PMC (Français)
EMBO J 28, 821-829 (2009); publié en ligne le 8 avril 2009
les virus sont de minuscules particules infectieuses composées d’une couche protéique et d’un noyau d’acide nucléique. Ils existent sous une grande variété de formes et infectent pratiquement toutes les créatures vivantes: animaux, plantes, insectes et bactéries. Un aperçu du processus d’infection pourrait faciliter de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les maladies virales et bactériennes ainsi que la conservation des aliments. Un article d’Aksyuk et al (2009) Publié dans ce numéro met en lumière le processus d’infection encore mystérieux., Il rapporte la première structure cristalline d’une partie importante de la protéine T4 de la gaine de la queue des bactériophages. Avec les raccords dans les reconstructions cryo-EM existantes, il suggère un mécanisme de livraison du génome dans la cellule hôte pour les phages Myoviridae.
les virus peuvent être considérés comme des particules génétiques mobiles, contenant des instructions pour se reproduire en utilisant des ressources cellulaires étrangères. La quantité de virus qui existent dans la biosphère est énorme, variant dans leurs formes de virion, leurs génomes et leurs modes de vie., La Classification des virus est définie par la préférence de l’hôte, la morphologie virale, le type de génome et les structures auxiliaires telles que les queues ou les enveloppes. Les particules virales à l’extérieur d’une cellule hôte (appelées virions) sont des entités inertes dont le génome est entouré d’une couche protectrice.
les virus qui attaquent les bactéries ont été nommés »bactériophages ». Le terme phage provient du Grec phagein, qui se traduit par »manger »., Le cycle d’infection du phage semble être simple mais extrêmement efficace: un seul phage injecte son génome dans une cellule bactérienne, changeant le programme des cellules en sa faveur afin que la cellule hôte finisse par mourir et libère environ 100 nouvelles particules de phage. L’étude des bactériophages est devenue un élément essentiel de la biologie car leur omniprésence était étroitement liée aux bactéries. L’analyse des séquences génomiques des bactériophages permet d’identifier les principes de base de l’organisation du génome, de la co-évolution, ainsi que de modéliser et de modifier leur génome., De nouvelles études sur le cycle de vie du phage révéleront non seulement son interaction avec les barrières biologiques lors de la transmission virale et de l’adaptation de haut niveau, mais pourraient également aider à surmonter de graves problèmes cliniques causés par l’apparition de bactéries multirésistantes, les »superbactéries ». Cette présomption repose sur le fait que les phages infectant certaines bactéries peuvent les reconnaître et les infecter malgré leur résistance aux antibiotiques. En effet, les effets exponentiels de la croissance des phages dans les cellules se sont révélés très importants dans la lutte contre les maladies bactériennes.,
L’ordre des bacteriophages Caudovirales est caractérisé par des génomes D’ADN double brin (dsDNA), qui peuvent avoir une taille de 18 à 500 kb de longueur. Les phages, appartenant aux Caudovirales, représentent 95% de tous les phages rapportés dans la littérature scientifique, et représentent très probablement la majorité des phages sur la planète (Ackermann, 2006). Bien que les séquences du génome varient de manière assez significative, les particules virales de ce groupe ont une organisation assez similaire: chaque virion a une tête polyédrique, principalement icosaédrique, (capside) qui contient un génome., La tête est liée à une queue à travers un connecteur, et l’extrémité éloignée de la queue est équipée d’un système spécial pour percer une membrane bactérienne. La queue du bactériophage et ses structures apparentées sont des outils essentiels du phage pendant le processus d’infectiosité sécurisant l’entrée de l’acide nucléique viral dans la cellule hôte.
Le Groupe de Rossmann est impliqué depuis de nombreuses années dans l’analyse de différents virus et une partie importante de ses recherches est consacrée au virus bactérien T4 appartenant à la famille des Myoviridae (Ackermann, 2006)., Les Myoviridae sont une famille de bactériophages à queue contractile, comprenant ∼25% de toutes les populations de phages connues. La contraction de la queue est une phase essentielle de l’infection Cellulaire par ces phages, ce qui entraîne une pression du tube central de la queue à travers la membrane cellulaire externe semblable à une seringue, créant ainsi un canal pour l’éjection de l’ADN de la capside et dans la cellule hôte (Figure 1; Leiman et al, 2003).
Bactériophage T4. Le panneau de gauche illustre le phage dans l’état étendu, tandis que le panneau de droite montre le phage dans l’état contracté., Le panneau central montre des fragments agrandis de la queue à la fois dans des États étendus et contractés; la partie supérieure du panneau central montre l’ajustement de la structure des rayons X dans la carte EM. Les sous-unités ombrées en rouge montrent leur réarrangement dans le même brin hélicoïdal (adapté des figures aimablement fournies par Petr Leiman et Michael Rossmann).
les phages ADnD à queue sont caractérisés par leur inutilité pour les essais de cristallisation, bien que les structures cristallines de certains composants protéiques individuels aient été déterminées pour le bactériophage T4 par le laboratoire Rossmann., Les études structurales d’autres phages de la famille des Myoviridae ont été entravées par la variation et la diversité des séquences d’acides aminés parmi les bactériophages à queue, rendant la prédiction de l’organisation structurale des éléments du phage peu fiable. Cryo-EM est devenu le seul outil disponible qui a permis un aperçu structurel à une résolution subnanométrique (6-10 Å; Jiang et al, 2006; Lander et al, 2008). La combinaison de L’EM et de la cristallographie a également permis d’identifier les protéines de la plaque de base du bactériophage T4, Les fibres longues et courtes ainsi que la protéine de capside (Leiman et al, 2004; Kostyuchenko et al, 2005).,
Les nouveaux travaux d’Aksyuk et de ses co-auteurs publiés dans ce numéro de la revue EMBO font encore progresser notre compréhension de ce système biologique complexe. En utilisant une approche hybride similaire, Aksyuk et al (2009) résolvent ici la structure cristalline d’un petit fragment résistant à la protéase (gp18PR) de la protéine de gaine gp18. En utilisant le remplacement moléculaire, ils déterminent en outre la structure de la plus grande protéine gp18M comprenant trois des quatre domaines de la protéine., L’adaptation du modèle atomique gp18M aux cartes EM existantes a permis de localiser les sous-unités protéiques individuelles dans la gaine de la queue et a également identifié des changements conformationnels lors de la contraction de la queue (panneau central de la Figure 1). Ces résultats suggèrent les interactions des sous-unités au sein de la queue, et fournissent une vue mécaniste sur la contraction de la queue du phage pendant le processus d’infection.,
cette première détermination de la structure des protéines de la gaine de la queue, associée à l’approche de modélisation comparative, met en lumière le processus d’infection par le bactériophage T4 et pourrait également être appliquée à des études structurales connexes.