PMC (Nederlands)
EMBO J 28, 821-829 (2009); gepubliceerd online 8 April 2009
virussen zijn minuscule infectieuze deeltjes samengesteld uit een proteïnecoating en een nucleïnezuurkern. Ze bestaan in een grote verscheidenheid aan vormen en infecteren vrijwel alle levende wezens: dieren, planten, insecten en bacteriën. Inzicht in het infectieproces kan nieuwe therapeutische strategieën voor virale en bacteriële ziekten en voedselbehoud vergemakkelijken. Een artikel van Aksyuk et al (2009) gepubliceerd in dit nummer werpt licht op het nog steeds mysterieuze infectieproces., Het rapporteert de eerste kristalstructuur van een significant deel van de bacteriofagen T4 staartschede proteã ne. Samen met montage in bestaande cryo-EM reconstructies, stelt het een mechanisme van genoomlevering in de gastheercel voor de myoviridae Fagen voor.
virussen kunnen worden beschouwd als mobiele genetische deeltjes, die instructies bevatten voor de voortplanting met behulp van vreemde cellulaire bronnen. De hoeveelheid virussen in de biosfeer is enorm, variërend in hun virion-vormen, genomen en levensstijl., De classificatie van virussen wordt bepaald door gastheervoorkeur, virale morfologie, genoomtype en hulpstructuren zoals staarten of enveloppen. Virusdeeltjes buiten een gastheercel (zogenaamde virionen) zijn inerte entiteiten met een genoom omgeven door een beschermende vacht.
virussen die bacteriën aanvallen werden ‘bacteriofagen’ genoemd. De term faag is afkomstig van het Griekse fagein, wat vertaald wordt als ‘eten’., De cyclus van de faagbesmetting schijnt eenvoudig maar uiterst efficiënt te zijn: één enkele faag injecteert zijn genoom in een bacteriële cel, schakelend het programma van de cellen in zijn voordeel zodat zal de gastheercel uiteindelijk sterven en ongeveer 100 nieuwe faagdeeltjes vrijgeven. Studies van bacteriofagen werden een essentieel onderdeel van de biologie omdat hun alomtegenwoordigheid nauw verbonden was met bacteriën. De Analyses van de opeenvolgingen van het bacteriofaaggenoom verstrekken de gelegenheid om basisprincipes van genoomorganisatie, co-evolutie, evenals model te identificeren en hun genoom te wijzigen., Nieuwe studies over de levenscyclus van de faag zullen niet alleen de interactie met biologische barrières tijdens virale transmissie en aanpassing op hoog niveau onthullen, maar kunnen ook helpen om ernstige klinische problemen veroorzaakt door het optreden van multi-resistente bacteriën, de zogenaamde ‘superbugs’ te overwinnen. Dit vermoeden is gebaseerd op het feit dat Fagen die bepaalde bacteriën infecteren deze kunnen herkennen en infecteren ondanks hun resistentie tegen antibiotica. Exponentiële effecten van faaggroei in cellen zijn inderdaad zeer belangrijk gebleken bij de bestrijding van bacteriële ziekten.,
De caudoviralesorde van bacteriofagen wordt gekenmerkt door dubbelstrengs DNA (dsDNA)-genomen, die 18 tot 500 kb lang kunnen zijn. De Fagen, behorend tot Caudovirales, zijn goed voor 95% van alle Fagen die in de wetenschappelijke literatuur worden vermeld, en vertegenwoordigen hoogstwaarschijnlijk de meerderheid van de Fagen op de planeet (Ackermann, 2006). Hoewel de sequenties van het genoom aanzienlijk variëren, hebben de virusdeeltjes van deze groep een vergelijkbare organisatie: elk virion heeft een veelvlak, voornamelijk icosahedraal, kop (capside) dat een genoom bevat., De kop is gebonden aan een staart door middel van een connector, en het Verre uiteinde van de staart is uitgerust met een speciaal systeem voor het doorboren van een bacterieel membraan. De bacteriofaagstaart en zijn verwante structuren zijn essentiële hulpmiddelen van de faag tijdens infectiviteitsproces die de ingang van het virale nucleic zuur in de gastheercel beveiligen.
Rossmann ‘ s groep is al vele jaren betrokken bij de analyse van verschillende virussen en een belangrijk deel van hun onderzoek is gewijd aan het bacteriële virus T4 dat behoort tot de familie Myoviridae (Ackermann, 2006)., Myoviridae zijn een familie van bacteriofagen met contractiele staarten, bestaande uit ∼25% van alle bekende faagpopulaties. Staartcontractie is een essentiële fase van cellulaire infectie door deze Fagen, resulterend in het drukken van de centrale staartbuis door de buitenste celmembraan vergelijkbaar met een spuit, waardoor een kanaal voor DNA-ejectie van de capside en in de gastheercel (figuur 1; Leiman et al, 2003).
bacteriofaag T4. Het linker paneel illustreert de faag in de verlengde toestand, terwijl het rechter paneel de faag in de gecontracteerde toestand toont., Het middelste paneel toont vergrote fragmenten van de staart, zowel in verlengde als in gecontracteerde toestand; het bovenste deel van het middelste paneel toont de montage van de Röntgenstructuur in EM-kaart. Subeenheden die in het rood zijn geschaduwd tonen hun herschikking in dezelfde spiraalvormige streng (aangepast aan figuren die zo vriendelijk zijn geleverd door Petr Leiman en Michael Rossmann).
Tailed dsDNA Fagen worden gekarakteriseerd door hun futiliteit voor kristallisatiestudies, hoewel kristalstructuren van sommige individuele eiwitcomponenten zijn bepaald voor T4 bacteriofaag door het Rossmann lab., De structurele studies van andere Fagen van de familie Myoviridae werden belemmerd door variatie en diversiteit in de aminozuuropeenvolgingen onder de staart bacteriofagen, die voorspelling van de structurele organisatie van fagenelementen onbetrouwbaar maakten. Cryo-EM werd de enige beschikbare tool die structureel inzicht bij subnanometerresolutie mogelijk maakte (6-10 Å; Jiang et al, 2006; Lander et al, 2008). Het combineren van EM en kristallografie maakte ook de identificatie mogelijk van de T4 bacteriofaag baseplate eiwitten, lange en korte vezels en het capside eiwit (Leiman et al, 2004; Kostyuchenko et al, 2005).,
het nieuwe werk van Aksyuk en coauteurs dat in dit nummer van het Embo Journal wordt gepubliceerd, bevordert ons begrip van dit complexe biologische systeem. Met behulp van een soortgelijke hybride aanpak, aksyuk et al (2009) lossen hier de kristalstructuur van een klein protease-resistent fragment (gp18PR) van de schede eiwit gp18. Gebruikend moleculaire vervanging, bepalen zij verder de structuur van de grotere proteã ne gp18m die drie van de vier domeinen van de proteã ne omvat., Montage van het gp18m atomaire model in bestaande EM-kaarten maakte lokalisatie van de individuele eiwit subeenheden in de staartschede mogelijk en identificeerde ook conformationele veranderingen tijdens staartcontractie (centraal paneel in Figuur 1). Deze resultaten stellen de interactie van subeenheden binnen de staart voor, en verstrekken een mechanistische mening over de de samentrekking van de phagestaart tijdens het besmettingsproces.,
Deze eerste bepaling van de eiwitstructuur van de staartschede, samen met de vergelijkende modelleringsbenadering, werpt licht op het proces van T4-bacteriofaaginfectie en kan op soortgelijke wijze worden toegepast op verwante structurele studies.