M13バクテリオファージ

大腸菌ウイルスM13
	青: コートタンパク質 pIII; 茶色: コートタンパク質 pVI; 赤: コートタンパク質 pVII; ライムグリーン: コートタンパク質 pVIII; フクシア: コートタンパク質 pIX; 紫: 一本鎖 DNA
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
種：	大腸菌ウイルスM13

M13はFfファージの1つ（他にfdとf1）で、糸状バクテリオファージ（イノウイルス）ファミリーのメンバーです。Ffファージは環状の一本鎖DNA（ ssDNA）で構成されており、m13ファージの場合は6407ヌクレオチド長で、約2700個の主要コートタンパク質p8にカプセル化され、4つの異なるマイナーコートタンパク質（一方の端にp3とp6、もう一方の端にp7とp9）がそれぞれ約5個ずつキャップされています。^[1]^[2]^[3]マイナーコートタンパク質p3は、宿主大腸菌のF線毛の先端にある受容体に結合します。ライフサイクルは比較的短く、初期のファージ子孫は感染後10分で細胞から出ていきます。Ffファージは慢性ファージであり、宿主細胞を殺さずに子孫を放出します。感染により、大腸菌叢に濁ったプラークが生じ、通常の溶解プラークと比較して中程度の不透明度となる。しかし、感染細胞では細胞増殖率の低下が見られる。M13の複製型は、多くの組み換えDNAプロセスに使用されるプラスミドに似た環状二本鎖DNAであり、このウイルスはファージディスプレイ、指向性進化、ナノ構造、ナノテクノロジーの用途にも使用されている。^[4]^[5]^[6]

ファージ粒子

ファージコートは主に、ファージゲノムの遺伝子8によってコード化されたp8と呼ばれる50アミノ酸タンパク質から組み立てられる。野生型M13粒子の場合、約900 nmの長さのコートを作るのに約2700個のp8のコピーが必要である。コートの寸法は柔軟性があり、p8のコピー数はそれがパッケージ化する一本鎖ゲノムのサイズに合わせて調整される。^[7]ファージは天然DNA含有量の約2倍に制限されているように見える。しかし、ファージタンパク質（p3）の欠失は宿主大腸菌からの完全な脱出を妨げ、通常の長さの10〜20倍でファージゲノムのコピーが複数あるファージが宿主大腸菌から脱落するのを見ることができる。

フィラメントの一方の端には、表面に露出したタンパク質 (p9) と、より深く埋もれたコンパニオンタンパク質 (p7) が最大 5 個あります。p8 がファージの軸を形成する場合、p9 と p7 は顕微鏡写真で見られる「鈍い」端を形成します。これらのタンパク質は非常に小さく、それぞれ 33 個と 32 個のアミノ酸しか含まれていませんが、それぞれの N 末端部分にいくつかの追加の残基が追加され、それが外被の外側に現れることがあります。ファージ粒子のもう一方の端には、表面に露出したタンパク質 (p3) と、露出度の低い補助タンパク質 (p6) が 5 個あります。これらはファージの丸い先端を形成し、感染中にE. coli宿主と相互作用する最初のタンパク質です。タンパク質 p3 は、新しいファージが細菌表面から芽生えたときに宿主と接触する最後のポイントでもあります。^[8]^[9]^[10]ファージ粒子の生成により宿主細胞は成長して分裂しますが、細胞の溶解にはつながりません。^[8]

複製大腸菌

ウイルスの宿主細胞への侵入は、p3タンパク質、特にNドメインが宿主細胞の一次受容体と二次受容体に結合することによって媒介されます。^[11]プラス一本鎖DNAが細胞内に侵入した後、複製されて二本鎖DNAが形成され、タンパク質を構築するmRNAの転写に使用されます。^[8]

以下は、大腸菌における M13 の複製に関係する手順です。

ウイルスの（+）鎖DNAが細胞質に入る
相補鎖（-）は細菌酵素によって合成される
DNAジャイレースは、II型トポイソメラーゼであり、二本鎖DNAに作用し、二本鎖DNAの負のスーパーコイルの形成を触媒する。
最終産物は親の複製型（RF）DNAである
ウイルスゲノムの転写と翻訳は p2 から始まります。
ファージタンパク質p2はRFの（+）鎖に切り込みを入れます
3'-ヒドロキシルは、新しいウイルス鎖の生成におけるプライマーとして機能する。
p2は置換されたウイルスの（+）鎖DNAを環状化する
子孫の二本鎖RF分子のプールが生成される
RFのマイナス鎖は転写のテンプレートである
mRNAはファージタンパク質に翻訳される

細胞質内のファージタンパク質は p2、p10、p5 であり、DNA の複製プロセスの一部です。その他のファージタンパク質は合成され、細胞質または外膜に挿入されます。

p5 二量体は新しく合成された一本鎖 DNA に結合し、RF DNA への変換を防ぎます。p5 翻訳のタイミングと減衰が重要です。
RF DNA合成が継続し、p5の量が臨界濃度に達する
DNA複製は一本鎖（+）ウイルスDNAの合成に切り替わる
長さ約800nm、直径8nmのp5-DNA構造
p5-DNA複合体はファージ組み立て反応の基質である

珍しいことに、主要なコートタンパク質は、翻訳後に膜に挿入することができ、転座構造が欠けている膜や、タンパク質を含まないリポソームにも挿入することができる。 ^[12]

研究

ジョージ・スミスらは、EcoRIエンドヌクレアーゼの断片をf1繊維状ファージのユニークなBam部位に融合し、タンパク質p3が外部からアクセス可能な遺伝子3で発現できることを示した。M13は、遺伝子3にこのユニークなBam部位を持っていない。M13は、アクセス可能な挿入部位を持つように設計する必要があり、異なるサイズの挿入物を処理する柔軟性が制限されていた。M13ファージディスプレイシステムは、ファージ上の組換えタンパク質の位置と数に大きな柔軟性を与えるため、ナノ構造を構築したり、その足場として使用したりするための一般的なツールである。^[13]たとえば、ファージは、その両端と長さに沿って異なるタンパク質を持つように設計することができる。これを使用して、バッテリー用の金や酸化コバルトのナノワイヤのような構造を組み立てたり^[14]、太陽光発電で使用するためにカーボンナノチューブをまっすぐな束に詰めたりすることができる。^{[15] M13カプシドは、}固体NMRによって完全に解明された最初の完全なウイルス構造でもあります。^[16]

参照

参考文献

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さらに読む

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