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Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4052 (2023) Citer cet article

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E217 est un phage Pseudomonas utilisé dans un cocktail expérimental pour éradiquer Pseudomonas aeruginosa associé à la mucoviscidose. Nous décrivons ici la structure de l'ensemble du virion E217 avant et après l'éjection de l'ADN à une résolution de 3,1 Å et 4,5 Å, respectivement, déterminée par microscopie électronique cryogénique (cryo-EM). Nous identifions et construisons des structures de novo pour 19 produits uniques du gène E217, résolvons la machine d'éjection du génome de la queue dans les états étendus et contractés et déchiffrons l'architecture complète de la plaque de base formée par 66 chaînes polypeptidiques. Nous déterminons également que E217 reconnaît l'antigène O de l'hôte en tant que récepteur, et nous résolvons la partie N-terminale de la fibre de queue de liaison à l'antigène O. Nous proposons que les principes de conception E217 présentés dans cet article soient conservés dans les phages Myoviridae de type PB1 du genre Pbunavirus qui codent pour une plaque de base d'environ 1,4 MDa, considérablement plus petite que le coliphage T4.

Le bactériophage E217 infecte Pseudomonas aeruginosa et fait partie d'un cocktail de phages expérimental développé pour éradiquer les infections à P. aeruginosa chez les larves de Galleria mellonella (teigne de la cire) et les modèles vertébrés1,2,3. E217 est un Myoviridae de type PB1 du genre Pbunavirus caractérisé par un génome1 d'environ 66,2 kpb, nettement plus petit que le phage entérobactérien classique T4 (~169 kpb)4. Les phages de type PB1 sont omniprésents sur Terre5, trouvés dans les eaux douces aux États-Unis6 et au Brésil7, ainsi que dans les eaux usées et les eaux usées en Europe8. Ces phages ont des génomes d'environ 65 kbs et des complexes de plaques de base nettement plus simples que le coliphage classique T4. Un quintuple sommet unique de la capside E217 est occupé par un long appareil de queue contractile qui brise la symétrie icosaédrique9. La queue s'assemble sur une protéine porte dodécamère qui remplace un penton de capside au sommet unique, fournissant un canal d'entrée et de sortie permettant au virus d'emballer et d'éjecter l'ADN10. Le génome E217 est encapsidé dans une capside précurseur immature (ou procapside) à l’aide de deux sous-unités terminase, TerL et TerS que nous avons récemment caractérisées11. Parallèlement, la plaque de base assemble et recrute le tube de queue, les protéines de la gaine et les fibres se fixant au sommet porte via un col formé par des facteurs supplémentaires.

La plupart des connaissances actuelles sur l'assemblage des Myoviridae sont extrapolées à partir du système modèle T4, qui a été étudié de manière approfondie pendant plus d'un siècle12,13,14. Chez les Myoviridae, la plaque de base est un complexe multi-sous-unités qui héberge différentes activités, notamment la fixation à la surface de l'hôte, la pénétration de la membrane interne de l'hôte et l'éjection du génome couplée à la contraction. L'architecture de la plaque de base T4 isolée a été élucidée dans les états pré- et post-contraction, en tirant parti d'un mutant (T4-18h-23h) qui assemble l'ensemble du complexe plaque de base-tube de queue mais ne parvient pas à l'incorporer dans un virion15, 16. La plaque de base T4 est une machine d'environ 6 MDa construite par 15 chaînes polypeptidiques différentes répétées en plusieurs exemplaires pour générer un complexe moléculaire d'environ 145 protéines. La plaque de base T4 a un diamètre d'environ 490 Å, soit deux fois celui du ribosome bactérien, et contient des fibres à queue courte et longue responsables de la fixation des phages à la paroi cellulaire bactérienne17,18. Hu et coll. analysé le T4 à différents stades de l'infection par tomographie cryoélectronique (cryo-ET) 19. Il est intéressant de noter que la plupart des fibres à longue queue sont repliées contre le virion avant l’infection et n’interagissent pas directement avec la surface de l’hôte. Le premier événement de contraction de la queue est la liaison irréversible des fibres courtes de la queue dépassant du bas de la plaque de base jusqu'à la membrane externe de l'hôte, ce qui déclenche la contraction de la gaine. Cet événement entraîne le tube caudal dans le périplasme, entraînant une éjection ultérieure du génome. La perforation de la membrane hôte ne nécessite pas la force motrice des protons, qui devient uniquement nécessaire à la translocation du génome.