ファージSU10の尾部タンパク質がゲノム送達のためにノズル内に再編成される

Nature Communications volume 13、記事番号: 5622 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

大腸菌ファージ SU10 は、短い非収縮性尾部を持つファージのクラス Caudoviricetes のクラウイルス属に属します。 他の短い尾を持つファージとは対照的に、クラウイルスの尾は細胞に付着すると伸長します。 今回我々は、SU10のビリオンが、ゲノムタンパク質と射出タンパク質を含む扁長の頭部と、門脈、アダプター、ノズル、尾針タンパク質で形成され、長繊維と短繊維で装飾された尾部を持っていることを示す。 長い尾部繊維が細菌の外膜の受容体に結合すると、ノズルタンパク質の直線化と短い尾部繊維の回転が誘導されます。 再配置後、ノズルタンパク質と短い尾部繊維が交互に並び、尾部を 28 nm 伸ばすノズルを形成します。 続いて尾針がノズルタンパク質から外れ、SU10ヘッドから5種類の射出タンパク質が放出されます。 射出タンパク質によって形成された推定上の拡張部を備えたノズルにより、SU10 ゲノムを細菌の細胞質に送達することができます。 尾ノズルの形成を含むこのゲノム送達機構は、すべてのクラウイルスで採用されている可能性があります。

クラウイルス属のファージは、短い非収縮性尾部を持つファージのカウドビリセテス綱に属します1。 大腸菌ファージ SU10 を含むクラウイルスは、50 を超えるタンパク質をコードする 75 ～ 80,000 塩基対の大きなゲノムによって、尾の短いファージと区別されます 2、3、4。 クラウイルスは溶解性であり、その一部は複製サイクルが短く、豊富な子孫を産生するため、病原性大腸菌株に対するファージ療法での使用の候補となっています 5,6,7。 クラウイルス属のファージ ES17 を含むファージ カクテルは、前立腺および尿路の大腸菌感染症を治療するためのケーススタディで使用されました 8。

クラウイルスのゲノムは、5 回の対称性と尾軸方向の伸長を特徴とする扁長の頭部に収容されています 2,3。 尾部ファージのゲノムは、キャプシドの 5 つの頂点の 1 つでキャプシドタンパク質の 5 量体を置き換える門脈タンパク質の 12 量体によって形成されるチャネルを介して、分子モーターによってあらかじめ形成されたプロヘッドにパッケージングされます。 ファージの尾部はポータル複合体に付着しています9。 グラム陰性菌に感染する短い尾部を持つファージの一般的な尾部構成要素は、アダプタータンパク質、主要尾部タンパク質、尾部針タンパク質、および尾部繊維である10。 尾部繊維はファージの細菌への最初の結合を可能にし11、12、13、尾部針は宿主細胞の外膜の貫通を担当します14、15。 ほとんどの尾部の短いファージの頭部には排出タンパク質が含まれており、これによりファージゲノムの宿主細胞への送達が可能になります。 駆出タンパク質は、尾部を伸長させて細菌の細胞壁にまたがる転座複合体を形成する16、17、18、19。 ファージヘッド内の圧力により、ゲノムの 30 ～ 50% が細菌細胞内に排出されます 20、21、22。 しかし、ファージ頭部と細菌の細胞質内の圧力が等しくなった後は、残りの DNA を別の機構によって細菌に送達する必要があります 21、23、24。 ネガティブ染色電子顕微鏡を使用して、ファージ SU10 はこれまでポドウイルス科に分類されていたほとんどのファージよりも長い尾部を持ち、細菌に結合すると尾部の構造変化が起こることが示されています 2。

今回我々は、バクテリオファージ SU10 のビリオンとゲノム放出中間体のクライオ電子顕微鏡 (cryo-EM) 構造と、大腸菌細胞への付着のクライオ電子断層撮影 (cryo-ET) の特性評価を紹介します。 宿主に結合した後、SU10 尾部、ノズルタンパク質、および短繊維が再配置されて、尾部を伸ばすノズルを形成します。 クラウイルスは、尾部タンパク質において 70% 以上の配列類似性を共有しています。 したがって、尾ノズルの形成を含むこのゲノム送達機構は、すべてではないにしても、ほとんどのクラウイルスで採用されている可能性があります。