Фаг P1

Вирус эшерихии P1
Классификация вирусов
(без рейтинга):	Вирус
Область :	Дуплоднавирия
Королевство:	Хынггунвирэ
Тип:	Уровироката
Сорт:	Каудовирицеты
Род:	Красный вирус
Разновидность:	Вирус эшерихии P1

P1 — умеренного климата бактериофаг , инфицирующий Escherichia coli и некоторые другие бактерии. При прохождении лизогенного цикла геном фага существует в виде плазмиды . в бактерии ^{[ 1 ]} в отличие от других фагов (например, фага лямбда ), которые интегрируются в ДНК хозяина. P1 имеет икосаэдрическую головку, содержащую ДНК, прикрепленную к сократительному хвосту с шестью хвостовыми волокнами. Фаг P1 приобрел исследовательский интерес, поскольку его можно использовать для переноса ДНК из одной бактериальной клетки в другую в процессе, известном как трансдукция . Размножаясь во время литического цикла, он захватывает фрагменты хромосомы хозяина. Если полученные вирусные частицы используются для заражения другого хозяина, захваченные фрагменты ДНК могут быть интегрированы в геном нового хозяина. Этот метод генной инженерии in vivo широко использовался в течение многих лет и используется до сих пор, хотя и в меньшей степени. P1 также можно использовать для создания искусственных хромосом на основе P1 вектора клонирования , который может нести относительно большие фрагменты ДНК. P1 кодирует сайт-специфическую рекомбиназу Cre, которая широко используется для проведения клеточно-специфичной или временной рекомбинации ДНК путем фланкирования целевой ДНК сайтами loxP (см. Рекомбинация Cre-Lox). ).

Морфология

Вирион по структуре похож на фаг Т4 , но проще. ^{[ 1 ]} Имеет икосаэдрическую голову ^{[ 2 ]} содержащий геном, прикрепленный в одной вершине к хвосту. Хвост имеет трубку, окруженную сократительной оболочкой. Он заканчивается базовой пластинкой с шестью хвостовыми волокнами. Хвостовые волокна участвуют в прикреплении к хозяину и обеспечении специфичности. ^{[ 3 ]}

Геном

Геном фага P1 умеренно велик, около 93 тыс. пар оснований. ^{[ 1 ]} по длине (по сравнению с геномами, например, T4 - 169Кб, лямбда - 48Кб и Ff - 6,4Кб). В вирусной частице он имеет форму линейной двухцепочечной молекулы ДНК. После внедрения в хозяина он циркулирует и реплицируется как плазмида. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

В вирусной частице молекула ДНК длиннее (110 тыс. пар оснований), чем реальная длина генома. Он создается путем вырезания фрагмента подходящего размера из конкатемерной цепи ДНК, содержащей несколько копий генома (о том, как это делается, см. раздел ниже, посвященный лизису). Благодаря этому концы молекулы ДНК идентичны. Это называется терминальной избыточностью. Это важно для того, чтобы ДНК циркулировала в хозяине. Другим последствием вырезания ДНК из конкатемера является то, что данная линейная молекула может начинаться в любом месте кольцевого генома. Это называется циклической перестановкой. ^{[ 4 ]}

Геном особенно богат последовательностями Chi, распознаваемыми бактериальной рекомбиназой RecBCD . Геном содержит два источника репликации: oriR, который реплицирует его во время лизогенного цикла, и oriL, который реплицирует его во время литической стадии. Геном P1 кодирует три тРНК, которые экспрессируются на литической стадии. ^{[ 1 ]}

Протеом . Геном P1 кодирует 112 белков и 5 нетранслируемых генов, что примерно в два раза превышает размер бактериофага лямбда . ^{[ 1 ]}

Жизненный цикл

Инфекция и ранние стадии

Частица фага адсорбируется на поверхности бактерии, используя для специфичности хвостовые волокна. Хвостовая оболочка сокращается, и ДНК фага вводится в клетку-хозяина. Механизм рекомбинации ДНК хозяина или фермент cre, транслируемый из вирусной ДНК, рекомбинируют терминально избыточные концы и образуют циркулярную структуру генома. В зависимости от различных физиологических сигналов фаг может сразу перейти в литическую фазу или перейти в лизогенное состояние. ^{[ 5 ]}

Ген, кодирующий хвостовые волокна, имеет набор последовательностей, на которые может воздействовать сайт-специфическая рекомбиназа Cin . Это заставляет С-конец белка переключаться между двумя альтернативными формами с низкой частотой. Хвостовые волокна вируса отвечают за специфичность связывания с рецептором хозяина. Мишени хвостовых волокон вируса находятся под постоянным давлением, требующим эволюции и уклонения от связывания. Этот метод рекомбинационного разнообразия хвоста позволяет вирусу не отставать от бактерии. ^{[ 6 ]} Эта система имеет близкую гомологию последовательностей с рекомбинационными системами в хвостовых волокнах неродственных фагов, таких как фаг мю и фаг лямбда .

