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バクテリオファージMuのサブユニットの構造解析と結合サブユニットの同定

岩﨑, 拓真 イワザキ, タクマ Iwazaki, Takuma 群馬大学

2020.03.24

概要

バクテリオファージ（ファージ）は細菌に感染するウイルスである。テイルと呼ばれる感染装置を持つファージは、テイルのほかにゲノム DNA を格納するヘッドと宿主細菌を特異的に認識するテイルファイバーを持つ。ヘッドとテイルは、ネックと呼ばれるサブユニットがリング状に重合した短い筒状の構造で連結されている。テイルをもつファージは、収縮可能な長いテイルを持つ Myoviridae、非収縮性の長いテイルを持つ Siphoviridae、非収縮性の短いテイルを持つ Podoviridae の 3 つの Family に分類される。3 つの Family に属するファージは全体構造が大きく異なる一方で、サブユニットの単位では構造に相同性が見られる例が報告されている。第一章では、こうしたファージ研究の背景について解説した。

第二章では Myoviridae の一種である Mu ファージについて、ネックサブユニットにも Family 間の立体構造上の相同性があるかどうかを検討するために、Mu ファージのネックのサブユニットであると考えられる Mu gp36 の立体構造の決定を行った。Mu gp36 は C末端にヒスチジンタグを融合させた組換え体タンパク質として大腸菌を用いて大量発現させ、Ni-NTA カラムとゲル濾過カラムを用いて単離精製した。溶液中でも結晶中でも Mu gp36 は単量体であり、X 線結晶構造解析によって決定された Mu gp36 の立体構造は 5 本のα-Helix からなる球状タンパク質であった。ただし、C 末端側の 33 残基は電子密度が観察されず構造は決定できなかった。決定した Mu gp36 の立体構造を用いて立体構造の相同性検索を行うと、Mu gp36 が HK97 ファージのネックサブユニット gp6、SPP1 ファージのネックサブユニット gp15、P22 ファージのネックサブユニット gp4 と相同であることがわかった。Mu ファージは Myoviridae、HK97 ファージと SPP1 ファージは Siphoviridae、 P22 ファージは Podoviridae に分類されることから、3 つの Family に属するファージの間でネックサブユニットにも構造上の共通性がある例があることがわかった。Mu gp36 は単量体であったが、相同な HK97 gp6 と P22 gp4 はともにリング状に重合することが知られていたので、Mu gp36 もファージ粒子中ではリング状に重合していると考えられた。さらに P22 gp4 との比較から、Mu gp36 は C 末端の構造未決定の 33 残基が Mu gp29 の 12 量体と相互作用してリング状に重合することが予想された。

第三章では、Mu gp36 以外の Mu ファージのネックサブユニットである gp29、gp35、 gp37、gp38 も gp36 と同様に単離精製し結晶化を試みた。それぞれのサブユニットは電気泳動的に単一な標品として精製できたものの、ゲルろ過による解析ではいくつかのサブユニットは会合体や凝集体を形成しやすい性質が示唆された。数々の条件検討にも関わらずこれらのサブユニットの結晶は得られなかったことが、こうしたサブユニットの凝集しやすい不安定性が結晶化を阻んでいる問題であると考えられた。

第四章においてこれらのサブユニットからなる中間体複合体の形成によるネックサブユニットの安定化を試みた。安定な中間体を形成する方法として、それぞれのサブユニットの発現菌同士を混合して精製する方法と、共発現ベクターを利用した方法の 2 つを試した。両方の方法で Mu gp35 と Mu gp36 が結合して中間体を形成することが確認でき、さらに Mu gp36 の立体構造と合わせて Mu ファージのネック領域におけるサブユニットの配置についての予想図を作成した。

第五章では共発現系の利用が中間体複合体の形成に有効であることが示されたことから、同様の方法をテイルファイバーの精製にも応用した。Mu ファージのサブユニットのうち正 確なフォールディングにシャペロンが必要であるテイルファイバーgp49 と gp52 について、それぞれのシャペロン gp50、gp51 との中間体複合体の形成を試みた。テイルファイバー gp49 と gp52 は単独で発現させると沈殿として回収されたが、共発現系で中間体を形成さ せることにより Mu gp49 と Mu gp50 が結合した中間体と、Mu 52 と Mu 51 が結合した中 間体が可溶性で得られ、それぞれを単離精製することができた。精製した Mu gp49 と Mu gp50 が結合した中間体は大腸菌のリポポリサッカライドと結合する活性を保持していた。 これらの結果から、共発現系が安定な中間体の形成に有効であることを実証した。

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[1] Keen, E. C. (2015). A century of phage research: Bacteriophages and the shaping of modern biology. Bioessays., 37, 6-9.

