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T7ファージ

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』
（T7から転送てんそう）
T7ファージ
T7 ファージ
分類ぶんるい
群ぐん : 第だい1群ぐん（2本ほん鎖くさりDNA）
目め : カウドウイルス目め Caudovirales
科か : ポドウイルス科か Podoviridae
属ぞく : T7様ようウイルス T7-like virus
種たね : T7 Phage

T7ファージ（バクテリオファージT7、T7、英えい:Bacteriophage T7）はポドウイルス科かに属ぞくし、二に本ほん鎖くさりDNAをゲノムとして持もち、大腸菌だいちょうきんを宿主しゅくしゅとするバクテリオファージの種たねである。溶源化かせずに必かならず溶菌ようきんサイクルを送おくると考かんがえられている。T7ファージの持もつRNAポリメラーゼは転写てんしゃ速度そくどが速はやく、T7プロモーターに対たいし高たかい特異とくい性せいを示しめすという特徴とくちょうを持もち、タンパク質たんぱくしつ発現はつげん系けいなどに応用おうようされている。

構造こうぞう

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T7ファージの構造こうぞうの模も式しき図ず。gp10はカプシドタンパク質しつで外そと殻からを形成けいせいし、内部ないぶに二に本ほん鎖くさりDNAのゲノムを保持ほじする。gp14、gp15、gp16はコアを形成けいせいする。gp17は尾お部ぶの脚あしを構成こうせいする。（左ひだり）ウイルスが大腸菌だいちょうきんに付着ふちゃくするとgp14、gp15、gp16は大腸菌だいちょうきんの外そと膜まくと内うち膜まくを貫通かんつうするチャネルを形成けいせいし、菌きん体内たいないへのゲノムDNAの通とおり道みちとなる。（右みぎ）

1945年ねんに大腸菌だいちょうきんを宿主しゅくしゅとするファージの基準きじゅん種しゅの一ひとつとして定義ていぎされたT7ファージはポドウイルス科かに属ぞくするエンベロープを持もたないDNAウイルスで、正せい20面体めんていのカプシドの内部ないぶに、直ちょく鎖くさり状じょうの2本ほん鎖くさりDNAをゲノムとして持もつ[1][2][3]。カプシドの頭部とうぶと尾お部ぶを持もち、頭部とうぶの直径ちょっけいは60 - 61nm、カプシドの厚あつさは2nmである[4]。ゲノムは1983年ねんに解読かいどくされており[5]、約やく40kbpの配列はいれつは55の遺伝子いでんしを含ふくむ[3]。必須ひっす遺伝子いでんしは整数せいすうの番号ばんごうが付つけられており、必須ひっすでない遺伝子いでんしにはその相対そうたい的てきな位置いちを反映はんえいする少数しょうすうの番号ばんごうが与あたえられた。しかし現在げんざいではgp2.5、gp6.7、gp7.3が必須ひっすな一方いっぽうでgp7は必須ひっすでないと考かんがえられている[6]。

gp1はDNA依存いぞん性せいRNAポリメラーゼで、感染かんせん初期しょきに大腸菌だいちょうきん由来ゆらいRNAポリメラーゼによって転写てんしゃされた後のち、それ以降いこうのウイルス遺伝子いでんしの転写てんしゃ、複製ふくせいを担になう。gp5はDNAポリメラーゼでDNAの複製ふくせいを行おこなう。gp10はフレームシフトによって2種類しゅるいのタンパク質たんぱくしつをコードする遺伝子いでんしで、カプシドの主成分しゅせいぶんとして外郭がいかくを構成こうせいする。gp14、gp15、gp16は複ふく合体がったいを形成けいせいして、内郭ないかくを形成けいせいする[1]。また、これら3つのタンパク質たんぱくしつは同おなじく構造こうぞうタンパク質たんぱくしつであるgp6.7、gp7.3と共ともに、感染かんせん時じに大腸菌だいちょうきんの菌きん体内たいないに挿入そうにゅうされる[4]。gp17は尾お部ぶの付つけ根ねから伸のびる尾お部ぶ繊維せんいタンパク質たんぱくしつ(tail fiber protein)で、3分子ぶんしで一本いっぽんの繊維せんいを形成けいせいし、これが6本ほん伸のびている[7]。

