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EMBO J28,821-829(2009);published online8April2009

ウイルスは、タンパク質コートと核酸コアからなる極めて小さな感染性粒子である。 彼らは多種多様な形で存在し、動物、植物、昆虫、細菌など、実際にすべての生き物に感染します。 感染プロセスへの洞察は、ウイルスおよび細菌性疾患の新しい治療戦略および食品保存を促進する可能性がある。 この問題に掲載されたAksyuk et al(2009)による記事は、まだ神秘的な感染プロセスに光を当てています。, これは、バクテリオファージT4テールシースタンパク質のかなりの部分の最初の結晶構造を報告します。 既存のcryo-EM再構成へのフィッティングとともに、これはミオウイルス科ファージの宿主細胞へのゲノム送達のメカニズムを示唆している。

ウイルスは、外来の細胞資源を使用して自分自身を再生するための指示を含む、移動性遺伝子粒子とみなすことができる。 生物圏に存在するウイルスの量は膨大であり、そのウイルスの形状、ゲノムおよびライフスタイルが異なる。, 分類のウイルス定義がすでにホストの選好、ウイルスの形態、ゲノムタイプの補助などの構造物っぽがあった。 宿主細胞外のウイルス粒子(いわゆるビリオン)は、保護コートに囲まれたゲノムを有する不活性な実体である。

細菌を攻撃するウイルスは”バクテリオファージ”と命名されました。 ファージという用語は、ギリシャ語のphageinに由来し、これは”食べる”と解釈されます。, ファージ感染サイクルは単純だが非常に効率的であると思われる:単一のファージは、そのゲノムを細菌細胞に注入し、その好意で細胞”プログラムを切り替えるので、宿主細胞は最終的に死んで約100の新しいファージ粒子を放出する。 バクテリオファージの研究は、その遍在性が細菌と密接に関連していたため、生物学の重要な部分となった。 バクテリオファージのゲノム配列の解析は、ゲノム組織、共進化の基本原則を特定し、それらのゲノムをモデル化および改変する機会を提供する。, ファージのライフサイクルに関する新しい研究は、ウイルス伝達および高レベルの適応中の生物学的障壁との相互作用を明らかにするだけでなく、 この推定は、特定の細菌に感染するファージが、その抗生物質耐性にもかかわらず、これらを認識して感染する可能性があるという事実に基づいている。 実際、指数の影響ファージの成長細胞に実績のある非常に重要な対策に細菌性の疾病をいう。,

バクテリオファージのCaudovirales順序は、18から500kbの長さのサイズであり得る二本鎖DNA(dsDNA)ゲノムによって特徴付けられる。 Caudoviralesに属するファージは、科学文献で報告されているすべてのファージの95%を占めており、地球上のファージの大部分を占めている可能性が最も高い(Ackermann、2006)。 ゲノム配列はかなり異なるが、このグループのウイルス粒子は非常によく似た組織を持っている:各ビリオンは、ゲノムを含む多面体、主に二十面体、頭部(キャプシド)を持っている。, 頭部はコネクタを介して尾部に結合され、尾部の遠端には細菌膜を穿孔するための特別なシステムが装備されている。 バクテリオファージの尾およびその関連構造は、宿主細胞へのウイルス核酸の侵入を確保する感染プロセス中のファージの不可欠なツールである。

Rossmannのグループは、さまざまなウイルスの分析に長年にわたって関与しており、彼らの研究の重要な部分は、ミオウイルス科に属する細菌ウイルスT4(Ackermann、2006), ミオウイルス科は、すべての既知のファージ集団の≥25%を構成する収縮尾を有するバクテリオファージの家族である。 尾部収縮は、これらのファージによる細胞感染の必須段階であり、その結果、注射器のような外側の細胞膜を介して中央尾部管を押し、それによってキャプシドからおよび宿主細胞へのDNA放出のためのチャネルを作り出す(図1;Leiman et al,2003)。

バクテリオファージT4. 左のパネルは拡張状態のファージを示し、右のパネルは収縮した状態のファージを示しています。, 中央のパネルは、拡張および収縮の両方の状態で尾の拡大断片を示し、中央のパネルの上部は、EMマップへのX線構造のフィッティングを示しています。 赤で覆われたサブユニットは、同じヘリカルストランドでの転位を示している(Petr LeimanとMichael Rossmannによって親切に提供された図から適応されている)。いくつかの個々のタンパク質成分の結晶構造は、T4バクテリオファージのRossmann研究室によって決定されているが、尾dsDNAファージは、結晶化試験のためのそれらの無, ミオウイルス科の他のファージの構造研究は、尾部バクテリオファージ間のアミノ酸配列の変化と多様性によって妨げられ、ファージ要素の構造組織化の予測は信頼できないものであった。 Cryo-EMは、サブナノメーター分解能で構造的洞察を可能にする唯一の利用可能なツールとなった(6-10Å;Jiang et al,2006;Lander et al,2008)。 EMと結晶学を組み合わせることで、T4バクテリオファージベースプレートタンパク質、長繊維と短繊維、およびキャプシドタンパク質の同定も可能になった(Leiman et al、2004;Kostyuchenko et al、2005)。,

Emboジャーナルのこの号に掲載されたAksyukと共著者による新しい研究は、この複雑な生物学的システムの理解をさらに進めます。 同様のハイブリッドアプローチを用いて、Aksyukら(2009)は、ここで鞘タンパク質gp18の小さなプロテアーゼ耐性フラグメント(gp18PR)の結晶構造を解決します。 分子置換を用いて、彼らはさらに、タンパク質の四つのドメインの三つを含むより大きなgp18Mタンパク質の構造を決定する。, Gp18M原子モデルを既存のEMマップにフィッティングすることにより、尾鞘内の個々のタンパク質サブユニットの局在が可能になり、尾収縮中のコンフォメーション変化も同定された(図1の中央パネル)。 これらの結果は,尾部内のサブユニットの相互作用を示唆し,感染過程におけるファージ尾部収縮に関する機械論的な見解を提供する。,

この最初の尾鞘タンパク質構造決定は、比較モデリングアプローチと一緒に、T4バクテリオファージ感染のプロセスに光を当て、同様に関連する構造研究


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