Ffファージ

Ffファージ（F特異的糸状ファージ）は、ほぼ同一の糸状ファージ（イノウイルス属）のグループであり、ファージf1、fd、M13、ZJ/2が含まれており、F稔性因子を持つ細菌に感染します。 [ 1 ] [ ^{2 ] [3] [4] [5] [6] [7]} ビリオン（ウイルス粒子）は、約6×900 nmの大きさの柔軟な糸状体で、中心部の1本鎖環状DNA分子を保護する円筒形のタンパク質チューブで構成されています。このファージはわずか11個の遺伝子産物をコードしており、知られている中で最も単純なウイルスの1つです。分子生物学の基礎的な側面を研究するために広く使用されています。ジョージ・スミスとグレッグ・ウィンターは、2018年のノーベル化学賞を受賞したファージディスプレイに関する研究でf1とfdを使用しました。^[8] Ffファージに関する初期の実験では、遺伝子の機能を特定するためにM13が使用されました。^{[9] [10]}また、M13はクローニング媒体としても開発されました。^[11]そのため、M13という名前は、Ffファージのグループ全体の非公式な同義語として使用されることがあります。

ウイルス粒子は、直径約 6 nm、長さ 900 nm の柔軟なフィラメント (虫のような鎖) です。数千個の小さな (50 アミノ酸残基) 細長い α らせん主要コートタンパク質サブユニット (遺伝子 8 の産物、または p8) のコピーが、重なり合う屋根板のような配列で、環状の一本鎖 DNA ゲノムを囲む中空のシリンダーを形成します。各 p8 サブユニットには、細長いタンパク質の C 末端近くに塩基性残基のコレクションがあり、N 末端近くに酸性残基があります。これら 2 つの領域は約 20 個の疎水性 (非極性) 残基によって分離されています。屋根板のような配置により、p8 の酸性残基がシリンダーの外表面近くに配置され、ウイルス粒子が負に帯電します。非極性領域は隣接する p8 サブユニットの非極性領域の近くにあり、非極性相互作用によってウイルス粒子の顕著な物理的安定性が促進されます。シリンダーの中心付近には塩基性残基があり、ウイルス粒子の中心にある負に帯電した DNA リン酸と相互作用する。組み立て時に必要に応じてより多くの (またはより少ない) p8 サブユニットを追加できるため、より長い^[12] (またはより短い^[13] ) DNA 分子をパッケージ化することができ、ファージは遺伝学研究に役立つ。(この効果は、複数の別個の異なる DNA 分子をパッケージ化できるポリファージと混同しないでください)。4 つのマイナータンパク質の約 5 つのコピーがそれぞれウイルス粒子の両端を覆っています。^[14]

ウイルス粒子カプシド（p8サブユニットタンパク質の集合体） の分子構造はX線繊維回折によって決定され、構造モデルはタンパク質データバンクに登録されています。特に、数十年にわたってPDBに登録された一連のfdおよびPf1ウイルス粒子構造は、繊維回折データ収集および計算分析の方法の改善を示しています。p3カプシドタンパク質およびp5複製/集合タンパク質の構造もX線結晶構造解析によって決定され、PDBに登録されています。^[要出典]

fdゲノムのDNA配列は9つの遺伝子を含む6408ヌクレオチドですが、ゲノムには11のオープンリーディングフレームがあり、11のタンパク質が生成されます。これは、遺伝子2と遺伝子1の2つの遺伝子が内部のインフレーム翻訳開始を持ち、p10とp11という2つの追加タンパク質を生成するためです。ゲノムには短い非コード遺伝子間配列も含まれています。^[15] M13とf1配列はfdとわずかに異なります。どちらも6407ヌクレオチドしかありません。f1はfdと180の位置が異なります（これらの変化のうち10の位置だけが遺伝子産物のアミノ酸の変化に反映されています）^[16]。また、M13とf1のヌクレオチドの違いは59だけです。多くの目的で、Ffグループのファージは互換性があると考えることができます。

