2024年4月，来自德克萨斯农工大学农业学院和生命科学系生物化学和生物物理系的Lanying Zeng和Junjie Zhang等人在Science上发表了名为“Removal of Pseudomonas type IV pili by a small RNA virus”的文章。该研究报道了单链RNA(ssRNA)噬菌体PP7，通过IV型菌毛(T4P)感染铜绿假单胞菌PAO1，研究发现，PP7在感染过程中会使T4P脱落。研究人员利用荧光显微镜观察了PP7感染PAO1过程中T4P的脱落。当使用由紫外线(UV)灭活的PP7(UV-PP7)其病毒RNA不能进入细胞，仍然诱导了T4P脱离，这表明T4P的脱离是发生在PP7进入过程中，独立于细胞内的PP7复制。在T4P分离的同时，野生型WT PP7和UV-PP7处理都抑制T4P的动力学，大大降低了蹭行运动(Twitching motility)。研究人员使用单颗粒子冷冻电镜(cryo-EM)确定了PP7病毒粒子的结构，每个成熟的PP7病毒粒子包含两个Mat（成熟蛋白）分子，其中一种Mat蛋白暴露在外被命名为Mat_EX(Exposed Mat)，另一个Mat完全内部化被称为Mat_IN(internalized MAT)，它与病毒RNA的3′端结合。PP7通过Mat_EX次要β-折叠区域（菌毛相互作用区 PIR）与T4P中的pilA亚单位相互作用，使Mat_EX的尖端朝向宿主细胞。在感染后，PP7的Matex与PilQ胞外侧的Pilin（菌毛蛋白）亚基结合，并通过PilQ通道与回收的T4P一起迁移。在该进入步骤中，PIR与结合的Pilin一起进入PilQ通道。Mat-T4P复合体由于其狭窄的内径而卡在PilQ的边缘。此后回缩力继续拉动菌毛蛋白，导致它们伸长，进一步破坏pilin-pilin相互作用的稳定性，从而导致最终的菌毛脱落。菌毛脱离后，后续的菌毛回缩可能会将Mat-vRNA复合体进一步拉过细胞膜，随后vRNA移位到宿主细胞质中，启动感染。该研究揭示PP7利用T4P进入细胞的机制，它在确保自身复制的同时，损害了其细菌病原体宿主的毒力，这将有助于揭示噬菌体-细菌相互作用和噬菌体生物学的基本方面，并可能为抗菌策略开辟一条途径。

图1.PP7分离铜绿假单胞菌T4P并固定铜绿假单胞菌细胞。(A)由PP7感染引起的分离T4P(部分用红色箭头表示)与缓冲液处理细胞相关菌毛(用白色箭头表示)相比的代表性图像。(B)细胞在MOI=5或等效UV-PP7感染PP7后，离体菌毛随着时间的推移而增加。(C) PP7经紫外线处理及感染过程示意图。(D) MOI=0.5时smFISH检测到的PP7 RNA(红色)的代表性图像。(上)PP7感染细胞的RNA随着时间的推移而复制，而(中)UV-PP7感染细胞的RNA仍然是单一焦点，而(下)未感染的对照中没有RNA。(E)携带极性RNA的细胞占携带RNA信号细胞总数的百分比。(F) PP7感染后携带RNA信号的细胞百分比与UV-PP7相似。(G)(左，中)具有代表性的相衬快照。(H)箱形图显示细胞质心运动的分布。

图2.T4P脱离的决定因素和模型。(A)描述PP7脱离T4P要求的示意图模型(左)，包括由ATPases PilT和PilU驱动的菌毛收缩，以及Mat-pilin相互作用。在菌毛(左)上吸附后，(中左)PP7被菌毛缩回带到细胞表面，Mat进入细胞包膜，导致(中右)菌毛弯曲，(右)菌毛脱离。(B)单个T4P的缩回失速力分布。(C)在MOI=5时，PP7对pilT-H222A菌毛的分离程度低于WT菌毛。(D) pilA-K65A突变导致的脱离菌毛比WT少。(E)利用Langevin动力学模拟PP7结合时T4P的缩回事件。(F) Mat_EX与T4P的接触面积在进入阶段增加。(G)模拟分析了T4P从进入前阶段到进入阶段的运动。

DOI：10.1126/science.adl0635

原文链接：Removal of Pseudomonas type IV pili by a small RNA virus | Science