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Jan 07, 2024

Estrutura CryoEM e mecanismo de montagem de um gatekeeper do genoma do vírus bacteriano

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 7283 (2022) Citar este artigo

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Numerosos vírus empacotam seu genoma dsDNA em capsídeos pré-formados através de um porteiro de portal que é subsequentemente fechado. Relatamos a estrutura do complexo gatekeeper de DNA do bacteriófago SPP1 (gp612gp1512gp166) no estado pós-acondicionamento do DNA com resolução de 2,7 Å obtida por microscopia crioeletrônica de partícula única. A comparação do complexo SPP1 nativo com estruturas ingênuas de montagem de componentes individuais revelou o complexo programa de mudanças conformacionais que levam à sua montagem. Após o empacotamento do DNA, gp15 liga-se através do seu C-terminal ao oligômero gp6 posicionando as subunidades gp15 para oligomerização. Gp15 redobra seus loops internos criando um barril β intersubunidade que estabelece diferentes tipos de contatos com seis subunidades gp16. A ligação e oligomerização de Gp16 é acompanhada por dobramento de hélices que fecham o canal portal para manter o genoma viral dentro do capsídeo. Este mecanismo de montagem tem amplas implicações funcionais e evolutivas para vírus da linhagem de vírus de cauda procariótica-herpesvírus.

Muitos vírus de DNA de fita dupla (dsDNA) têm um complexo portal especializado em um vértice 5 vezes de seu capsídeo icosaédrico através do qual o dsDNA entra e sai do virion. Os vírus procarióticos com cauda e os vírus do herpes formam um precursor do capsídeo viral, denominado procapsídeo, antes do empacotamento do DNA. O procapsídeo contém um complexo de proteína portal integrado1,2,3,4,5 que serve como uma plataforma de ancoragem para a terminase. O complexo do portal e terminase constitui o motor de empacotamento do genoma viral que transloca o dsDNA para o procapsídeo. O DNA fortemente compactado (>400 mg/mL) exerce uma pressão no capsídeo que pode atingir ~60 atm6,7. A dissociação da terminase do motor é seguida pelo fechamento do vértice portal para evitar o vazamento do genoma viral compactado3. A vedação do canal portal é obtida pela ligação de proteínas de conclusão de cabeça para montar um complexo chamado conector em vírus procarióticos atados, que consiste em oligômeros cíclicos empilhados criando um canal para o tráfego de DNA3,8,9,10. A abertura do conector fechado é necessária para a entrada do DNA no tubo caudal e sua posterior entrega à célula hospedeira no início da infecção.

Estruturas de CryoEM e de raios X foram relatadas para várias proteínas portais5,8,11,12,13,14, para o complexo do portal P22 com a proteína adaptadora15 e para algumas proteínas isoladas que participam desse processo3,16,17 ,18,19. Os estudos CryoEM forneceram mais informações estruturais sobre o complexo portal montado após o empacotamento do DNA10 e quando a cauda é anexada ao vértice portal8,20,21,22,23. No entanto, o mecanismo molecular por trás da montagem do porteiro do DNA no estado de empacotamento do genoma pós-viral ainda é desconhecido.

No bacteriófago SPP1, as proteínas de conclusão da cabeça gp15 e gp16 ligam-se sequencialmente à proteína portal dodecamérica gp6 após o empacotamento do DNA9,10,19. A proteína adaptadora gp15 estende o túnel portal que é fixado posteriormente pela ligação da proteína rolha gp16. Aqui relatamos uma estrutura cryoEM do conector SPP1 do bacteriófago de 902 kDa no estado de empacotamento pós-DNA com uma resolução de 2,7 Å. O conector foi extraído de capsídeos cheios de DNA sem cauda para evitar subunidades de proteínas do capsídeo ao seu redor em posições incompatíveis. Essa estratégia nos permitiu focar o processamento de imagens na análise do complexo do conector e obter uma estrutura de alta resolução. O rastreamento de novo de suas 30 cadeias polipeptídicas dentro do mapa cryoEM nos permitiu determinar um modelo atômico de todo o complexo conector (gp612gp1512gp166). A comparação estrutural dos componentes da proteína conectora com seus estados ingênuos de montagem em solução infere um caminho sequencial de mudanças conformacionais e diferentes tipos de interações envolvidas durante a montagem do porteiro do DNA viral. Este estudo estrutural revela também como a transição de simetria ocorre dentro do conector para corresponder à simetria da cauda.