[2] International Committee on Taxonomy of Viruses ICTV. " ICTV Master Species List 2018b.v2". International Committee on Taxonomy of Viruses ICTV. https://talk.ictvonline.org/files/master-species-lists（accessed at 2020-01-17）.

[3] Hankin, E. H. (1896). L'action bactericide des eaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera. Ann. Inst. Pasteur. Microbiol., 10, 511–523.

[4] Keen, E. C. (2014). "Tradeoffs in bacteriophage life histories". Bacteriophage., 4, e28365.

[5] Hershey, A. D., Chase, M. (1952). “Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage”, J. Gen. Physiol., 36, 39-56.

[6] Fiers, W., Contreras, R., Duerinck, F., Haegeman, G., Iserentant, D., Merregaert, J., Min, J. W., Molemans, F., Raeymaekers, A., Van den Berghe, A., Volckaert, G., Ysebaert, M. (1976). Complete nucleotide sequence of bacteriophage MS2 RNA: primary and secondary structure of the replicase gene. Nature., 8, 500-507.

[7] Sanger, F., Air, G. M., Barrell, B. G., Brown, N. L., Coulson, A. R., Fiddes, J. C., Hutchison, C. A., Slocombe, P. M., Smith, M. (1977). Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA. Nature., 265, 687-695.

[8] Smith, G. P. (1985). Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface. Science., 228 , 1315–1317.

[9] Smith, G. P., Petrenko, V. A. (1997). Phage Display. Chem. Rev., 97, 391– 410.

[10] Rhoads, D. D., Wolcott, R. D., Kuskowski, M. A., Wolcott, B. M., Ward, L. S., Sulakvelidze, A. (2009). Bacteriophage therapy of venous leg ulcers in humans: results of a phase I safety trial. J. Wound. Care., 18, 237–243.

[11] Wright, A., Hawkins, C. H., Änggård, E. E., Harper, D. R. (2009). A controlled clinical trial of a therapeutic bacteriophage preparation in chronic otitis due to antibiotic-resistant Pseudomonas aeruginosa; a preliminary report of efficacy. Clin. Otolaryngol., 34, 349–357.

[12] Svircev, A., Roach, D., Castle, A. (2018). Framing the Future with Bacteriophages in Agriculture. Viruses., 5, 218.

[13] Addy, H. S., Askora, A., Kawasaki, T., Fujie, M., Yamada, T. (2012). Utilization of Filamentous Phage φRSM3 to Control Bacterial Wilt Caused by Ralstonia solanacearum. Plant. Dis., 96,1204-1209.

[14] Jończyk-Matysiak, E., Weber-Dąbrowska, M. K. B., Borysowski, J., Górski, A. (2014). Possible Use of Bacteriophages Active against Bacillus anthracis and Other B. cereus Group Members in the Face of a Bioterrorism Threat. Biomed. Res. Int. 2014, 735413.

[15] Fan, H., Tong, Y. (2012). Potential Dual-Use of Bacteriophage in Bioterrorism and Biodefense. J. Bioterror. Biodef., 3. 1000121.

[16] Woese, C. R., Kandler, O., Wheelis, M. L. (1990). Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 87, 4576-4579.

[17] Rohwer, F., Edwards, R. (2002). The Phage Proteomic Tree: a Genome-Based Taxonomy for Phage. J. Bacteriol., 186, 4529-4535.

[18] Lavigne, R., Darius, P., Summer, E. J., Seto, D., Mahadevan, P., Nilsson, A. S., Ackermann, H. W., Kropinski, A. M. (2009). Classification of Myoviridae bacteriophages using protein sequence similarity. BMC. Microbiology., 9, 1-16.

[19] Washizaki, A., Yonesaki, T., Otsuka, Y. (2016). Characterization of the interactions between Escherichia coli receptors, LPS and OmpC, and bacteriophage T4 long tail fibers. Microbiologyopen., 5, 1003-1015.