Лизогения

Геном фага P1 сохраняется в бактерии в виде плазмиды с низким числом копий. Относительно большой размер плазмиды требует ^{[ 1 ]} он должен поддерживать низкое количество копий, чтобы он не стал слишком большой метаболической нагрузкой, пока он является лизогеном. Поскольку обычно на бактериальный геном приходится только одна копия плазмиды, существует высокая вероятность того, что плазмида не перейдет в обе дочерние клетки. ^{[ 5 ]} Плазмида P1 борется с этим несколькими методами:

Репликация плазмиды жестко регулируется механизмом, зависящим от белка RepA. Это похоже на механизм, используемый некоторыми другими плазмидами. Это гарантирует, что плазмида делится синхронно с геномом хозяина. ^{[ 1 ]}
Переплетенные плазмиды быстро разъединяются за счет Crelox . рекомбинации ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}
Плазмида кодирует систему зависимости от плазмиды , которая убивает дочерние клетки, теряющие плазмиду. Он состоит из стабильного белкового токсина и антитоксина, который обратимо связывается с ним и нейтрализует его. Клетки, теряющие плазмиду, погибают, поскольку антитоксин разлагается быстрее, чем токсин. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}

Лизис

Плазмида P1 имеет отдельный источник репликации (oriL), который активируется во время литического цикла. Репликация начинается с обычной двунаправленной тета-репликации в oriL, но позже, в литической фазе, она переключается на метод репликации по катящемуся кругу с использованием механизма рекомбинации хозяина. ^{[ 1 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Это приводит к тому, что многочисленные копии генома присутствуют на одной линейной молекуле ДНК, называемой конкатемером. Конец конкатемера вырезается на определенном участке, называемом pac- сайтом или участком упаковки. ^{[ 13 ]} За этим следует упаковка ДНК в головки до тех пор, пока они не заполнятся. Остальная часть конкатемера, не помещающаяся в одну головку, отделяется, и оборудование начинает упаковывать ее в новую головку. Местоположение разреза не зависит от последовательности. Каждая голова содержит около 110 кбит ДНК. ^{[ 13 ]} таким образом, в каждой голове имеется чуть более одной полной копии генома (~90 кбит/с), причем концы нити в каждой голове идентичны. После заражения новой клетки эта терминальная избыточность используется механизмом рекомбинации хозяина для циклизации генома, если в нем отсутствуют две копии локуса lox . ^{[ 1 ]}^{[ 13 ]} Если присутствуют два сайта lox (по одному на каждом терминально избыточном конце), циклизация осуществляется рекомбиназой Cre. ^{[ 1 ]}^{[ 14 ]}

После сборки полных вирионов клетка-хозяин лизируется, высвобождая вирусные частицы. ^{[ 15 ]}

