소식

Jan 07, 2024

박테리아 바이러스 게놈 게이트키퍼의 CryoEM 구조 및 조립 메커니즘

네이처커뮤니케이션즈 볼륨

Nature Communications 13권, 기사 번호: 7283(2022) 이 기사 인용

1798 액세스

1 인용

2 알트메트릭

측정항목 세부정보

수많은 바이러스는 나중에 닫히는 포털 게이트키퍼를 통해 dsDNA 게놈을 미리 형성된 캡시드로 패키지합니다. 우리는 단일 입자 저온 전자 현미경으로 얻은 2.7Å 해상도의 DNA 패키징 후 상태에서 박테리오파지 SPP1(gp612gp1512gp166)의 DNA 게이트키퍼 복합체의 구조를 보고합니다. 기본 SPP1 복합체와 개별 구성 요소의 조립이 불가능한 구조를 비교하면 조립으로 이어지는 구조 변화의 복잡한 프로그램이 밝혀졌습니다. DNA 포장 후 gp15는 C 말단을 통해 올리고머화를 위해 gp15 하위 단위를 위치시키는 gp6 올리고머에 결합합니다. Gp15는 내부 루프를 다시 접어서 6개의 gp16 하위 단위와 다양한 유형의 접촉을 설정하는 하위 단위 간 β-배럴을 생성합니다. Gp16 결합 및 올리고머화는 바이러스 게놈을 캡시드 내부에 유지하기 위해 포털 채널을 닫는 나선의 접힘을 동반합니다. 이러한 조립 메커니즘은 원핵 꼬리 바이러스-헤르페스바이러스 계통의 바이러스에 대해 광범위한 기능적 및 진화적 의미를 갖습니다.

많은 이중 가닥 DNA(dsDNA) 바이러스는 dsDNA가 비리온에 들어가고 나가는 정이십면체 캡시드의 5중 꼭지점 하나에 특수한 포털 복합체를 가지고 있습니다. 꼬리 원핵생물 바이러스와 헤르페스 바이러스는 DNA 포장 이전에 프로캡시드라 불리는 바이러스 캡시드 전구체를 형성합니다. 프로캡시드는 터미나제의 도킹 플랫폼 역할을 하는 내장된 포털 단백질 복합체1,2,3,4,5를 포함합니다. 포털과 터미나제의 복합체는 dsDNA를 프로캡시드로 이동시키는 바이러스 게놈 패키징 모터를 구성합니다. 단단히 포장된 DNA(>400 mg/mL)는 ~60 atm6,7에 도달할 수 있는 캡시드에 압력을 가합니다. 모터에서 터미나제를 분리한 후 포털 꼭지점을 닫아 포장된 바이러스 게놈의 누출을 방지합니다3. 포털 채널의 밀봉은 DNA 트래픽3,8,9,10을 위한 채널을 생성하는 누적된 순환 올리고머로 구성된 꼬리 원핵 바이러스의 커넥터라는 복합체를 조립하기 위해 머리 완성 단백질을 결합함으로써 달성됩니다. 꼬리관에 DNA가 들어가고 감염이 시작될 때 숙주 세포로 전달되기 위해서는 닫힌 커넥터를 여는 것이 필요합니다.

CryoEM 및 X선 구조는 다양한 포털 단백질5,8,11,12,13,14, 어댑터 단백질15과 P22 포털의 복합체 및 이 과정에 참여하는 일부 분리된 단백질에 대해 보고되었습니다3,16,17 ,18,19. CryoEM 연구는 DNA 포장 후 그리고 꼬리가 포털 정점에 부착될 때 조립된 포털 복합체에 대한 더 많은 구조적 정보를 제공했습니다. 그럼에도 불구하고, 바이러스 후 게놈 패키징 상태에서 DNA 게이트키퍼 조립 뒤에 숨은 분자 메커니즘은 아직 알려져 있지 않습니다.

박테리오파지 SPP1에서 gp15 및 gp16 머리 완성 단백질은 DNA 포장 후 12각형 포털 단백질 gp6에 순차적으로 결합합니다. gp15 어댑터 단백질은 gp16 스토퍼 단백질을 결합하여 나중에 고정되는 포털 터널을 확장합니다. 여기서 우리는 2.7Å의 해상도에서 DNA 패키징 후 상태의 902kDa 박테리오파지 SPP1 커넥터의 극저온 구조를 보고합니다. 커넥터는 일치하지 않는 위치에서 주변의 캡시드 단백질 하위 단위를 피하기 위해 꼬리가 없는 DNA로 채워진 캡시드에서 추출되었습니다. 이 전략을 통해 우리는 커넥터 복합체 분석에 이미지 처리를 집중하고 고해상도 구조를 달성할 수 있었습니다. cryoEM 맵 내의 30개 폴리펩티드 사슬에 대한 새로운 추적을 통해 우리는 전체 커넥터 복합체(gp612gp1512gp166)의 원자 모델을 결정할 수 있었습니다. 솔루션에서 커넥터 단백질 구성 요소와 조립되지 않은 상태의 구조적 비교는 바이러스 DNA 게이트키퍼 조립 중에 참여하는 구조적 변화와 다양한 유형의 상호 작용의 순차적 경로를 유추합니다. 이 구조 연구는 꼬리 대칭과 일치하도록 커넥터 내에서 대칭 전환이 어떻게 발생하는지 보여줍니다.