Геном фага Т4

Геном фага Т4 – двуцепочечная ДНК около 169 кб, чрезвычайно избыточен (наличие интронов).

Геном Т4 (168 903 п.о.) имеет 289 рамок считывания, кодирующих белки, 8 тРНК генов и, как минимум, 2 гена, кодирующих малые РНК неизвестной функции. Можно охарактеризовать около 150 генов, но только 62 гена существенны. Вирион построен из более, чеи 200 субъедениц, которые являются продуктами около 50 генов: 24 типа белка составляют капсид, 22 – хвостовой отросток и 6 – хвостовые фибриллы. Более 10 других генов кодируют ядровые, каталитические, шапероноподобные белки, которые содействуют сборке, но не представлены в вирусной частице. Сборка головки, хвостового отростка, длинных фибрилл и «бакендбардов» происходит отдельно, а затем уже готовые части собираются в зрелую вирусную частицу.

Геном богат на АТ-группы и содержит модифицированные основания в форме 5-гидрокси-метил-цитозина (в большем количестве, чем просто цитозин), которые защищаю фаговую ДНК от многих хозяйских ретстрикционных систем и кодируемых фагом нуклеаз, которые атакуют хозяйскую ДНК во время фаговой инфекции. Более того, большинство гидроксиметиловых групп гликозилируются после синтеза ДНК, чтоб противодействовать хозяйской Mcr системе (рестриция модифицированного цитозина).

Геном содержит около 300 возможных генов, отличающихся по времени их экспрессии с тремя различными типами промоторов: ранние гены с промотором Pe (early), средние с промотором Pm (middle) и поздние с промотором Pl (late). Гены, транскрибируемые как рано, так и поздно, называются квази-поздними генами.

Ранние и средние гены кодируют функции для ДНК транскрипции и ДНК репликации и регуляции экспрессии поздних генов, кодирующих компоненты капсида и хвостового отростка фаговой частицы и функции клеточного лизиса. Большинство генов, кодируемых фагом Т4 – это гены синтеза и сборки структурных компонентов.

У Т4 нет своей ДНК-зависимой РНК-полимеразы, необходимой для транскрипции ранних генов вируса после введения его ДНК в цитоплазму бактериальной клетки. Поэтому центральным аспектом реализации генетической информации вируса считается необходимость перестроить метаболические процессы клетки таким образом, чтобы обеспечить конкурентоспособную экспрессию собственных генов и «отключить» транскрипцию клеточной ДНК.

В первые минуты инфекции фаг Т4 выключает метаболические процессы клетки, связанные с ДНК и РНК. Бактериальный геном деградуеться цитозин-специфическими нуклеазами, в то время как вирусная ДНК устойчива к их действию, поскольку она гликозилирована и содержит гидроксиметилцитозин - модифицированные азотистые основания, которые не распознаются данным ферментом. Это позволяет не только селективно защитить собственный генетический материал фага от деградации нуклеазами, но и обеспечить вирус ресурсами (нуклеотидами, АТФ, ГТФ и др.), необходимыми для собственной экспрессии и репликации.
Вследствие такого развития событий создаются оптимальные условия для развития инфекционного цикла фага Т4 в целом и экспрессии его генов / репликации генома в частности.

Регуляция экспрессии вирусных генов осуществляется преимущественно на уровне транскрипции. Соответственно, важная роль в транскрипционных регуляции экспрессии генов фага Т4 отыгрывается вирусными белками – регуляторами экспрессии.

Начальные изменения в экспрессии генов обусловлены модификациями клеточной РНК-полимеразы, вызванных вирусными белками. Поэтому клеточная РНКполимераза перестает узнавать промоторы собственных генов. Одним из таких вирусных белков-регуляторов транскрипции является белок Alt, который вместе с ДНК фага T4 вводится в клетку и отвечает за АДФ-рибозилирование субъединицы клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Такая модификация препятствует дальнейшему взаимодействию РНК-полимеразы с наиболее активными промоторами ДНК клетки. В это же время промоторы ДНК фага T4 лучше узнаются именно ферментом с модифицированной субъединицей.

Продукты нескольких ранних генов вируса отвечают за дальнейшую активацию средних генов и окончательное выключение всех промоторов ДНК клетки-хозяина.