Бактериофаг MS2
Виды вируса

Эмесвирус зиндери
MS2 капсид
Структура капсида бактериофага MS2 . Три квазиэквивалентных конформера обозначены синим (цепь a), зеленым (цепь b) и пурпурным (цепь c) цветами.
Классификация вирусов Редактировать эту классификацию
(без рейтинга):Вирус
Область :Рибовирус
Королевство:Орторнавирусы
Тип:Ленарвирикота
Сорт:Левивирицеты
Заказ:Норзивирусы
Семья:Fiersviridae
Род:Эмесвирус
Разновидность:
Эмесвирус зиндери

Бактериофаг MS2 ( Emesvirus zinderi ), обычно называемый MS2, представляет собой икосаэдрический одноцепочечный РНК- вирус с положительной полярностью, который инфицирует бактерию Escherichia coli и других представителей семейства Enterobacteriaceae . [1] MS2 является членом семейства близкородственных бактериальных вирусов, которое включает бактериофаг f2 , бактериофаг Qβ , R17 и GA. [2]

Он небольшой и содержит белок созревания, белок оболочки и геномную РНК. Он также имеет один из самых маленьких известных геномов, кодирующий четыре белка.

Жизненный цикл MS2 включает заражение бактерий фактором фертильности, что позволяет вирусу прикрепиться к пилюсу , хотя механизм, посредством которого РНК вируса проникает в бактерию, остается неизвестным. Оказавшись внутри, вирусная РНК начинает функционировать как информационная РНК для производства вирусных белков. MS2 реплицирует свой геном с плюс-цепью, создавая РНК с минус-цепью в качестве шаблона. Затем вирус собирается, и бактериальная клетка лизируется , высвобождая новые вирусы.

Вирус был выделен в 1961 году, а его геном был первым, полностью секвенированным в 1976 году, что дало важное понимание генетических кодов. В практических приложениях структурные компоненты MS2 использовались для обнаружения РНК в живых клетках. Вирус также исследуется на предмет потенциального использования в доставке лекарств, визуализации опухолей и сборе света. Кроме того, из-за его структурного сходства с норовирусами , его предпочтительных условий пролиферации и отсутствия патогенности для человека, MS2 служит заменой в исследованиях передачи норовирусных заболеваний.

Вирусология

Геном

подпись
Геном бактериофага MS2
ГенРазмерГенный продуктаа
мат

(МС2г1)

1487 н.э.созревание

белок

393
ср

(МС2г2)

510 нтбелок оболочки130
лис

(МС2г3)

295 нтлизисный белок75
представитель

(МС2г4)

2055 н.э.РНК-репликаза,

бета-субъединица

545

Геном MS2 является одним из самых маленьких известных геномов, состоящим из 3569 нуклеотидов одноцепочечной РНК. [3] Он кодирует всего четыре белка: белок созревания ( A -белок), белок лизиса ( lys ), белок оболочки ( cp ) и белок репликазы ( rep ). [1] Ген, кодирующий lys, перекрывает как 3'-конец гена выше по течению ( cp ), так и 5'-конец гена ниже по течению ( rep ) и был одним из первых известных примеров перекрывающихся генов . Геном положительно-цепочечной РНК служит в качестве информационной РНК и транслируется при раздевании вируса внутри клетки-хозяина. Хотя четыре белка кодируются одной и той же информационной/вирусной РНК, не все они экспрессируются на одинаковых уровнях.

Структура

Схематическое изображение вириона левивируса (поперечное сечение и вид сбоку)

Вирион MS2 (вирусная частица) имеет диаметр около 27 нм, как определено с помощью электронной микроскопии. [4] Он состоит из одной копии белка созревания и 180 копий белка оболочки (организованных в виде 90 димеров ), организованных в икосаэдрическую оболочку с числом триангуляции T=3 , защищающую геномную РНК внутри. [5] Вирион имеет изоэлектрическую точку (pI) 3,9. [6]

Структура белка оболочки представляет собой пятицепочечный β-слой с двумя α-спиралями и шпилькой . Когда капсид собран, спирали и шпилька обращены к внешней стороне частицы, тогда как β-слой обращен к внутренней стороне. [7]

Жизненный цикл

MS2 инфицирует кишечные бактерии, несущие фактор фертильности (F) , плазмиду , которая позволяет клеткам служить донорами ДНК при бактериальной конъюгации . Гены на плазмиде F определяют белки пилей F , включая белок F-пилин, который служит вирусным рецептором. MS2 прикрепляется к F-пилину на стороне пилей, используя свой единственный белок созревания.