ウイルス粒子には5つの遺伝子産物が含まれています。主要なコートタンパク質（p8）と、両端を覆うマイナータンパク質（一方の端にあるp3とp6、もう一方の端にあるp7とp9）です。3つの遺伝子産物（p2、p5、p10）はDNA合成に必要な細胞質タンパク質であり、残りはウイルス粒子の組み立てに関与する膜タンパク質です。^[17]

イノウイルス
ウイルスの分類
(ランク外):	ウイルス
領域:	モノドナビリア
王国：	ロブビラエ
門:	ホフネイビリコタ
クラス：	ファセルビリセテス
注文：	チューブラウイルス科
家族：	イノウイルス科
属:	イノウイルス

p1をコードする遺伝子は、イノウイルスゲノムに特有の他の3つの特徴とともに、微生物ゲノムから10000を超えるイノウイルス様配列を識別するための自動機械学習アプローチにおいて、保存されたマーカー遺伝子として使用されてきた。^[18]

p3 タンパク質は、p3 の C 末端ドメインによってウイルス粒子の一端に固定されています。宿主細菌の感染には、p3 の 2 つの異なる N 末端領域と宿主細菌の 2 つの異なる部位との相互作用が関与します。まず、p3 の N2 ドメインが F-ピルスの外側の先端に付着し、ピルスが細胞内に引き込まれます。この引き込みには、ピルスの成長と重合プロセスの逆転によって、ピルスの基部でピルスサブユニットアセンブリが細胞膜に脱重合される可能性があります。^{[1] [19] [20]} p3 を含むピルスの先端が細胞壁に近づくと、p3 の N1 ドメインが細菌の TolQRA タンパク質と相互作用して感染を完了し、ゲノムを宿主の細胞質に放出します。^{[21] [22]}

一本鎖ウイルス DNA が細胞質に入ると、相補 DNA 鎖の合成のテンプレートとして機能します。この合成は、DNA 配列の遺伝子間領域で宿主 RNA ポリメラーゼによって開始され、感染 DNA をテンプレートとして短い RNA プライマーを合成します。次に、宿主 DNA ポリメラーゼ III がこのプライマーを使用して完全な相補 DNA 鎖を合成し、複製型 (RF) DNA と呼ばれることもある二本鎖環状 DNA を生成します。RF の相補鎖は、ファージ コード タンパク質、特に p2 と p10 の転写テンプレートであり、これらは DNA のさらなる複製に必要です。^{[引用が必要]}

p2 タンパク質は RF DNA のウイルス鎖を切断し、宿主 DNA ポリメラーゼ III は新しいウイルス鎖を合成します。新しいウイルス鎖が合成されると、古いウイルス鎖は置き換えられます。環状構造が完成すると、共有結合した p2 は、古い DNA と新しく合成された DNA の接合部で置き換えられたウイルス鎖を切断し、2 つの末端を再結合して p2 を解放します。RF はこのローリング サークルメカニズムによって複製され、RF のコピーが数十個生成されます。^{[引用が必要]}

ファージタンパク質の濃度が増加すると、新しいウイルス鎖は相補DNA鎖ではなく複製/組み立てタンパク質p5によって覆われる。また、p5はp2の翻訳を阻害するため、子孫ウイルスssDNAの生成とパッケージングは​​同期する。^[6]