生活せいかつ環たまき

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T7ファージの宿主しゅくしゅは大腸菌だいちょうきんで特とくにO抗原こうげんが短みじかいものに感染かんせんする。生活せいかつ環たまきは短みじかく、37℃では17分ふんで感染かんせんが完了かんりょうする[1]。近きん縁えん種しゅには他たの腸ちょう内ない細菌さいきんに感染かんせんするものもあるが、これまでにグラム陽性ようせい菌きんに感染かんせんするT7様ようファージが発見はっけんされたことはない[1][7]。

溶菌ようきんサイクルを送おくるファージの生活せいかつ環たまきは、大おおきく吸着きゅうちゃく、侵入しんにゅう、DNA複製ふくせい、組くみ立たてといったステージで構成こうせいされ、最終さいしゅう的てきに細菌さいきんの細胞さいぼう壁かべを破やぶる（溶菌ようきん）ことで細胞さいぼう外がいへ放出ほうしゅつされる[6]。ファージがgp17を大腸菌だいちょうきんのLPSに付着ふちゃくさせることで吸着きゅうちゃくすると、gp14、gp15、gp16が大腸菌だいちょうきんの内うち膜まくと外そと膜まくを貫通かんつうするチャネルを形成けいせいする。gp15、gp16の働はたらきによってゲノムDNAの端はしがまず菌きん体内たいないへ送おくり込こまれ、それ以降いこうは転写てんしゃによってDNAの侵入しんにゅうが進すすむ[8]。侵入しんにゅうしたDNAは大腸菌だいちょうきんの持もつ防御ぼうぎょ機構きこうである制限せいげん酵素こうそやRecBCDによる切断せつだんを受うけるが、gp0.3やgp5.9はこれを阻害そがいする。同様どうように細菌さいきんの持もつ獲得かくとく免疫めんえき機構きこうであるCRISPRに対たいしてもT7ファージは対抗たいこうする機構きこうを持もっている可能かのう性せいが指摘してきされている[6]。

侵入しんにゅうしたDNAは転写てんしゃを受うけるが、T7ファージの遺伝子いでんしは感染かんせん時じの発現はつげんするタイミングによって初期しょき遺伝子いでんし、中期ちゅうき遺伝子いでんし、後期こうき遺伝子いでんしに分類ぶんるいされる。初期しょき遺伝子いでんしは感染かんせん初期しょき段階だんかいで大腸菌だいちょうきん由来ゆらいのRNAポリメラーゼによって転写てんしゃされる遺伝子いでんし群ぐんである。この中なかでT7 RNAポリメラーゼは唯一ゆいいつT7ファージの増殖ぞうしょくに必須ひっすとなる。中期ちゅうき以降いこうの遺伝子いでんしは大腸菌だいちょうきん由来ゆらいのRNAポリメラーゼではなく、T7 RNAポリメラーゼによって転写てんしゃされる。一旦いったんT7 RNAポリメラーゼが転写てんしゃされると、宿主しゅくしゅのRNAポリメラーゼはT7ファージ増殖ぞうしょくの阻害そがい要因よういんにしかならず、RNAポリメラーゼのβべーた'サブユニットに結合けつごうするgp2によってその機能きのうが阻害そがいされる[1]。また、T7ファージは自前じまえのタンパク質たんぱくしつを増殖ぞうしょくに多用たようするため、宿主しゅくしゅ由来ゆらいのタンパク質たんぱくしつをほとんど必要ひつようとしない。T7ファージの増殖ぞうしょくに必要ひつような宿主しゅくしゅのタンパク質たんぱくしつは、RNAポリメラーゼを除のぞくと、DNAの複製ふくせい等とうに必要ひつようなチオレドキシンと（デオキシ）シチジン1リン酸さんキナーゼのみである[1][7]。