[20] Chatterjee, S., Rothenberg, E. (2012). Interaction of Bacteriophage λ with Its E. coli Receptor, LamB. Viruses., 4, 3162–3178.

[21] Aksyuk, A. A., Rossmann, M. G. (2011). Bacteriophage Assembly. Viruses., 3, 172–203.

[22] Fokine. A., Rossmann, M. G. (2014). Molecular architecture of tailed double- stranded DNA phages. Bacteriophage., 4. e28281.

[23] Casjens, S. R., Hendrix, R. W. (2015). Bacteriophage lambda: Early pioneer and still relevant. Virology., 479-480, 310-330.

[24] Leiman, P. G., Kanamaru, S., Mesyanzhinov, V. V., Arisaka, F., Rossmann, M. G. (2003). Structure and morphogenesis of bacteriophage T4. Cell. Mol. Life. Sci., 60, 2356-2370.

[25] Veesler, D., Cambillau, C. (2011). A Common Evolutionary Origin for Tailed- Bacteriophage Functional Modules and Bacterial Machineries. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 75, 423-433.

[26] Yap, M. L., Rossmann, M. G. (2014). Structure and function of bacteriophage T4. Future. Microbiol., 9, 1319-1327.

[27] Christie, G., E., Calendar, R. (2016). Bacteriophage P2. Bacteriophage, 1, e1145782.

[28] Häuser, R., Blasche, S., Dokland T., Haggård-Ljungquist, E., von, Brunn, A., Salas, M., Casjens, S., Mokineux, I., Uetz, P. (2012). Bacteriophage Protein–Protein Interactions. Adv. Virus. Res., 83, 219-298.

[29] Chaban, Y., Lurz, R., Brasilès, S., Cornilleau, C., Karreman, M., Zinn-Justin, S., Tavares, P., Orlova, E. V. (2015). Structural rearrangements in the phage head-to- tail interface during assembly and infection. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 112, 7009-7014.

[30] Pell, L. G., Liu, A., Edmonds, L., Donaldson, L. W., Howell, P. L., Davidson, A. R. (2009). The X-ray crystal structure of the phage lambda tail terminator protein reveals the biologically relevant hexameric ring structure and demonstrates a conserved mechanism of tail termination among diverse long-tailed phages. J. Mol. Biol., 389, 938–951.

[31] Taylor, A. L. (1963). Bacteriophage-Induced Mutation in Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 50, 1043–1051.

[32] Makhov, A. M., Trus, B. L., Conway, J. F., Simon, M. N., Zurabishvili, T. G., Mesyanzhinov, V. V., Steven, A. C. (1993). The short tail-fiber of bacteriophage T4: molecular structure and a mechanism for its conformational transition. Virology., 194, 117–127.

[33] Sycheva, L. V., Shneider, M. M., Sykilinda, N. N., Ivanova, M.A., Miroshnikov, K. A., Leiman P. G. (2012) Crystal structure and location of gp131 in the bacteriophage phiKZ virion. Virology., 434, 257–264.

[34] Leiman, P. G., Arisaka, F., van Raaij, M. J., Kostyuchenko, V. A., Aksyuk, A. A., Kanamaru, S., Rossmann, M. G. (2010). Morphogenesis of the T4 tail and tail fibers. Virol. J., 7, 355.

[35] Garcia-Doval, C., van Raaij, M.J. (2012). Structure of the receptor-binding carboxy- terminal domain of bacteriophage T7 tail fibers. Proc. Natl. Am. Sci. U. S. A., 109, 9390–9395.

[36] Granell, M., Namura, M., Alvira, S., Garcia-Doval, C., Singh, A.K., Gutsche, I., van Raaij, M.J., Kanamaru, S. (2014). Crystallization of the carboxy-terminal region of the bacteriophage T4 proximal long tail fibre protein gp34. Acta. Crystallogr. F. Struct. Biol. Commun., 70, 970–975.

[37] Harada, K., Yamashita, E., Nakagawa, A., Miyafusa, T., Tsumoto, K., Ueno, T., Toyama, Y., Takeda, S. (2013). Crystal structure of the C-terminal domain of Mu phage central spike and functions of bound calcium ion. Biochim. Biophys. Acta., 1834, 284–291.

