Uma nova rede de proteínas do capsídeo permite a estrutura característica da membrana interna dos vírus gigantes de Marseilleviridae

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 21428 (2022) Citar este artigo

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Marseilleviridae é uma família de vírus gigantes, apresentando uma membrana interna característica com extrusões abaixo dos vértices icosaédricos. No entanto, objetos tão grandes, com um diâmetro máximo de 250 nm, são tecnicamente difíceis de examinar em resolução subnanométrica por microscopia crioeletrônica. Aqui, testamos a utilidade de crio-EM de alta tensão de 1 MV (cryo-HVEM) para análise estrutural de partícula única (SPA) de vírus gigantes usando tokyovirus, uma espécie de Marseilleviridae, e revelamos a estrutura do capsídeo com resolução de 7,7 Å. O capsídeo que envolve o DNA viral consistia principalmente de quatro camadas: (1) proteínas principais do capsídeo (MCPs) e proteínas penton, (2) proteínas menores do capsídeo (mCPs), (3) componentes proteicos de estrutura (ScPCs) e (4) componentes internos. membrana. Os mCPs mostraram uma nova estrutura do capsídeo composta por oito componentes proteicos. ScPCs conectando os vértices icosaédricos apoiaram a formação das extrusões de membrana e possivelmente agem como proteínas de fita métrica relatadas em outros vírus gigantes. Foi sugerido que a densidade no topo do trímero MCP incluía glicoproteínas. Esta é a primeira tentativa de crio-HVEM SPA. Descobrimos que as principais limitações são a falta de aquisição automatizada de dados e suporte de software para coleta e processamento e, portanto, resolução alcançável. No entanto, os resultados abrem caminho para o uso do crio-HVEM para análise estrutural de amostras biológicas maiores.

Os “vírus gigantes” são vírus de tamanho físico excepcionalmente grande, maiores que bactérias pequenas1. Eles também têm um genoma muito maior (> 100 quilobases (kb)) do que outros vírus e contêm muitos genes (> 50 genes) não encontrados em outros vírus2. Uma das características desses vírus é possuir DNA de fita dupla encapsulado em uma bicamada lipídica3. Esses grandes vírus de DNA são agora classificados taxonomicamente no filo Nucleocytoviricota4, mas têm sido historicamente referidos como vírus de DNA grande nucleocitoplasmático (NCLDV). Os NCLDVs são um clado expansivo de grandes vírus que possuem DNA de fita dupla e têm como alvo vários eucariotos hospedeiros5. Os NCLDVs são compostos por várias famílias, incluindo Asfarviridae, Ascoviridae, Iridoviridae, Marseilleviridae, Mimiviridae, Phycodnaviridae e Poxviridae, e vírus não classificados, como cedratvírus, faustovírus, medusavírus, Mininucleoviridae, mollivírus, orfeovírus, pacmanvírus, pandoravírus e pitovírus6. Mesmo agora, uma variedade de NCLDVs são isoladas e estudadas em todo o mundo. Uma nova ordem, Megavirales, foi proposta com base nas características partilhadas destes vírus7. Os NCLDVs exibem vários tipos de formatos dependendo da espécie2. Asfarviridae, Ascoviridae, Iridoviridae, Marseilleviridae, Mimiviridae, Phycodnaviridae, faustovírus, medusavírus, pacmanvírus e Mininucleoviridae exibem uma forma icosaédrica. Poxviridae apresenta formato de tijolo. Cedratvírus, mollivírus, orfeovírus, pandoravírus e pitovírus exibem formato de ânfora. Os tamanhos também variam; os pithovírus em forma de ânfora são os maiores dos vírus gigantes, excedendo 2 μm de tamanho, mas há uma variação significativa nas dimensões reais8. Por outro lado, o mimivírus de formato icosaédrico tem ~ 500 nm de diâmetro (sem incluir filamentos fibrosos que se estendem do capsídeo)9, e seu cafeteriavírus relativo mais próximo conhecido tem ~300 nm10. Os poxvírus em forma de tijolo têm aproximadamente 350 × 270 nm, embora as dimensões precisas sejam variáveis. Outros vírus icosaédricos têm ~260 nm para medusavírus12,13, ~180 nm para iridovírus14, ~190 nm para PBCV-115. O VPSA tem ~250 nm, mas é complicado porque possui uma membrana externa16.

Marseilleviridae é uma família da nova ordem de NCLDVs17, que possui um genoma altamente complexo de ~ 360 kb e um tamanho de partícula de ~ 250 nm. O primeiro membro, o Marseillevirus, foi isolado em 2007 através da cultura de uma amostra de água de uma torre de resfriamento em Paris, França18. Atualmente, vírus Cannes 8, Melbournevirus, Marseillevirus, Tokyovirus, vírus Port-Miou, Lausannevirus, Noumeavirus, Insectminevirus, Tunisvirus, marseillevirus brasileiro, Golden mexilhão marseillevirus e mais espécies pertencem a esta família, e estes são classificados em cinco linhagens, A a E19,20. Vários estudos também relataram a presença de Marseilleviridae em humanos21,22,23,24. No entanto, há controvérsia em torno das infecções humanas pelo vírus marselha, uma vez que outros estudos não mostraram nenhuma evidência25,26. Melbournevirus, um dos Marseilleviridae pertencente à linhagem A27, foi previamente analisado por microscopia crioeletrônica (crio-EM) análise de partícula única (SPA) com resolução de 26 Å . Ele mostra o capsídeo icosaédrico com um número de triangulação de T = 309, mostra a membrana interna característica dentro do capsídeo que se projeta logo abaixo dos vértices e o corpo único de grande densidade dentro do nucleóide. Tokyovirus é o primeiro Marseilleviridae isolado na Ásia em 2016 e é classificado na linhagem A29. O Tokyovirus foi utilizado para investigar a estrutura característica do capsídeo do icosaédrico Marseilleviridae neste estudo.