Вирус бациллы phi29
Вирус бациллы Φ29 | |
---|---|
![]() | |
Иллюстрация головы Φ29 на основе данных электронной микроскопии EMDB-2162. | |
Классификация вирусов ![]() | |
(без рейтинга): | Вирус |
Область : | Дуплоднавирия |
Королевство: | Хынггунвирэ |
Тип: | Уровироката |
Сорт: | Каудовирицеты |
Заказ: | Каудовирусы |
Семья: | Саласмавирусиды |
Род: | Саласвирус |
Разновидность: | Вирус бациллы Φ29
|

Вирус Bacillus Φ29 (бактериофаг Φ29) — с двухцепочечной ДНК (дцДНК) бактериофаг с вытянутой икосаэдрической головкой и коротким хвостом, принадлежащий к роду Salasvirus , порядку Caudovirales и семейству Salasmaviridae . [ 2 ] [ 3 ] Они расположены в том же порядке, что и фаги PZA, Φ15, BS32, B103, M2Y (M2), Nf и GA-1. [ 4 ] [ 5 ] Фаг Φ29, впервые обнаруженный в 1965 году, является самым маленьким фагом Bacillus , выделенным на сегодняшний день, и одним из самых маленьких известных фагов дцДНК. [ 2 ] [ 3 ]
Φ29 имеет уникальную моторную структуру упаковки ДНК, в которой используется упаковывающая проголовку РНК (пРНК) для управления транслокацией фагового генома во время репликации . Эта новая структурная система вдохновила на постоянные исследования в области нанотехнологий , доставки лекарств и терапии . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
В природе фаг Φ29 инфицирует Bacillus subtilis , разновидность грамположительных , образующих эндоспоры бактерий , которые встречаются в почве , а также желудочно-кишечном тракте различных морских и наземных организмов , включая человека . [ 10 ]
История
[ редактировать ]В 1965 году американский микробиолог доктор Бернард Рейли обнаружил фаг Φ29 в лаборатории доктора Джона Спизизена в Университете Миннесоты . [ 11 ] [ 12 ] Благодаря своему небольшому размеру и сложной морфологии он стал идеальной моделью для изучения многих процессов в молекулярной биологии , таких как морфогенез , упаковка вирусной ДНК , репликация вируса и транскрипция . [ 12 ] [ 13 ]
Структура
[ редактировать ]
Структура Φ29 состоит из семи основных белков : терминального белка (p3), головного или капсидного белка (p8), белка головки или капсидного волокна (p8.5), дистального хвостового выступа (p9), портального или капсидного белка. соединительный белок (p10), белки хвостовой трубки или нижнего воротника (p11) и белки хвостовых волокон или придатков (p12*). [ 6 ]
Основное различие между структурой Φ29 и структурой других фагов заключается в использовании им пРНК в качестве мотора упаковки ДНК. [ 6 ]
Двигатель упаковки ДНК
[ редактировать ]Двигатель упаковки ДНК Φ29 упаковывает геном фага в прокапсид во время репликации вируса. [ 6 ] Упаковка мотора Φ29 структурно состоит из прокапсида и соединительных белков, которые взаимодействуют с пРНК, упаковочным ферментом (gp16) и упаковочным субстратом (геномная ДНК-gp3). [ 6 ] Поскольку процесс упаковки генома энергозатратен , ему должен способствовать двигатель с приводом от АТФ , который преобразует химическую энергию в механическую посредством гидролиза АТФ . [ 6 ] [ 14 ] Упаковочный двигатель Φ29 способен генерировать примерно 57 пиконьютонов (пН) силу , что делает его одним из самых мощных биомоторов, изученных на сегодняшний день. [ 6 ]
мРНК
