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Jan 07, 2024

Struttura CryoEM e meccanismo di assemblaggio di un gatekeeper del genoma del virus batterico

Nature Communications volume

Nature Communications volume 13, numero articolo: 7283 (2022) Citare questo articolo

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Numerosi virus confezionano il loro genoma dsDNA in capsidi preformati attraverso un portale che viene successivamente chiuso. Riportiamo la struttura del complesso gatekeeper del DNA del batteriofago SPP1 (gp612gp1512gp166) nello stato di confezionamento post-DNA con una risoluzione di 2,7 Å ottenuta mediante microscopia crioelettronica a singola particella. Il confronto del complesso SPP1 nativo con le strutture naïve all'assemblaggio dei singoli componenti ha rivelato il complesso programma di cambiamenti conformazionali che portano al suo assemblaggio. Dopo il confezionamento del DNA, gp15 si lega attraverso il suo C-terminale all'oligomero gp6 posizionando le subunità gp15 per l'oligomerizzazione. Gp15 ripiega i suoi anelli interni creando un barile β dell'intersubunità che stabilisce diversi tipi di contatti con sei subunità gp16. Il legame e l'oligomerizzazione della Gp16 sono accompagnati dal ripiegamento delle eliche che chiudono il canale portale per mantenere il genoma virale all'interno del capside. Questo meccanismo di assemblaggio ha ampie implicazioni funzionali ed evolutive per i virus del lignaggio dei virus-herpesvirus dalla coda procariotica.

Molti virus a DNA a doppio filamento (dsDNA) hanno un complesso portale specializzato in un vertice di 5 volte del loro capside icosaedrico attraverso il quale il dsDNA entra ed esce dal virione. I virus procariotici dalla coda e i virus dell'herpes formano un precursore del capside virale, chiamato procapside, prima del confezionamento del DNA. Il procapside contiene un complesso proteico portale integrato1,2,3,4,5 che funge da piattaforma di aggancio per la terminasi. Il complesso portale e terminasi costituisce il motore di confezionamento del genoma virale che trasloca il dsDNA nel procapside. Il DNA fitto (>400 mg/mL) esercita una pressione sul capside che può raggiungere ~60 atm6,7. La dissociazione della terminazione dal motore è seguita dalla chiusura del vertice del portale per impedire la fuoriuscita del genoma virale impacchettato3. La sigillatura del canale portale si ottiene legando le proteine ​​di completamento della testa per assemblare un complesso denominato connettore nei virus procariotici a coda, che consiste di oligomeri ciclici impilati che creano un canale per il traffico del DNA3,8,9,10. L'apertura del connettore chiuso è necessaria per l'ingresso del DNA nel tubo della coda e il suo successivo trasferimento alla cellula ospite all'inizio dell'infezione.

Sono state riportate strutture CryoEM e a raggi X per un certo numero di proteine ​​portale5,8,11,12,13,14, per il complesso del portale P22 con la proteina adattatrice15 e per alcune proteine ​​isolate che partecipano a questo processo3,16,17 ,18,19. Gli studi CryoEM hanno fornito maggiori informazioni strutturali sul complesso portale assemblato dopo il confezionamento del DNA10 e quando la coda è attaccata al vertice del portale8,20,21,22,23. Tuttavia, il meccanismo molecolare dietro l’assemblaggio del gatekeeper del DNA nello stato di confezionamento del genoma post-virale è ancora sconosciuto.

Nel batteriofago SPP1, le proteine ​​di completamento della testa gp15 e gp16 si legano sequenzialmente alla proteina portale dodecamerica gp6 dopo il confezionamento del DNA9,10,19. La proteina adattatrice gp15 estende il tunnel portale che viene successivamente fissato legando la proteina tappo gp16. Qui riportiamo una struttura cryoEM del connettore SPP1 del batteriofago da 902 kDa nello stato di confezionamento post-DNA con una risoluzione di 2,7 Å. Il connettore è stato estratto da capsidi pieni di DNA senza coda per evitare subunità proteiche del capside che lo circondano in posizioni non corrispondenti. Questa strategia ci ha permesso di concentrare l'elaborazione delle immagini sull'analisi del complesso del connettore e ottenere una struttura ad alta risoluzione. Il tracciamento de novo delle sue 30 catene polipeptidiche all'interno della mappa cryoEM ci ha permesso di determinare un modello atomico dell'intero complesso del connettore (gp612gp1512gp166). Il confronto strutturale dei componenti proteici del connettore con i loro stati naïve all'assemblaggio in soluzione deduce un percorso sequenziale di cambiamenti conformazionali e diversi tipi di interazioni impegnate durante l'assemblaggio del gatekeeper del DNA virale. Questo studio strutturale rivela anche come avviene la transizione di simmetria all'interno del connettore per abbinare la simmetria della coda.