КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-74-00126

НазваниеИсследование новых биологических функций S-аденозилметионин лиазы бактериофага Т3

РуководительИсаев Артём Борисович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-110 - Общая и молекулярная микробиология; вирусология

Ключевые словаT3, анти-рестрикция, BREX, Рестрикция-Модификация, бактериофаги, метилтрансферазы, S-аденозилметионин, САМ синтаза

Код ГРНТИ34.15.31

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Бактериофаги (фаги) - вирусы инфицирующие бактерий - представляют собой один из главных факторов оказывающих влияние на эволюцию прокариот. Бактерии и археи приобрели обширный арсенал средств позволяющих избегнуть распознавания фагами или подавить развитие инфекции внутри клетки. Область исследования бактериального иммунитета стремительно развивается, и в последние годы было описано огромное разнообразие новых систем вовлеченных в защиту от фагов. Островки защиты - геномные локусы обогащенные генами связанными с защитой от фагов - могут составлять до 10% генома прокариот. Основываясь на биоинформатических предсказаниях, участие в защите от фагов было экспериментально подтверждено для множества генов, функция которых ранее не ассоциировалась с вирусной устойчивостью. В совокупности, новые данные показывают что системы анти-вирусной защиты намного более разнообразны и убиквитарны, чем это представлялось еще 5 лет назад. Поскольку защитные системы хозяев представляют собой один из основных факторов давления отбора для бактерифагов, те, в свою очередь, выработали множество стратегий подавления иммунных систем. В частности, гены кодирующие анти-рестрикционные и анти-CRISPR белки широко встречаются в геномах вирусов. Тем не менее, данная сторона взаимоотношений фагов со своими хозяевами остается намного менее исследованной. Наличие "анти-защитных" белков должно является необходимостью для выживания фагов в естественной среде, поскольку большинство свободноживущих бактерий кодируют защитные системы. Можно ожидать, что вирусные белки-ингибиторы существуют и для недавно описанных систем защиты прокариот. В данном проекте, мы ставим целью детально исследовать анти-рестрикционные стратегию классического фага Т3, инфицирующего Escherichia coli, а также изучить дополнительные биологические функции его анти-рестрикционного белка - SAM лиазы. Ген 03 фага Т3 кодирует фермент разрушающий S-Аденозил метионин (SAM), один из самых распространенных ко-факторов в бактериальной клетке. В частности, SAM используется как донор метильных групп всеми типами систем Рестрикции-Модификации (Р-М), а также как ко-фактор рестрикционных комплексов в системах I и III типа. Таким образом, экспрессия SAMазы предоставляет эффективную защиту против SAM-зависимых рестрикционных ферментов. Мы обнаружили, что SAMаза Т3 способна также подавлять защиту недавно описанной системы BREX. Данные предполагают, что SAM является необходимым ко-фактором комплексов BREX системы, что будет изучено в ходе данного проекта. Из литературы известно о существовании мутантов SAMазы, которые теряют каталитическую активность, сохраняя при этом анти-рестрикционные свойства, что предполагает существование дополнительных механизмов связанных с анти-рестрикцией. Мы установили, что SAMаза Т3 способна связываться с SAM синтазой MetK, и таким образом может сокращать внутриклеточный пул SAM не только за счет его расщепления, но и за счет ингибирования синтеза. В данном проекте будет исследована роль взаимодействия SAMзы с SAM синтазой при ингибировании BREX и Р-М систем. Помимо анти-рестрикционной активности, предполагается что экспрессия SAMазы необходима для перехода фага Т3 в "псевдолизогенное" состояние при заражении клеток растущих в условиях недостатка питательных ресурсов. Вероятно, данный феномен регулируется на уровне метилирования ДНК фага, что также будет изучено в ходе проекта с использованием созданного нами мутантного штамма фага Т3, лишенного гена 03.

Ожидаемые результаты
Важность анти-рестрикции для стабильного сосуществования бактериофагов и их хозяев - концепция набирающая популярность в последнее время и расширение наших знаний об активности классических анти-рестрикционных белков бактериофагов E. coli внесет весомый вклад в дальнейшее изучение феномена. Мы планируем охарактеризовать анти-рестрикционные стратегии фага Т3 против систем защиты BREX и рестрикции-модификации I типа. Мы охарактеризуем роль взаимодействия SAM лиазы с SAM синтазой для анти-рестрикции. Поскольку принципы действия BREX защиты на данный момент не установлены, исследование механизмов ингибирования BREX представляет собой дополнительный подход при изучении BREX ответа. Мы установим является ли активный этап BREX защиты зависимым от SAM, что важно для построения модели действия BREX системы и ее сравнения с Р-М I типа. Мы исследуем, является ли экспрессия SAM лиазы необходимой для перехода фага Т3 в "псевдолизогенное" состояния и связан ли данный феномен с метилированием специфичных промоторов в геноме фага Т3. Идентификация новых активностей для анти-рестрикицонных белков и установление спектра иммунных систем с которыми они взаимодействуют может являться важным аспектом при селекции/конструкции фагов пригодных к использованию в терапевтических целях.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Бактериофаг Т3 кодирует SAM лиазу (SAMазу), которая благодаря расщеплению S-аденозилметионина (SAM) подавляет SAM-зависимые иммунные системы рестрикции-модификации I типа хозяйской бактерии Escherichia coli. В данной работе мы показываем, что SAMаза также позволяет фагу Т3 обойти защиту иммунной системы BREX. Экспрессия SAMазы оказывала слабое воздействие на метилирование BREX системы, при этом полностью ингибировала BREX защиту, что предполагает роль SAM как ко-фактора активного этапа BREX защиты, а не просто донора метильной группы при модификации хозяйской ДНК. Анти-BREX активность SAMазы возможна благодаря двум независимым механизмам: ферментативному расщеплению SAM и ингибированию SAM синтеза, которое достигается благодаря прямому взаимодействию SAMазы с SAM синтазой MetK. Мы получили крио-ЭМ структуру комплекса тетрамера SAM синтазы MetK с четырьмя мономерами SAMазы с разрешением 2.8 ангстрем. Мутагенез интерфейса взаимодействия позволил выявить, что взаимодействие с SAM синтазой MetK стабилизирует SAMазу in vivo, дополнительно стимулируя анти-BREX активность. Данная работа показывает всю сложность механизмов выработанных в ходе эволюционной "гонки вооружения" между бактериофагами и их хозяевами, а также подчеркивает роль SAM как ко-фактора различным систем бактериального иммунитета. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.02.27.530186v1.full.pdf

 

Публикации

1. Андриянов А., Тригуис С., Дробязко А., Сиерро Н., Иванов Н.,Сэлмер М., Северинов К., Исаев А. Phage T3 overcomes the BREX defence through SAM cleavage and inhibition of SAM synthesis Cell Reports, Статья прошла рецензию, но в данный момент мы еще не получили выходных данных от журнала. (год публикации - 2023)

2. Исаев А., Андриянов А., Знобищева Е., Зорин Е., Морозова Н., Северинов К Editing of Phage Genomes—Recombineering-assisted SpCas9 Modification of Model Coliphages T7, T5, and T3 Molecular Biology, 56, 801–815 (2022) (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1134/S0026893322060073