[ редактировать ]Ф29-пРНК представляет собой очень универсальную молекулу , которая может полимеризоваться в димеры , тримеры , тетрамеры , пентамеры и гексамеры . [ 15 ] Ранние исследования, такие как Андерсон (1990) и Тротье (1998), выдвинули гипотезу о том, что пРНК образует межмолекулярные гексамеры, но эти исследования имели исключительно генетическую основу, а не подход, основанный на микроскопии . [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] В 2000 году исследование Simpson et al. применили криоэлектронную микроскопию, чтобы определить, что in vivo только пентамер или более мелкий полимер может пространственно вписаться в вирус. [ 18 ] однократного изоморфного замещения с аномальным рассеянием (SIRAS) В конечном итоге кристаллография была использована для определения того, что структура in vivo представляет собой тетрамерное кольцо. [ 19 ] Это открытие соответствовало тому, что было известно о структурной геометрии и необходимой гибкости трехстороннего соединения упаковочного двигателя. [ 19 ] Когда пРНК находится в форме тетрамерного кольца, она работает как часть двигателя упаковки ДНК, транспортируя молекулы ДНК к месту назначения внутри капсулы проголовки. [ 20 ] В частности, функциональные домены пРНК связываются с упаковывающим ферментом gp16 и структурной соединительной молекулой, помогая транслокации ДНК через канал проголовки. [ 6 ] После завершения упаковки ДНК пРНК диссоциирует и разрушается. [ 21 ]
Геном и репликация
[ редактировать ]
Фаг Φ29 имеет линейный геном дцДНК, состоящий из 19 285 оснований . [ 2 ] Оба 5'-конца генома покрыты ковалентно связанным концевым белком (p3), который образует комплекс с ДНК-полимеразой во время репликации. [ 2 ] [ 22 ]
Φ29 — один из многих фагов, ДНК-полимераза которых имеет другую структуру и функцию по сравнению со стандартными ДНК- полимеразами в других организмах. [ 22 ] Φ29 образует репликационный комплекс, включающий концевой белок p3, нуклеотид dAMP и собственную ДНК-полимеразу, для синтеза ДНК в направлении от 5' к 3' . Этот процесс репликации также использует механизм скольжения назад к 3'-концу генома, который использует повторяющийся мотив TTT для перемещения репликационного комплекса назад без изменения последовательности шаблона. [ 22 ] [ 23 ] инициировать репликацию ДНК , поскольку полимеразный комплекс проверяет определенную последовательность перед началом процесса элонгации. Это позволяет более точно [ 23 ] [ 24 ]
Приложения
[ редактировать ]
Сборка наночастиц
[ редактировать ]Универсальность структуры и функций РНК обеспечивает возможность собирать наночастицы для наномедицинской терапии . [ 7 ] ПраРНК в бактериофаге Φ29 может использовать свое трехстороннее соединение для самосборки в наночастицы. [ 7 ]
Одной из основных проблем использования наночастиц, полученных из пРНК, является крупномасштабное производство , поскольку большинство отраслей в настоящее время не оборудованы для промышленного синтеза пРНК. [ 8 ] В первую очередь это связано с тем, что нанотехнология РНК все еще является развивающейся областью, в которой отсутствуют промышленное применение и оптимизация производства малых РНК. [ 25 ]
Доставка лекарств
[ редактировать ]Система упаковки ДНК Φ29, использующая пРНК, включает в себя двигатель для доставки терапевтических молекул, таких как рибозимы и аптамеры . [ 8 ] Небольшой размер наночастиц, полученных из пРНК, также помогает доставлять лекарства в труднодоступные места, например в кровеносные сосуды . [ 8 ]
Основная трудность в использовании доставки лекарств на основе аптамеров заключается в поиске уникальных аптамеров и других мультимеров для конкретных методов лечения заболеваний , которые потенциально разрушают терапевтические мультимеры и наночастицы in vivo. [ 8 ] Наночастицы необходимо стабилизировать как механизм доставки, чтобы адаптироваться к микроокружению, что может привести к потере терапевтического груза. [ 26 ]
