파지 SU10의 꼬리 단백질은 게놈 전달을 위해 노즐로 재구성됩니다.

Nature Communications 13권, 기사 번호: 5622(2022) 이 기사 인용

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Escherichia coli 파지 SU10은 짧은 비수축성 꼬리를 가진 Caudoviricetes 파지 클래스의 Kuravirus 속에 속합니다. 다른 짧은 꼬리를 가진 파지와 달리 쿠라바이러스의 꼬리는 세포 부착 시 길어집니다. 여기서 우리는 SU10의 비리온이 게놈과 방출 단백질을 포함하는 연장된 머리와 포털, 어댑터, 노즐 및 꼬리 바늘 단백질로 구성되고 길고 짧은 섬유로 장식된 꼬리를 가지고 있음을 보여줍니다. 긴 꼬리 섬유가 외부 박테리아 막의 수용체에 결합하면 노즐 단백질의 직선화와 짧은 꼬리 섬유의 회전이 유도됩니다. 재배열 후 노즐 단백질과 짧은 꼬리 섬유가 교대로 꼬리를 28nm 확장하는 노즐을 형성합니다. 그 후, 꼬리 바늘이 노즐 단백질에서 분리되고 5가지 유형의 방출 단백질이 SU10 헤드에서 방출됩니다. 방출 단백질에 의해 형성된 것으로 추정되는 연장선이 있는 노즐은 SU10 게놈을 박테리아 세포질로 전달할 수 있습니다. 꼬리 노즐의 형성을 포함하는 이러한 게놈 전달 메커니즘이 모든 Kuravirus에 사용되는 것 같습니다.

Kuravirus 속의 파지는 짧은 비수축성 꼬리를 가진 Caudoviricetes 파지 클래스에 속합니다1. Escherichia coli 파지 SU10을 포함한 Kuraviruses는 50개 이상의 단백질을 암호화하는 75-80,000 염기쌍을 가진 큰 게놈으로 인해 짧은 꼬리 파지와 구별됩니다 2,3,4. Kuravirus는 용해성이고 그 중 일부는 복제 주기가 짧고 많은 자손을 생산하므로 E. coli의 병원성 균주에 대한 파지 치료에 사용할 수 있습니다5,6,7. Kuravirus 속의 파지 ES17을 포함하는 파지 칵테일이 전립선 및 요로의 대장균 감염을 치료하기 위한 사례 연구에서 사용되었습니다8.

쿠라바이러스의 게놈은 5중 대칭과 꼬리 축 방향의 신장을 특징으로 하는 장형 머리에 수용됩니다2,3. 꼬리가 달린 파지의 게놈은 캡시드의 5중 꼭지점 중 하나에서 캡시드 단백질의 오량체를 대체하는 포털 단백질의 12량체에 의해 형성된 채널을 통해 분자 모터에 의해 미리 형성된 프로헤드로 포장됩니다. 파지 꼬리는 포털 복합체9에 부착되어 있습니다. 그람 음성 박테리아를 감염시키는 짧은 꼬리를 가진 파지의 일반적인 꼬리 구성 요소는 어댑터 단백질, 주요 꼬리 단백질, 꼬리 바늘 단백질 및 꼬리 섬유입니다. 꼬리 섬유는 박테리아에 대한 파지의 초기 결합을 가능하게 하는 반면, 꼬리 바늘은 숙주 세포의 외막 침투를 담당합니다. 대부분의 짧은 꼬리가 달린 파지의 머리에는 방출 단백질이 포함되어 있어 파지 게놈을 숙주 세포로 전달할 수 있습니다. 방출 단백질은 박테리아 세포벽에 걸쳐 꼬리를 늘리는 전위 복합체를 형성합니다 16,17,18,19. 파지 헤드 내부의 압력은 게놈의 30-50%를 박테리아 세포로 방출할 수 있게 합니다20,21,22. 그러나 파지 헤드와 박테리아 세포질 내부의 압력이 균등화된 후에 나머지 DNA는 또 다른 메커니즘에 의해 박테리아로 전달되어야 합니다. 음성 염색 전자 현미경을 사용하여 파지 SU10은 이전에 포도비리다에(Podoviridae) 과로 분류된 대부분의 파지보다 더 긴 꼬리를 갖고 있으며 꼬리가 박테리아에 결합할 때 구조적 변화를 겪는다는 것이 밝혀졌습니다2.

여기에서 우리는 박테리오파지 SU10의 비리온 및 게놈 방출 중간체의 저온 전자 현미경(cryo-EM) 구조와 대장균 세포에 대한 부착의 저온 전자 단층 촬영(cryo-ET) 특성화를 제시합니다. 호스트에 결합한 후 SU10 꼬리, 노즐 단백질 및 단섬유가 재배열되어 꼬리를 확장하는 노즐을 형성합니다. 쿠라바이러스는 꼬리 단백질에서 70% 이상의 서열 유사성을 공유합니다. 따라서 꼬리 노즐의 형성과 관련된 이러한 게놈 전달 메커니즘은 모든 Kuravirus는 아니지만 대부분에서 사용되는 것으로 보입니다.