アービトリウム
バクテリオファージの遺伝メカニズム

アービトリウムは、バクテリオファージが互いに通信し、宿主細胞の運命を決定するために産生するウイルス ペプチドです。 [1] 6アミノ酸（AA）からなるため、ヘキサペプチドとも呼ばれます。ファージが細菌宿主に感染すると産生され、宿主が感染したことを他のファージに知らせます。

発見

アルビトリウムは、イスラエルのワイツマン科学研究所の微生物遺伝学者、ロテム・ソレク率いるチームによって初めて観察されました。[2] [3]彼らは枯草菌におけるコミュニケーション、特にファージに感染した細菌が、近くの未感染の細菌にウイルスの存在を警告する仕組みを研究していました。彼らは、ファージ（phi3T株）が互いにコミュニケーションを取り、感染を調整していることを発見しました。[1]さらに、彼らはヒトの自然免疫システムと細菌のファージに対する防御システムの間に類似点を発見しました。免疫システムの構成要素は、細菌の防御システムに由来するようです。[4]

機構

溶原性ファージが細菌に感染すると、溶菌経路または溶原経路のいずれかに入ります。溶菌経路では、宿主は子ウイルス粒子を産生・放出し、通常はその過程で宿主を死滅させます。溶原経路では、ウイルスが細菌の染色体に挿入されます。その後、ウイルスゲノムが活性化され、溶菌経路に沿って子ウイルス粒子を産生・放出します。

少なくとも一部のファージは、アルビトリウムを用いて新鮮な宿主の一般的性を判断する。感染するたびにアルビトリウムが生成され、残りのファージは周囲のアルビトリウム濃度を測定する。アルビトリウム濃度が高すぎる場合、未感染の宿主が枯渇しつつあることを示唆している可能性がある。ウイルスは、利用可能な宿主をすべて枯渇させないように、溶解性から溶原性へと移行する。[1]

スペイン、バレンシア生物医学研究所のアルベルト・マリーナ率いる研究チームによると、枯草菌/ SPbetaファージシステムを研究している研究チームによると、アルビトリウム（AimP）はAimX転写因子AimRに結合し、溶原性を抑制するAimXの活性を抑制する。[5] [6] [7]マリーナはまた、同じシステムにおいて、ウイルスのアルビトリウム受容体が、細菌の増殖を助ける遺伝子だけでなく、他のいくつかのDNA領域とも相互作用することを示した。彼は、アルビトリウムシグナルが重要な細菌遺伝子の活性を変化させる可能性があると示唆している。[1]

最近では、ソレク研究室のアビゲイル・ストーカー＝アビハイルとニッツァン・タルが率いる別のチームが、バチルス属細菌の他の種、すなわち病原性種である炭疽菌、セレウス菌、バチルス・チューリンゲンシスにおいても同様のシステムを発見した。[8]彼らは、「ファージ間のペプチドベースのコミュニケーションシステムの発生については、より広範囲に研究する必要がある」と推測している。[8]

規制

アルビトリウムペプチド

arbitrium システムは、arbitrium ペプチドをコードする aimP、aimP に結合する転写因子をコードする aimR、および溶原性を抑制する非コード RNA を生成する aimX の 3 つの遺伝子から構成されます。 aimR 複合体の構造はまだ不明です。その結果、溶解は、まだわかっていないメカニズムによって誘導されます。 aimP 遺伝子は 43 アミノ酸 (aa) のペプチドをコードしており、これは 6 アミノ酸 (aa) の活性型に成熟します。成熟したタンパク質は、オリゴペプチド透過酵素(OPP) トランスポーターチャネルを使用して近隣の細菌に輸送されます。OPP トランスポートチャネルは、細菌細胞内で特定のサイズ、組成、電荷、または配列を持たないペプチドを輸送することができます。[9]細胞内に入ると、成熟した AimP は AimR 受容体に結合し、その活性を調節します。その結果、AimR は DNA 結合能力を失います。AimR によって発現が促進される AimX も、このように抑制されます。[10] [6] [11]

感染初期段階では、活性ファージの数は非常に少ない。この時点では、アルビトリウムペプチドはまだ存在せず、AimRはaimXの発現を活性化する。これはファージの溶菌サイクルを促進する。ファージが複数回複製されると、培地中にAimPが蓄積する。成熟したAimPペプチドの濃度は、AimR受容体への結合に必要な閾値に達するまで増加する。この閾値に達すると、AimRはaimXの発現活性化を停止し、溶原サイクルの刺激とプロファージの細菌染色体への組み込みを引き起こす。これにより、ファージによる細菌集団の根絶が阻止される。このように、アルビトリウムコミュニケーションシステムによって、感染ファージは細胞の運命を決定することができる。[12] [5]

アプリケーション

ソレク氏は、 HIVや単純ヘルペスウイルスなどのヒトウイルスは活動性感染と潜伏感染を引き起こす可能性があることから、アルビトリウムに似たシステムを用いてコミュニケーションを行っている可能性があると示唆している。この場合、この類似体を用いてウイルスを完全に潜伏状態にすることで感染を抑制することができる可能性がある。[1] [2]レスター大学のマーサ・クロキー教授は、ウイルスによるコミュニケーションの発見を「変革的」だと称賛している。[2]