История

P1 был открыт в 1951 году Джузеппе Бертани в лаборатории Сальвадора Лурии , но фаг мало изучался до тех пор, пока Эд Леннокс, также из группы Лурии, не показал в 1954–1955 годах, что он может передавать генетический материал между бактериями-хозяевами. Это открытие привело к тому, что фаг стал использоваться для генетического обмена и картирования генома E. coli , а также стимулировало его дальнейшее изучение в качестве модельного организма. ^{[ 1 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]} В 1960-х годах Хидео Икеда и Дзюнъити Томизава показали, что геном ДНК фага является линейным и двухцепочечным с избыточностью на концах. В 1970-х годах Нат Штернберг охарактеризовал Cre- lox систему сайт-специфической рекомбинации , которая позволяет линейному геному превращаться в циркулярную форму с образованием плазмиды после заражения. В 1980-х годах Штернберг разработал P1 как вектор для клонирования больших фрагментов эукариотической ДНК. ^{[ 16 ]} Карта гена P1, основанная на частичной последовательности ДНК, была опубликована в 1993 году Михаилом Ярмолинским и Малгожатой Лобоккой, а геном был полностью секвенирован Лобочкой и его коллегами в 2004 году. ^{[ 1 ]}^{[ 17 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л Лобочка, Малгожата Б.; Дебра Дж. Роуз; Гай Планкетт; Марек Русин; Аркадиуш Самоедный; Хансйорг Ленхерр; Михаил Борисович Ярмолинский; Фредерик Р. Блаттнер (ноябрь 2004 г.). «Геном бактериофага Р1» . Журнал бактериологии . 186 (21): 7032–7068. дои : 10.1128/JB.186.21.7032-7068.2004 . ISSN 0021-9193 . ПМК 523184 . ПМИД 15489417 .
^ Уокер, Джей Ти; Д. Х. Уокер (март 1983 г.). «Морфогенез колифага P1: анализ мутантов методом электронной микроскопии» . Журнал вирусологии . 45 (3): 1118–1139. doi : 10.1128/JVI.45.3.1118-1139.1983 . ISSN 0022-538X . ПМК 256520 . ПМИД 6834479 .
^ Хуан, Ян В.; Фа-арун, Вода; Ван, Баоцзюнь (15 ноября 2022 г.). «Роль О-антигена в трансдукции P1 Shigella flexneri и Escherichia coli с альтернативным S'-хвостовым волокном» . Журнал молекулярной биологии . 434 (21):167829 дои : 10.1016/j.jmb.2022.167829 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 36116540 . S2CID 252325855 .
^ Jump up to: ^а ^б Фудзисава, Хисао; Морита, Мийо (1997). «Упаковка ДНК фага» . Гены или клетки . 2 (9): 537–545. дои : 10.1046/j.1365–2443.1997.1450343.x . ISSN 1356-9597 . ПМИД 9413995 . S2CID 26780439 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чжан, Кайлунь; Панкрац, Киара; Дуонг, Хау; Теодор, Мэтью; Гуань, Цзинвэнь; Цзян, Аньсяо (Эндрю); Линь, Ируо; Цзэн, Ланьин (2021). «Взаимодействие между вирусными регуляторными белками обеспечивает независимую от MOI вероятность лизогении во время заражения бактериофагом P1» . мБио . 12 (5): e01013–21. дои : 10.1128/mBio.01013-21 . ISSN 2150-7511 . ПМЦ 8546580 . ПМИД 34517752 .
^ Сандмейер, Х.; С. Иида; В. Арбер (1 июня 1992 г.). «Области инверсии ДНК Min плазмиды p15B и Cin бактериофага P1: эволюция генов хвостового волокна бактериофага» . Журнал бактериологии . 174 (12): 3936–3944. дои : 10.1128/jb.174.12.3936-3944.1992 . ISSN 0021-9193 . ПМК 206102 . ПМИД 1534556 .
^ Адамс, Дэвид Э.; Джеймс Б. Блиска; Николас Р. Коцарелли (5 августа 1992 г.). «Механистические отличия рекомбинации Cre-lox в клетках Escherichia coli от реакции in vitro». Журнал молекулярной биологии . 226 (3): 661–673. дои : 10.1016/0022-2836(92)90623-R . ISSN 0022-2836 . ПМИД 1324323 .
^ Остин, С; М. Зизе; Н. Штернберг (сентябрь 1981 г.). «Новая роль сайт-специфической рекомбинации в поддержании бактериальных репликонов». Клетка . 25 (3): 729–736. дои : 10.1016/0092-8674(81)90180-X . ISSN 0092-8674 . ПМИД 7026049 . S2CID 28785596 .
^ Ленхерр, Хансйорг; Маген, Эммануэль; Джафри, Самина; Ярмолинский, Михаил Б. (5 октября 1993 г.). «Гены плазмидной зависимости бактериофага P1: doc, который вызывает гибель клеток при излечении профага, и phd, который предотвращает смерть хозяина при сохранении профага» . Журнал молекулярной биологии . 233 (3): 414–428. дои : 10.1006/jmbi.1993.1521 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 8411153 .
^ Газит, Эхуд; Зауэр, Роберт Т. (1999). «Токсин Doc и белки-антидот Phd плазмидной системы зависимости бактериофага P1 образуют гетеротримерный комплекс» . Журнал биологической химии . 274 (24): 16813–16818. дои : 10.1074/jbc.274.24.16813 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 10358024 .
^ Коэн, Джеральд; Этти Ор; Вольфганг Минас; Нат Л. Штернберг (10 октября 1996 г.). «Литический репликон бактериофага P 1: направленность репликации и цис-действующие элементы». Джин . 175 (1–2): 151–155. дои : 10.1016/0378-1119(96)00141-2 . ISSN 0378-1119 . ПМИД 8917092 .
^ Коэн, Джеральд (ноябрь 1983 г.). «Электронно-микроскопическое исследование ранних литических форм репликации ДНК бактериофага Р1». Вирусология . 131 (1): 159–170. дои : 10.1016/0042-6822(83)90542-1 . ISSN 0042-6822 . ПМИД 6359666 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Штернберг, Н.; Дж. Колби (1 октября 1990 г.). «Расщепление сайта упаковки бактериофага P1 (pac) регулируется метилированием аденина» . Труды Национальной академии наук . 87 (20): 8070–8074. Бибкод : 1990PNAS...87.8070S . дои : 10.1073/pnas.87.20.8070 . ISSN 0027-8424 . ПМК 54894 . ПМИД 2236019 .
^ Штернберг, Н.; Зауэр, Б.; Хесс, Р.; Абремски, К. (20 января 1986 г.). «Ген бактериофага P1 cre и его регуляторная область: данные о множественных промоторах и регуляции посредством метилирования ДНК» . Журнал молекулярной биологии . 187 (2): 197–212. дои : 10.1016/0022-2836(86)90228-7 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 3486297 .
^ Беднарек, Агнешка; Сена, Агата; Изак, Виолета; Бигос, Джоанна; Лобочка, Малгожата (2022). «Функциональное рассечение холиноподобных белков бактериофага P1 раскрывает биологический смысл сложности литической системы P1» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (8): 4231. doi : 10.3390/ijms23084231 . ISSN 1422-0067 . ПМК 9025707 . ПМИД 35457047 .
^ Jump up to: ^а ^б Михаил Ярмолинский; Рональд Хесс (2015), «Наследие Ната Штернберга: генезис технологии Crelox » , Annual Review of Virology , 2 (1): 25–40, doi : 10.1146/annurev-virology-100114-054930 , PMID 26958905
^ Jump up to: ^а ^б Хансйорг Ленхерр (2006), «Бактериофаг P1», в Ричарде Календаре (ред.), Бактериофаги , Oxford University Press, стр. 350, ISBN 0195148509

