バクテリオファージによる頭の長さのDNA分子よりも少ないパッケージングのための不連続なヘッドフルパッケージモデルT4

Bacteriophage T4およびその他の二本鎖DNA含有バクテリオファージパッケージDNAは、古典的なヘッドフルパッケージングメカニズムによるものです。このメカニズムでは、包装機械はDNAの連結剤を切断し、ウイルスカプシド内の単一の長さのゲノムをパッケージ化します。パッケージ化されたDNA分子の長さは、ウイルスカプシドのサイズによって決定されます。驚くべきことに、大規模なDNAクローン実験中に、in vitroファージT4パッケージングシステムは、T4ヘッドフルサイズよりもはるかに小さいDNA分子をパッケージ化および伝達できることが観察されました。in vitroパッケージングの基質として定義されたプラスミドDNAを使用して、この現象を分析しました。データは、ファージT4が4〜29 kbのプラスミドDNA分子をパッケージ化して輸送できることを示しました。異なる抗生物質マーカーを持つ2つのプラスミドDNAを包装反応混合物に加えた場合、両方の抗生物質に耐性のあるトランスダクタントが得られ、両方のプラスミドDNAが同じヘッド内に包装されていることを示唆しています。平衡CSCL密度勾配遠心分離による導入粒子の分析により、粒子は野生型ファージと同じ密度であることが示されました。包装の前に頭部の長さ分子がT4に変換されなかったことは、多くの独立したアプローチによって確立されました。最後に、適切なサイズの単位長プラスミドDNA分子は、in vitroパッケージ粒子から分離されました。これらのデータに基づいて、頭の長さ分子よりも少ないパッケージのための不連続なヘッドフルパッケージモデルを提案します。このモデルでは、包装機械は、最初に使用可能な最初の長さのDNA分子をパッケージ化し、部分的にフルヘッドを生成します。部分的に完全なヘッドは、2番目のDNA分子のパッケージを再現します。このプロセスは、頭がDNAで満たされるまで続きます。

Bacteriophage T4 and other double-stranded DNA-containing bacteriophages package DNA by the classical headful packaging mechanism. In this mechanism, the packaging machinery cuts a DNA concatemer and packages a single unit length genome within the viral capsid. The length of the packaged DNA molecule is determined by the size of the viral capsid. Surprisingly, during large DNA cloning experiments, we observed that the in vitro phage T4 packaging system can package and transduce DNA molecules that are much smaller than the T4 headful size. We analyzed this phenomenon by using defined plasmid DNAs as substrates for in vitro packaging. The data showed that phage T4 can successfully package and transduce 4 to 29 kb plasmid DNA molecules. When two plasmid DNAs with different antibiotic markers were added to the packaging reaction mixture, transductants that are resistant to both the antibiotics were obtained, suggesting that both the plasmid DNAs are packaged within the same head. Analysis of the transducing particles by equilibrium CsCl density-gradient centrifugation showed that the particles have the same density as the wild-type phage. That the less than headful length molecules were not converted to T4 headful length prior to packaging was established by a number of independent approaches. Finally, unit length plasmid DNA molecules of appropriate size were isolated from the in vitro packaged particles. Based on these data, we propose a discontinuous headful packaging model for packaging less than headful length molecules. In this model, the packaging machinery packages the first available less than headful length DNA molecule and generates a partially full head. The partially full head then reinitiates packaging on a second DNA molecule. This process continues until the head is filled with DNA.