해양 로즈파지의 구조 및 제안된 DNA 전달 메커니즘

Apr 10, 2024

Nature Communications 14권, 기사 번호: 3609(2023) 이 기사 인용

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꼬리 박테리오파지(목, Caudovirales)가 모든 파지의 대부분을 차지합니다. 그러나 사이포파지의 길고 유연한 꼬리는 바이러스 유전자 전달 메커니즘에 대한 포괄적인 조사를 방해합니다. 여기에서는 Roseobacter를 감염시키는 해양 사이포파지 vB_DshS-R4C(R4C)의 꼬리 기계의 원자 캡시드 및 현장 구조를 보고합니다. 12개의 서로 다른 구조적 단백질 구성 요소로 구성된 R4C 비리온은 게놈 전달을 허용하는 정이십면체 캡시드의 독특한 5중 꼭지점을 가지고 있습니다. 꼬리관 단백질의 특정 위치와 상호작용 패턴은 R4C의 비정형적이고 길고 단단한 꼬리를 결정하고 추가로 꼬리관 내에서 음전하 분포를 제공합니다. 래칫 메커니즘은 파지 유사 입자인 RcGTA와 구조적으로 유사한 흡수 장치에 의해 시작되는 DNA 전달을 돕습니다. 전반적으로, 이러한 결과는 생태학적으로 중요한 시포파지에 대한 손상되지 않은 구조와 밑줄 친 DNA 전달 메커니즘에 대한 심층적인 지식을 제공합니다.

생물권에서 가장 풍부한 생물학적 형태인 박테리오파지는 미생물 다양성 형성, 유전자 교환 중재 및 생지화학적 요소 순환 조절에 크게 기여합니다1,2,3,4. 알려진 모든 파지에는 게놈 캡슐화를 위한 단백질성 캡시드가 있으며, 대부분은 게놈 전좌5,6,7,8를 위해 세포 외피의 진입점을 인식하고 열기 위한 특수 꼬리 장치를 배치합니다. 꼬리가 있는 파지(Caudovirales)는 세 가지 별개의 유형으로 분류될 수 있습니다: 수축성 꼬리가 있는 근세포(예: T4, Mu); 꼬리가 짧은 포도파지(예: P22, T7); 긴 비수축성 꼬리를 가진 사이포파지(예: SPP1, λ)9.

대부분의 꼬리가 달린 파지는 주로 주요 캡시드 단백질(MCP)의 여러 복사본으로 형성된 정이십면체 캡시드를 가지고 있습니다. 첫 번째 구조는 시포파지인 HK97에 대해 해결되었으며, 이는 HK97-접기로 불리는 새로운 단백질 접힘을 확인했으며, 이는 낮은 서열 동일성에도 불구하고 다양한 다른 파지 및 헤르페스바이러스의 캡시드 단백질에서 이후에 발견되었습니다. 꼬리가 있는 파지의 캡시드에서 5중 정점 중 하나가 파지 꼬리에 연결되는 포털 복합체로 대체됩니다. Podophage는 완성된 머리에 뭉툭한 꼬리를 순차적으로 조립하는 반면, myophages와 siphophages는 뚜렷한 파지 조립 경로를 가지고 있으며, 보다 정교한 꼬리는 엄격한 순서로 상호 작용하는 여러 꼬리 구성 요소에 의해 형성되어 머리-꼬리 커넥터를 통해 파지 캡시드에 연결됩니다. 12. Siphophages와 myophages는 포털을 확장하거나 가역적으로 닫는지 여부에 따라 어댑터 또는 마개로 구별되는 두 가지 기본 머리 완성 단백질을 사용하여 일반적인 꼬리 결합 기계를 공유합니다12,13. 꼬리 조립의 경우 처음에는 흡수 장치가 형성되는데, 이는 숙주 수용체(예: 지질다당류, 테이코산 및 포린)14,15,16와의 특정 인식 및 돌이킬 수 없는 상호 작용에 전념하며 단순한 꼬리 섬유에서 복잡한 구조에 이르기까지 복잡성이 상당히 다릅니다. 꼬리 스파이크 또는 베이스플레이트7,17,18,19. 그런 다음 장치는 세 가지 필수 구성 요소로 구성된 원통형 꼬리의 중합을 프라이밍합니다. 내부에는 줄자 단백질(TMP)이 위치하는 터미네이터 단백질로 덮인 꼬리 튜브 단백질(TTP)의 쌓인 고리로 만들어진 중앙 코어, 20,21,22,23,24. 파지 꼬리의 구조적, 유전적 다양성을 고려할 때 파지의 DNA 전달 및 바이러스 조립 메커니즘에 대한 대략적인 아이디어가 밝혀졌지만 파지 조립, 감염 및 DNA 전달과 관련된 정확한 과정은 대부분의 파지에서 파악하기 어렵습니다.

Roseobacter 계통군은 연안 및 개방 수역, 표층 및 심해 및 퇴적물에 널리 분포하는 주요 해양 박테리아 그룹이며 전 세계 생지화학적 기후에서 중요합니다25,26,27,28. 따라서 Roseobacter 계통군(roseophage)을 감염시키는 파지는 바다에 널리 퍼져 있으며 Roseobacter 계통군의 생물학, 생태학 및 생지화학에 영향을 미치는 주요 생물적 요인으로 간주됩니다29,30,31. 지금까지 50개 이상의 장미식세포가 분리되고 서열이 분석되었지만 구조적으로 특성화된 것은 하나도 없습니다32. 우리는 최근 Roseobacter clade34의 그람 음성 α-프로테오박테리아의 유비쿼터스 그룹인 Dinoroseobacter shibae DFL12T를 감염시킬 수 있는 새로운 로즈파지 vB_DshS-R4C(R4C)33을 특성화했습니다. R4C 파지는 계통 발생 및 비교 게놈 분석을 통해 결정된 시포파지 계열의 독특한 구성원입니다.