Хвостовые белки фага SU10 реорганизуются в насадку для доставки генома

Nature Communications, том 13, номер статьи: 5622 (2022) Цитировать эту статью

3309 Доступов

4 цитаты

27 Альтметрика

Подробности о метриках

Фаг SU10 Escherichia coli принадлежит к роду Kuravirus из класса Caudoviricetes фагов с короткими несократительными хвостами. В отличие от других фагов с коротким хвостом, хвосты куравирусов удлиняются при прикреплении клеток. Здесь мы показываем, что вирион SU10 имеет вытянутую головку, содержащую геном и белки выброса, и хвост, который образован портальными, адаптерными, насадочными и хвостовыми игольчатыми белками и украшен длинными и короткими волокнами. Связывание длинных хвостовых волокон с рецепторами внешней бактериальной мембраны индуцирует распрямление сопловых белков и вращение коротких хвостовых волокон. После перестройки белки сопла и короткие волокна хвоста чередуются, образуя сопло, удлиняющее хвост на 28 нм. В дальнейшем хвостовая игла отделяется от белков сопла и из головки SU10 высвобождаются пять типов белков выброса. Сопло с предполагаемым расширением, образованным выбрасывающими белками, позволяет доставлять геном SU10 в цитоплазму бактерии. Вероятно, этот механизм доставки генома, включающий образование хвостовой насадки, используется всеми куравирусами.

Фаги рода Kuravirus относятся к классу Caudoviricetes фагов с короткими несокращающимися хвостами1. Куравирусы, в том числе фаг Escherichia coli SU10, выделяются среди короткохвостых фагов крупными геномами с 75–80 000 пар оснований, кодирующими более 50 белков 2,3,4. Куравирусы литические, некоторые из них имеют короткие циклы репликации и дают обильное потомство, что делает их кандидатами для использования в фаговой терапии против патогенных штаммов E. coli5,6,7. Фаговый коктейль, содержащий фаг ES17 из рода Kuravirus, использовался в тематическом исследовании для лечения инфекции E. coli простаты и мочевыводящих путей8.

Геномы куравирусов размещены в вытянутых головках, характеризующихся пятикратной симметрией и удлинением в направлении оси хвоста2,3. Геномы хвостатых фагов упаковываются в предварительно сформированные проголовки молекулярными моторами через канал, образованный додекамером портальных белков, который замещает пентамер капсидных белков в одной из пятикратных вершин капсида. Хвосты фага прикрепляются к портальным комплексам9. Общими компонентами хвоста фагов с короткими хвостами, инфицирующими грамотрицательные бактерии, являются адаптерные белки, основные хвостовые белки, хвостовые игольчатые белки и хвостовые волокна10. Хвостовые волокна обеспечивают первоначальное связывание фагов с бактериями11,12,13, тогда как хвостовые иглы отвечают за проникновение через внешнюю мембрану клетки-хозяина14,15. Головки большинства короткохвостых фагов содержат белки выброса, которые позволяют доставлять фаговые геномы в клетки-хозяева. Белки выброса образуют транслокационный комплекс, который удлиняет хвост, охватывая стенку бактериальной клетки 16,17,18,19. Давление внутри головки фага обеспечивает выброс 30–50% генома в бактериальную клетку20,21,22. Однако после выравнивания давления внутри головки фага и бактериальной цитоплазмы оставшаяся часть ДНК должна быть доставлена ​​в бактерию другим механизмом21,23,24. С помощью электронной микроскопии с отрицательным окрашиванием было показано, что фаг SU10 имеет более длинный хвост, чем большинство фагов, ранее отнесенных к семейству Podoviridae, и что хвост претерпевает конформационные изменения при связывании с бактериями2.

Здесь мы представляем криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ) структуры вириона и промежуточного продукта высвобождения генома бактериофага SU10 и характеристику криоэлектронной томографии (крио-ЭТ) его прикрепления к клеткам E. coli. После связывания с хозяином хвост SU10, белки насадки и короткие волокна перестраиваются, образуя насадку, расширяющую хвост. Куравирусы имеют сходство последовательностей хвостовых белков более чем на 70%. Следовательно, вполне вероятно, что этот механизм доставки генома, включающий образование хвостовой насадки, используется большинством, если не всеми куравирусами.