Una nuova rete proteica del capside consente la caratteristica struttura della membrana interna dei virus giganti Marsigliaviridae

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21428 (2022) Citare questo articolo

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I Marsigliaviridae sono una famiglia di virus giganti, che mostrano una caratteristica membrana interna con estrusioni sotto i vertici icosaedrici. Tuttavia, oggetti così grandi, con un diametro massimo di 250 nm, sono tecnicamente difficili da esaminare con una risoluzione sub-nanometrica mediante microscopia crioelettronica. Qui, abbiamo testato l'utilità del cryo-EM ad alta tensione da 1 MV (cryo-HVEM) per l'analisi strutturale di singole particelle (SPA) di virus giganti utilizzando tokyovirus, una specie di Marsigliaviridae, e abbiamo rivelato la struttura del capside con una risoluzione di 7,7 Å. Il capside che racchiude il DNA virale consisteva principalmente di quattro strati: (1) proteine ​​principali del capside (MCP) e proteine ​​pentone, (2) proteine ​​minori del capside (mCP), (3) componenti proteici dell'impalcatura (ScPC) e (4) componenti interni membrana. Gli mCP hanno mostrato un nuovo reticolo capside costituito da otto componenti proteici. Gli ScPC che collegano i vertici icosaedrici hanno supportato la formazione delle estrusioni di membrana e forse agiscono come proteine ​​​​del metro a nastro riportate in altri virus giganti. È stato suggerito che la densità sopra il trimero MCP includa le glicoproteine. Questo è il primo tentativo alla cryo-HVEM SPA. Abbiamo riscontrato che i limiti principali sono la mancanza di acquisizione automatizzata dei dati e di supporto software per la raccolta e l'elaborazione e quindi una risoluzione ottenibile. Tuttavia, i risultati aprono la strada all’utilizzo del crio-HVEM per l’analisi strutturale di campioni biologici più grandi.

I “virus giganti” sono virus di dimensioni fisiche eccezionalmente grandi, più grandi dei piccoli batteri1. Hanno anche un genoma molto più grande (> 100 kilobasi (kb)) rispetto ad altri virus e contengono molti geni (> 50 geni) non presenti in altri virus2. Una delle caratteristiche di questi virus è che possiedono DNA a doppio filamento incapsulato in un doppio strato lipidico3. Questi virus a DNA di grandi dimensioni sono ora classificati tassonomicamente nel phylum Nucleocytoviricota4, ma storicamente sono stati indicati come virus a DNA nucleo-citoplasmico di grandi dimensioni (NCLDV). Gli NCLDV sono un clade espansivo di grandi virus che possiedono DNA a doppio filamento e prendono di mira diversi eucarioti ospiti5. Gli NCLDV sono composti da diverse famiglie, tra cui Asfarviridae, Ascoviridae, Iridoviridae, Marsigliaviridae, Mimiviridae, Phycodnaviridae e Poxviridae, e virus non classificati come cedratvirus, faustovirus, medusavirus, Mininucleoviridae, mollivirus, orpheovirus, pacmanvirus, pandoravirus e pithovirus6. Anche adesso, una varietà di NCLDV sono isolati e studiati in tutto il mondo. È stato proposto un nuovo ordine, Megavirales, sulla base delle caratteristiche condivise di questi virus7. Gli NCLDV mostrano diversi tipi di forme a seconda della specie2. Asfarviridae, Ascoviridae, Iridoviridae, Marsigliaviridae, Mimiviridae, Phycodnaviridae, faustovirus, medusavirus, pacmanvirus e Mininucleoviridae mostrano una forma icosaedrica. Poxviridae presenta una forma a mattone. Cedratvirus, mollivirus, orpheovirus, pandoravirus e pithovirus presentano una forma ad anfora. Anche le dimensioni variano; i pithovirus a forma di anfora sono i più grandi tra i virus giganti, superando le dimensioni di 2 μm, ma esiste una variazione significativa nelle dimensioni effettive8. D'altra parte, il mimivirus a forma icosaedrica ha un diametro di circa 500 nm (esclusi i filamenti fibrosi che si estendono dal capside)9, e il suo parente più vicino conosciuto, il cafeteriavirus, è di circa 300 nm10. I poxvirus a forma di mattone misurano circa 350 × 270 nm, sebbene le dimensioni precise siano variabili11. Altri virus icosaedrici sono ~ 260 nm per il medusavirus12,13, ~ 180 nm per l'iridovirus14, ~ 190 nm per PBCV-115. L'ASFV è di ~ 250 nm, ma è complicato perché ha una membrana esterna16.

I Marsigliaviridae sono una famiglia del nuovo ordine di NCLDV17, che hanno un genoma altamente complesso di ~ 360 kb e una dimensione delle particelle di ~ 250 nm. Il primo membro, il virus Marsiglia, è stato isolato nel 2007 mediante coltura di un campione di acqua proveniente da una torre di raffreddamento a Parigi, in Francia18. Attualmente, il virus Cannes 8, il virus Melbourne, il virus Marsiglia, il virus Tokyo, il virus Port-Miou, il virus Lausanne, il Noumeavirus, l'Insectminevirus, il virus Tunis, il virus marsigliese brasiliano, il virus marsigliese della cozza dorata e altre specie appartengono a questa famiglia e queste sono classificate in cinque lignaggi, dalla A alla E19,20. Numerosi studi hanno segnalato la presenza di Marsigliaviridae anche nell'uomo21,22,23,24. Tuttavia, vi è controversia riguardo alle infezioni da virus marsigliese negli esseri umani poiché altri studi non hanno mostrato prove25,26. Il Melbournevirus, uno dei Marsigliaviridae appartenenti al lignaggio A27, è stato precedentemente analizzato mediante analisi di particelle singole (SPA) al microscopio crioelettronico (cryo-EM) con una risoluzione di 26 Å28. Mostra il capside icosaedrico con un numero di triangolazione di T = 309, mostra la caratteristica membrana interna all'interno del capside che fuoriesce appena sotto i vertici e l'unico corpo di grande densità all'interno del nucleoide. Il Tokyovirus è il primo Marsigliaviridae isolato in Asia nel 2016 ed è classificato nel lignaggio A29. Il Tokyovirus è stato utilizzato per studiare la caratteristica struttura del capside degli icosaedrici Marsigliaviridae in questo studio.