参照

参考文献

  1. ^ abcde Dolgin, Elie (2019). 「ウイルスの秘密の社会生活」. Nature . 570 (7761): 290– 292. Bibcode :2019Natur.570..290D. doi : 10.1038/d41586-019-01880-6 . PMID  31213694.
  2. ^ abc Callaway, Ewen (2017年1月18日). 「ウイルスは話せるか？ 化学メッセージを送るファージを捉える」Nature . doi :10.1038/nature.2017.21313. S2CID  90839014.
  3. ^ Erez, Zohar; Steinberger-Levy, Ida; Shamir, Maya; Doron, Shany; Stokar-Avihail, Avigail; Peleg, Yoav; Melamed, Sarah; Leavitt, Azita; Savidor, Alon; Albeck, Shira; Amitai, Gil; Sorek, Rotem (2017-01-26). 「ウイルス間のコミュニケーションが溶解–溶原性の決定を導く」Nature . 541 (7638): 488– 493. Bibcode :2017Natur.541..488E. doi :10.1038/nature21049. ISSN  0028-0836. PMC 5378303. PMID 28099413  . 
  4. ^ 「Rotem Sorek の研究室ホームページ」。
  5. ^ ab ガレゴ・デル・ソル、フランシスカ;ペナデス、ホセ R.マリーナ、アルベルト（2019年4月）。 「ファージアービトリウム通信システムを支える分子機構の解読」。分子細胞。74 (1): 59–72.e3。土井：10.1016/j.molcel.2019.01.025。PMC 6458997。PMID  30745087。 
  6. ^ ab グアン、ゼユアン;ペイ、カイ。王、静。崔、永慶。朱、翔。スー、シャン。周、元宝。チャン、デリン。唐、春。イン、ピン。劉、朱。ゾウ、ティンティン（2019年5月28日）。 「SPβファージにおけるアービトリウム通信システムのAimRによるDNA認識の構造的洞察」。セルディスカバリー。5 (1): 29.土井:10.1038/s41421-019-0101-2。PMC 6536502。PMID  31149347。 
  7. ^ ドゥ、チャオ;シオン、ジエ。ク・イジュン。イン、クン。ワン、ジンジン。胡、岳紅。周、ダン。フー、シャンフイ。チー、シチアン。朱暁峰。ヤオ、少華。徐、恒。ニー、チュンライ。梁宗安。ヤン、シェンヨン。魏、玉泉。チェン、ウェイ（2018年10月15日）。 「ウイルスコミュニティにおける溶解と溶原性の決定の制御に関する構造的および機能的洞察」。自然微生物学。3 (11): 1285 ～ 1294 年。土井:10.1038/s41564-018-0259-7。PMID  30323253。S2CID 256703295  。
  8. ^ ab Stokar-Avihail, Avigail; Tal, Nitzan; Erez, Zohar; Lopatina, Anna; Sorek, Rotem (2019年5月). 「土壌および病原性細菌に感染するファージにおけるペプチドコミュニケーションの広範な利用」. Cell Host & Microbe . 25 (5): 746–755.e5. doi :10.1016/j.chom.2019.03.017. PMC 6986904. PMID  31071296 . 
  9. ^ Maio, Alessandro; Brandi, Letizia; Donadio, Stefano; Gualerzi, Claudio (2016年5月24日). 「オリゴペプチド透過酵素Oppは細菌性P部位解読阻害剤GE81112の不法輸送を媒介する」.抗生物質. 5 (2): 17. doi : 10.3390/antibiotics5020017 . PMC 4929432. PMID  27231947 . 
  10. ^ Larsen, Christopher N; Sun, Guangyu; Li, Xiaomei; Zaremba, Sam; Zhao, Hongtao; He, Sherry; Zhou, Liwei; Kumar, Sanjeev; Desborough, Vince; Klem, Edward B (2020年3月1日). 「Mat_peptide: 5つのウイルスファミリーにおけるポリタンパク質由来の成熟ペプチドの包括的アノテーション」. Bioinformatics . 36 (5): 1627– 1628. doi :10.1093/bioinformatics/btz777. PMC 8215913. PMID  31609421 . 
  11. ^ Trinh, Jimmy T.; Zeng, Lanying (2019年1月). 「構造がファージの溶解と溶原性の決定を制御する」. Trends in Microbiology . 27 (1): 3– 4. doi :10.1016/j.tim.2018.11.005. PMID  30502931. S2CID  54523229.
  12. ^ ブレイディ、エイスリング;クイルズ・プシャルト、ヌリア;ガレゴ・デル・ソル、フランシスカ。サモラ＝カバレロ、サラ。フェリペ・ルイス、アロンソ。ヴァルカルボ、ホルヘ。マイヤー、ウィルフリード JJ;マリーナ、アルベルト。ペナデス、ホセ R. (2021 年 11 月)。 「アービトリウムシステムはプロファージ誘導を制御します。」現在の生物学。31 (22): 5037–5045.e3。Bibcode :2021CBio...31E5037B。土井：10.1016/j.cub.2021.08.072。PMC 8612738。PMID  34562384。 
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