Le proteine ​​della coda del fago SU10 si riorganizzano nell'ugello per il rilascio del genoma

Nature Communications volume 13, numero articolo: 5622 (2022) Citare questo articolo

3309 accessi

4 citazioni

27 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

L'Escherichia coli fago SU10 appartiene al genere Kuravirus della classe Caudoviricetes dei fagi con code corte non contrattili. A differenza di altri fagi dalla coda corta, le code dei Kuravirus si allungano quando le cellule si attaccano. Qui mostriamo che il virione di SU10 ha una testa prolata, contenente genoma e proteine ​​di espulsione, e una coda, che è formata da proteine ​​del portale, dell'adattatore, dell'ugello e dell'ago della coda e decorata con fibre lunghe e corte. Il legame delle fibre della coda lunga ai recettori nella membrana batterica esterna induce il raddrizzamento delle proteine ​​dell'ugello e la rotazione delle fibre della coda corta. Dopo la riorganizzazione, le proteine ​​dell'ugello e le fibre corte della coda si alternano per formare un ugello che estende la coda di 28 nm. Successivamente, l'ago della coda si stacca dalle proteine ​​dell'ugello e dalla testa SU10 vengono rilasciati cinque tipi di proteine ​​di espulsione. L'ugello con la presunta estensione formata dalle proteine ​​di espulsione consente il rilascio del genoma SU10 nel citoplasma batterico. È probabile che questo meccanismo di consegna del genoma, che comporta la formazione dell'ugello della coda, sia utilizzato da tutti i Kuravirus.

I fagi del genere Kuravirus appartengono alla classe Caudoviricetes dei fagi con code corte non contrattili1. I Kuravirus, incluso il fago SU10 dell'Escherichia coli, si distinguono tra i fagi dalla coda corta per i loro genomi di grandi dimensioni con 75-80.000 paia di basi che codificano più di 50 proteine ​​2,3,4. I Kuravirus sono litici e alcuni di essi hanno cicli di replicazione brevi e producono un'abbondante progenie, che li rende candidati per l'uso nella terapia fagica contro ceppi patogeni di E. coli5,6,7. Un cocktail di fagi contenente il fago ES17, del genere Kuravirus, è stato utilizzato in un caso di studio per trattare l'infezione da E. coli della prostata e del tratto urinario8.

I genomi dei kuravirus sono ospitati in teste prolate, caratterizzate da quintuplice simmetria e allungamento nella direzione dell'asse della coda2,3. I genomi dei fagi dotati di coda vengono confezionati in pro-teste preformate da motori molecolari attraverso un canale formato dal dodecamero delle proteine ​​portale, che sostituisce un pentamero di proteine ​​del capside in uno dei cinque vertici del capside. Le code dei fagi sono attaccate ai complessi portale9. I componenti comuni della coda dei fagi con coda corta che infettano i batteri Gram-negativi sono le proteine ​​adattatrici, le proteine ​​principali della coda, le proteine ​​dell'ago della coda e le fibre della coda10. Le fibre della coda consentono il legame iniziale dei fagi ai batteri11,12,13, mentre gli aghi della coda sono responsabili della penetrazione della membrana esterna della cellula ospite14,15. Le teste della maggior parte dei fagi dalla coda corta contengono proteine ​​di espulsione, che consentono il rilascio dei genomi dei fagi nelle cellule ospiti. Le proteine ​​di espulsione formano un complesso di traslocazione che allunga la coda per estendersi sulla parete cellulare batterica 16,17,18,19. La pressione all'interno della testa del fago consente l'espulsione del 30–50% del genoma in una cellula batterica20,21,22. Tuttavia, dopo aver equalizzato le pressioni all'interno della testa del fago e del citoplasma batterico, la parte rimanente del DNA deve essere trasportata nel batterio mediante un altro meccanismo21,23,24. È stato dimostrato, utilizzando la microscopia elettronica a colorazione negativa, che il fago SU10 ha una coda più lunga della maggior parte dei fagi precedentemente classificati nella famiglia Podoviridae e che la coda subisce un cambiamento conformazionale quando si lega ai batteri2.

Qui presentiamo le strutture della microscopia crioelettronica (crio-EM) del virione e dell'intermedio di rilascio del genoma del batteriofago SU10 e la caratterizzazione della tomografia crioelettronica (crio-ET) del suo attaccamento alle cellule di E. coli. Dopo essersi legati all'ospite, la coda SU10, le proteine ​​dell'ugello e le fibre corte si riorganizzano per formare un ugello che estende la coda. I Kuravirus condividono più del 70% di somiglianza di sequenza nelle proteine ​​della coda. Pertanto, è probabile che questo meccanismo di consegna del genoma, che coinvolge la formazione dell'ugello della coda, sia utilizzato dalla maggior parte, se non da tutti i Kuravirus.