T7ファージのゲノム複製ふくせいはゲノムの左端ひだりはしから15％の位置いちで開始かいしし、双方向そうほうこう性せいにDNAの複製ふくせいが進行しんこうする。この複製ふくせいにはT7 DNAポリメラーゼに加くわえ、T7 RNAポリメラーゼが必要ひつようである。大腸菌だいちょうきんに感染かんせん後ご15分ふんでT7ファージ由来ゆらいのDNA分子ぶんしは200倍ばいに増幅ぞうふくされる[2]。急速きゅうそくなDNAの複製ふくせいには多量たりょうの基質きしつの確保かくほを必要ひつようとするが、T7ファージはこれを宿主しゅくしゅのゲノムDNAの分解ぶんかいによって達成たっせいしている。gp3とgp6はそれぞれエンドヌクレアーゼ活性かっせいとエクソヌクレアーゼ活性かっせいを持もっており、宿主しゅくしゅゲノムの分解ぶんかいを行おこなう[6]。

増幅ぞうふくを経へてウイルス粒子りゅうしとなった娘むすめウイルスは複数ふくすうのタンパク質たんぱくしつを産さん生むし、宿主しゅくしゅの細胞さいぼう膜まくを破やぶり、菌きん体外たいがいへ拡散かくさんして次つぎの感染かんせん環たまきを開始かいしさせる。ある種しゅの細菌さいきんからT7様ようのプロファージが見みつかることはあるが、原則げんそく的てきにT7ファージは溶源化かを起おこさないと考かんがえられており、必かならず溶菌ようきんサイクルを送おくる[7]。

T7ファージの応用おうよう

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T7 RNAポリメラーゼ（青あお）がDNA（オレンジ）を鋳型いがたとしてmRNA（緑みどり）を合成ごうせいする様子ようす。

1945年ねんに大腸菌だいちょうきんに感染かんせんするファージとして定義ていぎされたT7ファージは、1969年ねんに遺伝子いでんし地図ちずが報告ほうこくされて以来いらい、DNAの複製ふくせいや転写てんしゃに関かかわる酵素こうそが生化学せいかがく的てきに解析かいせきされ、T7ファージは脚光きゃっこうを浴あびた。T7ファージやそのタンパク質たんぱくしつは転写てんしゃの機構きこうや、DNA複製ふくせい機構きこうの解明かいめいに利用りようされてきた他ほか、タンパク質たんぱくしつの発現はつげん系けいやDNAシークエンシング、ファージディスプレイ法ほうなどの様々さまざまな研究けんきゅう手法しゅほうに応用おうようされている[1][2][7]。また、1945年ねんに同定どうていされる以前いぜんにも1920年代ねんだいに、デレーユによって治療ちりょう目的もくてきの研究けんきゅうがなされていたと考かんがえられている[1][9]。

T7 RNAポリメラーゼ

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T7ファージに由来ゆらいするRNAポリメラーゼ、T7 RNAポリメラーゼは転写てんしゃ速度そくどが宿主しゅくしゅである大腸菌だいちょうきんのRNAポリメラーゼに比くらべ非常ひじょうに速はやく、また、T7プロモーターを特異とくい的てきに認識にんしきするという特徴とくちょうを持もつ[10][11]。T7プロモーターとT7 RNAポリメラーゼの特異とくい性せいは高たかい。T7ファージの近きん縁えんにT3ファージがあり、両者りょうしゃのRNAポリメラーゼはアミノ酸あみのさん配列はいれつで82%の相あい同性どうせいを示しめすが、両者りょうしゃのRNAポリメラーゼは互たがいのプロモーターを利用りようできない[12][13]。このT7 RNAポリメラーゼの高たかい特異とくい性せいを応用おうようして分子生物学ぶんしせいぶつがくの研究けんきゅうにおいては、T7プロモーターとT7 RNAポリメラーゼを組くみ合あわせる、T7発現はつげん系けいが外来がいらい遺伝子いでんしの発現はつげん系けいに応用おうようされている[10][11]。代表だいひょう例れいが1985年ねん[14]と1986年ねん[15]に報告ほうこくされた系けいを発展はってんさせた、大腸菌だいちょうきんを宿主しゅくしゅとするpETシステムであり、この系けいはタンパク質たんぱくしつの大量たいりょう発現はつげんに用もちいられる[16]。