[38] Yamashita, E., Nakagawa, A., Takahashi, J., Tsunoda, K., Yamada, S., Takeda, S. (2011) . The host-binding domain of the P2 phage tail spike reveals a trimeric iron- binding structure. Acta. Crystallogr. F. Struct. Biol. Cryst. Commun., 67, 837–841.

[39] Burda, M. R., Miller, S. (1999). Folding of coliphage T4 short tail fiber in vitro. Analysing the role of a bacteriophage-encoded chaperone. Eur. J. Biochem., 265, 771–778.

[40] Hashemolhosseini, S., Stierhof, Y.D., Hindennach, I., Henning, U. (1996). Characterization of the helper proteins for the assembly of tail fibers of coliphages T4 and lambda. J. Bacteriol., 178, 6258–6265

[41] Schulz E.C., Dickmanns A., Urlaub H., Schmitt A., Muhlenhoff M., Stummeyer K., Schwarzer D., Gerardy-Schahn R., Ficner R. (2010). Crystal structure of an intramolecular chaperone mediating triple-beta-helix folding. Nat. Struct. Mol. Biol., 17, 210–215

[42] de Graaff, J., Kreuning, P. C., van de Putte, P. (1973). Host Controlled Restriction and Modification of Bacteriophage Mu and Mu Promoted Chromosome Mobilization in Citrobacter freundii. Mol. Gen. Genet., 123, 283–288.

[43] Golais, F., Hollý, J., Vítkovská, J. (2013). Coevolution of bacteria and their viruses. Folia. Microbiol. (Praha)., 58, 177–186.

[44] Inman, R. B., Schnös, M., Howe, M. M. (1976). Location of the ''Variable End'' of Mu DNA within the Bacteriophage particle. Virology, 72, 393–401.

[45] Harshey, R. M. (2012). The Mu story: how a maverick phage moved the field forward. Mob. DNA. 3, 21.

[46] Bukhari, A.I., Zipser, D. (1972). Random Insertion of Mu 1 DNA within a Single Gene. Nat. New. Biol., 236, 240–243.

[47] Grundy, F. J., Howe, M. M. (1985). Morphogenetic structures present in lysates of amber mutants of bacteriophage Mu. Virology., 143, 485–504.

[48] Morgan, G. J., Hatfull, G. F., Casjens, S., Hendrix, R. W. (2002) Bacteriophage Mu genome sequence: Analysis and comparison with Mu like prophages in Heamophilus, Neisseria and Deinococcus. J. Mol. Biol., 317, 337–359.

[49] Smith, M. L., Avanigadda, L. N., Liddell, P. W., Kenwright, K. M., Howe, M. M. (2010). Identification of the J and K genes in the bacteriophage Mu genome sequence. FEMS. Microbiol. Lett., 313, 29-32.

[50] Ilangovan, U., Wojciak, J. M., Connolly, K. M., Clubb, R. T. (1995). NMR structure and functional studies of the Mu repressor DNA-binding domain. Biochemistry., 38, 8367-8376.

[51] Strzelecka, T. E., Clore, G. M., Gronenborn, A. M. (1995). The solution structure of the Mu Ner protein reveals a helix-turn-helix DNA recognition motif. Structure., 3, 1087–1095.

[52] Rice, P., Mizuuchi, K. (1995). Structure of the bacteriophage Mu transposase core: a common structural motif for DNA transposition and retroviral integration. Cell., 82, 209-220.

[53] Hung, L. H., Chaconas, G., Shaw, G. S. (2000). The solution structure of the C- terminal domain of the Mu B transposition protein. EMBO J., 19, 5625–5634.

[54] Kumaraswami, M., Howe, M. M., Park, H. W. (2004). Crystal structure of the Mor protein of bacteriophage Mu, a member of the Mor/C family of transcription activators. J. Biol. Chem., 279, 16581-16590.

[55] Kondou, Y., Kitazawa, D., Takeda, S., Tsuchiya, Y., Yamashita, E., Mizuguchi, M., Kawano, K., Tsukihara, T. (2005). Structure of the central hub of bacteriophage Mu baseplate determined by X-ray crystallography of gp44. J. Mol. Biol., 352, 976– 985.

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