После того, как вирусная РНК проникает в клетку, она начинает функционировать как информационная РНК для производства фаговых белков. Ген самого распространенного белка, белка оболочки, может быть немедленно транслирован. Начало трансляции гена репликазы обычно скрыто во вторичной структуре РНК, но может быть временно открыто, когда рибосомы проходят через ген белка оболочки. Трансляция репликазы также отключается, как только было произведено большое количество белка оболочки; димеры белка оболочки связывают и стабилизируют « шпильку оператора » РНК, блокируя старт репликазы. Начало гена белка созревания доступно в РНК, которая реплицируется, но скрыто во вторичной структуре РНК в завершенной РНК MS2; это обеспечивает трансляцию только очень небольшого количества копий белка созревания на РНК. Наконец, ген белка лизиса может быть инициирован только рибосомами, которые завершили трансляцию гена белка оболочки и «проскальзывают» к началу гена белка лизиса, с частотой около 5%. [1]

Жизненный цикл бактериофага MS2

Репликация генома MS2 с плюс-цепью требует синтеза комплементарной минус-цепи РНК, которая затем может быть использована в качестве шаблона для синтеза новой плюс-цепи РНК. Репликация MS2 изучена гораздо меньше, чем репликация высокородственного бактериофага Qβ , отчасти потому, что репликазу MS2 трудно выделить, но, вероятно, она похожа. [1]

Считается, что формирование вириона инициируется связыванием белка созревания с РНК MS2; на самом деле комплекс белка созревания и РНК является инфекционным. Сборка икосаэдрической оболочки или капсида из белков оболочки может происходить в отсутствие РНК; однако сборка капсида зарождается путем связывания димера белка оболочки с операторной шпилькой, а сборка происходит при гораздо более низких концентрациях белка оболочки, когда присутствует РНК MS2. [1]

Бактериальный лизис и высвобождение вновь образованных вирионов происходит, когда накапливается достаточное количество лизирующего белка. Лизисный (L) белок образует поры в цитоплазматической мембране, что приводит к потере мембранного потенциала и разрушению клеточной стенки . [1] Известно, что лизирующий белок связывается с DnaJ через важный остаток P330. [8] Дипептидный мотив LS на белке L встречается во всем роде Levivirus и, по-видимому, необходим для лизирующей активности, хотя их различное расположение предполагает, что они эволюционировали независимо. [9]

MS2 по истории науки и ее применения

В 1961 году MS2 был выделен Элвином Джоном Кларком и признан фагом, содержащим РНК, очень похожим на бактериофаг f2 . [10]

В 1976 году геном MS2 стал первым полностью секвенированным геномом. [3] Это было сделано Уолтером Фирсом и его командой, опираясь на их более раннюю веху в 1972 году, когда был полностью секвенирован первый ген, белок оболочки MS2. [11] Эти последовательности были определены на уровне РНК. [12] Первой попыткой статистического анализа генома MS2 был поиск закономерностей в последовательности нуклеотидов. Было идентифицировано несколько некодирующих последовательностей, однако на момент этого исследования (1979) функции некодирующих закономерностей были неизвестны. [13]

С 1998 года [14] шпилька оператора MS2 и белок оболочки нашли применение в обнаружении РНК в живых клетках (см. маркировку MS2 ). MS2 и другие вирусные капсиды в настоящее время также исследуются в качестве агентов для доставки лекарств, визуализации опухолей и приложений по сбору света. [15]