脚注きゃくちゅう

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  1. ^ a b c d e f g h Häuser, R; Blasche, S; Dokland, T; Haggård-Ljungquist, E; von Brunn, A; Salas, M; Casjens, S; Molineux, I et al. (2012). “Bacteriophage Protein–Protein Interactions”. Bacteriophage protein-protein interactions. Advances in Virus Research. 83. pp. 219–98. doi:10.1016/B978-0-12-394438-2.00006-2. ISBN 9780123944382. PMC 3461333. PMID 22748812 
  2. ^ a b c Richardson CC (1983). “Bacteriophage T7: minimal requirements for the replication of a duplex DNA molecule”. Cell 33 (2): 315-7. PMID 6344999. 
  3. ^ a b “T7virus”. ViralZone. 2017年ねん10月がつ12日にち閲覧えつらん。
  4. ^ a b Kemp P, Garcia LR, Molineux IJ (2005). “Changes in bacteriophage T7 virion structure at the initiation of infection”. Virology 340 (2): 307-17. PMID 16054667. 
  5. ^ Dunn, J. J.; Studier, F. W. (1983). “Complete nucleotide sequence of bacteriophage T7 DNA and the locations of T7 genetic elements”. Journal of Molecular Biology 166 (4): 477–535. doi:10.1016/S0022-2836(83)80282-4. PMID 6864790. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022283683802824. 
  6. ^ a b c d Qimron, Udi; Tabor, Stanley; Richardson, Charles C. (2010). “New Details about Bacteriophage T7-Host Interactions”. Microbe Magazine 5 (3): 117–122. doi:10.1128/microbe.5.117.1. ISSN 1558-7452. 
  7. ^ a b c d e Molineux I (2006). “The T7 group”. The bacteriophages. The Oxford University Press. p. 277–301 
  8. ^ Molineux IJ, Panja D (2013). “Popping the cork: mechanisms of phage genome ejection”. Nat Rev Microbiol 11 (3): 194-204. PMID 23385786. 
  9. ^ Molineux IJ (2006). “Fifty-three years since Hershey and Chase; much ado about pressure but which pressure is it?”. Virology 344 (1): 221-9. PMID 16364752. 
  10. ^ a b 廣瀬ひろせ 遵 (1997). “T7ファージRNAポリメラーゼを利用りようした新あたらしい外来がいらい遺伝子いでんし発現はつげん系けいの開発かいはつ”. 生物せいぶつ工学こうがく 75 (4): 282. NAID 110002951603. 
  11. ^ a b 東端ひがしばた 啓けい貴とうと (2013). “大腸菌だいちょうきんを宿主しゅくしゅとした異種いしゅタンパク質たんぱくしつ高だか発現はつげんのイロハ(生物せいぶつ工学こうがく基礎きそ講座こうざ-バイオよもやま話ばなし-)”. 生物せいぶつ工学こうがく 91 (2): 96-100. NAID 110009597773. 
  12. ^ Raskin CA, Diaz G, Joho K, McAllister WT. (1992). “Substitution of a single bacteriophage T3 residue in bacteriophage T7 RNA polymerase at position 748 results in a switch in promoter specificity”. J Mol Biol 228 (2): 506-15. PMID 1453460. 
  13. ^ Bull JJ, Molineux IJ (2008). “Predicting evolution from genomics: experimental evolution of bacteriophage T7”. Heredity 100 (5): 453-63. PMID 18212807. 
  14. ^ Tabor S, Richardson CC (1985). “A bacteriophage T7 RNA polymerase/promoter system for controlled exclusive expression of specific genes”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82 (4): 1074–8. PMC 397196. PMID 3156376. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC397196/. 
  15. ^ Studier FW, Moffatt BA (1986). “Use of bacteriophage T7 RNA polymerase to direct selective high-level expression of cloned genes”. J. Mol. Biol. 189 (1): 113–30. PMID 3537305. 
  16. ^ Michael R. Green, Joseph Sambrook (2012). “Expressing Cloned Genes”. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 3 (4 ed.). Cold Spring Harbor Laboratory. pp. 1495. ISBN 1936113422 
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