感染によって宿主細菌が死ぬことはないが、^[23]他のほとんどのファージファミリーとは対照的である。子孫ファージは、おそらく内膜と外膜を接合する接着部位で、増殖中の細菌の膜を押し出す際に組み立てられる。完成したファージの被覆を形成する5つのファージタンパク質は内膜に入る。p8とp3の場合、N末端リーダー配列（後で除去）は、タンパク質が細菌膜に入るのを助け、N末端は細胞質からペリプラズムの方に向けられる。ファージには存在しない他の3つのファージ膜タンパク質、p1、p11、およびp4も組み立てに関与している。RF DNAの複製は、DNAをp5で被覆して細長いp5/DNA複製/組み立て複合体を形成することによってファージssDNAの生成に変換され、その後、膜結合ファージタンパク質と相互作用する。押し出しプロセスでは、子孫ファージの外側の先端を形成する p7 と p9 タンパク質が取り込まれます。p5 が DNA から剥がされると、子孫 DNA は膜を越えて押し出され、p8 のらせん状のケーシングに包まれます。アセンブリの最後に、p3 と p6 が追加されます。p4 タンパク質は、外膜に押し出し孔を形成する可能性があります。^[14]

宿主内膜における二本鎖パッケージング DNA シグナルと p1-チオレドキシン複合体との相互作用により、細孔の形成が引き起こされる。p1 タンパク質には、ファージの組み立てに必須のウォーカー モチーフが含まれているため^[24]、p1 はファージの組み立てに関与する分子モーターであることが示唆されている。p1 タンパク質は膜貫通疎水性ドメインを持ち、N 末端部分は細胞質に、C 末端部分はペリプラズムにある (p8 の向きとは逆)。膜貫通ドメインの細胞質側に隣接しているのは、p8 の C 末端付近の塩基性残基のパターンとよく一致するが、その配列に対して反転した塩基性残基のパターンを持つ p1 の 13 残基配列である。^[25]

p8の中間アセンブリは、ファージをクロロホルムで処理することによって生成できます。^{[26] [27] [28]}これらの中間形態のp8のらせん構造はファージのものと似ており、アセンブリ中の構造変化は、アセンブリ内の隣接するサブユニットに対して、単列のp8サブユニットがスライドするだけである可能性があることを示唆しています。^{[29] [30]}

Ff ファージは、生物学や医学の分野で応用するために設計されている。多くの応用は、抗生物質カナマイシン耐性を決定する DNA 配列を機能的な形で fd ファージ DNA の非コード遺伝子間配列に挿入できることを示す実験^{[12] に}基づいている。このような改変ファージは、長い DNA がより多くの遺伝子 8 コートタンパク質で覆われているため、野生型の糸状 fd よりも長くなるが、ファージのライフサイクルはその他の点で中断されない。一方、従来の「オタマジャクシ」または等尺性ファージは、限られたサイズのカプシドを持つため、より大きな DNA 分子をカプシド化するのにそれほど簡単には使用できない。改変ファージは、カナマイシン感受性細菌に改変ファージを感染させてカナマイシン耐性を導入し、感染した細菌を、致死濃度のカナマイシンを含む培地で増殖させることによって選択できる。^[要出典]

この結果は、外来ペプチドを発現する外来DNAを、遺伝子間配列ではなくfdファージ遺伝子3に挿入することで拡張され、外来ペプチドが遺伝子3吸着タンパク質の一部としてファージの表面に現れるようになった。^{[31] [32] [33]}外来ペプチドを運ぶファージは、適切な抗体を使用して検出することができる。このアプローチの逆は、抗体をコードするDNAを遺伝子3に挿入し、適切な抗原によってその存在を検出することである。^[34]

これらの技術は長年にわたってさまざまな方法で拡張されてきました。たとえば、遺伝子3以外のファージコートタンパク質をコードする遺伝子に外来DNAを挿入したり、目的の遺伝子を複製して対応する遺伝子産物の一部のみを変更したりします。ファージディスプレイ技術は多くの目的で広く使用されています。^{[35] [36] [37]}

Ffファージは、アンジェラ・ベルチャーとその同僚らによって、修復、電気化学、光起電、触媒、センシング、デジタルメモリデバイスなどの用途向けに設計されてきた。 ^{[6] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [過剰な引用]}

• 糸状バクテリオファージ

• バイラルゾーン
• ATCC フェデラル
• ATCC M13