MS2, из-за его структурного сходства с норовирусами , его схожих оптимальных условий пролиферации и непатогенности для человека, использовался в качестве замены норовирусам в исследованиях передачи заболеваний. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef van Duin J, Tsareva N (2006). "Одноцепочечные РНК-фаги. Глава 15". В Calendar RL (ред.). Бактериофаги (второе изд.). Oxford University Press. стр.  175–196 . ISBN 978-0195148503.
  2. ^ Ni CZ, White CA, Mitchell RS, Wickersham J, Kodandapani R, Peabody DS, Ely KR (декабрь 1996 г.). «Кристаллическая структура белка оболочки бактериофага GA: модель несобранного димера». Protein Science . 5 (12): 2485– 93. doi :10.1002/pro.5560051211. PMC 2143325 . PMID  8976557. 
  3. ^ ab Фирс В., Контрерас Р., Дуринк Ф., Хагеман Г., Изерентант Д., Меррегарт Дж., Мин Джоу В., Молеманс Ф., Раймакерс А., Ван ден Берге А., Волкарт Г., Изебарт М. (апрель 1976 г.). «Полная нуклеотидная последовательность РНК бактериофага MS2: первичная и вторичная структура гена репликазы». Природа . 260 (5551): 500–7 . Бибкод : 1976Natur.260..500F. дои : 10.1038/260500a0. PMID  1264203. S2CID  4289674.
  4. ^ Strauss JH, Sinsheimer RL (июль 1963). «Очистка и свойства бактериофага MS2 и его рибонуклеиновой кислоты». Журнал молекулярной биологии . 7 : 43–54 . doi :10.1016/S0022-2836(63)80017-0. PMID  13978804.
  5. ^ Valegård K, Liljas L, Fridborg K, Unge T (май 1990). "Трехмерная структура бактериального вируса MS2". Nature . 345 (6270): 36– 41. Bibcode :1990Natur.345...36V. doi :10.1038/345036a0. PMID  2330049. S2CID  2803228.
  6. ^ Dowd SE, Pillai SD, Wang S, Corapcioglu MY (1998). «Определение специфического влияния изоэлектрической точки и размера вируса на адсорбцию и транспорт вируса через песчаные почвы». Appl. Environ. Microbiol. 64 (2): 405– 410. Bibcode :1998ApEnM..64..405D. doi : 10.1128/aem.64.2.405-410.1998 . PMC 106058 . PMID  9464373.  
  7. ^ Golmohammadi R, Valegård K, Fridborg K, Liljas L (декабрь 1993 г.). «Уточненная структура бактериофага MS2 при разрешении 2,8 А». Журнал молекулярной биологии . 234 (3): 620–39 . doi :10.1006/jmbi.1993.1616. PMID  8254664.
  8. ^ Chamakura KR, Tran JS, Young R (июнь 2017 г.). "MS2 Lysis of Escherichia coli Depends on Host Chaperone DnaJ". Журнал бактериологии . 199 (12). doi :10.1128/JB.00058-17. PMC 5446614. PMID  28396351 . 
  9. ^ Chamakura KR, Edwards GB, Young R (июль 2017 г.). «Мутационный анализ белка лизиса MS2 L». Микробиология . 163 (7): 961–969 . doi : 10.1099/mic.0.000485 . PMC 5775895. PMID  28691656 . 
  10. ^ "Национальная академия наук: Рефераты докладов, представленных на осеннем заседании, 29 октября, Ла-Хойя, Калифорния, 30 октября - 1 ноября 1961 г., Лос-Анджелес". Science . 134 (3488): 1425– 37. Ноябрь 1961 г. Bibcode :1961Sci...134.1425.. doi :10.1126/science.134.3488.1425. PMID  17795773.
  11. ^ Min Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W (май 1972). "Нуклеотидная последовательность гена, кодирующего белок оболочки бактериофага MS2". Nature . 237 (5350): 82– 8. Bibcode :1972Natur.237...82J. doi :10.1038/237082a0. PMID  4555447. S2CID  4153893.
  12. ^ Sanger F, Air GM, Barrell BG, Brown NL, Coulson AR, Fiddes CA, Hutchison CA, Slocombe PM, Smith M (февраль 1977 г.). "Нуклеотидная последовательность ДНК бактериофага phi X174". Nature . 265 (5596): 687– 95. Bibcode :1977Natur.265..687S. doi :10.1038/265687a0. PMID  870828. S2CID  4206886.
  13. ^ Эриксон Дж. В., Альтман Г. Г. (апрель 1979 г.). «Поиск закономерностей в нуклеотидной последовательности генома MS2». Журнал математической биологии . 7 (3): 219–30 . doi :10.1007/BF00275725. S2CID  85199492.
  14. ^ Bertrand E, Chartrand P, Schaefer M, Shenoy SM, Singer RH, Long RM (октябрь 1998 г.). «Локализация частиц мРНК ASH1 в живых дрожжах». Molecular Cell . 2 (4): 437– 45. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80143-4 . PMID  9809065.
  15. ^ Glasgow J, Tullman-Ercek D (июль 2014 г.). «Производство и применение сконструированных вирусных капсидов». Прикладная микробиология и биотехнология . 98 (13): 5847– 58. doi :10.1007/s00253-014-5787-3. PMID  24816622. S2CID  6212583.
  16. ^ Fox M (8 сентября 2014 г.). «Вирусы распространяются «как сумасшедшие» в офисе, показывают исследования». The Today Show .
  • Полный геном (также изоляты R17, DL16 и J20)
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Бактериофаг_MS2&oldid=1248635219"