海洋性ローズファージの構造と提案されている DNA 送達機構

Apr 10, 2024

Nature Communications volume 14、記事番号: 3609 (2023) この記事を引用

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14 オルトメトリック

メトリクスの詳細

尾部バクテリオファージ (カウドウイルス目) が全ファージの大部分を占めます。 しかし、シホファージの長くて柔軟な尾部は、ウイルス遺伝子送達のメカニズムの包括的な研究を妨げています。 今回我々は、ロゼオバクターに感染する海洋シフォファージ、vB_DshS-R4C (R4C) の尾部機械の原子キャプシドとその場構造を報告する。 R4C ビリオンは 12 の異なる構造タンパク質成分で構成され、ゲノム送達を可能にする正二十面体キャプシドの独特な 5 重頂点を持っています。 尾管タンパク質の特定の位置と相互作用パターンは、R4C の非典型的な長くて硬い尾部を決定し、さらに尾管内に負電荷の分布をもたらします。 ラチェット機構は DNA 伝達を支援します。DNA 伝達は、構造的にファージ様粒子 RcGTA に似た吸収装置によって開始されます。 全体として、これらの結果は、生態学的に重要なシホファージの無傷の構造と基礎となる DNA 送達メカニズムについての深い知識を提供します。

生物圏で最も豊富な生物形態であるバクテリオファージは、微生物の多様性の形成、遺伝子交換の仲介、および生物地球化学元素の周期の調節に大きく貢献しています1、2、3、4。 既知のファージはすべて、ゲノムをカプセル化するためのタンパク質性キャプシドを有しており、ほとんどのファージは、ゲノム転座のための細胞エンベロープ上の入口点を認識して開くための特殊な尾部装置を展開しています5、6、7、8。 尾部ファージ (カウドウイルス目) は 3 つの異なるタイプに分類できます。 短い尾を持つポドファージ（例：P22、T7）。 長い非収縮性の尾を持つシホファージ（例：SPP1、λ）9。

ほとんどの尾部ファージは、主に主要キャプシドタンパク質 (MCP) の複数のコピーによって形成される正二十面体キャプシドを持っています。 シホファージ HK97 の最初の構造が解明され、HK97 フォールドと呼ばれる新しいタンパク質フォールドが同定されました。このフォールドは、その後、配列同一性が低いにもかかわらず、他のさまざまなファージやヘルペスウイルスのキャプシドタンパク質で発見されました 10。 尾部のあるファージのキャプシドでは、5 つの頂点のうちの 1 つが、ファージの尾部に接続するポータル複合体に置き換えられます。 ポドファージは完成した頭部にずんぐりした尾を順番に組み立てますが、ミオファージとシホファージは別個のファージ組み立て経路を持ち、より洗練された尾は複数の尾構成要素が厳密な順序で相互作用することによって形成され、頭と尾のコネクターを介してファージキャプシドに接続します11。 12. シホファージとミオファージは共通の尾結合機構を共有しており、ポータルを拡張するか可逆的に閉じるかに基づいてアダプターまたはストッパーとして区別される 2 つの基本的な頭部完成タンパク質を備えています 12,13。 尾部の集合体では、最初に吸収装置が形成されますが、これは特異的認識と宿主受容体（リポ多糖、テイコ酸、ポーリンなど）との不可逆的相互作用に特化しており 14,15,16 、単純な尾繊維から複雑な構造まで複雑さが大きく異なります。テールスパイクまたはベースプレート7、17、18、19。 次に、この装置は円筒形の尾部の重合を開始します。この尾部は 3 つの必須コンポーネントで構成されます。1 つはターミネータータンパク質で覆われた尾管タンパク質 (TTP) の積み重ねられたリングで構築された中心コアで、その内側に巻尺タンパク質 (TMP) が配置されています 11。 20、21、22、23、24。 ファージの DNA 送達とウイルス集合のメカニズムの大まかな考え方は解明されていますが、ファージ尾部の構造的および遺伝的多様性を考慮すると、ファージの集合、感染、および DNA 送達に関連する正確なプロセスは、ほとんどのファージにとって依然としてとらえどころのないままです。

ロゼオバクタークレードは、沿岸および外海、表層および深海、堆積物に広く分布する主要な海洋細菌グループであり、地球規模の生物地球化学的気候において重要です25、26、27、28。 したがって、Roseobacter クレードに感染するファージ (ローズオファージ) は海洋に広く分布しており、Roseobacter クレードの生物学、生態学、生物地球化学に影響を与える主要な生物因子と考えられています 29,30,31。 これまでに、50 を超えるローズオーファージが単離され、配列決定されていますが、構造的に特徴づけられたものはありません 32。 我々は最近、ロゼオバクタークレードのグラム陰性αプロテオバクテリアの遍在性グループであるディノロセオバクター・シバエDFL12Tに感染する可能性がある新規ロゼオファージvB_DshS-R4C (R4C)33の特徴を明らかにした34。 R4C ファージは、系統発生解析および比較ゲノム解析によって決定されたように、シホファージ ファミリーの別個のメンバーであることが判明しました 33。