Structure et mécanisme de délivrance d'ADN proposé d'un rosophage marin

Jun 03, 2023

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 3609 (2023) Citer cet article

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Les bactériophages à queue (ordre Caudovirales) représentent la majorité de tous les phages. Cependant, la longue queue flexible des siphophages empêche une enquête approfondie sur le mécanisme de délivrance des gènes viraux. Nous rapportons ici la capside atomique et les structures in situ de la machine à queue du siphophage marin, vB_DshS-R4C (R4C), qui infecte Roseobacter. Le virion R4C, comprenant 12 composants protéiques structurels distincts, possède un sommet unique quintuple de la capside icosaédrique qui permet la délivrance du génome. La position spécifique et le modèle d'interaction des protéines du tube de queue déterminent la longue queue rigide atypique du R4C et assurent en outre une distribution de charges négatives dans le tube de queue. Un mécanisme à cliquet facilite la transmission de l'ADN, qui est initiée par un dispositif d'absorption qui ressemble structurellement à la particule ressemblant à un phage, RcGTA. Dans l’ensemble, ces résultats fournissent une connaissance approfondie de la structure intacte et soulignent le mécanisme de délivrance de l’ADN pour les siphophages écologiquement importants.

Les bactériophages, les formes biologiques les plus abondantes dans la biosphère, contribuent de manière significative à façonner la diversité microbienne, à méditer les échanges génétiques et à moduler le cycle des éléments biogéochimiques1,2,3,4. Tous les phages connus possèdent une capside protéique pour l'encapsulation du génome et la plupart déploient un appareil de queue spécialisé pour reconnaître et ouvrir un point d'entrée sur l'enveloppe cellulaire pour la translocation du génome5,6,7,8. Les phages à queue (Caudovirales) peuvent être classés en trois types distincts : les myophages, avec une queue contractile (par exemple, T4, Mu) ; podophage, avec une queue courte (par exemple, P22, T7) ; et siphophage, avec une longue queue non contractile (par exemple, SPP1, λ)9.

La plupart des phages à queue ont une capside icosaédrique principalement formée de plusieurs copies des principales protéines de la capside (MCP). La première structure a été résolue pour le siphophage, HK97, et cela a permis d'identifier un nouveau repli protéique appelé repliement HK97, qui a ensuite été découvert dans les protéines de capside de divers autres phages et virus de l'herpès, malgré une faible identité de séquence10. Sur la capside des phages à queue, l'un des cinq sommets est remplacé par un complexe portail qui se connecte à la queue du phage. Les podophages assemblent séquentiellement une queue tronquée sur la tête terminée, tandis que les myophages et les siphophages ont des voies d'assemblage de phages distinctes, avec leurs queues plus sophistiquées formées de plusieurs composants de queue interagissant dans un ordre strict, se connectant à la capside du phage via un connecteur tête-à-queue11, 12. Les siphophages et les myophages partagent une machinerie commune de liaison à la queue, avec deux protéines de base de complétion de la tête qui se distinguent comme des adaptateurs ou des bouchons selon qu'elles étendent ou ferment de manière réversible le portail12,13. Pour l'assemblage de la queue, un appareil d'absorption se forme initialement, dédié à la reconnaissance spécifique et aux interactions irréversibles avec les récepteurs de l'hôte (par exemple, lipopolysaccharide, acide teichoïque et porines)14,15,16 et diffère considérablement en complexité, depuis les simples fibres de la queue jusqu'aux constructions complexes de pointes de queue ou plaques de base7,17,18,19. L'appareil amorce ensuite la polymérisation de la queue cylindrique, qui comprend trois composants essentiels : un noyau central constitué d'anneaux empilés de protéines du tube de queue (TTP) coiffés par les protéines terminatrices, à l'intérieur duquel sont positionnées les protéines du ruban à mesurer (TMP)11, 20,21,22,23,24. Bien que des idées approximatives sur les mécanismes de délivrance de l'ADN et d'assemblage viral des phages soient élucidées, étant donné la diversité structurelle et génétique des queues de phage, les processus précis associés à l'assemblage des phages, à l'infection et à la délivrance de l'ADN restent insaisissables pour la plupart des phages.

Le clade Roseobacter est un groupe dominant de bactéries marines largement distribué dans les eaux côtières et libres, les océans de surface et profonds et les sédiments, et est important dans le climat biogéochimique mondial25,26,27,28. En conséquence, les phages infectant le clade Roseobacter (rosophages) sont répandus dans l’océan et sont considérés comme des facteurs biotiques majeurs influençant la biologie, l’écologie et la biogéochimie du clade Roseobacter29,30,31. Jusqu’à présent, plus de 50 rosophages ont été isolés et séquencés mais aucun n’a été caractérisé structurellement32. Nous avons récemment caractérisé un nouveau rosophage, vB_DshS-R4C (R4C)33, qui pourrait infecter le Dinoroseobacter shibae DFL12T, un groupe omniprésent de protéobactéries α à Gram négatif du clade Roseobacter34. Le phage R4C est un membre distinct de la famille des siphophages, comme déterminé par des analyses génomiques phylogénétiques et comparatives33.