Лечение трижды негативного рака молочной железы
[ редактировать ]Тройной негативный рак молочной железы (ТНРМЖ) — агрессивная форма рака молочной железы , на долю которой приходится от десяти до пятнадцати процентов всех случаев рака молочной железы. [ 27 ] Химиотерапия является единственным эффективным в настоящее время методом лечения ТНРМЖ, поскольку потеря рецепторов-мишеней, присущих этому заболеванию, заставляет раковые клетки сопротивляться терапевтическим фармацевтическим препаратам . [ 9 ]
Трехстороннее соединение в моторе упаковки ДНК Φ29 может помочь повысить чувствительность клеток TNBC к химиотерапии с использованием механизма доставки лекарственного средства siRNA для ингибирования роста и объема TNBC. [ 9 ] Это лечение также можно сочетать с противораковыми препаратами, такими как доксорубицин, для усиления терапевтического эффекта. [ 9 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Падилья-Санчес, Виктор (17 июля 2021 г.), Структурная модель бактериофага Φ29 с атомным разрешением , doi : 10.5281/zenodo.5111609 , получено 17 июля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Мейер, Вильфрид Дж. Дж.; Оркахадас, Хосе А.; Салас, Маргарита (2001). «Семейство фагов φ29» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 65 (2): 261–287. дои : 10.1128/MMBR.65.2.261-287.2001 . ISSN 1092-2172 . ПМК 99027 . ПМИД 11381102 .
- ^ Jump up to: а б Акерманн, Ганс-В. (1998). «Хвостатые бактериофаги: отряд Caudovirales» . Достижения в области исследования вирусов . 51 : 135–201. doi : 10.1016/S0065-3527(08)60785-X . ISBN 978-0-12-039851-5 . ISSN 0065-3527 . ПМК 7173057 . ПМИД 9891587 .
- ^ Бактериофаг: генетика и молекулярная биология . Стивен Мак Грат, Дау ван Синдерен. Норфолк, Великобритания: Caister Academic Press. 2007. ISBN 978-1-904455-14-1 . OCLC 86168751 .
{{cite book}}
: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Камачо, Ана; Хименес, Фернандо; Торре, Хавьер; КАРРАСКОСА, Хосе Л.; Мелладо, Рафаэль П.; ВИНУС, Эладио; САЛАС, Маргарита; Васкес, Сезар (февраль 1977 г.). «Сборка фага Phi29 Bacillus subtilis. 1. Мутанты, кодирующие цистроны структурных белков» . Европейский журнал биохимии . 73 (1): 39–55. дои : 10.1111/j.1432-1033.1977.tb11290.x . ISSN 0014-2956 . ПМИД 402269 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Ли, Тэ Джин; Шварц, Чад; Го, Пэйсюань (01 октября 2009 г.). «Создание двигателя упаковки ДНК бактериофага Phi29 и его применение в нанотехнологиях и терапии» . Анналы биомедицинской инженерии . 37 (10): 2064–2081. дои : 10.1007/s10439-009-9723-0 . ISSN 1573-9686 . ПМЦ 2855900 . ПМИД 19495981 .
- ^ Jump up to: а б с Шу, Йи; Ван, Хунчжи; Сереми, Бахар; Го, Пейсюань (2022), «Методы изготовления наночастиц РНК на основе структурных особенностей пРНК бактериофага Phi29» , РНК-нанотехнология и терапия , стр. 141–157, doi : 10.1201/9781003001560-21 , ISBN 978-1-003-00156-0 , получено 1 ноября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Йе, Синь; Хемида, Магед; Чжан, Хуэйфан М.; Хэнсон, Пол; Да, Цю; Ян, Дэчэн (2012). «Современные достижения в биологии пРНК Phi29 и ее применение для доставки лекарств: текущие достижения в биологии пРНК Phi29 и ее применение» . Междисциплинарные обзоры Wiley: РНК . 3 (4): 469–481. дои : 10.1002/wrna.1111 . ПМИД 22362726 . S2CID 12631001 .
