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Nature Communications 14권, 기사 번호: 4052(2023) 이 기사 인용

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E217은 낭포성 섬유증과 관련된 녹농균을 박멸하기 위한 실험 칵테일에 사용되는 슈도모나스 파지입니다. 여기에서는 극저온 전자 현미경(cryo-EM)을 사용하여 결정된 각각 3.1Å 및 4.5Å 해상도에서 DNA 방출 전후의 전체 E217 비리온의 구조를 설명합니다. 우리는 19개의 고유한 E217 유전자 산물에 대한 새로운 구조를 식별 및 구축하고, 확장 및 수축 상태 모두에서 꼬리 게놈 추출 기계를 해결하고, 66개의 폴리펩티드 사슬로 형성된 베이스플레이트의 전체 아키텍처를 해독합니다. 우리는 또한 E217이 숙주 O-항원을 수용체로 인식한다는 것을 확인하고 O-항원 결합 꼬리 섬유의 N-말단 부분을 해결합니다. 우리는 이 논문에 제시된 E217 디자인 원리가 대장균 T4보다 극적으로 작은 ~1.4 MDa 베이스플레이트를 인코딩하는 Pbunavirus 속의 PB1 유사 Myoviridae 파지 전반에 걸쳐 보존된다고 제안합니다.

박테리오파지 E217은 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)을 감염시키며 갤러리아 멜로넬라(왁스나방) 유충과 척추동물 모델1,2,3에서 P. aeruginosa 감염을 근절하기 위해 개발된 실험적 파지 칵테일의 일부입니다. E217은 ~66.2kbp 게놈1을 특징으로 하는 Pbunavirus 속의 PB1 유사 Myoviridae로, 기존 장내세균 파지 T4(~169kbp)4보다 훨씬 작습니다. PB1 유사 파지는 지구 어디에나 존재하며5, 미국6과 브라질7의 담수뿐만 아니라 유럽8의 하수 및 폐수에서도 발견됩니다. 이 파지는 ~65kbs의 게놈과 고전적인 대장균파지 T4보다 훨씬 단순한 베이스플레이트 복합체를 가지고 있습니다. E217 캡시드의 독특한 5중 꼭지점은 정이십면체 대칭을 깨뜨리는 길고 수축성인 꼬리 장치가 차지합니다9. 꼬리는 독특한 정점에서 캡시드 펜톤을 대체하는 12각형 포털 단백질에 조립되어 바이러스가 DNA10을 포장하고 배출할 수 있는 진입 및 출구 채널을 제공합니다. E217 게놈은 우리가 최근 특성화한 두 개의 터미나제 서브유닛 TerL 및 TerS를 사용하여 미성숙 전구체 캡시드(또는 프로캡시드)로 패키징됩니다. 동시에 베이스플레이트는 추가 요인에 의해 형성된 목을 통해 문맥에 부착된 꼬리관, 외피 단백질 및 섬유를 조립하고 모집합니다.

Myoviridae 어셈블리에 대한 최신 지식은 1세기 이상 광범위하게 연구된 모델 시스템 T4에서 추정됩니다. Myoviridae에서 베이스플레이트는 숙주 표면에 부착, 숙주 내막 침투 및 수축 결합 게놈 방출을 포함한 다양한 활동을 포함하는 다중 하위 단위 복합체입니다. 격리된 T4 베이스플레이트의 아키텍처는 전체 베이스플레이트-꼬리 튜브 복합체를 조립하지만 이를 비리온에 통합하지 못하는 돌연변이(T4-18am-23am)를 활용하여 수축 전후 상태에서 밝혀졌습니다. 16. T4 베이스플레이트는 ~145개의 단백질 분자 복합체를 생성하기 위해 여러 복사본으로 반복되는 15개의 서로 다른 폴리펩티드 사슬로 구성된 ~6 MDa 기계입니다. T4 베이스플레이트는 직경이 ~490Å이며 박테리아 리보솜의 두 배이며 박테리아 세포벽에 파지 부착을 담당하는 짧은 꼬리와 긴 꼬리 섬유를 모두 포함합니다17,18. Huet al. 저온전자단층촬영(cryo-ET)을 사용하여 다양한 감염 단계에서 T4를 분석했습니다. 흥미롭게도 대부분의 긴 꼬리 섬유는 감염 전에 비리온에 대해 뒤로 접혀 있으며 숙주 표면과 직접 상호 작용하지 않습니다. 꼬리 수축의 첫 번째 사건은 베이스플레이트 바닥에서 튀어나온 짧은 꼬리 섬유가 호스트 외부 막에 비가역적으로 결합하여 시스 수축을 유발하는 것입니다. 이 사건은 후속 게놈 방출과 함께 꼬리관을 주변세포질로 몰아넣습니다. 숙주 막 천공에는 게놈 전위에만 필요한 양성자 원동력이 필요하지 않습니다.