As proteínas da cauda do fago SU10 se reorganizam no bocal para entrega do genoma

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 5622 (2022) Citar este artigo

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O fago SU10 de Escherichia coli pertence ao gênero Kuravirus da classe Caudoviricetes de fagos com caudas curtas e não contráteis. Em contraste com outros fagos de cauda curta, as caudas dos Kuravírus se alongam após a ligação celular. Aqui mostramos que o virion de SU10 tem uma cabeça prolata, contendo genoma e proteínas de ejeção, e uma cauda, ​​que é formada por proteínas portal, adaptador, bocal e agulha da cauda e decorada com fibras longas e curtas. A ligação das fibras da cauda longa aos receptores na membrana bacteriana externa induz o endireitamento das proteínas do bocal e a rotação das fibras da cauda curta. Após o rearranjo, as proteínas do bocal e as fibras curtas da cauda se alternam para formar um bocal que estende a cauda em 28 nm. Posteriormente, a agulha da cauda se desprende das proteínas do bocal e cinco tipos de proteínas de ejeção são liberados da cabeça SU10. O bocal com a suposta extensão formada pelas proteínas de ejeção permite a entrega do genoma SU10 no citoplasma bacteriano. É provável que este mecanismo de entrega do genoma, envolvendo a formação do bocal da cauda, ​​seja empregado por todos os Kuravírus.

Os fagos do gênero Kuravirus pertencem à classe Caudoviricetes de fagos com caudas curtas e não contráteis1. Kuravírus, incluindo o fago SU10 de Escherichia coli, distinguem-se entre os fagos de cauda curta por grandes genomas com 75-80.000 pares de bases que codificam mais de 50 proteínas 2,3,4. Kuravírus são líticos, e alguns deles têm ciclos de replicação curtos e produzem uma progênie abundante, o que os torna candidatos para uso em terapia fágica contra cepas patogênicas de E. coli5,6,7. Um coquetel de fagos contendo o fago ES17, do gênero Kuravirus, foi utilizado em um estudo de caso para tratamento de infecção por E. coli da próstata e do trato urinário8.

Os genomas dos kuravírus são acomodados em cabeças alongadas, caracterizadas pela simetria quíntupla e alongamento na direção do eixo da cauda2,3. Os genomas dos fagos com cauda são empacotados em pró-cabeças pré-formadas por motores moleculares através de um canal formado pelo dodecâmero de proteínas portais, que substitui um pentâmero de proteínas do capsídeo em um dos vértices quíntuplos do capsídeo. Caudas de fagos são anexadas aos portais complexos9. Componentes de cauda comuns de fagos com caudas curtas que infectam bactérias Gram-negativas são proteínas adaptadoras, proteínas de cauda principais, proteínas de agulha de cauda e fibras de cauda10. As fibras da cauda permitem a ligação inicial dos fagos às bactérias11,12,13, enquanto as agulhas da cauda são responsáveis ​​pela penetração na membrana externa da célula hospedeira14,15. As cabeças da maioria dos fagos de cauda curta contêm proteínas de ejeção, que permitem a entrega de genomas de fagos nas células hospedeiras. As proteínas de ejeção formam um complexo de translocação que alonga a cauda para abranger a parede celular bacteriana 16,17,18,19. A pressão dentro da cabeça do fago permite a ejeção de 30 a 50% do genoma em uma célula bacteriana20,21,22. No entanto, após a equalização das pressões dentro da cabeça do fago e do citoplasma bacteriano, o restante do DNA deve ser entregue à bactéria por outro mecanismo21,23,24. Foi demonstrado, usando microscopia eletrônica de coloração negativa, que o fago SU10 tem uma cauda mais longa do que a maioria dos fagos anteriormente classificados na família Podoviridae, e que a cauda sofre uma alteração conformacional ao se ligar a bactérias2.

Aqui apresentamos estruturas de microscopia crioeletrônica (cryo-EM) do intermediário de liberação do virion e do genoma do bacteriófago SU10 e caracterização por tomografia crioeletrônica (crio-ET) de sua ligação a células de E. coli. Após a ligação ao hospedeiro, a cauda do SU10, as proteínas do bocal e as fibras curtas se reorganizam para formar um bocal que estende a cauda. Kuravírus compartilham mais de 70% de similaridade de sequência em suas proteínas de cauda. Portanto, é provável que esse mecanismo de entrega do genoma, envolvendo a formação do bocal da cauda, ​​seja empregado pela maioria, se não por todos os Kuravírus.