Внешние ссылки

Вирусная зона : P1-подобный фаг.

[Lobocka2004-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л Лобочка, Малгожата Б.; Дебра Дж. Роуз; Гай Планкетт; Марек Русин; Аркадиуш Самоедный; Хансйорг Ленхерр; Михаил Борисович Ярмолинский; Фредерик Р. Блаттнер (ноябрь 2004 г.). «Геном бактериофага Р1» . Журнал бактериологии . 186 (21): 7032–7068. дои : 10.1128/JB.186.21.7032-7068.2004 . ISSN 0021-9193 . ПМК 523184 . ПМИД 15489417 .

[2] Уокер, Джей Ти; Д. Х. Уокер (март 1983 г.). «Морфогенез колифага P1: анализ мутантов методом электронной микроскопии» . Журнал вирусологии . 45 (3): 1118–1139. doi : 10.1128/JVI.45.3.1118-1139.1983 . ISSN 0022-538X . ПМК 256520 . ПМИД 6834479 .

[3] Хуан, Ян В.; Фа-арун, Вода; Ван, Баоцзюнь (15 ноября 2022 г.). «Роль О-антигена в трансдукции P1 Shigella flexneri и Escherichia coli с альтернативным S'-хвостовым волокном» . Журнал молекулярной биологии . 434 (21):167829 дои : 10.1016/j.jmb.2022.167829 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 36116540 . S2CID 252325855 .

[:0-4] Jump up to: ^а ^б Фудзисава, Хисао; Морита, Мийо (1997). «Упаковка ДНК фага» . Гены или клетки . 2 (9): 537–545. дои : 10.1046/j.1365–2443.1997.1450343.x . ISSN 1356-9597 . ПМИД 9413995 . S2CID 26780439 .

[:1-5] Jump up to: ^а ^б ^с Чжан, Кайлунь; Панкрац, Киара; Дуонг, Хау; Теодор, Мэтью; Гуань, Цзинвэнь; Цзян, Аньсяо (Эндрю); Линь, Ируо; Цзэн, Ланьин (2021). «Взаимодействие между вирусными регуляторными белками обеспечивает независимую от MOI вероятность лизогении во время заражения бактериофагом P1» . мБио . 12 (5): e01013–21. дои : 10.1128/mBio.01013-21 . ISSN 2150-7511 . ПМЦ 8546580 . ПМИД 34517752 .

