysical properties to L-HDAg VLPs.

Macropodid herpesvirus 1 encodes genes for both thymidylate synthase and ICP34.5

Macropodid herpesvirus 1 (MaHV-1) is an unclassified alphaherpesvirus linked with the fatal infections of kangaroos and other marsupials. During the characterisation of the internal repeat region of MaHV-1, an open reading frame (ORF) encoding for thymidylate synthase (TS) gene was identified and completely sequenced. Southern blot analysis confirmed the presence of two copies of the TS gene in the MaHV-1 genome as expected. Computer analysis of the TS ORF showed it was 948 nucleotides in length. A putative polyadenylation signal was identified 17-22 bp inside the ORF implying a minimal or absent 3' untranslated region. The predicted polypeptide was 316 amino acid residues in length and contained the highly conserved motifs for folate binding and F-dUMP binding, typical of all TS enzymes. Interestingly, MaHV-1 TS polypeptide had highest similarity to the human TS polypeptide (81%) compared to the TS polypeptides of other herpesviruses (72-75%). Immediately upstream of the TS gene, a second ORF of 510 bp, encoding a polypeptide with 170 amino acid residues, was identified. The carboxyl domain of this MaHV-1 polypeptide shared 68% similarity to a 59 amino acid motif of human herpesvirus 1 ICP34.5, identifying it as the MaHV-1 ICP34.5 homologue. This is the first report of a herpesvirus that encodes for both TS and ICP34.5.