- ^ Jump up to: а б с д Чжан, Лонг; Му, Чаофэн; Чжан, Тинхун; Ян, Деджун; Ван, Ченоу; Чен, Цюн; Тан, Линь; Фань, Лухуэй; Лю, Конг; Шен, Цзяньлян; Ли, Хуацюн (07 января 2021 г.). «Разработка таргетной терапии для повышения чувствительности к химиочувствительности тройного негативного рака молочной железы с использованием упаковочной РНК, полученной из бактериофага phi29» . Журнал нанобиотехнологий . 19 (1): 13. дои : 10.1186/s12951-020-00758-4 . ISSN 1477-3155 . ПМЦ 7792131 . ПМИД 33413427 .
- ^ Эррингтон, Джеффри; ван дер Аарт, Лиза Т. (11 мая 2020 г.). «Профиль микроба: Bacillus subtilis: модельный организм для клеточного развития и промышленная рабочая лошадка» . Микробиология . 166 (5): 425–427. дои : 10.1099/mic.0.000922 . ISSN 1350-0872 . ПМЦ 7376258 . ПМИД 32391747 .
- ^ Рейли, Бернард Э.; Спизизен, Джон (1965). «Бактериофаговая дезоксирибонуклеатная инфекция компетентной Bacillus subtilis1» . Журнал бактериологии . 89 (3): 782–790. дои : 10.1128/jb.89.3.782-790.1965 . ISSN 0021-9193 . ПМЦ 277537 . ПМИД 14273661 .
- ^ Jump up to: а б Салас, Маргарита (01 октября 2007 г.). «40 лет с бактериофагом ø29» . Ежегодный обзор микробиологии . 61 (1): 1–22. дои : 10.1146/annurev.micro.61.080706.093415 . ISSN 0066-4227 . ПМИД 17441785 .
- ^ «О | Вирусология» . Университет Миннесоты . Архивировано из оригинала 1 ноября 2022 г. Проверено 31 октября 2022 г.
- ^ Рао, Венигалла Б.; Фейс, Майкл (2008). «Мотор упаковки ДНК бактериофага» . Ежегодный обзор генетики . 42 : 647–681. дои : 10.1146/annurev.genet.42.110807.091545 . ISSN 0066-4197 . ПМИД 18687036 .
- ^ Хёприх, Стивен; Го, Пэйсюань (7 июня 2002 г.). «Компьютерное моделирование трехмерной структуры ДНК-упаковывающей РНК (пРНК) мономера, димера и гексамера мотора упаковки ДНК Phi29 *» . Журнал биологической химии . 277 (23): 20794–20803. дои : 10.1074/jbc.M112061200 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 11886855 .
- ^ Граймс, Шелли; Андерсон, Дуайт (20 октября 1990 г.). «РНК-зависимость ДНК бактериофага φ29, упаковывающая АТФазу» . Журнал молекулярной биологии . 215 (4): 559–566. дои : 10.1016/S0022-2836(05)80168-8 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 1700132 .
- ^ Го, Пэйсюань; Чжан, Чуньлинь; Чен, Чаопин; Гарвер, Кайл; Тротье, Марк (1 июля 1998 г.). «Меж-РНК-взаимодействие пРНК фага φ29 с образованием гексамерного комплекса для транспорта вирусной ДНК» . Молекулярная клетка . 2 (1): 149–155. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80124-0 . ISSN 1097-2765 . ПМИД 9702202 .
- ^ Jump up to: а б Симпсон, Алан А.; Тао, Ижи; Лейман, Петр Г.; Бадассо, Мохаммед О.; Он, Юннин; Джардин, Пол Дж.; Олсон, Норман Х.; Мораис, Марк К.; Граймс, Шелли; Андерсон, Дуайт Л.; Бейкер, Тимоти С.; Россманн, Майкл Г. (2000). «Структура упаковки ДНК бактериофага φ29» . Природа . 408 (6813): 745–750. Бибкод : 2000Natur.408..745S . дои : 10.1038/35047129 . ISSN 1476-4687 . ПМК 4151180 . ПМИД 11130079 .