[6] Сандмейер, Х.; С. Иида; В. Арбер (1 июня 1992 г.). «Области инверсии ДНК Min плазмиды p15B и Cin бактериофага P1: эволюция генов хвостового волокна бактериофага» . Журнал бактериологии . 174 (12): 3936–3944. дои : 10.1128/jb.174.12.3936-3944.1992 . ISSN 0021-9193 . ПМК 206102 . ПМИД 1534556 .

[7] Адамс, Дэвид Э.; Джеймс Б. Блиска; Николас Р. Коцарелли (5 августа 1992 г.). «Механистические отличия рекомбинации Cre-lox в клетках Escherichia coli от реакции in vitro». Журнал молекулярной биологии . 226 (3): 661–673. дои : 10.1016/0022-2836(92)90623-R . ISSN 0022-2836 . ПМИД 1324323 .

[8] Остин, С; М. Зизе; Н. Штернберг (сентябрь 1981 г.). «Новая роль сайт-специфической рекомбинации в поддержании бактериальных репликонов». Клетка . 25 (3): 729–736. дои : 10.1016/0092-8674(81)90180-X . ISSN 0092-8674 . ПМИД 7026049 . S2CID 28785596 .

[9] Ленхерр, Хансйорг; Маген, Эммануэль; Джафри, Самина; Ярмолинский, Михаил Б. (5 октября 1993 г.). «Гены плазмидной зависимости бактериофага P1: doc, который вызывает гибель клеток при излечении профага, и phd, который предотвращает смерть хозяина при сохранении профага» . Журнал молекулярной биологии . 233 (3): 414–428. дои : 10.1006/jmbi.1993.1521 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 8411153 .

[10] Газит, Эхуд; Зауэр, Роберт Т. (1999). «Токсин Doc и белки-антидот Phd плазмидной системы зависимости бактериофага P1 образуют гетеротримерный комплекс» . Журнал биологической химии . 274 (24): 16813–16818. дои : 10.1074/jbc.274.24.16813 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 10358024 .

[Cohen1996-11] Коэн, Джеральд; Этти Ор; Вольфганг Минас; Нат Л. Штернберг (10 октября 1996 г.). «Литический репликон бактериофага P 1: направленность репликации и цис-действующие элементы». Джин . 175 (1–2): 151–155. дои : 10.1016/0378-1119(96)00141-2 . ISSN 0378-1119 . ПМИД 8917092 .

[Cohen1983-12] Коэн, Джеральд (ноябрь 1983 г.). «Электронно-микроскопическое исследование ранних литических форм репликации ДНК бактериофага Р1». Вирусология . 131 (1): 159–170. дои : 10.1016/0042-6822(83)90542-1 . ISSN 0042-6822 . ПМИД 6359666 .

[Coulby1990-13] Jump up to: ^а ^б ^с Штернберг, Н.; Дж. Колби (1 октября 1990 г.). «Расщепление сайта упаковки бактериофага P1 (pac) регулируется метилированием аденина» . Труды Национальной академии наук . 87 (20): 8070–8074. Бибкод : 1990PNAS...87.8070S . дои : 10.1073/pnas.87.20.8070 . ISSN 0027-8424 . ПМК 54894 . ПМИД 2236019 .

[14] Штернберг, Н.; Зауэр, Б.; Хесс, Р.; Абремски, К. (20 января 1986 г.). «Ген бактериофага P1 cre и его регуляторная область: данные о множественных промоторах и регуляции посредством метилирования ДНК» . Журнал молекулярной биологии . 187 (2): 197–212. дои : 10.1016/0022-2836(86)90228-7 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 3486297 .

[15] Беднарек, Агнешка; Сена, Агата; Изак, Виолета; Бигос, Джоанна; Лобочка, Малгожата (2022). «Функциональное рассечение холиноподобных белков бактериофага P1 раскрывает биологический смысл сложности литической системы P1» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (8): 4231. doi : 10.3390/ijms23084231 . ISSN 1422-0067 . ПМК 9025707 . ПМИД 35457047 .

[Yarmolinsky+Hoess-16] Jump up to: ^а ^б Михаил Ярмолинский; Рональд Хесс (2015), «Наследие Ната Штернберга: генезис технологии Crelox » , Annual Review of Virology , 2 (1): 25–40, doi : 10.1146/annurev-virology-100114-054930 , PMID 26958905

[Lehnherr-17] Jump up to: ^а ^б Хансйорг Ленхерр (2006), «Бактериофаг P1», в Ричарде Календаре (ред.), Бактериофаги , Oxford University Press, стр. 350, ISBN 0195148509

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]