Les protéines de queue du phage SU10 se réorganisent dans la buse pour la délivrance du génome

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 5622 (2022) Citer cet article

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Le phage Escherichia coli SU10 appartient au genre Kuravirus de la classe des Caudoviricetes de phages à queues courtes non contractiles. Contrairement aux autres phages à queue courte, les queues des Kuravirus s'allongent lors de la fixation des cellules. Nous montrons ici que le virion de SU10 a une tête allongée, contenant des protéines du génome et d'éjection, et une queue formée de protéines de portail, d'adaptateur, de buse et d'aiguille de queue et décorée de fibres longues et courtes. La liaison des fibres de la longue queue aux récepteurs de la membrane bactérienne externe induit le redressement des protéines de la buse et la rotation des fibres de la queue courte. Après le réarrangement, les protéines de la buse et les fibres courtes de la queue alternent pour former une buse qui prolonge la queue de 28 nm. Par la suite, l’aiguille arrière se détache des protéines de la buse et cinq types de protéines d’éjection sont libérés de la tête SU10. La buse avec l'extension putative formée par les protéines d'éjection permet la délivrance du génome SU10 dans le cytoplasme bactérien. Il est probable que ce mécanisme de délivrance du génome, impliquant la formation de la buse arrière, soit utilisé par tous les Kuravirus.

Les phages du genre Kuravirus appartiennent à la classe des Caudoviricetes de phages à queue courte non contractile1. Les Kuravirus, y compris le phage Escherichia coli SU10, se distinguent des phages à queue courte par de grands génomes comprenant 75 à 80 000 paires de bases codant pour plus de 50 protéines 2,3,4. Les kuravirus sont lytiques et certains d'entre eux ont des cycles de réplication courts et produisent une descendance abondante, ce qui en fait des candidats pour une utilisation en phagothérapie contre les souches pathogènes d'E. coli5,6,7. Un cocktail de phages contenant le phage ES17, du genre Kuravirus, a été utilisé dans une étude de cas pour traiter une infection à E. coli de la prostate et des voies urinaires8.

Les génomes des kuravirus sont logés dans des têtes allongées, caractérisées par une symétrie quintuple et un allongement dans la direction de l'axe de la queue 2,3. Les génomes des phages à queue sont conditionnés dans des pro-têtes préformées par des moteurs moléculaires via un canal formé par le dodécamère de protéines portes, qui remplace un pentamère de protéines de capside à l'un des cinq sommets de la capside. Les queues des phages sont attachées aux complexes portes9. Les composants courants de la queue des phages à queue courte infectant les bactéries à Gram négatif sont les protéines adaptatrices, les principales protéines de la queue, les protéines de l'aiguille de la queue et les fibres de la queue10. Les fibres de la queue permettent la liaison initiale des phages aux bactéries11,12,13, tandis que les aiguilles de la queue sont responsables de la pénétration de la membrane externe de la cellule hôte14,15. Les têtes de la plupart des phages à queue courte contiennent des protéines d'éjection, qui permettent la transmission du génome du phage dans les cellules hôtes. Les protéines d'éjection forment un complexe de translocation qui allonge la queue pour s'étendre sur la paroi cellulaire bactérienne 16,17,18,19. La pression à l’intérieur de la tête du phage permet l’éjection de 30 à 50 % du génome dans une cellule bactérienne20,21,22. Cependant, après égalisation des pressions à l’intérieur de la tête du phage et du cytoplasme bactérien, le reste de l’ADN doit être délivré dans la bactérie par un autre mécanisme21,23,24. Il a été démontré, en microscopie électronique à coloration négative, que le phage SU10 avait une queue plus longue que la plupart des phages anciennement classés dans la famille des Podoviridae, et que la queue subit un changement de conformation lors de sa liaison aux bactéries2.

Nous présentons ici les structures par cryo-microscopie électronique (cryo-EM) du virion et l'intermédiaire de libération du génome du bactériophage SU10 et la caractérisation par cryo-tomographie électronique (cryo-ET) de son attachement aux cellules d'E. coli. Après s'être liés à l'hôte, la queue du SU10, les protéines de la buse et les fibres courtes se réorganisent pour former une buse qui prolonge la queue. Les Kuravirus partagent plus de 70 % de similarité de séquence dans leurs protéines de queue. Par conséquent, il est probable que ce mécanisme de délivrance du génome, impliquant la formation de la buse arrière, soit utilisé par la plupart, sinon la totalité, des Kuravirus.