- ^ Jump up to: а б Дин, Фанг; Лу, Чангруй; Чжао, Вэй; Раджашанкар, Канагалагатта Р.; Андерсон, Дуайт Л.; Джардин, Пол Дж.; Граймс, Шелли; Ке, Айлонг (3 мая 2011 г.). «Структура и сборка основного компонента кольца РНК мотора упаковки вирусной ДНК» . Труды Национальной академии наук . 108 (18): 7357–7362. Бибкод : 2011PNAS..108.7357D . дои : 10.1073/pnas.1016690108 . ISSN 0027-8424 . ПМК 3088594 . ПМИД 21471452 .
- ^ Го, Пэйсюань; Чжан, Чуньлинь; Чен, Чаопин; Гарвер, Кайл; Тротье, Марк (1 июля 1998 г.). «Меж-РНК-взаимодействие пРНК фага φ29 с образованием гексамерного комплекса для транспорта вирусной ДНК» . Молекулярная клетка . 2 (1): 149–155. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80124-0 . ISSN 1097-2765 . ПМИД 9702202 .
- ^ Рао, Венигалла Б.; Фейс, Майкл (9 ноября 2015 г.). «Механизмы упаковки ДНК большими двухцепочечными ДНК-вирусами» . Ежегодный обзор вирусологии . 2 (1): 351–378. doi : 10.1146/annurev-virology-100114-055212 . ISSN 2327-056X . ПМЦ 4785836 . ПМИД 26958920 .
- ^ Jump up to: а б с Морцинек-Орловска, Иоанна; Здроевска, Каролина; Венгжин, Алисия (2022). «ДНК-полимеразы, кодируемые бактериофагами — за пределами традиционного взгляда на активность полимеразы» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (2): 635. doi : 10.3390/ijms23020635 . ISSN 1422-0067 . ПМЦ 8775771 . ПМИД 35054821 .
- ^ Jump up to: а б Де Вега, Мигель; Салас, Маргарита (26 сентября 2011 г.). «Глава 9: Репликация ДНК бактериофага Φ29 с использованием белка». В Кусич-Тисме, Елена (ред.). Репликация ДНК и связанные с ней клеточные процессы . ИнтехОпен. стр. 179–206. ISBN 978-953-307-775-8 .
- ^ Граймс, Шелли; Джардин, Пол Дж.; Андерсон, Дуайт (01 января 2002 г.), Упаковка ДНК бактериофага φ29 , Достижения в области вирусных исследований, том. 58, Academic Press, стр. 255–294, номер документа : 10.1016/s0065-3527(02)58007-6 , ISBN. 978-0-12-039858-4 , PMID 12205781 , получено 24 октября 2022 г.
- ^ Ясински, Дэниел; Хак, Фарзин; Бинцель, Дэниел В.; Го, Пэйсюань (07 февраля 2017 г.). «Развитие новой области нанотехнологии РНК» . АСУ Нано . 11 (2): 1142–1164. дои : 10.1021/acsnano.6b05737 . ISSN 1936-0851 . ПМЦ 5333189 . ПМИД 28045501 .
- ^ Шу, Йи; Пи, Фэнмэй; Шарма, Ашвани; Раджаби, Мехди; Хак, Фарзин; Шу, Дэн; Леггас, Маркос; Эверс, Б. Марк; Го, Пэйсюань (2014). «Стабильные наночастицы РНК как потенциальные препараты нового поколения для терапии рака» . Обзоры расширенной доставки лекарств . 66 : 74–89. дои : 10.1016/j.addr.2013.11.006 . ISSN 0169-409X . ПМЦ 3955949 . ПМИД 24270010 .
- ^ «Трижды негативный рак молочной железы | Подробности, диагностика и признаки» . www.cancer.org . Проверено 1 ноября 2022 г.